CN112676678A - 圆锯片裂纹的焊接修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆锯片裂纹的焊接修复方法，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电弧焊工艺方法，该方法特别之处在于：焊接材料为能够实现窄向运条法焊接和宽向运条法焊接的扁平形电焊条；窄小坡口焊接；振动冲击消除焊缝应力；采用窄向运条法焊接打底焊缝和填充焊缝，采用宽向运条法焊接盖面焊缝；圆锯片预热温度100℃，焊接修复温度保持在80℃～100℃。本发明有效解决了焊接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，能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。

Description

圆锯片裂纹的焊接修复方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别是一种圆锯片裂纹的焊接修复方法。

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。

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，所以圆锯片焊接修复的最大难题首先是如何解决焊接过程中裂纹产生的问题。碳素工具钢、合金工具钢和弹簧钢采用熔化焊接时难度非常大，这是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，但其中对工件焊前预热温度的成功经验要求在400℃以上，但如果圆锯片在400℃以上高温预热条件下进行焊接，焊工很难接近圆锯片进行连续施工作业，尤其是大直径圆锯片的焊接，除非搭建隔热施工台架，这样就会给圆锯片修复带来很大的不便和麻烦，从而增加了焊接操作难度和延长修复周期及提高修复成本，这也是造成目前无人去修复圆锯片裂纹缺陷的主要原因之一，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，还没有行之有效的方法来解决这一问题，在较低预热温度下焊接修复圆锯片裂纹的方法仍属空白。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种在较低预热温度下焊接修复，且能够避免焊接裂纹产生的圆锯片裂纹的焊接修复方法，其具有很高的实用价值和经济效益。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种圆锯片裂纹的焊接修复方法，特别之处在于：焊接材料为能够实现窄向运条法焊接和宽向运条法焊接的扁平形电焊条；窄小坡口焊接；振动冲击消除焊缝应力；采用窄向运条法焊接打底焊缝和填充焊缝，采用宽向运条法焊接盖面焊缝；圆锯片预热温度100℃，焊接修复温度保持在80℃～100℃。

本发明所述技术方案的核心是减少焊接热输入量和消除焊接拘束应力，达到减少淬硬组织和减小焊接拘束应力的效果，以降低裂纹敏感性。选用扁平形电焊条作为焊接材料，采用窄小坡口焊接方式与振动冲击消除焊缝应力方法，在预热温度100℃条件下，对圆锯片裂纹缺陷的焊接修复不会产生裂纹和影响圆锯片质量的缺陷，达到圆锯片裂纹缺陷焊接修复的技术要求。基于此，本发明与现有技术相比，其有益效果是：

(1)采用焊条手弧焊的方法，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)使用扁平形电焊条，对窄间隙坡口的焊接具有绝对的优势，比圆棒形焊条更容易实现窄小坡口的焊接，因此更有利于降低焊接裂纹敏感性和减少焊接缺陷，同时也明显地提高了焊接效率，缩短了焊修周期，节省了焊接材料用量和降低了电能消耗费用。

(3)采用窄小坡口焊接方式与振动冲击消除焊缝应力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，因此有效地解决了预热温度过高的难题，实现了在100℃预热温度条件下，对圆锯片裂纹缺陷的焊接修复不会产生裂纹和影响圆锯片质量的缺陷，实现了圆锯片裂纹缺陷焊接修复的技术要求，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，并填补了一项易裂钢较低预热温度下焊接的一种方法，其中的使用扁平形焊条焊接，采用窄小坡口焊接方式与振动冲击消除焊缝的一种组合焊接工艺，在100℃较低预热温度下施焊的简便操作，体现了本专利的新颖性、创新性和实用性。

作为优选，本发明更进一步的技术方案是：

所述的扁平形电焊条为焊缝金属与锯片金属色泽相近的低氢型、高韧性、抗拉强度高于锯片强度10MPa～50MPa型号的扁平形电焊条，焊芯截面为2mm×4mm。

焊接坡口是用角磨砂轮沿着圆锯片上面的穿透裂纹走向打磨成形，锯片厚度≤6mm时，坡口形式为单面U型，坡口宽度与锯片厚度尺寸一样，钝边厚度1～1.5mm，粘贴有强迫成型垫，单面焊背面成形；锯片厚度＞6mm时，坡口形式为双面对称U型坡口，坡口宽度6mm，正反两面对称焊接成形，焊接坡口钝边厚度1.5～2mm，盖面焊缝余高＜1.5mm。

振动冲击消除焊缝应力采用的振动棒端头为半圆的扁长矩形振动棒端头。

附图说明

图1为圆锯片及裂纹走向示意图；

图2为单U型焊接坡口形式示意图；

图3为双U型焊接坡口形式示意图；

图4为振动冲击焊缝装置示意图；

图5为振动棒结构示意图；

图6为扁平形电焊条结构示意图；

图7为扁平形电焊条的窄向运条方式示意图；

图8为扁平形电焊条的宽向运条方式示意图；

图9为本发明一实施例中圆锯片裂纹焊接修复俯视示意图；

图10为本发明一实施例中圆锯片裂纹焊接修复主视示意图；

图11为本发明一实施例中单U型焊接坡口施焊修复示意图；

图12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13为本发明另一实施例中双U型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，强迫成型垫9，扁平形电焊条10，打底焊缝11，填充焊缝12，盖面焊缝13，电磁吸力座14，上下振动装置15，振动棒16，主轴17，升降定位环18，旋转套19，转动关节20，伸缩臂21，振动开关22，磁力开关23。

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。

本发明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。

下述实施例的焊接方法选用手工电弧焊的焊接方法，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。

下述实施例选择扁平形焊条用于圆锯片焊接修复的理由是比圆棒形焊条更适宜实现窄间隙坡口中的焊接，使焊接坡口设计得更小。

下述实施例采用窄小坡口焊接方式与振动冲击消除焊缝应力方法，是一种组合焊接工艺。其中的窄小坡口焊接方法，焊接坡口形式见图2和图3所示，焊接坡口是用角磨砂轮沿着圆锯片上面的穿透裂纹走向打磨成形，其特征在于：锯片厚度≤6mm时，打磨成单面U型坡口，坡口宽度与锯片厚度尺寸一样，钝边厚度1～1.5mm，单面焊背面成形(背面有强迫成型垫)；锯片厚度＞6mm时，打磨成双面对称U型坡口，坡口宽度6mm，钝边厚度1～2mm，正反两面对称焊接成形，盖面焊缝余高＜1.5mm。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，体现在焊缝填充量明显减少，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。

其中的振动冲击消除焊缝应力方法，见图4和图5所示，使用一台振动冲击焊缝装置，其振动冲击原理类似于冲击电钻，其冲击焊缝的方式类似于手工锤击消除应力法，其区别在于手工锤击的锤头端部通常是圆头，而本发明的振动棒端头是半圆的扁长矩形，其效果比手工锤击法对焊缝的击打力更稳中有力，焊缝受冲击面积更大且均匀，通过这种上下振动击打方法使焊缝向两边延展(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。

下述实施例所述焊接材料选用扁平形电焊条，扁平形电焊条结构见图6所示，扁平形电焊条由于焊条截面为扁平形状，能实现窄向运条法和宽向运条法的两种焊接方式，扁平形焊条的运条方式见图7和图8所示，窄向运条法指焊条窄面沿着焊缝坡口方向焊接(焊缝窄)，适用窄间隙焊接和打底焊接，宽向运条法指焊条宽面沿着焊缝坡口方向焊接(焊缝宽)，适用盖面焊接和宽焊缝的焊接，所以扁平形电焊条比同等规格(焊条截面面积相同)的圆棒形焊条更容易实现窄间隙坡口中的焊接，因此，扁平形焊条实现了圆锯片裂纹窄小坡口焊接的工艺方案，考虑到焊接修复锯片的技术要求，选用焊缝金属与锯片金属色泽相近的低氢型、高韧性、抗拉强度高于锯片强度10MPa～50MPa型号的扁平形电焊条，考虑到焊接坡口的宽度和焊接效率，选用焊芯截面厚度2mm×宽度4mm规格的扁平形焊条(相当于Φ3.2mm的圆棒形焊条)，这种规格的扁平形焊条在6mm宽的焊接坡口内能良好地进行施焊，而同样规格的Φ3.2mm的圆棒形焊条需要焊接坡口宽度至少在10mm以上。

实施例1：

请参阅图2至图11，本实施例中，圆锯片1厚度6mm，直径Φ2200mm，材质为碳素工具钢，所示的裂纹2是在圆锯片的校平整形过程中开裂形成，裂纹走向呈不规则形。

圆锯片裂纹的焊接修复方法，按如下步骤进行：

焊接方法：选用直流焊机，反接极性手工电弧焊接。

焊接材料：选用焊缝金属与锯片金属色泽相近的低氢型、高韧性扁平形电焊条10，扁平形电焊条熔敷金属抗拉强度830MPa，焊条规格为2mm×4mm，该焊条具备良好的焊接工艺性能和抗裂性能，焊条焊前烘干温度300℃，保温一小时，然后放入保温桶内随焊随取。

(1)除锈去油：采用钢丝刷将圆锯片1上面裂纹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2端头延长扩展，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)打磨坡口：采用角磨砂轮机沿着裂纹走向打磨焊接坡口4，坡口4为单面U型，坡口4的宽度依据能确保扁平形电焊条在坡口中正常实施焊接，设计的坡口4宽度为6mm，钝边厚度1mm～1.5mm。

(4)圆锯片预热：首先在圆锯片1上面裂纹2的背面粘贴强迫成型垫9，强迫成型垫9的用途是更容易实现单面焊背面成形，然后将粘贴有强迫成型垫9的圆锯片1放在电加热胎具6上，该电加热胎具6同时也是焊接胎具，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2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2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内进行焊接，并对焊后的焊缝进行振动冲击消除焊接应力。

①点固焊接：采用扁平形电焊条10窄向运条方式对焊接坡口4根部间隙进行分段点焊牢固，点固焊缝长度8～10mm，焊缝两个端头点焊牢固。

②打底焊接：采用扁平形电焊条10窄向运条方式对焊接坡口进行打底焊接，打底焊缝11采用单面焊背面成形及断续焊接的方式焊接。

③填充焊接：采用扁平形电焊条10窄向运条方式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，焊完后对填充焊缝进行振动冲击，以消除焊接应力。

④盖面焊接：采用扁平形电焊条10宽向运条方式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，盖面焊缝余高＜1.5mm，不允许有咬边、凹坑缺陷存在，焊完后对盖面焊缝进行振动冲击，以消除焊接应力。

⑤振动冲击消除焊缝应力：如图4和图5所示，振动冲击焊缝装置包括电磁吸力座14、上下振动装置15和振动棒16，电磁吸力座14上竖直设置主轴17，主轴17上安装有升降定位环18和旋转套19，上下振动装置15通过转动关节20和伸缩臂21与旋转套19连接，实现上下振动装置15的左右摆动和长短伸缩，上下振动装置15上设置振动棒16，此外，振动冲击焊缝装置还设置振动开关22和磁力开关23。具体地，振动冲击焊缝装置操作方法是：首先将振动冲击焊缝装置放置在圆锯片1上面的焊缝旁边，按下磁力开关23通电，让电磁吸力座14吸紧圆锯片1上表面，用手移动上下振动装置15使振动棒16对准焊缝上方，通过调节升降定位环18确定振动棒16的上下高低位置，手握上下振动装置15并按住振动开关22通电，振动棒16开始对焊缝进行振动击打，松开振动开关22断电停止击打，击打焊缝轨迹靠手工移动上下振动装置15来完成，其中的上下振动装置15的左右摆动和长短伸缩由主轴17、旋转套19、转动关节20、伸缩臂21来实现。通过这种上下振动击打方法使焊肉向两边延展(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。

(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)打磨焊缝：对正反面焊缝进行打磨修复平整。

(8)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圆锯片1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1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2至图13，本实施例中圆锯片1厚度10mm，直径Φ3600mm，材质为合金工具钢，所示的裂纹2是在圆锯片淬火过程中开裂形成，裂纹走向呈不规则形。

圆锯片裂纹的焊接修复方法，按如下步骤进行：

焊接方法：选用直流焊机，反接极性手工电弧焊接。

焊接材料：选用焊缝金属与锯片金属色泽相近的低氢型、高韧性扁平形电焊条10，扁平形电焊条熔敷金属抗拉强度850MPa，焊条规格为2mm×4mm，该焊条具备良好的焊接工艺性能和抗裂性能，焊条焊前烘干温度300℃，保温一小时，然后放入保温桶内随焊随取。

(1)除锈去油：采用钢丝刷将圆锯片1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Φ6mm钻头在裂纹2端头钻止裂孔3，止裂孔3可有效防止裂纹2端头延长扩展。

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3位于圆锯片1基体上裂纹2端头。

(3)打磨坡口：采用角磨砂轮机沿着裂纹走向打磨焊接坡口4，坡口4为双面对称U型，坡口4宽度为6mm，钝边厚度1.5mm～2mm。

值得注意的是，本实施例中，裂纹2延至锯齿端部，为了在焊接过程中防止裂纹2的错位、张开或收缩，圆锯片1坡口4打磨完成后，在有裂纹2的锯齿端部安装卡箍5，并与圆锯片1点焊牢固。

(4)圆锯片预热：将圆锯片1放在电加热胎具6上，该电加热胎具6同时也是焊接胎具，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2.5小时，保温被7在裂纹2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内进行施焊，并对焊后的焊缝进行振动冲击以消除焊接应力。

①点固焊接：采用扁平形电焊条10窄向运条方式对焊接坡口4根部间隙进行分段点焊牢固，点固焊缝长度10～15mm，焊缝两个端头点焊牢固。

②打底焊接：采用扁平形电焊条10窄向运条方式对焊接坡口进行打底焊接，打底焊缝11采用单面焊背面成形及断续焊接的方式焊接。

③填充焊接：采用扁平形电焊条10窄向运条方式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，焊完后对填充焊缝进行振动冲击，以消除焊接应力。

④盖面焊接：采用扁平形电焊条10宽向运条方式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，盖面焊缝余高＜1.5mm，不允许有咬边、凹坑缺陷存在，焊完后对盖面焊缝进行振动冲击，以消除焊接应力。

⑤翻转圆锯片背面焊：焊接完一面后，通过吊装翻转圆锯片1焊接另一面，用砂轮清除背面打底焊缝的焊瘤、焊渣和未焊透缺陷，然后按照步骤3)进行填充焊接，按照步骤4)进行盖面焊接。

本实施例中焊完后采用的振动冲击焊缝装置及其操作方法与实施例1相同，此处不再赘述。

(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)打磨焊缝：先去掉圆锯片1上的卡箍5，再对正反面焊缝进行打磨修复平整。

(8)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圆锯片1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，坡口开口宽度为6mm，钝边厚度1.5mm，选用抗拉强度800MPa，焊条规格为2mm×4mm的扁平形电焊条，按照实施例2方法进行了圆锯片裂纹的焊接修复，通过对焊缝检验判定为合格。

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 (4)

1.一种圆锯片裂纹的焊接修复方法，其特征在于：焊接材料为能够实现窄向运条法焊接和宽向运条法焊接的扁平形电焊条；窄小坡口焊接；振动冲击消除焊缝应力；采用窄向运条法焊接打底焊缝和填充焊缝，采用宽向运条法焊接盖面焊缝；圆锯片预热温度100℃，焊接修复温度保持在80℃～100℃。

2.根据权利要求1所述的圆锯片裂纹的焊接修复方法，其特征在于，所述的扁平形电焊条为焊缝金属与锯片金属色泽相近的低氢型、高韧性、抗拉强度高于锯片强度10MPa～50MPa型号的扁平形电焊条，焊芯截面为2mm×4mm。

3.根据权利要求1所述的圆锯片裂纹的焊接修复方法，其特征在于，焊接坡口是用角磨砂轮沿着圆锯片上面的穿透裂纹走向打磨成形，锯片厚度≤6mm时，坡口形式为单面U型，坡口宽度与锯片厚度尺寸一样，钝边厚度1～1.5mm，粘贴有强迫成型垫，单面焊背面成形；锯片厚度＞6mm时，坡口形式为双面对称U型坡口，坡口宽度6mm，正反两面对称焊接成形，焊接坡口钝边厚度1.5～2mm，盖面焊缝余高＜1.5mm。

4.根据权利要求1所述的圆锯片裂纹的焊接修复方法，其特征在于，振动冲击消除焊缝应力采用的振动棒端头为半圆的扁长矩形振动棒端头。

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