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【摘 要】平地机用回转齿圈是焊接结构件，具有高质量，高难度，焊缝长，高强度等特点，利用专机进行焊接，可确保焊接质量的同时，有效地提高生产率，降低工人的劳动强度。本文对专机焊接平地机回转齿圈的工艺进行深入分析，特别分析了焊接裂纹产生原因及解决措施。
【关键词】平地机；回转齿圈；中厚板；焊接工艺；专机；焊接裂纹
一、前言
平地机主要用于完成公路、机场、农田等大面积的地面平整、刮坡、推土、除雪及开荒等工作，因此在施工中必须具有足够的强度、稳定性和耐久性，而大回转齿圈结构件作为平地机刮土工作装置的核心部件，起着传递动力与控制运动的作用，并承受高应力冲击载荷，因此要求零部件要有非常高的可靠性、耐磨性。回转齿圈作为大回转齿圈结构件的主要零件，其焊接质量、焊接后性能直接影响整个结构件的使用寿命。
二、产品结构
平地机回转齿圈的一个焊接结构件，如图一所示，它是由圆环和面板通过焊接而成。其中，圆环是板厚40mm的Q345B的中板，面板是由4块板厚40mm的Q345B的中板拼接而成。圆环开有坡口，与面板形成T形接头的坡口焊接，坡口类型为双边单V坡口，对称焊缝，内外两条焊缝分别长约5.4米。
三、专机简介
该零件的焊缝长，规则，非常适合采用焊接专机进行焊接，既可以提高生产效率，同时又极大程度地降低焊工的劳动强度。因此，我们订制专机来进行焊接。如图二所示，焊接专机由变位机和操纵机构组成，变位机包括旋转和翻转，操纵机构包括上下、前后调整机构、摆枪装置和微调跟踪装置，全部实现数字控制，以PLC可编程控制器为核心控制单元，控制专机的焊接参数和动作；可通过修改控制软件的程序及参数来调节设备的功能，使整个设备具有很强的智能性和柔性。焊接夹具采用手动装夹方式，主要结构由压板与调心定位块构成，工件点焊后上工作台对中夹紧。启动按钮，焊接专机就可按预先设定的焊接顺序进行焊接。
四、工艺分析
1.材料焊接性能分析
金属材料的焊接性能主要是指材料焊接后获得优质焊接接头的能力和焊接接头的承载能力。而这二方面的能力好坏主要取决于材料的化学成分。我们通过对Q345B的碳当量、热裂纹敏感指数等参数来分析该材料焊接后的淬硬倾向和产生裂纹的敏感性。
Q345B为低合金高强度钢，其主要的化学成分为如下所示：
1.1 碳当量计算
碳当量主要是用于评价材料的淬硬倾向，如果材料的碳当量高，则材料就存在淬硬性，容易形成硬化组织。对于低合金高强度钢，按美國焊接学会（AWS）推荐的最大碳当量值在小于0.4%，板材厚度在25mm以内，材料的焊接淬硬倾向小，焊接性能较好。
Q345B的碳当量计算值为：
1.2 热裂纹的敏感性：
热裂纹敏感指数是对材料产生热裂纹的敏感性进行评价的一个指标，它是通过大量的试验总结出来的经验值。一般来说，如果某材料的热裂纹敏感指数大于30，就较容易产生热裂纹。对于含碳量≤0.2的Q345B钢材，其热裂纹敏感指数：
1.3如表一和图三所示，从碳当量和板厚来看，该材料的综合焊接性等级约在Ⅱ～Ⅲ之间，有一定的淬硬倾向，同时UCS较大，又有热裂纹倾向，因此，需要通过焊接工艺进行控制。
2.裂纹的预防：焊接裂纹主要指冷裂纹和热裂纹
2.1 冷裂纹：焊接冷裂纹产生的机理主要与硬化组织、含氢量与接头应力有关。由于零件材料有一定的淬硬倾向，容易产生硬化组织，因此，在焊接过程中必须采取控制措施：
a） 采用低氢焊接方法，如熔化极混合气体保护焊。
b）发挥多层多道焊接的有利条件，利用前、后层焊接温度来实现焊前预热和焊后保温，进行消氢处理。
c） 控制层间温度和热输入，避免产生硬脆的马氏体组织。
d） 提高零件的装配质量，尽量减小装配应力。
2.2 热裂缝：引起热裂纹的主要因素是因为焊接熔池在结晶过程中存在结晶偏析和低熔点的共晶体。由于该零件材料的UCS=41.6＞30Mn/S的比例约28～45.7，焊接时容易产生热裂纹，必须采取控制措施如下：
a） 控制焊缝的化学成分，主要通过选择ER70S-6焊丝来是降低含碳量和提高Mn/S的比例，；
b） 改善焊缝坡口的形状系数，尽量使焊缝的形状系数大于1；
c） 降低焊接的线能量（热输入）和焊接速度。
3.焊接工艺制定
3.1 焊接方法的选择：与手工焊条电弧焊相比，熔化极气体保护焊的焊接效率高，熔深大，适合于长时间的机器焊接，同时，MAG焊接具有焊缝成形好，飞溅小，焊后清理容易，工作环境好等优点，因此，我们选用熔化极MAG气体保护焊（混合气）。
3.2 焊前、焊后处理：焊前母材采用喷丸处理，焊接预热处理则利用环形焊缝连续焊接的方式，即前面焊接为后面焊缝进行预热，而后面焊接则为前面焊缝提供焊后保温。
3.3 焊接顺序：采用双层单道焊接，具体焊接顺序如图四所示。内打底-外打底-外盖面-内盖面。焊接时，采用船形焊，轻微上坡焊接。盖面时增加焊枪摆动。
3.4 焊接参数
3.5 焊接效果
如图五所示，通过采用上述的焊接工艺进行焊接，焊缝成形美观，接头少，经UT进行检测，焊缝的内在质量完全符合要求，没有出现裂纹。和手工焊接相比，不仅减轻焊工的劳动强度，焊接效率也至少提高二倍以上。
五、结束语
对于中厚板环形焊缝的混合气体保护焊，利用焊接专机来焊接，可以有效的提高焊接效率，确保焊接质量，降低焊接强度。事实证明，通过对焊接参数的调整，合理设计焊接顺序，能够有效的避免焊接裂纹的产生。板厚40mm的Q345B零件完全可以在不需要专门的预热和焊后处理，也可以获得较好的焊接质量。
【关键词】平地机；回转齿圈；中厚板；焊接工艺；专机；焊接裂纹
一、前言
平地机主要用于完成公路、机场、农田等大面积的地面平整、刮坡、推土、除雪及开荒等工作，因此在施工中必须具有足够的强度、稳定性和耐久性，而大回转齿圈结构件作为平地机刮土工作装置的核心部件，起着传递动力与控制运动的作用，并承受高应力冲击载荷，因此要求零部件要有非常高的可靠性、耐磨性。回转齿圈作为大回转齿圈结构件的主要零件，其焊接质量、焊接后性能直接影响整个结构件的使用寿命。
二、产品结构
平地机回转齿圈的一个焊接结构件，如图一所示，它是由圆环和面板通过焊接而成。其中，圆环是板厚40mm的Q345B的中板，面板是由4块板厚40mm的Q345B的中板拼接而成。圆环开有坡口，与面板形成T形接头的坡口焊接，坡口类型为双边单V坡口，对称焊缝，内外两条焊缝分别长约5.4米。
三、专机简介
该零件的焊缝长，规则，非常适合采用焊接专机进行焊接，既可以提高生产效率，同时又极大程度地降低焊工的劳动强度。因此，我们订制专机来进行焊接。如图二所示，焊接专机由变位机和操纵机构组成，变位机包括旋转和翻转，操纵机构包括上下、前后调整机构、摆枪装置和微调跟踪装置，全部实现数字控制，以PLC可编程控制器为核心控制单元，控制专机的焊接参数和动作；可通过修改控制软件的程序及参数来调节设备的功能，使整个设备具有很强的智能性和柔性。焊接夹具采用手动装夹方式，主要结构由压板与调心定位块构成，工件点焊后上工作台对中夹紧。启动按钮，焊接专机就可按预先设定的焊接顺序进行焊接。
四、工艺分析
1.材料焊接性能分析
金属材料的焊接性能主要是指材料焊接后获得优质焊接接头的能力和焊接接头的承载能力。而这二方面的能力好坏主要取决于材料的化学成分。我们通过对Q345B的碳当量、热裂纹敏感指数等参数来分析该材料焊接后的淬硬倾向和产生裂纹的敏感性。
Q345B为低合金高强度钢，其主要的化学成分为如下所示：
1.1 碳当量计算
碳当量主要是用于评价材料的淬硬倾向，如果材料的碳当量高，则材料就存在淬硬性，容易形成硬化组织。对于低合金高强度钢，按美國焊接学会（AWS）推荐的最大碳当量值在小于0.4%，板材厚度在25mm以内，材料的焊接淬硬倾向小，焊接性能较好。
Q345B的碳当量计算值为：
1.2 热裂纹的敏感性：
热裂纹敏感指数是对材料产生热裂纹的敏感性进行评价的一个指标，它是通过大量的试验总结出来的经验值。一般来说，如果某材料的热裂纹敏感指数大于30，就较容易产生热裂纹。对于含碳量≤0.2的Q345B钢材，其热裂纹敏感指数：
1.3如表一和图三所示，从碳当量和板厚来看，该材料的综合焊接性等级约在Ⅱ～Ⅲ之间，有一定的淬硬倾向，同时UCS较大，又有热裂纹倾向，因此，需要通过焊接工艺进行控制。
2.裂纹的预防：焊接裂纹主要指冷裂纹和热裂纹
2.1 冷裂纹：焊接冷裂纹产生的机理主要与硬化组织、含氢量与接头应力有关。由于零件材料有一定的淬硬倾向，容易产生硬化组织，因此，在焊接过程中必须采取控制措施：
a） 采用低氢焊接方法，如熔化极混合气体保护焊。
b）发挥多层多道焊接的有利条件，利用前、后层焊接温度来实现焊前预热和焊后保温，进行消氢处理。
c） 控制层间温度和热输入，避免产生硬脆的马氏体组织。
d） 提高零件的装配质量，尽量减小装配应力。
2.2 热裂缝：引起热裂纹的主要因素是因为焊接熔池在结晶过程中存在结晶偏析和低熔点的共晶体。由于该零件材料的UCS=41.6＞30Mn/S的比例约28～45.7，焊接时容易产生热裂纹，必须采取控制措施如下：
a） 控制焊缝的化学成分，主要通过选择ER70S-6焊丝来是降低含碳量和提高Mn/S的比例，；
b） 改善焊缝坡口的形状系数，尽量使焊缝的形状系数大于1；
c） 降低焊接的线能量（热输入）和焊接速度。
3.焊接工艺制定
3.1 焊接方法的选择：与手工焊条电弧焊相比，熔化极气体保护焊的焊接效率高，熔深大，适合于长时间的机器焊接，同时，MAG焊接具有焊缝成形好，飞溅小，焊后清理容易，工作环境好等优点，因此，我们选用熔化极MAG气体保护焊（混合气）。
3.2 焊前、焊后处理：焊前母材采用喷丸处理，焊接预热处理则利用环形焊缝连续焊接的方式，即前面焊接为后面焊缝进行预热，而后面焊接则为前面焊缝提供焊后保温。
3.3 焊接顺序：采用双层单道焊接，具体焊接顺序如图四所示。内打底-外打底-外盖面-内盖面。焊接时，采用船形焊，轻微上坡焊接。盖面时增加焊枪摆动。
3.4 焊接参数
3.5 焊接效果
如图五所示，通过采用上述的焊接工艺进行焊接，焊缝成形美观，接头少，经UT进行检测，焊缝的内在质量完全符合要求，没有出现裂纹。和手工焊接相比，不仅减轻焊工的劳动强度，焊接效率也至少提高二倍以上。
五、结束语
对于中厚板环形焊缝的混合气体保护焊，利用焊接专机来焊接，可以有效的提高焊接效率，确保焊接质量，降低焊接强度。事实证明，通过对焊接参数的调整，合理设计焊接顺序，能够有效的避免焊接裂纹的产生。板厚40mm的Q345B零件完全可以在不需要专门的预热和焊后处理，也可以获得较好的焊接质量。