焊接坡口类型对中部槽激光―MAG复合焊接工艺适应性及力学性能的影响

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摘要： 采用激光-mag复合热源打底+双丝MAG填充及盖面焊接方法，对45 mm厚ZG30SiMn钢和高强耐磨中板NM400钢进行焊接。对比双V形、双U形及双半U形3种焊接坡口类型对焊缝熔透性、焊接间隙、钝边尺寸变化的工艺适应性，并对不同焊接坡口的接头进行室温拉伸、低温冲击测试，分析了3种接头不同位置的性能差异。结果表明，双U形坡口的工艺适应性及接头力学性能最优，双半U形次之，双V形最差，且接头根部性能差异较大，即坡口根部为圆角过渡的双U形及双半U形更适合中部槽焊接结构。

关键词： 中部槽；激光-MAG复合热源；双丝MAG；力学性能

中图分类号： TG456.7

Abstract： The laser MAG hybrid welding that is used to backing weld and the twin-wire MAG welding that is used to fill are used to weld 45 mm thick ZG30SiMn and high-strength wear-resistant plate NM400. The welding penetration， the adaptability for welding gap and the variation range for blunt edge size are contrasted for three types of welding groove： the double V-shaped， the double U-shaped and semi-double U-typeMeanwhile， the room temperature tensile and the low-temperature impact testing of different welding groove joints are compared tooFinally， the joint performance of different position for three types are analysised.The results show that the technology adaptability and optimum mechanical properties of the double U-shaped groove welding joint is the best， followed by the semi-double U-shaped welding joint， and the double V-shaped welding joint is worstSo the conclusion is that the root of the double U-shaped groove and semi-double U-shaped are more suitable for the central groove welding structure.

Key words： core pan； laser-MAG arc hybrid welding； twin-wire MAG； mechanical properties

0 前言

刮板输送机作为煤矿工作面的主要运输设备，它的可靠、稳定、高效运行直接影响着矿井的安全生产和经济效益[1]。中部槽是刮板输送机的关键部件，其自身总重量或总长度约占一套刮板输送机总自身质量的70%～80%[2]。因此，中部槽的焊接质量及焊接效率直接影响到产品的使用寿命和生产成本[3]。

焊接材料、结构、方法是影响焊接质量的关键因素，中部槽焊接方法大多采用手工熔化极气体保护焊（MAG）打底+双丝MAG填充盖面的焊接方法[4]，焊接速度低，焊缝根部容易出现未焊透、未熔合、裂纹等缺陷。文中采用激光-MAG复合热源打底+双丝MAG摆动焊接填充及盖面，利用复合焊熔深大、热输入低、焊接速度快、间隙适应能力强等优点[5]，可以有效地解决中部槽焊接生产的上述问题，在中、厚板焊接上优势更为明显。材料和方法一定时，焊接结构的设计则尤为重要，焊接结构主要与钢板厚度、坡口类型有关[6]，中部槽常用的坡口类型有双面V形和K形两种[7-8]。研究表明，将K形改进为双面半U形，可以有效增加焊接熔深，有利于提高根部焊缝熔透性，避免根部未焊透[9-13]。文中考察了不同焊接坡口类型对焊接工况适应性、接头性能的影响，并基于试验研究，提出了一种适用于中部槽焊接的焊接坡口。

1 试验条件与试验方法

1.1 试验条件

试验用槽帮材料为铸造ZG30SiMn，中板材料为NM400，厚度为45 mm，大小为400 mm×150 mm，焊丝为1.2 mm的ER69-G，母材和焊丝的化学成分及力学性能见表1。焊接坡口为双U形、双V形、双半U形，如图1所示。

1.2 试验方法

激光-MAG复合焊接方法进行打底焊试验（图2），预热温度≥100 ℃，双丝MAG填充盖面，对称焊接，正、反面打底焊各一道，填充、盖面采用摆动焊接，摆动幅度在1～2 mm范围内不等。复合焊接系统包括通快6 kW光纤激光器，光纤直径0.3 mm，福尼斯TPS4000型焊机、平面工作台及自制行走机构，激光在前电弧在后的焊接方式，打底焊、填充及盖面焊接工艺参数分别见表2和表3，打底焊时除单一变动的参数外，其余参数不变。

焊后48 h沿垂直焊接方向截取焊缝断面，研磨抛光后用过饱和的FeCl3水溶液进行腐蚀观察，通过Image-ProPlus图像处理软件对焊缝成形尺寸进行测量。试验温度为-20 ℃下在摆锤式冲击试验机上进行冲击性能测试；用液压式万能试验机进行拉伸性能测试；试样分上、中两层取样。