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摘 要：公司制作的某产品A、B杆是水工闸门中的关键部件，均为超厚板锻件，首制件制作时，A、B杆的焊接采用手工电弧焊的焊接方法，在焊接完工检验时发现焊趾处裂纹，通过实验分析，找出超厚板锻件焊接中产生裂纹的主要原因，提出了修补办法和防止措施，为后续产品制作积累了经验，最终取得令人满意的结果，圆满完成制造任务。
关键词：水工船闸；厚板；锻件；裂纹修补
中图分类号：TV547.1 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）11-0182-02
1 问题的提出
采用手工电弧焊焊接厚度为250mm的锻件，焊后经外观质量检查和MT探伤发现焊趾处有表面裂纹，打磨检查又发现裂纹向母材内部延伸，并且焊道下裂纹占50%的比例。由于焊件焊接拘束应力大，导致裂纹修补过程中如果采用常用的热补法会出现焊后焊件加工尺寸难于保证、焊前准备工作繁杂、费工、费时、耗材等问题。因此，水工闸门A、B杆接头裂纹修补是保证水工闸门工程的关键技术之一。水工闸门A、B杆接头裂纹修补时，必须采取行之有效的焊接工艺[2]、焊接材料的选择的系列措施，更重要的是操作者应具有较高的操作技术水平和丰富的实践经验。
由于裂纹均产生在熔合线母材侧，有延伸的倾向，根据裂纹的形态和位置分析说明，这些裂纹属于冷裂纹。因母材含碳量高、刚性大，硫、磷等杂质含量高，且板厚达到250mm，采用焊条电弧焊，母材拘束力大，必然会出现较大的裂纹倾向，具体表现在以下几个方面。
1.1 淬硬倾向
A、B杆的材料是锻钢。它的淬硬倾向大，可焊性差，是产生冷裂纹的主要原因之一。
1.2 氢的影响
氢主要来源焊条药皮中的水分，焊件和焊材表面上的污物（铁锈、油污）和空气中的水分等，氢可使焊缝金属的塑性严重下降，促使焊接接头中产生气孔和延时裂纹。
1.3 焊接应力
对于大厚度板材，焊接时在厚度方向上的温度分布是极不均匀的，焊接的一面受热膨胀大，另一面膨胀小甚至不膨胀，由于焊接面膨胀受阻，产生了较大的横向压缩塑性变形，在焊后冷却时就在板材厚度方向上出现收缩不均匀的现象，致使两连接件间产生角变形，从而使背面承受很大的拉应力，板材厚度最大250mm，小的有125mm，角焊缝长度正反面累计超过7m，刚性很大，当焊后角变形所产生的拉应力超过焊缝熔敷金属抗拉强度的临界值时，在最薄弱的熔合区产生裂纹，因此焊接变形所产生的拉应力是造成大厚度板焊缝裂纹的关键原因。
2 裂纹的修补方案
大厚板一旦产生裂纹后修复比较困难，主要原因是碳弧气刨刨削深度大，清除裂纹的过程中有延伸的趋势，因为A、B杆内孔已精加工成形，若简单地刨除焊缝，其几何尺寸精度将会受到很大影响，为此进行了大量的模拟试验，提出最优化修补方案，采取了如下返修措施。
2.1 制作工装
制作工装定位假轴2件，工装夹头3件与相应产品内孔过盈配合。
2.2 装配工装轴
采用冷冻法将两过盈工装轴分别装入两孔内，升至室温后，两连接板和A杆紧紧地连成一个整体，保证内孔精度尺寸。
2.3 清除裂纹
根据MT探伤结果确定裂纹的长度和位置。
（1）裂纹较长，一次清除时，裂纹容易沿厚度和长度方向延伸，因此比较有效的方法是分段刨削清除，每段长度为150～200mm。
（2）裂纹较短，在刨削中寻找裂纹有难度，可沿熔合线进行，在接近裂纹深度后减小刨削量，注意观察，裂纹出现后沿裂纹方向清除干净，然后用风动砂轮机对刨削部位进行认真清磨，磨掉表面渗碳层直到露出金属本色，为了确保缺陷已消除，并对清理打磨后的焊缝进行MT探伤检验。
3 操作技术
综前所述，由于A、B杆已经过了精细加工，所有的加工面都已成形符合尺寸要求，如果采用热焊法，对A、B杆进行整体加热，必将影响到A、B杆的整个外形尺寸，所以采用冷焊修补，修补技术如下：
（1）选用CW395，？准4mm焊条，直流反接I=130～140A，U=24～26V。
（2）先将上表面焊缝均匀分成六段，对称进行定位焊，加固时每段分成3～4小段定位焊，每段长度为100～150mm。
（3）将下表面的焊缝进行加强焊，以防翻身拉裂脱开，然后分段对称施焊朝上的焊缝。
（4）焊接时采用分段跳焊的方法[4]，并控制层间温度始终保证在60°以下的范围，采用小规范，短弧，直线形快焊速运条，每一层焊缝与母材熔合好，焊趾处过渡光顺，确保不产生焊接缺陷，除第一层和盖面层外，每焊完一层及时敲击焊缝，以降低焊接应力。
（5）焊缝修补完毕后，覆盖保温棉缓冷，24H后进行MT探伤。
（6）待探伤合格后，用火焰切割将工装假轴取出（管状假轴），修补工作完毕。
4 防止措施[3]
（1）制定正确的施工程序，选择合适的线能量。
（2）做好焊前预热、后热及热处理工作，控制好层间温度。
（3）改善结构的应力状态，合理地分布焊缝的位置和施焊的顺序。
（4）采用多层多道焊接方法改善焊缝和热影响区的组织。
（5）厚板焊接时除打底焊和盖面焊道外，层间焊道可采用锤击法消除焊接应力。
5 结 论
（1）用冷焊法修补大厚板，减少了板材的反复加热和冷却过程，采用小规范多层多道焊工艺，焊缝和热影响区得到细小的金相组织，避免了产生裂纹的倾向，提高了焊接接头的性能。
（2）按此方法对A、B杆返修完毕后，经检测裂纹彻底消除，各形位的尺寸精度均符合技术指标，缩短了工期，节约了成本，为后续建造积累了经验。
参考文献
[1]金属熔焊原理及工艺.北京机械工业出版社，1980.
[2]焊接结构设计手册.北京机械工业出版社，1990.
[3]船舶焊接（修订本）.北京国防工业出版社，1992.
[4]船舶焊接手冊.北京国防工业出版社，1995.
收稿日期：2018-3-15
作者简介：代能武，武昌船舶重工集团公司首席焊接技师，国家级技能大师工作室带头人，湖北省首届首席技师，中国船舶重工集团公司高级技能专家，国防科工委技术能手，全国技术能手。入选2017年湖北省首届“荆楚工匠”，湖北省首届“楚天名匠”。
关键词：水工船闸；厚板；锻件；裂纹修补
中图分类号：TV547.1 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）11-0182-02
1 问题的提出
采用手工电弧焊焊接厚度为250mm的锻件，焊后经外观质量检查和MT探伤发现焊趾处有表面裂纹，打磨检查又发现裂纹向母材内部延伸，并且焊道下裂纹占50%的比例。由于焊件焊接拘束应力大，导致裂纹修补过程中如果采用常用的热补法会出现焊后焊件加工尺寸难于保证、焊前准备工作繁杂、费工、费时、耗材等问题。因此，水工闸门A、B杆接头裂纹修补是保证水工闸门工程的关键技术之一。水工闸门A、B杆接头裂纹修补时，必须采取行之有效的焊接工艺[2]、焊接材料的选择的系列措施，更重要的是操作者应具有较高的操作技术水平和丰富的实践经验。
由于裂纹均产生在熔合线母材侧，有延伸的倾向，根据裂纹的形态和位置分析说明，这些裂纹属于冷裂纹。因母材含碳量高、刚性大，硫、磷等杂质含量高，且板厚达到250mm，采用焊条电弧焊，母材拘束力大，必然会出现较大的裂纹倾向，具体表现在以下几个方面。
1.1 淬硬倾向
A、B杆的材料是锻钢。它的淬硬倾向大，可焊性差，是产生冷裂纹的主要原因之一。
1.2 氢的影响
氢主要来源焊条药皮中的水分，焊件和焊材表面上的污物（铁锈、油污）和空气中的水分等，氢可使焊缝金属的塑性严重下降，促使焊接接头中产生气孔和延时裂纹。
1.3 焊接应力
对于大厚度板材，焊接时在厚度方向上的温度分布是极不均匀的，焊接的一面受热膨胀大，另一面膨胀小甚至不膨胀，由于焊接面膨胀受阻，产生了较大的横向压缩塑性变形，在焊后冷却时就在板材厚度方向上出现收缩不均匀的现象，致使两连接件间产生角变形，从而使背面承受很大的拉应力，板材厚度最大250mm，小的有125mm，角焊缝长度正反面累计超过7m，刚性很大，当焊后角变形所产生的拉应力超过焊缝熔敷金属抗拉强度的临界值时，在最薄弱的熔合区产生裂纹，因此焊接变形所产生的拉应力是造成大厚度板焊缝裂纹的关键原因。
2 裂纹的修补方案
大厚板一旦产生裂纹后修复比较困难，主要原因是碳弧气刨刨削深度大，清除裂纹的过程中有延伸的趋势，因为A、B杆内孔已精加工成形，若简单地刨除焊缝，其几何尺寸精度将会受到很大影响，为此进行了大量的模拟试验，提出最优化修补方案，采取了如下返修措施。
2.1 制作工装
制作工装定位假轴2件，工装夹头3件与相应产品内孔过盈配合。
2.2 装配工装轴
采用冷冻法将两过盈工装轴分别装入两孔内，升至室温后，两连接板和A杆紧紧地连成一个整体，保证内孔精度尺寸。
2.3 清除裂纹
根据MT探伤结果确定裂纹的长度和位置。
（1）裂纹较长，一次清除时，裂纹容易沿厚度和长度方向延伸，因此比较有效的方法是分段刨削清除，每段长度为150～200mm。
（2）裂纹较短，在刨削中寻找裂纹有难度，可沿熔合线进行，在接近裂纹深度后减小刨削量，注意观察，裂纹出现后沿裂纹方向清除干净，然后用风动砂轮机对刨削部位进行认真清磨，磨掉表面渗碳层直到露出金属本色，为了确保缺陷已消除，并对清理打磨后的焊缝进行MT探伤检验。
3 操作技术
综前所述，由于A、B杆已经过了精细加工，所有的加工面都已成形符合尺寸要求，如果采用热焊法，对A、B杆进行整体加热，必将影响到A、B杆的整个外形尺寸，所以采用冷焊修补，修补技术如下：
（1）选用CW395，？准4mm焊条，直流反接I=130～140A，U=24～26V。
（2）先将上表面焊缝均匀分成六段，对称进行定位焊，加固时每段分成3～4小段定位焊，每段长度为100～150mm。
（3）将下表面的焊缝进行加强焊，以防翻身拉裂脱开，然后分段对称施焊朝上的焊缝。
（4）焊接时采用分段跳焊的方法[4]，并控制层间温度始终保证在60°以下的范围，采用小规范，短弧，直线形快焊速运条，每一层焊缝与母材熔合好，焊趾处过渡光顺，确保不产生焊接缺陷，除第一层和盖面层外，每焊完一层及时敲击焊缝，以降低焊接应力。
（5）焊缝修补完毕后，覆盖保温棉缓冷，24H后进行MT探伤。
（6）待探伤合格后，用火焰切割将工装假轴取出（管状假轴），修补工作完毕。
4 防止措施[3]
（1）制定正确的施工程序，选择合适的线能量。
（2）做好焊前预热、后热及热处理工作，控制好层间温度。
（3）改善结构的应力状态，合理地分布焊缝的位置和施焊的顺序。
（4）采用多层多道焊接方法改善焊缝和热影响区的组织。
（5）厚板焊接时除打底焊和盖面焊道外，层间焊道可采用锤击法消除焊接应力。
5 结 论
（1）用冷焊法修补大厚板，减少了板材的反复加热和冷却过程，采用小规范多层多道焊工艺，焊缝和热影响区得到细小的金相组织，避免了产生裂纹的倾向，提高了焊接接头的性能。
（2）按此方法对A、B杆返修完毕后，经检测裂纹彻底消除，各形位的尺寸精度均符合技术指标，缩短了工期，节约了成本，为后续建造积累了经验。
参考文献
[1]金属熔焊原理及工艺.北京机械工业出版社，1980.
[2]焊接结构设计手册.北京机械工业出版社，1990.
[3]船舶焊接（修订本）.北京国防工业出版社，1992.
[4]船舶焊接手冊.北京国防工业出版社，1995.
收稿日期：2018-3-15
作者简介：代能武，武昌船舶重工集团公司首席焊接技师，国家级技能大师工作室带头人，湖北省首届首席技师，中国船舶重工集团公司高级技能专家，国防科工委技术能手，全国技术能手。入选2017年湖北省首届“荆楚工匠”，湖北省首届“楚天名匠”。