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摘 要： 通过对应力和工艺的分析，认为焊接局部温度过高会产生焊接应力;环境潮湿会引起焊条吸潮，造成电弧不稳、飞溅增多，导致大量裂纹.通过在整个施工区域搭设保温棚、焊前预热、焊后保温、焊条烘干处理等多种手段，缓解了焊接裂纹问题.
关键词： 堵板; 焊接; 裂纹
中图分类号： TK 730.8 文献标志码： A 文章编号： 1000-5137（2019）05-0485-04
Abstract： Through the amending of welding process and environment，various means were applied comprehensively such as electrode drying treatment，greenhouses building in construction area，preheating，thermal insulation after welding and so on.After all the problems of welding crack were solved thoroughly.
Key words： blocking; plate welding; crack
0 引 言
对焊缝进行刨除后，重新焊接时，会发现多个堵板依然存在裂纹，且反复刨除和焊接未能有效解决焊接裂纹的问题，反而存在破坏设备本体材质的风险，延误了机组组装的直线工期.裂纹产生主要有两方面的原因：1） 焊接导致焊件温度分布不均，产生焊接应力;2） 焊条本身因吸潮而使工艺性能变差，造成电弧不稳、飞溅增多.
焊接导致堵板局部温度过高，而缸体本体温度趋近于环境温度，造成焊件上温度分布不均匀，最终导致在结构内部产生了焊接应力与变形.焊接应力是引起脆性断裂、疲劳断裂、应力腐蚀断裂和失稳破坏的主要原因[1].另外，焊接变形也使结构的形状和尺寸精度难以达到技术要求，直接影响制造质量和使用性能.
在焊接时，焊缝近区的金属被电弧加热到熔化高温[2]，焊缝近区温度最高，膨胀量最大，因此焊缝近区两侧材料对焊缝具有较大压缩作用.当冷却收缩时，焊缝部位的压缩变形部分不会恢复原状，形成较大拉伸残余应力，该拉伸应力的总合内力由压缩残余应力的总合内力平衡.
本文作者通过综合运用搭设保温棚、焊前预热、焊后保温、焊条烘干等方法，较好地解决了因局部区域大当量焊接而产生明显裂纹的问题，同时优化设计了相应的专业设备工装.
1 缸盖堵板焊接准备
1.1 裂纹的预防
在焊缝近区两侧附近加热，使其受到拉伸作用，并达到塑性变形的程度，抵消（或部分抵消）焊接过程中的压缩塑性形变，从而使焊缝近区的拉伸残余应力消除（或变低），从而减少焊接时产生的裂纹.
另外，焊条在储存、运输期间，药皮易吸潮，使药皮中的水分增加，对焊缝质量造成影响，所以焊条在使用之前，要对其进行烘干，以降低药皮中的含水量，其目的是：1） 减少焊接过程中的飞溅，使焊接电弧能够稳定地燃烧;2） 防止在焊缝过程中产生气孔;3） 防止在焊接某些低合金钢时，由水引起的延迟裂纹.酸性焊条的烘干温度为150～200 ℃，烘干时间为1 h;碱性焊条的烘干温度为350～400 ℃，烘干时间为1～2 h，烘干后置于100～150 ℃的保温箱内，随用随取.
1.2 预热焊接工器具
缸盖堵板焊接采用先预热后焊接的流程，预热采用直流温控柜和方形履带式加热板，将履带式加热板平铺在堵板表面持续加热，如图1所示.
履带式加热板为500 mm×200 mm陶瓷材质，其功率为3 kW，输入电压为0～220 V，如图2所示.直流温控柜输入为3相4线制交流电，输出为3相6路直流电源.由于焊接过程中需要对温度实现可变可控，输出电压控制在0～180 V，以达到调节功率的目的，每路输出设单独保护开关，如图3所示.
2 缸盖堵板焊接工艺
2.1 焊接预热
将温控柜输出直流电压调节至120 V，加热板平铺，直接对焊接位置预热.缸盖本体外围温度达到45 ℃才可进行焊接[3-4].由于受加热设备和工期的限制，当堵板焊接位置及周围3倍焊接厚度的距离范围内达到80 ℃以上，进行焊接.
2.2 保温温度和时间控制
同时在缸盖外围搭建一个保温棚，以减小环境温度的影响，在履带式加热板表面铺设保温布，减小热量散失.距离缸盖堵板焊接区域较近的部分，加热2 h达到焊接要求温度;距离缸盖堵板焊接区域较远的部分，加热3～4 h达到焊接要求温度.
在焊接过程中，对所有加热板持续供电.对未焊接的堵板持續加热，对已焊接的堵板焊缝保温2 h以上，保温时间越长，焊缝产生的裂纹越少.焊缝保温可采用阶梯式递减加热板电压，即加热板电压每30 min减小20 V，待电压为0 V后，将保温布和保温棚打开，使其自然冷却到环境温度.
2.3 焊条与机械消应处理
缸盖和堵板材质均为ZG20MnSi，焊条选用3.2 mm J507.J507是低氢钠型碱性焊条[5]，普遍用于锅炉及压力容器受压焊缝的焊接作业，相对于普通焊条，其抗拉能力较强.
由于J507焊条焊接坡口较大，需要进行多层堆焊，故在每一层堆焊完成之后[6]，对焊缝用手锤、风针或气铲敲击，敲除焊渣，消除焊缝的部分应力.
2.4 焊接后探伤
待堵板自然冷却之后，需要对焊缝进行打磨处理，显出金属本色.焊缝表面光滑过渡，无飞溅，打磨光滑干净，便于渗透探伤，如图4所示.图4中，渗透探伤存在裂纹，采用角磨机逐步深入打磨，对于裂纹严重区域的焊缝，需要进行刨除，直至裂纹完全显露出来后，二次加热焊接.对于单个红点，采用角磨机对其表层打磨，以判断是否会影响焊接密封. 待渗透探伤全部合格，将焊缝用面团或者黄油围住，中间注入煤油，进行煤油渗漏试验.6 h后，检查组合面是否有渗透的油迹.
3 工艺优化
现有的加热方式因为受3线6路控制柜的限制，只能同时使用6块方形履带式加热板，每块履带式加热板只能覆盖2个堵板（图1）.如需加热20个堵板，为保证焊接的质量，必须等到所有堵板温度均达到焊接要求，增加了预热时间;在保温过程中，存在部分堵板保温时间不够充分，影响焊接效果;在冷却过程中，不同堵板之间存在温度差，使堵板因收缩不一致而产生裂纹.
本设计提出一种新的10路加热控制柜，可同时接10个履带式加热板.且每路有单独开关，接头采用快速接头.同时，将履带式加热板由传统的方形改为扇形，能够覆盖全部20个堵板，避免了方形加热板存在重叠、死角的情况，使加热效果更加均匀，如图5所示.
4 结 论
本文作者对传统堵板焊接工艺进行了改进，并进行了相应的实验验证，从实际生产角度来看，采用搭设保温棚、焊前预热、焊后保温、焊条烘干的综合作业，能够有效避免焊接过程中产生裂纹，但是本文作者并没有计算具体消除残余应力的百分比值，且没有得出不同预热温度对于残余应力消除程度相应的曲线关系，在后续实验中，将设计其他有效的方法将其量化.另外，对于工艺需要继续研究优化，提高焊接的成功率，尽量避免刨除操作对本体造成的伤害.
参考文献：
[1] 张克.大型薄壁筒体类零件焊接变形控制变形工艺研究 [J].新技术新工艺，2015（12）：8-10.
ZHANG K.Research on the control of welding deformation process for large thin-walled cylindrical and rectangular parts [J].New Technology & New Process，2015（12）：8-10.
[2] 赵维义，刘烈全.局部低温热处理消除焊接残余应力方法研究 [J].华中科技大学学报，2001，29（1）：31-32.
ZHAO W Y.LIU L Q.Research of the heat treatment method with low temperature to reduce welding residual stress partly [J].Journal of Huazhong University of Science and Technology（Natural Science Edition），2001，29（1）：31-32.
[3] 丛述玲，金成.焊接接头细观多晶模型及拉伸应力变化数值模拟 [J].兵器材料科学与工程，2016，39（5）：25-29.
CONG S L，JIN C.Mesoscopic polycrystalline model of welded joints and numerical simulation of stress change under tension [J].Ordnance Material Science and Engineering，2016，39（5）：25-29.
[4] BARBE F，DECKER L，CAILLETAUD G，et al.Intergranularand intragranular behavior of polycrystalline aggregates [J].International Journal of Plasticity，2001，17（4）：513-536.
[5] 李公社.浅析酸性、碱性焊条的使用要求 [J].甘肃科技，2013，29（1）：75-76.
LI G S.Analysis of the requirements for the use of acidic and alkaline electrodes [J].Gansu Science and Technology，2013，29（1）：75-76.
[6] 王長生，薛小怀，楼松年，等.薄板焊接变形的影响因素及控制 [J].焊接技术，2005，34（4）：66-67.
WANG C S，XUE X H，LOU S N，et al.Influencing factors and control of thin plate welding deformation [J].Welding Technology，2005，34（4）：66-67.
（责任编辑：包震宇）
关键词： 堵板; 焊接; 裂纹
中图分类号： TK 730.8 文献标志码： A 文章编号： 1000-5137（2019）05-0485-04
Abstract： Through the amending of welding process and environment，various means were applied comprehensively such as electrode drying treatment，greenhouses building in construction area，preheating，thermal insulation after welding and so on.After all the problems of welding crack were solved thoroughly.
Key words： blocking; plate welding; crack
0 引 言
对焊缝进行刨除后，重新焊接时，会发现多个堵板依然存在裂纹，且反复刨除和焊接未能有效解决焊接裂纹的问题，反而存在破坏设备本体材质的风险，延误了机组组装的直线工期.裂纹产生主要有两方面的原因：1） 焊接导致焊件温度分布不均，产生焊接应力;2） 焊条本身因吸潮而使工艺性能变差，造成电弧不稳、飞溅增多.
焊接导致堵板局部温度过高，而缸体本体温度趋近于环境温度，造成焊件上温度分布不均匀，最终导致在结构内部产生了焊接应力与变形.焊接应力是引起脆性断裂、疲劳断裂、应力腐蚀断裂和失稳破坏的主要原因[1].另外，焊接变形也使结构的形状和尺寸精度难以达到技术要求，直接影响制造质量和使用性能.
在焊接时，焊缝近区的金属被电弧加热到熔化高温[2]，焊缝近区温度最高，膨胀量最大，因此焊缝近区两侧材料对焊缝具有较大压缩作用.当冷却收缩时，焊缝部位的压缩变形部分不会恢复原状，形成较大拉伸残余应力，该拉伸应力的总合内力由压缩残余应力的总合内力平衡.
本文作者通过综合运用搭设保温棚、焊前预热、焊后保温、焊条烘干等方法，较好地解决了因局部区域大当量焊接而产生明显裂纹的问题，同时优化设计了相应的专业设备工装.
1 缸盖堵板焊接准备
1.1 裂纹的预防
在焊缝近区两侧附近加热，使其受到拉伸作用，并达到塑性变形的程度，抵消（或部分抵消）焊接过程中的压缩塑性形变，从而使焊缝近区的拉伸残余应力消除（或变低），从而减少焊接时产生的裂纹.
另外，焊条在储存、运输期间，药皮易吸潮，使药皮中的水分增加，对焊缝质量造成影响，所以焊条在使用之前，要对其进行烘干，以降低药皮中的含水量，其目的是：1） 减少焊接过程中的飞溅，使焊接电弧能够稳定地燃烧;2） 防止在焊缝过程中产生气孔;3） 防止在焊接某些低合金钢时，由水引起的延迟裂纹.酸性焊条的烘干温度为150～200 ℃，烘干时间为1 h;碱性焊条的烘干温度为350～400 ℃，烘干时间为1～2 h，烘干后置于100～150 ℃的保温箱内，随用随取.
1.2 预热焊接工器具
缸盖堵板焊接采用先预热后焊接的流程，预热采用直流温控柜和方形履带式加热板，将履带式加热板平铺在堵板表面持续加热，如图1所示.
履带式加热板为500 mm×200 mm陶瓷材质，其功率为3 kW，输入电压为0～220 V，如图2所示.直流温控柜输入为3相4线制交流电，输出为3相6路直流电源.由于焊接过程中需要对温度实现可变可控，输出电压控制在0～180 V，以达到调节功率的目的，每路输出设单独保护开关，如图3所示.
2 缸盖堵板焊接工艺
2.1 焊接预热
将温控柜输出直流电压调节至120 V，加热板平铺，直接对焊接位置预热.缸盖本体外围温度达到45 ℃才可进行焊接[3-4].由于受加热设备和工期的限制，当堵板焊接位置及周围3倍焊接厚度的距离范围内达到80 ℃以上，进行焊接.
2.2 保温温度和时间控制
同时在缸盖外围搭建一个保温棚，以减小环境温度的影响，在履带式加热板表面铺设保温布，减小热量散失.距离缸盖堵板焊接区域较近的部分，加热2 h达到焊接要求温度;距离缸盖堵板焊接区域较远的部分，加热3～4 h达到焊接要求温度.
在焊接过程中，对所有加热板持续供电.对未焊接的堵板持續加热，对已焊接的堵板焊缝保温2 h以上，保温时间越长，焊缝产生的裂纹越少.焊缝保温可采用阶梯式递减加热板电压，即加热板电压每30 min减小20 V，待电压为0 V后，将保温布和保温棚打开，使其自然冷却到环境温度.
2.3 焊条与机械消应处理
缸盖和堵板材质均为ZG20MnSi，焊条选用3.2 mm J507.J507是低氢钠型碱性焊条[5]，普遍用于锅炉及压力容器受压焊缝的焊接作业，相对于普通焊条，其抗拉能力较强.
由于J507焊条焊接坡口较大，需要进行多层堆焊，故在每一层堆焊完成之后[6]，对焊缝用手锤、风针或气铲敲击，敲除焊渣，消除焊缝的部分应力.
2.4 焊接后探伤
待堵板自然冷却之后，需要对焊缝进行打磨处理，显出金属本色.焊缝表面光滑过渡，无飞溅，打磨光滑干净，便于渗透探伤，如图4所示.图4中，渗透探伤存在裂纹，采用角磨机逐步深入打磨，对于裂纹严重区域的焊缝，需要进行刨除，直至裂纹完全显露出来后，二次加热焊接.对于单个红点，采用角磨机对其表层打磨，以判断是否会影响焊接密封. 待渗透探伤全部合格，将焊缝用面团或者黄油围住，中间注入煤油，进行煤油渗漏试验.6 h后，检查组合面是否有渗透的油迹.
3 工艺优化
现有的加热方式因为受3线6路控制柜的限制，只能同时使用6块方形履带式加热板，每块履带式加热板只能覆盖2个堵板（图1）.如需加热20个堵板，为保证焊接的质量，必须等到所有堵板温度均达到焊接要求，增加了预热时间;在保温过程中，存在部分堵板保温时间不够充分，影响焊接效果;在冷却过程中，不同堵板之间存在温度差，使堵板因收缩不一致而产生裂纹.
本设计提出一种新的10路加热控制柜，可同时接10个履带式加热板.且每路有单独开关，接头采用快速接头.同时，将履带式加热板由传统的方形改为扇形，能够覆盖全部20个堵板，避免了方形加热板存在重叠、死角的情况，使加热效果更加均匀，如图5所示.
4 结 论
本文作者对传统堵板焊接工艺进行了改进，并进行了相应的实验验证，从实际生产角度来看，采用搭设保温棚、焊前预热、焊后保温、焊条烘干的综合作业，能够有效避免焊接过程中产生裂纹，但是本文作者并没有计算具体消除残余应力的百分比值，且没有得出不同预热温度对于残余应力消除程度相应的曲线关系，在后续实验中，将设计其他有效的方法将其量化.另外，对于工艺需要继续研究优化，提高焊接的成功率，尽量避免刨除操作对本体造成的伤害.
参考文献：
[1] 张克.大型薄壁筒体类零件焊接变形控制变形工艺研究 [J].新技术新工艺，2015（12）：8-10.
ZHANG K.Research on the control of welding deformation process for large thin-walled cylindrical and rectangular parts [J].New Technology & New Process，2015（12）：8-10.
[2] 赵维义，刘烈全.局部低温热处理消除焊接残余应力方法研究 [J].华中科技大学学报，2001，29（1）：31-32.
ZHAO W Y.LIU L Q.Research of the heat treatment method with low temperature to reduce welding residual stress partly [J].Journal of Huazhong University of Science and Technology（Natural Science Edition），2001，29（1）：31-32.
[3] 丛述玲，金成.焊接接头细观多晶模型及拉伸应力变化数值模拟 [J].兵器材料科学与工程，2016，39（5）：25-29.
CONG S L，JIN C.Mesoscopic polycrystalline model of welded joints and numerical simulation of stress change under tension [J].Ordnance Material Science and Engineering，2016，39（5）：25-29.
[4] BARBE F，DECKER L，CAILLETAUD G，et al.Intergranularand intragranular behavior of polycrystalline aggregates [J].International Journal of Plasticity，2001，17（4）：513-536.
[5] 李公社.浅析酸性、碱性焊条的使用要求 [J].甘肃科技，2013，29（1）：75-76.
LI G S.Analysis of the requirements for the use of acidic and alkaline electrodes [J].Gansu Science and Technology，2013，29（1）：75-76.
[6] 王長生，薛小怀，楼松年，等.薄板焊接变形的影响因素及控制 [J].焊接技术，2005，34（4）：66-67.
WANG C S，XUE X H，LOU S N，et al.Influencing factors and control of thin plate welding deformation [J].Welding Technology，2005，34（4）：66-67.
（责任编辑：包震宇）