深窄间隙焊接技术在大厚度构件材料焊接中的应用研究

白雪强

摘要：随着我国焊接技术的不断发展，深窄间隙焊接技术以降低熔敷量、焊接时间短以及变形小等优势而被广泛的应用到大厚度构件材料的焊接作业中。本文结合多年工作经验，以495HR电铲推压滚筒减速箱底座耳子更换焊接为例，详细阐述深窄间隙焊接技术在该构件焊接中的应用方案，以此为今后工作提供实践经验。

关键词：深窄间隙焊接技术;大厚度构件;焊接技术;495HR电铲

495HR电铲是煤炭企业的主要采掘设备，根据调查在495HR电铲推压滚筒中的减速箱底座耳子沿轴孔方向会出现断裂，如果没有及时对其进行维修则会造成巨大的安全事故。一般断裂位置是集中受力点，因此对于减速箱底座耳子断裂问题必须采取更换耳子的焊接维修方案。耳子更换焊接属于大厚度构件材料，传统的焊接维修技术具有诸多缺陷，难以满足大厚度构件焊接要求。因此本文结合多年工作经验，提出基于深窄间隙焊接技术维修方案，以此为今后工作提供经验参照。

一、深窄间隙焊接技术的概述

随着我国工业生产技术的不断发展，厚板、超厚板焊接金属结构的应用越来越广泛。尤其是煤炭行业机械设备板材厚度不断增加，因此要求在焊接维修中必要要改变传统的焊接工艺，因为传统的大厚度焊接方法不仅存在开坡口困难的问题，而且其焊接速度比较慢，存在焊接板材应力变形的问题。而深窄间隙焊接技术是厚板对接接头在开焊前只开很小的坡口，在焊接处留有深而窄的间隙，经过特殊的焊丝、保护气体以及电极向狭窄的坡口完成整条焊缝的焊接方法。其相比传统的焊接技术而言，具有以下优点：一是生产效率高。相比传统的焊接技术，此种工艺不需要对焊接件进行开更大的坡口，可以直接进行焊接，无疑会提高焊接作业的工作效率;二是节约焊接材料，达到节能降耗的目的。采取深窄间隙焊接技术能够节约母材和焊丝的消耗，这样可以有效节约焊接作业的成本。例如采取此种技术可以减少填充金属的用量，进而会给企业带来一定的经济效益;三是对大厚度材料的损害较少，尤其是采取深窄间隙焊接技术可以减少应力材料变形，因为焊接热量输入比较低，这样可以有效避免高温对应力材料产生变形影响问题的发生。

当然我们在肯定深窄间隙焊接技术优点的同时必须要清晰地认识到该工艺的缺陷，此种焊接工艺对焊丝位置要求比较高，电弧的任何不稳定现象都会容易产生缺陷。例如在深窄间隙焊接作业过程中，由于采用联h弧焊工艺方法时，如果渣壳不能自动脱落，对宽度只有20一30mrn的深窄坡口来说，手工清除渣壳将十分困难，因此要求焊接人员要熟练掌握焊接工艺。

二、深窄间隙焊接技术在大厚度构件材料焊接中的应用

大厚度构件材料焊接对焊接工艺要求比较高，495HR电铲是煤炭企业的主要采掘设备，495HR电铲推压滚筒中的减速箱底座耳子断裂问题会产生巨大的安全事故，因此需要及时对其进行更换维修。由于耳子更换焊接属于大厚度构件材料，因此结合多年工作经验，采取深窄间隙焊接技术工艺。

1. 焊接材料

基于大厚度构件材料的特点，本次焊接使用的材料为  TM-771药芯焊丝，焊接设备及参数：使用MillerDimension.TM.812焊机和配套移动送丝机。采用深窄间隙焊接方法，焊接方法采用氩弧焊接方法打底，这样可以获得较好的背部成形。同时为了提高焊接作业的工作质量，本次焊接使用二氧化碳气体保护焊焊接方法。用纯度高于99.95%的CO2气体为保护气体。

2. 焊接方法

采用Co2气体保护焊，多层多道焊接方法。由于采取的多层多道焊接方法，为此对金相组织表征进行分析，由于在同一层焊接时，两道焊接縫会出现搭接现象，搭接处组织呈现细晶特征（细晶一般在两道焊缝的中间位置）。而且在层与层焊接时，由于后续的焊接会对前一层中的焊缝进行二次加热，因此在每一道焊缝的下部也会出现细晶区。

3. 焊接工艺流程

深窄间隙焊接技术在耳子更换焊接中的工艺流程主要是：使用氧乙炔和碳弧气刨去除断裂的耳子，角磨机打磨基座;尺寸的测量，制作假轴和固定盘等找正工装工具;匹配材质性能相近的板材，根据断裂耳子的形状进行仿形切割制作备件;使用假轴和固定盘工装工具进行安装定位并进行固定（预防焊接变形）。

4. 焊接作业中的难点与需要注意事项

（1）焊接作业中的难点

通过分析耳子更换焊接在使用深窄间隙焊接技术时与遇到以下难点：耳子的精确测量定位;焊接前的预热温度;焊接后裂纹的预防措施;焊接后保温措施。

（2）焊接作业中需要的注意事项

焊接生产中焊接缺陷是不允许存在的，因此要严格遵守焊接工艺，以保证焊缝的机械性能和力学性能得到较好的焊接质量。

防止焊接缺陷措施： 控制焊缝中碳、硫、磷等有害元素含量。 调整焊接参数得到抗裂能力较强的焊接成形系数。调整冷却速度，冷却速度越大，裂纹倾向越大。 严格控制氢的来源，严格清理待焊处两侧100㎜以内的油污等杂质，防止产生冷裂纹。焊接完毕，进行热处理。用加热板和石棉布把焊缝包裹，使焊缝及其附近区域进行加热、保温、缓冷至常温。用角磨机将焊缝打磨平整，目的降低焊接应力峰值，使应力分布比较平缓，起到消除焊接应力的作用。

三、焊接接头力学性能测试

1. 硬度测试。为了保证焊接的质量需要对焊接部位的硬度进行测试，以此保证设备的安全。本次硬度测试采取的是维氏硬度计进行测试。具体就是采取载荷为9.8N，加载时间为20s，两个硬度测试点的距离为0.5mm。通过对测试结果的分析，母材处的硬度与焊缝处的硬度差值不大。一般在250-260HV之间。其中热影响区粗晶区的硬度值最高，达到390HV，热影响区宽度为2.3左右。由此可见在整个接头区域内热影响区的硬度值最高，而导致硬度分布不均的主要原因是由于母材内的组织不均匀造成的。因此可以得出结论，碳化合物的尺寸以及分布会影响焊接的硬度，例如碳化合物的尺寸越小分布越均匀弥散。其强度就会越高。

2. 伸拉性测试。伸拉性测试是检测焊接质量的重要指标。实验检测证明母材与接头不同温度抗拉强度与屈服强度有关。例如焊接缝在不同温度伸拉后，焊缝材料的抗拉和屈服强度衰减程度会明显低于母材。其原因主要是由于该区域在经过多次的加热回火后，导致焊接缝的强度变得比较低。例如根据检测证实在焊接接头位置的接头拉伸性能最为薄弱。

3. 冲击韧度试验研究。根据调查显示，不同区域的冲击韧度不同，低温脆性转变温度越低说明材料抗脆断性能越好。以上得出的脆性转变温度远低于焊接接头力学性能设计标准。与此同时不同的母材断口业存在韧度的变化，例如母材区断口韧窝比较深，存在明显的撕裂痕迹，因此表明其具有较高的冲击韧度。而热影响区的断口，其韧窝较浅，而且比较平滑，因此其韧度就比母材较差。

四、结语

通过对深窄间隙焊接技术在495HR电铲推压滚筒中的减速箱底座耳子断裂更换焊接中的应用，我们可以得出以下结论：一是采取此种焊接工艺可以很好地达到焊接目的要求，而且在焊接过程中避免了焊接缺陷。二是母材与焊缝的力学性能相差无几，而热影响区的粗晶区的硬度值最高的位置。三是母材的脆性转变温度最低，而热影响区的脆性转变温度要高于母材脆性转变，由此可见低温脆性转变温度越低，就说明材料的抗脆端性能越好。

由此可见深窄间隙焊接技术在大厚度构件材料的焊接中不仅可以有效解决传统焊接工艺的弊端，而且还可以提升焊接作业成本效率，达到节能降耗的目的，例如本次焊接工艺，节约维修成本和缩短维修工时。因此此种焊接工艺具有较高的市场推广价值。

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