如何进行厚壁中碳调质钢AISI 4145H的窄间隙熔化极气体保护焊

    TIG焊和SMAW焊的生产率太低，不适用厚壁件的焊接。窄间隙埋弧焊和窄间隙熔化极气体保护焊都能用于厚壁件焊接，但窄间隙埋弧焊难以焊接直径较小的环缝。本例焊件外径仅Φ178mm，而壁厚却在50mm以上，显然细丝熔化极气体保护焊是最佳选择，而窄间隙又可大大提高生产率和降低生产成本。

   (1)工况  本例焊件为需大批量生产的钻挺，故选择一个合适的焊接方法至关重要。中碳调质钢钻挺是地质勘探和石油钻采的消耗工具，常用规格为Φ178mm×9000mm，壁厚大于等于50mm，磨损主要发生在钻挺头部。故如能在钻挺头部焊上600mm长的一段高强耐磨件，便能大大节约材料和工本。钻挺母材为AISI 4145H中碳调质钢，其化学成分见表3-103。

    表3-103    AISI 4145H中碳调质钢化学成分（质量分数，%）

   (2)焊接设备选择  由于缺乏商用适于小直径环缝焊接的NG-MIG焊机，为此不得不自行配置成一套型号为NZM3-400的专机，可进行细丝脉冲NG-MIG焊。专机由ZPK-200脉冲电源、ZX5-250基值电源、NG-PC-MIG微机参数自动控制系统及自动跟踪系统、焊接机床及其控制系统构成，可适用于小于等于Φ外250mm×(4~60) mm小直径环缝焊接。专机结构示意于图3-46。另外还设计制造了适于深坡口焊接的专用焊枪，如图3-47所示：水冷椭圆形喷嘴的长轴方向有两个导流片，坡口内焊接时，由喷嘴流出的气体进行保护；接近坡口表面时，靠保护外套得到保护。

    图3-46    小直径环缝NG-MIG焊系统示意图

   1-卡盘；2-预热器；3-钻挺；4-焊接机头；5-钻挺头部；6-尾座；7-床身

    图3-47    深坡口专用焊枪示意图

   1-导电嘴；2-导流片；3-内喷嘴；4-水冷外套；5-导丝管；6-进水口

   (3)焊接工艺

   1)焊接坡口：如图3-48所示。间隙6≤10mm时易发生侧壁打弧。

    图3-48    NG-MIG焊焊接坡口

   2)焊前准备：焊前焊件应先行退磁至B<2mT，以防电弧失稳。另需准备内壁防漏临时衬垫，可由陶瓷、石棉制成，或用特制水冷铜垫，衬垫焊后将被去除。

   3)焊接：采用等强Φ1. 6mm的H10Mn2SiCrMoA焊丝；富氩混合气体保护（实例提供者可能为保密原因，未提供保护气体成分、流量，以及具体焊接参数。编者以为本例中如以纯氩保护，工艺性能不如富氩混合气体保护。编者推荐的保护气体配比为φ(Ar) 98%+φ(O2) 2%或φ(Ar) 95%～90%+φ(CO2)5%~10%；预热温度250~300℃；直流反接；熔滴过渡方式为脉冲喷射过渡，脉冲频率100Hz，脉冲波形为近似缺角正弦波；根部以小焊接电流慢速焊方式力保焊透（内置临时防漏衬垫），第2层后则以大焊接电流快速焊方式以提高效率，盖面层应以小焊接电流快速焊方式控制表面成形，并避免热影响区的过热脆化。焊后可不进行回火或调质热处理，但须保温缓冷。

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