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导言
阅读并理解供应商说明和您的雇主的安全规程。 为焊工面罩提供新鲜空气循环，以避免焊工由于长期接触焊接烟尘而引发疾病。 新鲜空气循环还能排出可能聚集在焊工面罩内的呼出二氧化碳。 在表面准备和焊接中，配戴适当的眼部防护、耳部防护和身体防护装备。 不要触摸有电的电气零件。 选用配有至少为 Shade-11 滤板的焊工面罩。 建议使用自动变暗头盔，因为这些头盔能消除"头盔翻转"引起的颈部应变，大幅增加电极放置的准确性。
安装、更换或修理期间，如果忽略或改变建议的关键焊接规程，将会出现低时数基刃和齿座焊接故障。 请参阅本讨论末尾列出的专门说明书，了解齿座的特定焊接类型。
铲斗掘地工具 (GET) 部件如基刃、齿座和侧强板的化学和硬度值在焊接时需要特别注意。 忽略焊接区域的清洁和建议的预热，使用不当的焊丝和不良的焊接应用会导致过早的氢脆和由此产生的开裂故障。 应遵循下面的焊接原则，确保达到最大的部件耐用性：
- 清洁焊接表面
- 使用低氢焊材
- 正确的预热
- 保持内部传递温度
- 完成焊接后，缓慢冷却
清洁度：
- 焊接区域必须没有油漆、锈迹、油脂、机油、水垢和焊渣。 污染这些部件会导致焊接裂纹、焊接气孔和较低的焊接强度。
低氢焊材
- 使用 E7018 棒状焊条、E71T-1 或 E70T-5 焊丝等低氢焊材对于防止氢脆引起的裂纹非常重要。 这些低氢焊材的扩散氢等级应不超过 5 ml/100 g 焊缝熔敷。 这有助于减少吸收到焊缝的氢量，防止氢脆。
适当的预热温度
- 焊接前，施加正确的预热量，对于确保良好的焊接非常重要。 预热有助于防止加热不匀引起的零件变形，并且可减少所需的焊机热量输入，有助于焊接。 预热对于大的零件非常重要，大块物件可快速吸走焊接区域的热量。 将各齿座两侧至少为基刃厚度两倍的区域预热至 190 – 232 °C (375 – 450 °F)。 如果预热焊接侧的对面一侧，则可以获得更加均匀的焊接加热。
保持内部传递温度
- 配合预热，在焊接时保持均匀的温度分布有助于防止变形，提高焊接质量。 应监视内部传递温度，将其保持在与预热相同的温度范围，即 190 – 232 °C (375 – 450 °F)。 需要注意大的零件。 大零件达到预热温度所需时间更长，零件变热后，可保留更多热量
焊接后，缓慢冷却零件
- 焊接完成后，应让零件缓慢冷却，防止变形和开裂。 缓慢冷却可以消除不均匀的温度分布，消散焊接收缩形成的内部应力，从而有助于防止变形。 此外，缓慢冷却零件可以留出更多氢从钢中逸出时间，有助于防止氢脆。 所有焊接部件应远离凉爽的环境空气和风扇气流，它们会提高冷却率。 也可以使用热毯，确保缓慢冷却。
使用的术语：
- 氢脆：高温如焊接时由氢气进入钢引起的钢的破坏形式。 氢可能由于湿气、高湿度或不正确焊接耗材的存在而被引入。 氢渗入钢中，形成内部应力，从而降低钢的强度和延展性。
图 1 显示氢脆引起的可能开裂。
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| 图 1 | g03365258 |
氢脆 (A) 焊趾开裂 (B) 焊道下裂纹 (C) 热影响区 | |
齿座和基刃焊接
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| 图 2 | g03365376 |
典型位置 - 开裂失效起点 | |
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| 图 3 | g03365377 |
显示应力热点的 FEA 分析 铲斗尖垂直向下负载引起的齿座底部紧固夹板/焊缝/基刃应力分布的典型代表 (1) 基刃 (2) 最低应力区 (3) 最高应力区 (4) 齿座 | |
大多数始于齿座前部，延伸到基刃焊缝的基刃破坏类似于图 2。 这些破坏可见于顶部或底部紧固夹板焊缝的开始位置。 图 3 显示通过齿座加载到基刃上的典型基刃负载的计算机有限元分析 (FEA)。 此 FEA 显示最高应力集中在齿座到基刃焊缝的起点上。 因此，务必采取所有可能的步骤，确保焊缝起点达到最高的质量。 在遵循上文讨论过的焊接原则的同时，应用焊接的实际工艺也非常重要。
焊接应用
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| 图 4 | g03365408 |
未焊透引起的裂纹 | |
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| 图 5 | g03365409 |
轮廓钝化引起的裂纹 | |
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| 图 6 | g03365412 |
冷焊和未焊透引起的裂纹 | |
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| 图 7 | g03365413 |
未焊透引起的裂纹 | |
齿座焊缝起点的轮廓钝化将加速疲劳破坏，冷焊和未焊透母材也会产生同样的效应。 请参阅图 4、5、6 和 7。
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| 图 8 | g03365516 |
理想焊缝起点 | |
为减少此位置的应力效应，应从充分熔融的第一个焊道开始焊接。 在这条焊缝后面，按第一道焊缝后面步骤的指示焊其他焊缝。 参考图 8。
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| 图 9 | g03365517 |
咬边焊趾可能的初始开裂位置 (D) 母材 (E) 咬边或冷搭接焊缝 | |
焊趾也需要良好的熔融，以减少焊趾咬边引起的失效。 参考图 9。
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| 图 10 | g03365587 |
良好应用的焊缝 | |
图 10 所示具有良好轮廓属性的焊缝显示与图 8 类似的理想焊接应用。 这些焊缝从起点逐渐收缩，并充分融入母材。 其他焊道之间也熔融良好。
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| 图 11 | g03365607 |
焊接顺序不正确引起的开裂 | |
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| 图 12 | g03365609 |
焊接顺序不正确引起的开裂 | |
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| 图 13 | g03365611 |
交替焊道 | |
交替所有坡口焊缝和角焊缝。 随着焊缝冷却，焊缝因收缩形成极大的内部应力。 正因如此，齿座紧固夹板可能会因焊接顺序不正确而开裂。 参考图 11 和图 12。
当齿座紧固夹板一侧应用多条焊缝，但另一侧还未应用任何焊缝时，会出现此问题。 第一侧焊缝收缩，下拉该侧的齿座。 然后，当向另一侧应用焊缝时，焊缝开始冷却收缩。 随后，齿座的内部应力可能变得过大，齿座将会开裂。 如图 13 所示，始终在顶部和底部紧固夹板的两侧交替所有焊接应用。
基刃/齿座紧固夹板间隙
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| 图 14 | g03365644 |
软线隔套 (F) 2.3 - 3 mm (0.09 - 0.12 inch) 软线隔套 | |
齿座和基刃之间的尺寸公差可能导致齿座紧固夹板和基刃之间产生很大间隙。 当硬靠基刃定位齿座对面一侧的紧固夹板时，会导致此间隙。 大的间隙会给应用高质量的第一道焊缝造成困难。 参考图 14。 在顶部或底部紧固夹板下面，使用 2.3 - 3 mm (0.09 - 0.12 in) 直径的软铁丝作为隔套，以均衡底部和顶部紧固夹板间隙。 随着焊缝冷却并开始收缩，软线隔套也略微压缩。 此压缩减少紧固夹板硬靠基刃出现的正常应力。 在下面放有软线隔套的齿座紧固夹板上开始焊接。 软线隔套也适用于顶部紧固夹板和单紧固夹板齿座。
改善焊趾质量
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| 图 15 | g03365645 |
咬边/冷搭接焊缝 | |
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| 图 16 | g03365646 |
焊缝和齿座边缘的轻微咬边之间缺乏融合 | |
参考图 15。 新焊接部件焊趾上的形似裂纹可能是其他原因形成。 形似裂纹可能因以下一个或几个原因形成：
- 咬边焊接
- 冷搭接焊接
- 吸附的焊渣
- 吸附的氢
参考图 16。 虽然焊缝表面上遵循了一部分的这些要求，但焊缝之间仍缺乏良好的融合。 此焊缝在焊缝起点、基刃的轻微咬边和齿座之间缺乏融合。 对于许多大容量铲斗装载循环，会从上述这些位置逐渐开始开裂。
图 15 和 16 中的示例虽然只有轻微的焊接缺陷，却可能发展成严重的开裂情况。 但是，这些缺陷常常可以通过研磨焊趾，以产生平滑的凹形轮廓移除。
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| 图 17 | g03365647 |
去毛刺工具 | |
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| 图 18 | g03365648 |
研磨（混合）焊趾 (AA) 齿座焊接 (BB) 基刃 (CC) 焊趾 (DD) 打磨掉部分焊趾。 0.5 - 1.0 mm (0.02 - 0.04 in) (EE) 利用 12.7 mm (0.50 in) 去毛刺工具打磨焊趾。 | |
可使用图 17 所示的锥形砂轮机或旋转的去毛刺工具，产生图 18 所示的平滑的凹形轮廓。 焊趾研磨除了去除轻微缺陷外，还可将焊件的疲劳强度提高 30%。 在表面变色前，注意不要过度加热研磨表面。 避免留下可形成应力集中的深磨痕。
使用着色探伤验证研磨表面没有缺陷。 如果存在裂纹缺陷，确保裂纹完全移除且没有变深。
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| 图 19 | g03365649 |
TIG 趾部焊接 (G) 焊接金属 (H) 焊接熔池 (J) 基本金属 (K) 电弧 (L) 气体保护 | |
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| 图 20 | g03365650 |
TIG 焊接修理 (M) TIG 焊丝焊接 (N) 通过 TIG 工艺重熔焊趾 | |
减轻焊趾局部应力集中的另一方法是通过 TIG 敷料。 TIG 敷料是重熔焊趾区域，产生更大焊趾半径的方法。 请参阅图 19 以及图 20 中的项目 (N) 。
使用 TIG 焊接，也可通过重熔焊缝并填充附加焊丝，改善不良的重叠焊接起点。 此技术通过图 20 中的项目 (M) 显示。 进行任何 TIG 焊接前，必须预热焊接区域。 由于大部分基刃失效通常始于基刃前部，只需要对以下区域应用焊趾研磨或 TIG 敷料：
- 只有最开始几英寸的焊缝到基刃斜面过渡到平坦表面
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| 图 21 | g03365651 |
TIG 焊趾 | |
参考图 21。 对于焊趾研磨或 TIG 焊接，还要考虑到焊接在后部的圆整齿座紧固夹板。
侧强板/角齿座焊接
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| 图 22 | g03366556 |
粗糙的侧强板焊接 | |
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| 图 23 | g03366557 |
使用圆盘砂轮机研磨的侧强板焊缝的示例 | |
另一可能的初始开裂和角齿座失效区域是在侧强板上。 由于齿座顶部牢固固定在侧强板上，紧固夹板不能像中间齿座一样随基刃弯曲。 因此，角齿座位置的应力更高。 如图 22 所示，侧强板上的焊缝不规则或混合不良，导致铲斗角负载力集中在此角接头。 此角接头上的负载力集中可大到引起开裂，最终导致齿座失效或侧强板焊缝失效。 通过混合侧强板前部和紧固夹板顶部之间的焊缝，可以减少这些应力，如图 23 所示。
J 系列齿座紧固夹板尾焊
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| 图 24 | g03366558 |
尾焊后部开始的裂纹沿两个方向之一扩散的示例 | |
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| 图 25 | g03366559 |
J 系列完成的尾焊示例 | |
当铲斗受到高负载时，J 系列齿座紧固夹板尾焊是容易出现开裂的另一个区域。 伸过齿座紧固夹板背部的羽化尾焊可能焊不透齿座。 齿座焊不透可能导致不连续，其作用类似应力集中。 随着基刃弯曲，背部将开始开裂，并作用于整个焊缝。 开裂可沿焊缝延伸或扩散到整个焊缝，并进入基刃。 图 24 便是一个示例。
应紧靠原来的锥形角焊缝应用其他焊接，以避免齿座后部出现焊缝融合不良。 图 25 是正确完成的尾焊的示例。
应牢记的要点
- 清洁要焊接的表面。
- 清除并消除湿气来源。
- 使用低氢焊材。
- 预热、预热、预热，保持内部传递温度。
- 应用多条焊道：
- 后移或锥形收缩焊缝起点。
- 每次焊完一遍后，去除杂质。
- 两侧交替焊接。
- 对可疑焊趾进行焊趾研磨或 TIG 焊接。
- 混合侧强板前部和齿座之间的焊缝。
- 缓慢冷却。
齿座焊接参考文献
- 专门说明书, REHS0597, "将 2 紧固夹板铲斗齿座焊接到基刃上的建议"
- 专门说明书, REHS2084, "将铲斗从 J 系列转换为 K 系列 - 所有挖掘机"
- 专门说明书, REHS2834, "将直刃铲斗从 J 系列基刃组件转换为 K 系列（所有挖掘机）"
- 专门说明书, REHS4127, "焊接 K 系列齿座的说明（所有轮式装载机）"
- 保养杂志, SEPD0891, "焊接 K 系列齿座的最大温度"
- 保养杂志, SEPD1061, "耐磨齿座刃的 25° 斜面"
- 专门说明书, REHS7722, "398-6784 建议的 J 系列双紧固夹板齿座焊接顺序"
- 专门说明书, REHS7723, "398-6786 建议的 J 系列平齐安装/耐磨齿座焊接顺序"
- 专门说明书, REHS7724, "256-2928 建议的 K 系列双紧固夹板齿座焊接顺序"
- 专门说明书, REHS7725, "256-2930 建议的 K 系列平齐安装/耐磨齿座焊接顺序"