孙虎杰
广西工业技师学院
摘要：大厚度构件材料焊接难度较高，可采取深窄间隙焊接技术，以此提高焊接紧密性，提高焊接硬度。基于此，本文主要以大厚度构件材料中深窄间隙焊接技术重要性为切入点，以某大厚度材料为例，分析该技术应用流程及焊接后材料力学性能，以期为相关工作者提供参考。
关键词：大厚度构件；深窄间隙焊接技术；材料焊接；机械加工
前言：
重大装备制造作为我国中长期技术发展规划的重要方向，尤其是能源领域大型构件制造技术，对于国家经济效益具有较大影响。在制造重大设备中，存在大厚度构建材料，使用普通连接方式难以达到效果，应用窄间隙焊接技术，以多道多层焊接工艺焊接，具有填充量少、变形小的特点，在大厚度构建焊接中具有良好效果，大厚板焊接中应用较为广泛。
一、大厚度构件材料中深窄间隙焊接技术重要性
焊接中构件厚度对于其效果影响较大，构件厚度较小，则简单焊接即可使两部分结构结合紧密，构件厚度较高，则难以通过表面焊接方式将构件抗冲击性与强度提高。实际应用中，大厚度构件通常承担抗冲击或称重作用，设计者有意提升材料厚度，满足该方面需求，对于焊接技术要求更高。并且，大厚度构件重力较大，也增加了焊接难度，采取单一焊接方式无法达到质量要求，复杂焊接模式则成本较高，降低了经济效益[1]。因此，可应用深窄间隙焊接技术，其坡口新装较为简单，焊接中母材量耗费较少，界面较小，通过该方式焊接能够减少焊接损耗，促进经济效益的提升。在焊接过程中，多层焊道相互作用，前一焊道能够为后一焊道预热，后一道则有助于前一道回火，以改善焊头机械性能，减轻了接头产生断裂特征与疲劳强度特征的概率。该技术不仅可用于焊接低碳钢材料，还能焊接低合金高强钢、高金钢及钛合金，优越性显著。
二、大厚度构件材料焊接中深窄间隙焊接技术的应用
在大厚度构件材料深窄间隙焊接中，以NiCrMoV核电转子用钢材料为例，其厚度150mm，外径2500mm，内径2350mm，应用深窄间隙焊接模式，坡口角度0.5°，坡口宽度20mm。
1.焊接应用
整体母材为典型马氏体回火组织，为达到良好焊接效果，在正式焊接前，使用氩弧焊打底，便于后续获得良好背部成形。在填充与盖面中，均采取氩弧焊焊接模式加以辅助，可提升焊接效率[2]。当氩弧焊焊接后即可采取深窄间隙焊接，通过多层双道焊缝操作方式，达到侧壁融合。焊接中焊缝表面平滑，人影响区较窄，达到了良好效果。通过该技术对大厚度构件进行舒适层填充盖面，使得焊缝有效融合，未产生杂质或大气孔等问题。
2.性能检验
（1）硬度测试
应用维氏硬度计测量整体接头显微硬度，加载时间20s，所用荷载9.8N，对两个间距0.5mm的硬度点进行测试，结果表明母材硬度与焊缝硬度无过多差距，在250-255HV之间。最高硬度值位置处于热影响区粗晶区内，为390HV，确定热影响区整体宽度在2.0-2.4mm之间。通过上述分析，可知接头区域内整体热影响区域具有较高硬度值，且母材硬度与焊缝硬度数值较为接近，不均匀硬度分布主要在于区域组织不均匀，通过扫描电镜可知，在母材中具有较多碳化物，且尺寸较大，多分布于晶粒内部，而热影响区细晶内，相较于母材碳化物尺寸及数量无明显差别，晶粒尺寸减小，粗晶区则碳化物尺寸显著减小，粗晶区内相界及整体晶粒内部遍布粒子[3]。可知碳化物分布与尺寸对于焊缝区硬度值具有一定影响，碳化物分布均匀弥散、且尺寸较小，则硬度值有所提高。
（2）冲击韧度
在试验中对不同区域冲击韧度进行检测，母材脆性在-64℃温度下实现转变，焊缝则在-28℃下即实现了脆性转变，热影响区则-21℃实现脆性转变。在脆性转变中，温度越低则表明材料具有较高抗脆性能，以此可知焊接结构脆性转变温度低于力学性能标准。而在焊缝轴晶区、母材室温冲击断口形貌、柱状结晶区母材侧影响区，可了解母材断口存在较深韧窝，数量较多，有撕裂痕迹，代表冲击韧度良好；热影响区断口位置，则存在较浅韧窝，且断口处较为平滑，代表该区域冲击韧性相较于母材有所不足。焊缝断口位置，韧性窝存在粒子，此为焊缝断口冲击韧度在母材之下的主要原因。
（3）拉伸性能
不同温度下接头与母材屈服强度与抗拉强度不同。试验中不同温度下拉伸焊缝，其屈服强度与抗拉衰减度相较于母材较低，且经过拉伸后，接头断裂位置为焊缝中心区域，此位置处于两层细晶区，经历了数次加热回火，降低了该部位硬度。并且，通过不同温度拉伸试验，均在焊缝中心位置断裂，则表明焊接接头中该部位属于拉伸性能薄弱区。
3.技术弊端
通过上述应用及试验可知，尽管深窄间隙焊缝在进行大厚度构件材料焊接中具有优越性，但也存在一定弊端，具体体现在以下几点：一是深窄间隙焊接中，对于设备具有较高要求，配制齐全设备需投入较多资金，导致短时间内无法提升焊接效益。特别是在当前生产环境下，仍无法实现大面积大厚度构件材料应用深窄间隙焊缝技术；二是通过深窄间隙焊接技术尽管可达到预期焊接效果，但是，一旦破坏该焊接成果后，则难以有效修复，需采取普通焊接模式焊接，在机械加工中该焊接模式较为麻烦；三是深窄间隙焊接技术要求人员焊接技巧良好，拥有丰富焊接经验，需长时间培训人员，无形中增加了人力成本。并且，焊接中电弧易遭受外界干扰，对于应用该技术的管理者及工作者均提出了要求；四是以技术而言，该技术焊接中侧壁几乎平行于电弧轴线，此种情况无法确保母材侧壁融合，还需要做好坡口清渣工作，保证坡口起头稳定。
总结：综上所述，窄间隙焊接技术作为高效焊接方式，可节约制造时间，降低熔敷量，在大厚度构件中应用前景广阔。本文通过以某大厚度钢材为例，分析深窄间隙焊接技术应用后材料硬度与母材无显著差距，冲击韧性有所降低、焊接接头位置属于拉伸薄弱区，在今后焊接中需加以主注意。
参考文献：
[1]刘金湘,孙凡,俞增强,陈锐,宋磊,祁世让,马建峰.核级高温液态金属泵用奥氏体不锈钢窄间隙细丝埋弧焊焊接工艺技术研究[J].电焊机,2019,49(06):56-60.
[2]薛松柏,王博,张亮,龙伟民.中国近十年绿色焊接技术研究进展[J].材料导报,2019,33(17):2813-2830.
[3]魏旭,卢长煜.深窄间隙焊接技术在大厚度构件材料焊接中的应用研究[J].内燃机与配件,2018(03):122-123.