例5、装载机多功能铲斗焊接工艺改进
对于挖掘及装载工程机械来说，多功能铲斗是其整 机一机多用功用的集中体现，而斗底又是多功能铲斗的 重要组成部分。 首先，由于斗底结构的特殊性，极易在焊接过程中产生 焊接应力和焊接变形。 一旦产生变形，就很难纠正，给生 产进度造成障碍。 其次，由于斗底与动臂直接关联，如果销孔的焊接变形 量过大，使之与动臂装配时产生过大的偏差，导致斗底下 降至地面时，不能与地面贴平，难以满足使用工况要求。
焊接工艺的改进
（1）焊接结构与焊接接头设计 液压缸活塞杆焊接接头改用插接式结构, 坡口为U形坡 口。为保证焊缝充分焊透, 坡口根部只预留2 mm 钝边, 保证焊后消除工件焊缝径向间隙, 避免产生未焊透等焊 接缺陷。 ( 2 ) 焊缝有效厚度增大为14 mm , 增加焊缝承载能力。 ( 3 ) 在叉头上设臵 5 的通气孔, 避免焊接处形成封闭 腔, 从而避免焊接时受热引起焊根处焊接残余应力集中 而造成裂纹。
改进措施
焊前准备：
（1）坡口清理 坡口两侧 50mm范围内应去除水、油、 锈及脏物。 （2）焊条 采用 E7515型，焊前350-450 ℃ 烘干，保 温 ；烘干后放在100-150 ℃的恒温箱内随用随取。 （3）装配 件的装配间隙不能过大，尽量避免强力装配。 （4）预热 为避免焊后冷裂纹的产生，须将坡口两侧 50mm内预热到350℃ 左右。
例3、液压缸活塞杆焊接工艺的改进
河北宣化工程机械股份有限公司推土机铲刀提升液 压缸活塞杆在作业时出现了焊缝断裂现象。 液压缸活塞杆焊接是由活塞杆( 材料45Mn) 和叉头 ( 材料42CrMo) 组成的焊接件。焊缝接头为圆周V 形坡 口对接接头, 焊缝设计有效厚度为6 mm 。裂纹源于叉头 一侧母材焊缝热影响区, 断口呈光亮脆断特征, 在焊缝断 裂处发现有局部未熔合缺陷。
改进措施
1、选择符合国家标准的原材料，如有条件，入库 时检验成分及性能。 2、焊接工艺改进：焊 接 时 首 先 要 预 热 使 坡 口 两 侧各50mm 范围内钢板温度不低于 150℃， 并保证道间温度不低于预热温度。 焊接结束后需 继续加热， 并且不少于 30分钟，以使焊缝缓慢冷 却。 如果焊接时中途停焊， 应立即进行焊后保温 ， 再次焊接时应全部进行预热后方可按原焊缝要求 进行焊接。
7、案例分析与实践
例1 消除不锈钢结构件的焊接裂纹
某厂生产的加热炉保护屏, 材料均为 0Cr18Ni10Ti不锈钢, 产品要求焊缝连续焊, 设备 焊接后做PT无损检测（penetration testing ）, 水 压试验0. 3MPa。 由于产品的特殊性, 流动的介质在内腔内循环 流动, 所以给产品结构带来一定的难度, 以前采用 焊接接头焊接, 如图1所示。虽然焊后肉眼观察、 PT无损检测未发现表面有任何裂纹, 但经一个月 左右使用, 许多焊缝中心出现裂纹, 严重的整个焊 缝全部开裂。
改进后的焊接接头形式
改进后的焊接接头形式, 减少了焊缝, 减少了焊肉, 残余应力减小, 应力水平较低。
改进措施：
1)盖板与筋板间焊缝, 先采用手工钨极氩弧焊打底, 主要 保证焊缝焊透。 2)盖板采用如下图的对接焊缝, 如图2所示。盖板与筋板 间焊缝, 先用2直径的H0Cr20Ni10Ti焊丝手工钨极氩弧 焊打底, 主要保证焊缝焊透, A132焊条电弧焊盖面的工艺 措施。 3)在条件允许的情况下, 最好采用M1G焊, 其焊丝为药芯 焊丝。因为MIG焊只有很少的焊渣, 覆盖在表面, 且存在 于沿焊缝方向的两侧, 所以散热条件特别好, 既有利于焊 缝金属晶粒的细化, 也可减小焊缝的残余应力水平。
改进措施
6)使用时, 发现焊缝中心出现裂纹, 此裂纹为热裂纹, 属 于沿晶界的裂纹, 不穿晶。不锈钢是高合金金属, 在常 温时基本呈奥氏体组织, 没有二次相变, 不可能通过热 处理的措施细化晶粒, 不锈钢的多层焊接起不了细化晶 粒的作用, 反而会使不锈钢晶粒长大。为使不锈钢的高 温停留时间尽量短, 以防其晶粒长大, 故焊缝焊层间的 温度不宜过高, 所以严格控制焊接的层间温度, 控制在 100℃ 以下。
产品图纸
焊接裂纹原因分析
开裂原因分析如下: ( 1 ) 母材 材料45Mn 碳当量Ceq=0.735% ,42CrMo 碳当 量Ceq=0.825% , 焊接性均很差, 在常温下焊接极易产生 淬硬组织, 使焊缝组织塑性与韧性下降, 抗裂性差。 ( 2 ) 焊接接头 V 形对接坡口尺寸较小, 焊缝承载能力不 足, 同时焊接施工时易造成焊道根部未焊透等缺陷。 ( 3 ) 生产条件 本批产品在冬季加工, 环境温度较低, 工件 预热不到位, 造成焊缝金相组织不良。
改进措施
4)层间采用锤击方式释放应力, 既释放了应力, 又清除了焊 渣, 一举两得。因为不锈钢无法采用热处理方式进行去应力, 且焊缝比较密集; 应注意的是最后一道盖面焊肉, 最好不用 锺击, 这样才能保证产品的表面美观。 5)焊接规范: 采用适当的 硬规范!即焊接电流适当加大, (采 用4的A132焊条焊接, 焊接电流控制为160A, 焊接速度加 快, 以减少单位长度的输入热量(即减小线能量); 不要求采 用小规范, 多层焊。一层焊接要具有足够的焊肉, 就可以使 不锈钢在高温停留的总时间较短, 晶粒长大的机率相对减 少。
一般焊接结构生产步骤：
生 产 准 备 材 料 处 理 零 件 加 工 装 焊 修 整 处 理 油 漆 包 装 成 品 入 库
配
接
质量控制
ห้องสมุดไป่ตู้
安全管理 基本元件加工 装配与焊接
主 要 步 骤
生产准备和原材料处理 质量检验、修整处理
2、焊接工艺设计优化的必要性
焊接结构在现代工业中所占比重很大。由于焊接结构应用的广泛 性，如何把握好其结构设计中的工艺性，对进一步降低焊接结构产 品的成本，保证焊接结构产品的成功实现是非常关键的。 焊接结构的设计人员必须熟悉焊接结构生产工艺，以确保设计的 结构有好的工艺性。工艺性不好的结构制造困难，产品成本高，同 样市场竞争力也就下降。焊接结构设计时工艺性的考虑与许多因 素有关，在保证满足结构的使用性能的前提下，重点要考虑结构的 实现条件。不但要考虑结构零件备料（材质、规格）的可实现性， 还要考虑焊接质量的保证（焊缝的可焊到性，优质焊缝的可实现性： 焊缝的位置、数量及分布等，焊接变形的控制和焊后热处理）以及 劳动条件的改善和环境保护。
焊接工艺及焊后热处理： （1）焊接顺序 采取左、右焊缝交替进行焊接。打底焊 层用 3.2焊条，焊接电流 100-120A，焊接速度稍慢， 以免夹渣；其余焊层用 4焊条，焊接电流130-140A。 （2）焊后缓冷。焊后立即放入盛有生石灰的槽池中，将 其埋入生石灰中，使之缓慢冷却。 （3）焊后将滑块轴进行高温回火处理，回火温度为 680℃。
0.12 0.40 1.80 0.030 0.015
0.40
0.60
0.60
0.25
由于焊接工艺 问题，焊后轴端 经常出现裂纹， 翻修率极高（达 35%）。综合分 析裂纹的分布特 点及产生的规律， 判定该裂纹为冷 裂纹，其裂纹分 布情况如图 所示。
裂纹原因分析
（1） 20CrMnSi与 HG70 钢的淬硬倾向都很大。焊接时钢的淬 硬倾向越大，得到的脆硬组织马氏体越多，越容易产生冷裂纹。 在一定的应变条件下，马氏体由于变形能力低而容易发生脆性 断裂，形成裂纹。 （2）焊前未预热。预热可降低热影响区的淬硬倾向，防止冷裂， 改善焊接接头的塑性，减小焊后残余应力。 （3）氢的作用。由于对焊接材料的控制不严，不注意焊接区中 油、水等赃物的清理，导致氢的浓度变大。而热影响区中氢的 浓度达到一定程度时，能使马氏体进一步脆化，形成焊道下裂 纹；氢的浓度稍低时，仅在应力集中部位出现裂纹，容易形成 焊趾裂纹和焊根裂纹。
（4）焊接接头的拘束应力大。由于对轴体与轴端圆 板的强力装配，导致焊接接头部位产生较大的拘束 应力。 （5）焊接工艺参数选择不当。由于采用小的焊接线 能量，导致焊接接头的冷却时间短，增加了焊接接 头的淬硬倾向。 （6）焊后未热处理。焊后热处理一方面能消除焊接 残余应力，另一方面能改善组织，使已产生的马氏 体高温回火，并能进一步脱氢，从而防止焊接裂纹 的产生。
焊 接 工 艺 涉 及 的 主 要 问 题
3
1）焊接裂纹的消除
2）焊接变形的改善
3）焊接经济性问题
4、焊接裂纹消除
• 焊接裂纹是钢结构制作过程中经常发生且 危害较大的质量通病。原因： • a、碳、合金元素影响----可焊性 • b、杂质元素 P、S----热裂纹、冷裂纹 • c、气体N2、H2----氢脆
产品结构特点 产品结构紧凑, 由于焊缝密集, 产品钢性较大, 所以焊后残余应力较高。钢性大, 变形小, 则焊后应 力会更大, 容易引起开裂。
裂纹原因分析
• 1)由于产品施焊的焊工素质较低, 不了解不锈钢的焊接要领, 按照普通碳素结构钢的焊接方式进行焊接, 可能在施焊过程 中就已经产生了微小的裂纹, 只是肉眼看不到, 没有注意; • 2)焊接过程中, 既未控制层间温度, 也没有控制焊接规范, 致 使焊缝晶粒粗大; • 3)焊接后的焊缝虽然进行10%PT，但PT检测的特点仅仅能 检测出焊缝表面的缺陷, 焊缝的内部缺陷检测不出来, • 所以产品有可能是带着裂纹工作。在使用过程中,裂纹撕裂 扩展造成裂透。不锈钢本身韧性非常高,在那样的工作条件 下, 绝对不会有自己开裂的现象,所以裂纹只能在焊接过程中 产生的, 在使用过程中延伸。
焊接坡口改进
对接改插接
焊接工艺改进
( 1 ) 根据等强匹配原则, 选用 3.2 mm 的J707 ( A ) 焊条( σb ≥690 MPa , δ5 ≥15% ) 。焊前须经350 ℃烘焙1 h , 随烘随 用。 ( 2 ) 采用ZX7-315 直流焊机, 反极性焊接。 ( 3 ) 焊前须清除工件上锈蚀、水分、油污等杂质。 ( 4 ) 焊接规范: 焊接电流110 ～120 A 。焊接时须用短弧, 窄 道焊操作。 ( 5 ) 焊前预热, 分2 组, 每组4 件, 第1 组预热200 ～220 ℃, 层 间温度≥200 ℃; 第2 组预热250 ～270 ℃, 层间温度同预热 温度。 ( 6 ) 焊后立即将焊件放入热石灰粉中缓冷, 24h 后取出。