基于焊接缺陷的厚板零件焊接工艺优化

孙 兵 李杰锋

（南京航空航天大学 无人机研究院，南京 210016）

1 T型零件的焊接工艺

1.1 焊前准备

为了保证焊后强度并减少焊接缺陷，采用机械加工方式对待焊工件开60°坡口，零件对接端面留1mm厚度。在焊接前采用丙酮或其他有机溶剂清洁坡口并自然晾干。另外焊接时，采用支撑块支撑在零件下方，确保零件与待焊接面处于同一平面，便于焊接操作。

1.2 工艺方法及参数

1.2.1 手工电弧焊接

焊接工序主要分三步：第一步，焊接时在焊缝正下方用电炉盘加热，温度至350℃后开始焊接，并保持在250～350℃；第二步，先在一面焊接一道，接着翻转零件在另一面焊接，即采用对称焊接交替在两面焊接，减小焊接变形；第三步，每焊一道去除焊渣，并用砂轮磨头打磨焊缝及其周边至见到金属色，接着再进行下一道焊接。重复上述步骤，直至焊接完成，最后去除焊渣。

所用焊条为低氢焊条，牌号为HTJ-2，可以有效提高焊缝的抗裂性及力学性能。钢芯材料为h18CrMoA，直径3mm。焊接时对焊条进行烘干，烘干温度420℃，烘干后在100℃保温下进行保温1h，随用随取。

焊接电流强度120～160A，焊条运动路径为直线，以减小焊道宽度，避免气体或水蒸气进入焊缝。焊接结束时，焊条要快速重复引燃2～3次，将弧坑填满，防止产生弧坑裂纹和缩孔。

1.2.2 钨极氩弧焊+手工电弧焊焊接

焊缝底部熔合后，接着用手工电弧焊堆焊，焊接过程同样是采用对称焊接，即先在一面焊接一道焊缝，去除焊渣，并打磨焊缝及其周边至见到金属色。再对称焊接下一道焊缝，重复以上步骤直至焊接完成，最后去除焊渣，采用焊条及工艺参数与单一的手工电弧焊相同。

1.2.3 去应力退火

焊接完成后，立即将焊件放入烘箱中去应力退火。退火温度为400℃，保温2h后，关闭电源，待焊件冷却至室温后出炉。

1.2.4 焊缝检测

首先利用十倍放大镜对焊缝表面进行宏观检查，检查是否存在裂纹；接着利用工业X光机对焊缝内部质量进行检查，检查是否存在裂纹、夹杂、气孔、未熔合、未焊透等缺陷。

2 T型零件的焊接工艺检测结果及讨论

2.1 检测结果

上述两种焊接工艺检验结果表明，两种焊接工艺下的焊件焊缝都不存在裂纹、气孔、夹杂的缺陷。但采用工艺一，即手工电弧焊焊接的零件，在焊缝中存在未熔合或未焊透的焊接缺陷，且出现在焊缝中间，即第一道焊缝处。而采用工艺二，即钨极氩弧焊+手工电弧焊焊接，焊缝质量良好，不存在未熔合、未焊透的缺陷，满足设计需求。检测结果如表1所示。

表1 焊缝质量检测结果表

2.2 讨论

两种焊接工艺焊接过程均没有产生热裂纹，其原因是在焊接前对零件进行了预热，且焊接过程中一直保持较高的温度，使该厚壁零件形成了均匀的温度场，避免了温度不均匀产生的拉应力导致热裂纹的形成。没有产生冷裂纹的原因，除了与焊接过程中保持较高的温度场有关，还与焊后去应力退火有关。采用退火处理避免了焊缝快速冷却导致的淬硬倾向，同时帮助焊件释放冷却内部多余的热应力，从而消除了冷裂纹的产生。

没有产生气孔、夹杂的原因有三点：第一，焊条材料与工艺参数的选择正确；第二，对焊条进行了烘干，焊接过程加热保温，避免焊缝中存在水分，从而消除了气孔出现的隐患；第三，焊接过程中，每焊完一道焊缝均对焊缝表面进行打磨，避免杂质进入焊缝。

采用手工电弧焊工艺，焊接的焊缝中出现未熔合、未焊透，原因是由于坡口对接处仅有2mm，采用该工艺易在焊缝对面形成不均匀焊瘤。由于对接处很薄，打磨太深则容易将焊缝打穿或打磨过薄，这样当焊接另一面时又容易在对面产生焊瘤，多次反复打磨后易出现打磨不彻底、未熔合、未焊透等缺陷。采用手工钨极氩弧焊+手工电弧焊工艺焊接时，先用钨极氩弧焊对焊接处进行不加焊料的熔焊，可以避免该问题的产生，确保焊缝第一道金属完全熔合焊透，从而消除了未熔合、未焊透等隐患。

3 结论

在本文研究的焊接优化工艺中，采用手工钨极氩弧焊打底焊，确保了第一道焊缝中金属熔合良好，不存在未熔合、未焊透的缺陷；接着用手工电弧焊堆焊，在每焊完一道焊缝后打磨焊缝表面，去除表面氧化层及杂质；最后对焊件进行去应力退火。最终经X光检测，结果表明焊缝质量良好，不存在未熔合、未焊透、裂纹等焊接缺陷，达到了设计要求。