压力容器支撑板自动脉冲焊接工艺探讨

2021-08-26陈俊生徐雷李洪松

金属加工(热加工) 2021年8期

关键词：熔深焊机坡口

陈俊生，徐雷，李洪松

廊坊广厦新源石化设备制造有限公司河北廊坊 100083

1 序言

国内某压力容器公司支撑板在使用过程中出现焊接开裂情况，为提升焊接质量，将现有人工焊接优化为机器人脉冲焊接。本文通过机器人脉冲焊接与人工焊接焊后力学性能及熔深对比探讨，升级焊接工艺，为后续相似产品焊接提供技术支持。

2 结构设计

（1）纵梁规格母材材质为Q 3 5 5 B钢，整体工件规格为3 5 0 m m×3 7 0 m；纵梁规格220m m×120m m×120m m×6m m，横梁规格为250mm×120mm×100mm×8mm（见图1）。

图1 纵梁

（2）横梁端部坡口工艺要求折槽焊接端根据板材的厚度开V形坡口，坡口角度为35°，钝边0.5mm（见图2），采用铣边机械加工，以保证坡口形状一致。

图2 钝边尺寸

3 焊前准备

（1）焊接设备方案1：采用松下脉冲焊接电源YD-500GL4HGK+焊接机器人本体TM1400（见图3）；方案2：采用松下普通焊接电源KR-500。

图3 焊接机器人

（2）焊丝采用金桥ER50-6，φ1.2mm实芯焊丝。

（3）焊接气体采用80%Ar+20%CO2混合气体保护。

4 焊接工艺

（1）焊前预处理按图样要求铆接2组相同规格工件，并做好工件标记。工件焊道两边100mm处进行表面喷砂处理，去除锈蚀，露出金属光泽。

（2）焊接工艺过程方案1：采用机器人+脉冲电源焊接，机器人采用在线编程示教、电压传感、电弧跟踪模式。方案2：人工焊接方式采用平角焊模式，即平角焊画圆弧手法进行焊接，具体焊接参数见表1。

表1 焊接参数

（3）焊道外观对比机器人与人工采用相同电流及速度进行焊接后，2种工件焊脚高度一致，都为5mm，满足工艺要求。从外观上观察，机器人脉冲焊接焊道更圆滑饱满，如图4所示。

图4 焊缝形状

5 力学性能及微观组织分析

（1）拉伸试样将试件按图5进行切割制备焊接接头取样，样品规格100mm×25mm，用WEW-600C拉伸试验机进行拉伸，测量2组焊接接头样品抗裂力学性能。

图5 试样切割示意

（2）抗裂数值对比人工普通焊接工件编号P-01、机器人脉冲焊接工件M-01，通过起裂拉力数值及断裂拉力别表数值进行比较，M-01＞P-01，抗裂测量数据见表2。

表2 抗裂数据（kN）

（3）抗裂对比分析焊道断裂部位均在焊道与母材的熔合线部位（见图6），因拉伸过程中该部位是应力集中位置[1]。

图6 抗裂部位

由于脉冲焊接具有脉冲功能，脉冲焊接的热输入低于普通焊接，因此出现的热影响区淬硬性组织概率低于普通焊接工件，并且组织更加致密。

（4）焊接熔深对比及分析将2组工件进行剖切，制作熔深观察样件，大小为50mm×20mm，通过4%的硝酸溶液进行腐蚀，对比照片如图7所示。

图7 焊接熔深

从图7可以看出，在人工普通焊接工件编号P-02、机器人脉冲焊接工件M-02中，通过起裂拉力数值及断裂拉力数值进行比较（见表3），M-02＞P-02。由于脉冲焊接电弧挺度高于普通焊机，加之机器人焊接稳定性促进熔池熔敷率，因此增加熔合线长度，从而增加了熔深[2]。相同结构工件，熔敷率越高，焊道本身强度越高[3]。