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泵头体广泛应用于石油开采中,是非独立的承压件,因此具有较高的综合力学性能,泵头体的工作情况类似于压力容器,但是其工作环境更加恶劣,工作一段时间后在缸孔内部产生了裂纹,另外机加工泵头体缸孔时,有时会产生尺寸超差,如果直接报废将造成很大经济损失,因此需要焊接修复解决这些问题。目前的焊接修复都是采用的手工电弧焊的方法,焊接质量的好坏取决于工人的焊接操作技艺,由于泵头体材料为中碳调质高强钢,有很大的冷裂倾向,在焊前需要对泵头体进行焊前预热,所以工作环境恶劣、劳动强度大、生产效率低,因此,试图采用弧焊机器人进行泵头体的修复。 首先研究了采用机器人进行焊接修复的可行性,试验过程中焊接设备主要由机器人、变位机、焊接电源等组成。 其次,为了满足焊接修复的尺寸和形状的要求,进行了焊接工艺参数(焊接电流、焊接速度和搭接量)与焊道几何尺寸的关系的试验研究;进行了抗裂性试验,分析了温度与冷裂之间的关系,确定了焊接修复的最低预热温度。最终确定调质钢的焊接工艺参数为:采用富氩气体保护、Φ1.2mm的JM-130焊丝进行焊接修复,焊前预热100℃,焊接电流在270A~280A之间,焊接电压27~29V,焊接速度75cm/min,搭接量为6mm,气体流量为20L/min。 通过平板堆焊试验和对接焊试验,对堆焊和对接焊接头的组织分析,焊缝区组织主要为针状铁素体加贝氏体的混合组织,焊接热影响区完全淬火区组织为粗大板条状马氏体,回火区为回火索氏体和碳化物析出。对焊后接头进行力学性能试验,均满足性能要求。 同时比较了手工电弧焊和气体保护焊后组织和力学性能,泵头体材料对两种焊接方法均有良好的适应性,但是气体保护焊的焊后性能更好,而且气体保护焊不会受到人为因素影响,焊接速度快,效率高,体现了其优越性。 将试验确定的焊接工艺参数应用到实际焊接,焊后焊缝形貌美观,焊接修复效果良好,成功地修复了二件泵头体。 最后,根据SINTAP标准,对含焊接缺陷的焊接接头进行了安全评定,根据力学性能试验及数值模拟结果,绘制评定曲线和计算评定点坐标,并最终确定了,在受力范围内焊接接头是安全的。