1、 工程機械大截面矩形管焊接摘要：工程機械中采用了大量矩形管，拼焊為結構件作為機械的承載及受力結構。本文以DC-32搗固車車架結構中大量的矩形管焊接為例分析矩形管的焊接工藝，調整相應的結構參數和焊接工藝參數，防止焊接接頭缺陷的產生，提高焊接接頭機械性能，從而提高產品的使用壽命，減少損失，節約了材料。關鍵詞：鋼結構；焊接工藝，焊接參數；機械性能； 1、 焊接工藝 1.1焊接坡口設計a.焊接坡口設計在焊接過程中是較薄弱的環節，主要是許多鋼結構件的焊接坡口設計不是出自焊接工程技術人員之手，硬性套標準和工藝性的坡口屢見不鮮。坡口形式對控制焊縫內部質量和焊接結構質量有著很重要的作用。坡口設計必須

2、遵循母材的熔合比，施焊空間，焊接位置和綜合經濟效益等問題。（下圖1為DC-32搗固車車架中部三角梁的實際焊縫。）應先按下式計算橫向收縮值B。B=5.1A/t+1.27d （式中A焊縫橫截面積，mm³ ,t板厚，mm，d焊縫根部間隙，mm） 找出B與A的關系后，即可根據兩者關系列表分析，處理數據，進行優化設計，最后確定DC-32搗固車車架中部三角梁的對接焊縫破口形式（圖2）。 圖1 圖2b.坡口間距對焊縫的影響也較為明顯，坡口間距越大，應力值也有明顯的增大。離焊接接頭不同距離的各點間的應力是不同的。離熔合線越近，應力值越大；離熔合線越遠，應力值越小。坡口越大，需填充的金屬越多

3、，焊接時熱作用時間越長，溫度也越高，因而產生更大的應力。坡口間距對機械性能的影響較小，但坡口間距對缺陷有較大的影響。坡口間距越小，未焊透缺陷傾向增加。所以，坡口間距間接地影響了焊接接頭的強度，降低疲勞強度。下圖3為根據車輛實際應用要求得出的坡口間距尺寸。圖31.2坡口的清理a. 坡口應按規定形狀、尺寸進行加工。 b.焊前需要將坡口表面及其周圍的鐵銹、油污、水、油漆及其它雜物仔細清除干凈。必須清除碳弧氣刨或機床切削留下的殘渣。 c.清理后應及時進行焊接，如因其它原因未焊，使坡口受潮或生銹時，應在焊前重新清理。在非常潮濕的氣候下施焊，或坡口表面及周圍有露水、冰霜時，應烘干后再進行焊接。1.3 焊接

4、變形控制  主要的焊接變形形式有：橫向收縮變形，使矩形斷面尺寸受到影響，焊縫橫向收縮后，使構件形成腰鼓狀。由于焊縫斷面大，輸入熱量多，必然引起較大的縱向收縮，使構件在長度方向形成扭曲變形。不合理焊接造成的扭曲變形，矯正十分因難，有時不得不割開重焊或造面整件報廢。即使變形得到糾正，也增加了構件的附加應力，對使用不利。  從焊接變形理論知道，影響焊接變形大小主要因素是：焊縫尺寸愈大，熔敷金屬愈多，變形愈大；焊縫尺寸相等時，焊縫線能量越大，造成的變形越大。焊接大、長焊縫時，分段比直通焊變形要小；焊縫布置不對稱或雖布置對稱但不對稱焊接，使焊縫部位偏離越嚴重，變形越大；構件剛性越小，

5、變形越大。  根據以上分析，在保證焊縫質量的前提下，減少和控制變形的主要途徑是：設計合理的坡口尺寸，制訂最佳焊接規范。采取合理的焊接順序和回強工藝管理等。 1.4 焊接規范  通過工藝試驗和焊接工藝卡片分析，確定該矩形管對接焊縫采用混合氣體保護焊。焊接材料用GB ER50，1.2焊絲；保護氣體為85%氮氣和15%二氧化碳混合氣體，氣體流量15L/min；第一層焊縫的焊接電流為200250A，第二層為240320A，焊接電壓為1527V。 工藝要求是：第一層焊縫必須焊透，保證背面成型良好；焊接電流，電弧電壓，送絲速度，焊接速度等可根據設備型號調節。1.5 焊接順序&

6、#160; 焊接順序涉及結構的應力和變形。為減少變形，矩形對接焊的焊接順序應尊循以下原則：采取分層分段對稱跳焊，其產生的焊接變形比直通焊小。直通擺動焊時，焊接開始所形居的較窄的塑性變形區只3出現一次，而且由于連續擺動焊接，熱量輸入多，受熱面積大，被壓縮造成的塑性變形區域大，因而次序卻后殖余變表出很大。分層分段跳焊時，每一層截面都很小，所需熱量就小，且每一層又分若干段進行跳焊，每焊一段其本上都是在冷鋼板上重新建立一次溫度場，每次都出現一個較窄的塑性變形區，因而其塑性變形區的平均寬度（即橫向收縮的尺寸）要比相應分層直通焊小，縱向收縮也小，比起直通連續一次填滿的擺動焊接變形就更小。  根據

7、上述分析，矩形管對接焊縫采取分段跳焊，可按圖4所示順序施焊。即先焊焊縫1，翻面焊焊縫2，焊2應采用比焊1較大的焊接規范，以產生較大的反向力，使原變形得到矯正，接著采取同樣方法焊3和4，焊接規范要比焊1、2大一些。注：上下斷面焊接和前后斷面焊接對稱。 421圖42、 焊接缺陷及防治如果焊縫存在著缺陷，就有可能造成結構強度不足或斷裂。根據對斷裂事故的調查表明，40%斷裂事故是從焊縫缺陷處開始的。因此，應及早發現缺陷，把焊接缺陷限制在一定范圍內，以確保結構質量及施工安全。焊縫缺陷種類很多，按其位置不同，可分為外部缺陷和內部缺陷。常見缺陷有氣孔、夾渣、焊接裂紋、未焊透、未熔合、焊縫外形尺寸和

8、形狀不符合要求、咬邊、焊瘤、弧坑等。 2.1.產生氣孔的主要原因有：坡口邊緣不清潔，有水份、油污和銹跡等。預防產生氣孔的辦法是：選擇合適的焊接電流和焊接速度，認真清理坡口邊緣水份、油污和銹跡。 2.2.產生夾渣的原因主要是焊縫邊緣有氧割或碳弧氣刨殘留的熔渣；坡口角度或焊接電流太小，或焊接速度過快。防止產生夾渣的措施是：正確選取坡口尺寸，認真清理坡口邊緣，選用合適的焊接電流和焊接速度，運條擺動要適當。多層焊時，應仔細觀察坡口兩側熔化情況，每一焊層都要認真清理焊渣。 2.3.產生咬邊的原因是由于焊接電流過大、運條速度快、電弧拉得太長或焊接角度不當等。咬邊減小了母材接頭的工作截面，從而在咬邊處造成應

9、力集中，故在重要的結構或受動載荷結構中，一般是不允許咬邊存在的，或到咬邊深度有所限制。防止產生咬邊的辦法是：選擇合適的焊接電流和運條手法，隨時注意控制焊條角度和電弧長度； 2.4.未焊透或未熔合是一種比較嚴重的缺陷，由于未焊透或未熔合，焊縫會出現間斷或突變，焊縫強度大大降低，甚至引起裂紋。因此，搗固車車架及重要結構部分均不允許存在未焊透、未熔合的情況。未焊透和未熔合的產生原因是焊件裝配間隙或坡口角度太小、鈍邊太厚、焊條直徑太大、電流過小、速度太快及電弧過長等。焊件坡口表面氧化膜、油污等沒有清除干凈，或在焊接時該處流入熔渣妨礙了金屬之間的熔合或運條手法不當，電弧偏在坡口一邊等原因，都會造成邊緣不

10、熔合。防止未焊透或未熔合的方法是正確選取坡口尺寸，合理選用焊接電流和速度，坡口表面氧化皮和油污要清除干凈；封底焊清根要徹底，運條擺動要適當，密切注意坡口兩側的熔合情況。 2.5.焊接裂紋有熱裂紋、冷裂紋。熱裂紋的裂口多數貫穿表面，呈現氧化色彩，裂紋末端略呈圓形。產生熱裂紋的原因是焊接熔池中存有低熔點雜質，這些雜質熔點低，結晶凝固最晚，凝固后的塑性和強度又極低。因此，在外界結構拘束應力足夠大和焊縫金屬的凝固收縮作用下，熔池中這些低熔點雜質在凝固過程中被拉開，或在凝固后不久被拉開，造成晶間開裂。焊件及焊條內含硫、銅等雜質多時，也易產生熱裂紋。防止產生熱裂紋的措施是：一要嚴格控制焊接工藝參數，減慢冷

11、卻速度，適當提高焊縫形狀系數，盡可能采用小電流多層多道焊，以避免焊縫中心產生裂紋；二是認真執行工藝規程，選取合理的焊接程序，以減小焊接應力。冷裂紋產生的主要原因為：1)在焊接熱循環的作用下，熱影響區生成了淬硬組織；2)焊縫中存在有過量的擴散氫，且具有濃集的條件；3)接頭承受有較大的拘束應力。防止產生冷裂紋的措施有：1)選用低氫型焊條，減少焊縫中擴散氫的含量；2)仔細清理坡口邊緣的油污、水份和銹跡，減少氫的來源；3)根據材料等級、碳當量、構件厚度、施焊環境等，選擇合理的焊接工藝參數和線能量，如焊前預熱、焊后緩冷，采取多層多道焊接，控制一定的層間溫度等；4)緊急后熱處理，以去氫、消除內應力和淬硬組

12、織回火，改善接頭韌性；5)采用合理的施焊程序，采用分段退焊法等，以減少焊接應力。2.6.產生焊瘤的主要原因是運條不均，造成熔池溫度過高，液態金屬凝固緩慢下墜，因而在焊縫表面形成金屬瘤。立、仰焊時，采用過大的焊接電流和弧長，也有可能出現焊瘤。焊縫表面存在焊瘤影響美觀，并易造成表面夾渣；防止產生焊瘤的主要措施嚴格控制熔池溫度，立、仰焊時，焊接電流應比平焊小10-15%。3、 焊縫質量的無損檢測用超聲探傷、射線探傷、磁粉探傷或滲透探傷等手段，在不損壞被檢查焊縫性能和完整性的情況下，對焊縫質量是否符合規定要求和設計意圖所進行的檢驗。3.1.對新焊縫采用超聲波，驗收等級為3級，超過驗收等級要求不可驗收，未超過驗收等級要求為可驗收。3.2.對大修車結構件焊縫采