CN112676680A - 气体保护焊修复圆锯片裂纹的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气体保护焊修复圆锯片裂纹的方法，具体来说是提供一种能在较低预热温度下焊接修复圆锯片裂纹缺陷的手工气体保护焊工艺方法，该方法包括焊接方法的选择、焊接工艺的制定和焊接材料的选用，采用I型窄坡口焊接方法与双面对称碾压焊缝消除应力方法的组合焊接工艺，焊接材料选用焊缝金属与锯片金属色泽相近的高韧性、抗拉强度高于锯片强度10MPa～50MPa的焊丝，在预热温度100℃条件下，对圆锯片裂纹缺陷焊接修复，圆锯片温度保持在80℃～100℃范围之内。本发明有效解决了预热温度过高的难题，同时也使焊接操作和普通施焊一样简便可行，具有很高的实用价值和经济效益。

Description

气体保护焊修复圆锯片裂纹的方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别是一种气体保护焊修复圆锯片裂纹的方法。

背景技术

目前，圆锯片已广泛应用于钢材、铝材、石材和木材等切割加工。通常，圆锯片厚度在2.0mm～17mm之间，直径在Φ300mm～Φ5200mm之间；圆锯片采用碳素工具钢、合金工具钢或弹簧钢制成。圆锯片的结构特征是直径大而厚度薄，圆锯片的材料特征是高的强度、刚度和硬度，碳含量和合金含量高，易淬硬，焊接性差。

由于圆锯片的结构和材料特征的因素，在热处理和校平整形制造过程中，很容易在圆锯片某些部位产生贯透性裂纹，而且裂纹开裂位置的不确定性和裂纹长短及形状不规则的现实情况，则导致圆锯片报废，如图1所示，如果能用焊接的方法来修复圆锯片裂纹，可有效地减少废品率，具有较高的实用价值和经济效益。

众所周知，碳素工具钢、合金工具钢和弹簧钢的焊接性很差，大而薄的圆锯片结构极容易在焊接过程中产生开裂现象，尤其采用熔化焊接时其难度非常大，由于这类材料淬硬组织倾向大，焊接应力大，所以冷裂纹敏感性大，而焊接冷裂纹形成条件是淬硬组织、拘束应力和扩散氢，因此常采用预热、缓冷的工艺和选用优质的焊接材料来降低淬硬组织倾向和减小焊接应力，从而避免裂纹的产生是行之有效的途径，但其中对工件焊前预热温度的成功经验要求在400℃以上，在这样高的预热温度条件下进行人工焊接，尤其是大直径圆锯片的焊接，焊工很难接近圆锯片进行连续施工作业，所以在保证焊接过程中不产生裂纹等缺陷的前提下，如何来降低预热温度是解决问题的关键，但目前为止，还没有行之有效的熔焊方法能解决这一问题。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提供一种气体保护焊修复圆锯片裂纹的方法，能在较低预热温度下实现对圆锯片上面裂纹行之有效的焊接修复，具有很高的实用价值和经济效益。

为达到以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种气体保护焊修复圆锯片裂纹的方法，包括焊接方法的选择、焊接工艺的制定和焊接材料的选用，采用I型窄坡口焊接方法与双面对称碾压焊缝消除应力方法的组合焊接工艺，焊接材料选用焊缝金属与锯片金属色泽相近的高韧性、抗拉强度高于锯片强度10MPa～50MPa的焊丝，在预热温度100℃条件下，对圆锯片裂纹缺陷焊接修复，圆锯片温度保持在80℃～100℃范围之内。

采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，有益效果是：

(1)选择手工气体保护焊方法，具有操作灵活方便的优势，更适宜圆锯片开裂位置的不确定性和裂纹长短及形状不规则的实际情况的焊接，体现出可操作性强和焊修成本低的显著效果。

(2)使用焊丝作为焊接材料，比焊条更容易实现窄坡口的焊接，而且不需要清渣和焊接效率更高的优势。

(3)采用I型窄坡口焊接方法与双面对称碾压焊缝消除应力方法的一种组合焊接工艺，能显著的降低焊接裂纹开裂的敏感性，实现了在100℃预热温度条件下，对圆锯片裂纹焊接修复不会开裂的结果，实现了低温预热焊接碳素工具钢、合金工具钢和弹簧钢产品的可能，同时也使焊接操作和普通施焊一样简便可行。

(4)这种锯片裂纹的焊接修复方法，实现了报废锯片焊接修复的目的，具有很高的实用价值和经济效益及一定的社会意义，具备新颖性、创新性和实用性。

作为优选，本发明更进一步的技术方案是：

锯片厚度≤6mm时，坡口宽度为3mm；锯片厚度＞6mm＜10mm时，坡口宽度为4mm；锯片厚度≥10mm时，坡口宽度为5mm；坡口宽度≤4mm时使用Φ0.8mm直径的焊丝焊接，坡口宽度＞4mm时使用Φ1.0mm直径的焊丝焊接。

双面对称碾压焊缝消除应力方法是通过碾压焊缝装置的一对碾压轮对焊缝进行正反面对称碾压，使焊缝在碾压过程中得到延展，消除焊接应力。

附图说明

图1为圆锯片及裂纹走向示意图；

图2为本发明一实施例中I型焊接坡口形式示意图；

图3为本发明一实施例中圆锯片裂纹焊接修复俯视示意图；

图4为本发明一实施例中圆锯片裂纹焊接修复主视示意图；

图5为本发明一实施例中焊接坡口施焊修复示意图；

图6为本发明一实施例中碾压焊缝装置主视结构示意图；

图7为本发明一实施例中主动碾压轮与随动碾压轮碾压焊缝示意图；

图8为本发明另一实施例中圆锯片裂纹焊接修复俯视示意图；

图9为本发明另一实施例中焊接坡口施焊修复示意图。

图中：圆锯片1，裂纹2，止裂孔3，焊接坡口4，卡箍5，电加热胎具6，保温被7，保温罩8，焊缝9，强迫成型垫10，打底焊缝11，填充焊缝12，盖面焊缝13，台座14，随动碾压轮15，主动碾压轮16，液压缸17，变速装置18，滚动钢球19，轴销20，升降压力开关21，脚踏开关22。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明，下面将结合附图及具体实施例对本发明技术方案进行清楚、完整的描述。

下述实施例须满足如下技术要求：

(1)焊接强度不能低于圆锯片基体材质的强度；

(2)保证焊接不能开裂和产生任何影响质量的缺陷；

(3)修复后的焊缝金属要与圆锯片基体的色泽相近。

下述实施例选择手工焊接的理由是比自动焊接具有操作灵活方便的优势，更适宜圆锯片开裂位置的不确定性和裂纹长短及形状不规则的实际情况的焊接，选择气体保护焊的理由是比电焊条焊接更容易实现窄间隙坡口中的焊接，同时具有焊接效率高和焊接缺陷少的优势。

下述实施例采用I型窄坡口焊接方法与双面对称碾压焊缝消除应力方法的一种组合焊接工艺。

其中的I型窄坡口焊接方法，焊接坡口形式见图2所示，焊接坡口是用铣刀沿着圆锯片上面的穿透裂纹走向铣削成形，其特征在于：锯片厚度≤6mm时，坡口宽度为3mm，锯片厚度＞6mm＜10mm时，坡口宽度为4mm，锯片厚度≥10mm时，坡口宽度为5mm，本发明采用气体保护焊接比电焊条焊接具有焊接坡口更窄小的优势(电焊条的焊接坡口宽度一般在8mm以上)，焊缝越小，焊接热输入量越少及焊接应力越小是众所周知的，而窄坡口的焊接是减小焊缝截面的有效途径，体现在焊肉明显减少，从而减少焊接热输入量，降低淬硬组织倾向和焊缝的拘束应力，能有效地降低焊接裂纹开裂的敏感性，结果是预热温度在100℃条件下，圆锯片温度保持在80℃～100℃范围之内，正常施焊不会产生裂纹，对此很好地解决了预热温度过高的难题，同时也使焊接操作和普通施焊一样简便可行，其中在焊接坡口底面放置强迫成型垫，以便实现单面焊背面成形的效果。

其中的双面对称碾压焊缝消除应力方法，见图6和图7所示，使用一台碾压焊缝装置，通过一对碾压轮对焊缝进行正反面对称碾压，使焊缝在碾压过程中得到延展，达到消除焊接应力的目的，与手工锤击消除应力法相比，区别特征在于：锤击法是击打过程，锤头端部通常是圆头，着力是点接触且面积小，锤击力度大小很难把握，而且是焊缝单面一点一点的锤击消除应力，本专利的双面对称碾压焊缝消除应力法是一对圆轮对正反面焊缝对称的碾压过程，特征是焊缝正反面同时被碾压，碾压力度均匀稳定，呈现对称释放应力的状态，能显著降低裂纹敏感性，碾压轮能使弧形焊肉压平向外延展(压应力)来抵消焊缝的收缩应力(拉应力)，比手工锤击法消除应力法的效果更好，根据冷裂纹产生条件评判可知，低拘束应力的焊接接头产生冷裂纹的可能性很低。

下述实施例的焊接材料选用焊缝金属与锯片金属色泽相近的高韧性、抗拉强度高于锯片强度10MPa～50MPa的焊丝，考虑到焊接坡口的宽度和焊接效率，坡口宽度≤4mm时使用Φ0.8mm直径的焊丝焊接，坡口宽度＞4mm时使用Φ1.0mm的焊丝焊接，众所周知，焊丝焊接与焊条焊接相比，更容易实现窄间隙坡口中的焊接，而且不需要清渣和焊接效率更高的优势，因此选用焊丝焊接来实现了圆锯片裂纹修复是理想的工艺方案。

实施例1

请参阅图2至图7，本实施例中圆锯片1厚度10mm，直径Φ3600mm，材质为合金工具钢，裂纹2是在圆锯片的淬火过程中开裂形成，裂纹走向呈不规则形。

焊接方法：选用手工气体保护焊接，保护气体为85％Ar+15％CO₂混合气体。

焊接材料：选用焊缝金属与锯片金属色泽相近的焊丝，焊丝直径为Φ1.0mm，熔敷金属抗拉强度为850MPa的高强度、高韧性的焊丝。

气体保护焊修复圆锯片裂纹的方法，按如下步骤进行：

(1)除锈去油：采用钢丝刷将圆锯片1上面的裂纹2周边100mm范围内清刷干净，不得有油锈等影响焊接质量的脏物存在。

(2)钻止裂孔：采用钻头在裂纹2端头钻止裂孔3，止裂孔3可有效防止裂纹端头延长扩展，钻头直径选择φ5～Φ7mm，本实施例中选择Φ6mm钻头在裂纹2端头钻止裂孔3。

本实施例中裂纹2一端起始于圆锯片1基体，另一端延至锯齿端部，止裂孔位于圆锯片1基体上裂纹2端头。

(3)加工坡口：铣刀沿着圆锯片1上面的穿透裂纹走向加工焊接坡口4，坡口4为I型，坡口4开口宽度5mm。

值得注意的是，本实施例中，由于裂纹延至锯齿端部，为了在焊接过程中防止裂纹的错位、张开或收缩，圆锯片坡口打磨完成后，在有裂纹的锯齿端部安装卡箍5，并与圆锯片点焊牢固。

(4)圆锯片预热：将强迫成型垫10粘贴在圆锯片1上面的裂纹2的背面，然后将带有强迫成型垫10的圆锯片1放在电加热胎具6上，用保温被7盖满在圆锯片1上面，随后盖上保温罩8开始预热，预热温度为100℃，保温＞1小时，保温被7在裂纹部位留有开口，能揭开一条宽缝便于焊接施工。

(5)焊接工艺：将保温罩8撤离移开，再将裂纹修复部位上面的保温被7揭开一条缝，其它部位继续盖满保温被7，电加热胎具6保持继续加热状态，然后在坡口4内采用手工气体保护焊方法进行施焊，具体地，按如下步骤进行：

a.打底焊接：对焊接坡口4进行打底焊接，打底焊缝11采用单面焊背面成形及断续焊接的方式焊接。

b.填充焊接：对焊接坡口进行填充焊接，填充焊缝12采用断续焊接的方式一次焊满焊缝，首先焊满两个端头的焊缝，再焊中间部位。

c.盖面焊接：对焊缝坡口进行盖面焊接，盖面焊缝13采用连续焊接的方式焊接，盖面焊缝13余高＜1mm，不允许有咬边、凹坑缺陷存在。

(6)圆锯片保温缓冷：焊接后的圆锯片1盖上保温罩8进行加热保温，温度加热到100℃后停止加热，再随炉冷却至室温。

(7)消除应力：采用碾压焊缝装置对焊缝进行碾压来消除焊缝应力。

具体地，碾压焊缝装置通过碾压轮对焊缝9进行碾压，使焊缝9在碾压过程中得到延展，达到消除焊接应力的目的，与手工锤击消除应力法相比，区别在于：锤击法是击打过程，锤头端部通常是圆头，着力是点接触且面积小，锤击力度大小很难把握，而本方面的碾压焊缝消除应力法是圆轮碾压过程，碾压力度均匀稳定，比手工锤击法消除应力的效果更好，碾压轮能使弧形焊肉压平向外延展(压应力)来抵消焊缝的收缩应力(拉应力)，能显著的降低焊接裂纹敏感性，根据冷裂纹产生条件评判可知，低拘束应力的焊接接头产生冷裂纹的可能性很低。

如图6和图7所示，碾压焊缝装置包括台座14、随动碾压轮15、主动碾压轮16、液压缸17和变速装置18。台座14上面镶嵌有若干滚动钢球19，滚动钢球19用于支撑圆锯片1，并能方便滑移圆锯片1，主动碾压轮16设置在台座14上面，主动碾压轮16与滚动钢球19上端高度平齐。主动碾压轮16的转动能带动圆锯片1运行，随动碾压轮15和主动碾压轮16上下对称设置，将缓冷后的圆锯片1放置在台座14上面，然后移动圆锯片1使焊缝9对中随动碾压轮15，由于随动碾压轮15和主动碾压轮16是上下对称的，所以主动碾压轮16也对中了下面的焊缝9，随动碾压轮15通过轴销20与液压缸17连接，液压缸17与升降压力开关21电连接，液压缸17的压力和上下升降通过升降压力开关21调节控制，主动碾压轮16通过变速装置18带动且速度可调，脚踏开关22与变速装装置18电连接，通过脚踏开关22控制变速装装置18来实现主动碾压轮16正转或反转，主动碾压轮16的转动能带动圆锯片1运行，从而便于碾压焊缝9的方便作业，在碾压焊缝9的过程中，通过升降压力开关21和脚踏开关22的控制来实现对焊缝消除应力工作，其中人工要随时移动圆锯片1的方位，确保焊缝9位于随动碾压轮15的中心位置，碾压消除应力后转入下一道工序。

(8)打磨焊缝：先去掉圆锯片上的卡箍5，对正反面焊缝进行打磨修复平整。

(9)质量检查：用超声波对修复的焊缝进行探伤检查，若未发现任何缺陷，则判定为合格。

在焊接过程中，通过表面温度计测量锯片表面温度始终保持在80℃～100℃范围之内，而且焊缝没有开裂的现象，焊接修复后的圆锯片通过二次整体校平和磨削加工后，经超声波检验未发现任何焊接缺陷，并通过产品最终检验判为合格产品。

实施例2

请参阅图8和图9，本实施例中圆锯1厚度5mm，直径Φ1800mm，材质为碳素工具钢，所示的裂纹2是在圆锯片校平整形过程中开裂形成，裂纹走向呈不规则形。

焊接方法：同实施例1中规定的焊接方法一样。

焊接材料：选用焊缝金属与锯片金属色泽相近的焊丝，焊丝直径为Φ0.8mm，熔敷金属抗拉强度为850MPa的高强度、高韧性的焊丝。

气体保护焊修复圆锯片裂纹的方法，按如下步骤进行：

(1)除锈去油：采用钢丝刷将圆锯片1上面的裂纹2周边100mm范围内清刷干净，不得有油锈等影响焊接质量的脏物存在。

(2)钻止裂孔：采用Φ5mm的钻头在裂纹2端头钻止裂孔3，止裂孔3可有效防止裂纹端头延长扩展。

本实施例中裂纹2一端起始于圆锯片1中心圆的边缘，另一端止于圆锯片1基体，止裂孔3位于圆锯片1基体上裂纹2端头。

(3)加工坡口：铣刀沿着圆锯片上面的穿透裂纹走向加工焊接坡口，坡口为I型，坡口4开口宽度3mm。

本实施例中坡口与实施例1中坡口形状相同。

(4)圆锯片预热：将强迫成型垫10粘贴在圆锯片1裂纹2的背面，然后将带有强迫成型垫10的圆锯片1放在电加热胎具6上，用保温被7盖满在圆锯片1上面，随后盖上保温罩8开始预热，预热温度为100℃，保温＞1小时，保温被7在裂纹部位留有开口，能揭开一条宽缝便于焊接施工。

(5)焊接工艺：将保温罩8撤离移开，再将裂纹修复部位上面的保温被7揭开一条缝，其它部位继续盖满保温被7，电加热胎具6保持继续加热状态，然后在坡口4内采用手工气体保护焊方法进行施焊，具体地，按如下步骤进行：

对焊接坡口4采用断续焊接的方式进行焊接，先焊两端头再焊接中间，要求焊缝单层单道焊接成形，焊缝9的正反面余高＜1mm，不允许有咬边、凹坑缺陷存在。

(6)圆锯片保温缓冷：焊接后的圆锯片1盖上保温罩8进行加热保温，温度加热到100℃后停止加热，再随炉冷却至室温。

(7)消除应力：采用碾压焊缝装置对焊缝9进行碾压来消除焊缝应力。

本实施例中碾压焊缝装置结构及碾压方法与实施例1相同，此处不再赘述。

(8)打磨焊缝：对正反面焊缝进行打磨修复平整。

(9)质量检查：用超声波对修复的焊缝进行探伤检查，若未发现任何缺陷，则判定为合格。

在焊接过程中，通过表面温度计测量锯片表面温度始终保持在80℃～100℃范围之内，而且焊缝没有开裂的现象，焊接修复后的圆锯片通过二次整体校平和磨削加工后，经超声波检验未发现任何焊接缺陷，并通过产品最终检验判为合格产品。

实施例3

本实施例中圆锯片厚度8mm，直径Φ3000mm，材质为弹簧钢，加工坡口开口宽度为4mm，选用抗拉强度800MPa，直径为Φ0.8mm的焊丝，由于圆锯片厚度薄些，所以省去了实施例一中填充焊接工序，其余均按照实施例一的工艺方法进行了圆锯片裂纹的焊接修复，通过检验合格。

综上，采用上述工艺方法，对圆锯片裂纹的焊接修复已在生产中得到了良好的应用，实践证明，只要严格地按照本工艺方法操作施工，焊接修复的合格率为100％，但有时焊工由于操作不当，会出现焊接咬边的缺陷，此时如果及早发现，可马上焊接修补即可弥补过错，不会影响修复质量。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (3)

1.一种气体保护焊修复圆锯片裂纹的方法，包括焊接方法的选择、焊接工艺的制定和焊接材料的选用，其特征在于，采用I型窄坡口焊接方法与双面对称碾压焊缝消除应力方法的组合焊接工艺，焊接材料选用焊缝金属与锯片金属色泽相近的高韧性、抗拉强度高于锯片强度10MPa～50MPa的焊丝，在预热温度100℃条件下，对圆锯片裂纹缺陷焊接修复，圆锯片温度保持在80℃～100℃范围之内。

2.根据权利要求1所述的气体保护焊修复圆锯片裂纹的方法，其特征在于，锯片厚度≤6mm时，坡口宽度为3mm；锯片厚度＞6mm＜10mm时，坡口宽度为4mm；锯片厚度≥10mm时，坡口宽度为5mm；坡口宽度≤4mm时使用Φ0.8mm直径的焊丝焊接，坡口宽度＞4mm时使用Φ1.0mm直径的焊丝焊接。

3.根据权利要求1所述气体保护焊修复圆锯片裂纹的方法，其特征在于，双面对称碾压焊缝消除应力方法是通过碾压焊缝装置的一对碾压轮对焊缝进行正反面对称碾压，使焊缝在碾压过程中得到延展，消除焊接应力。

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