CN106271172A - 用于耐热钢炉辊焊接控制热裂纹的方法 - Google Patents

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郑剑
黄正勇
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Abstract

本发明公开了一种用于耐热钢炉辊焊接控制热裂纹的方法，在焊缝金属中严格限制B、S、P、Sn有害元素含量，以防止热裂纹的产生；对于不允许存在铁素体的焊缝，可加入适当的锰，同时减少硅的含量；其次在焊缝或母材中增添一定数量的铁素体组织，能有效防止焊缝热裂纹的产生；利用焊材选型与母材匹配焊材，降低层间温度，提高了焊接速度，减少了热输入。使炉辊的焊接质量得到提高，与传统工艺相比，提高产品在后期加工成品质量，降低了制造成本，增加了客户使用周期。使用寿命由原来的2年延长至3‑4年。

Description

用于耐热钢炉辊焊接控制热裂纹的方法
技术领域
本发明涉及到一种用于耐热钢炉辊焊接控制热裂纹的方法。
背景技术
炉辊焊接工艺在冶金行业有着极其重要的位置，HF耐热钢的焊接性比较好，但在焊接过程中，奥氏体从高温冷却到室温时，随着C、Cr、Ni、Mo含量的不同，金相组织转变的差异及稳定化元素的变化，焊接材料与焊接工艺的不同，焊接接头各部位会出现热裂纹、耐蚀性差以及焊接接头脆化等问题。焊接工艺是制造产品的加工方法和实施要求，科学、正确地制定焊接工艺是保证焊接质量的前提和基础。焊接工艺的内容很多，主要有焊接参数、装配参数及焊缝尺寸等方面。焊接参数因焊接方法不同而略有差异，但主要有焊接电流、电弧电压、焊接速度等。装配参数主要有装配间隙、预留反变形量等。焊缝尺寸主要是对接焊缝宽、角焊缝焊脚等。实际生产中焊接变形大，对焊接热裂纹敏感，因此有效控制焊接变形，尤其是大直径炉辊的焊接变形的有效控制，是炉辊焊接成败的关键所在。耐热钢焊接时，如果不能有效避免焊接缺陷，焊后这些缺陷进行返修时极易出现焊接热裂纹，主要是材料的导热差，且返修处应力比第一次焊接时应力还要大。所以制定正确的工艺方法，控制焊接缺陷，从而降低制造成本、提高生产效率，采用相应的耐热钢炉辊焊接控制热裂纹的工艺方法显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种用于耐热钢炉辊焊接控制热裂纹的方法，它能克服现有技术存在的耐热钢炉辊焊接热裂纹大，从而引起耐蚀性差以及焊接接头脆化等问题。本发明的目的是这样实现的，一种用于耐热钢炉辊焊接控制热裂纹的方法，其特征在于：具体操作步骤如下：
一、材料分析：
（1）母材特性
HF耐热钢是高铬高镍奥氏体耐热钢，该钢在氧化性介质中具有优良的耐蚀性能，同时也具有良好的高温力学性能，其塑性和韧性较高，不可淬硬；
（2）母材焊接性
HF耐热钢的热导率小而膨胀系数较大，在焊接局部加热和冷却条件下，焊缝和近焊缝区将产生较大的焊接变形，并存在热裂纹的危险，采用小的热输入，不预热并降低层间温度；在焊接持续加热过程中，焊接接头会发生σ相脆变，加速σ相脆变的元素有Mo、Si、Nb，故在选择时应选择这些元素含量较低的焊材；同时，还应适当控制焊接热输入，不预热、控制层间温度，以减少高温停留时间；
二、HF耐热钢焊接控制热裂纹方法
（1）冶金分析
首先在焊缝金属中严格限制B、S、 P、Sn有害元素含量，以防止热裂纹的产生；对于不允许存在铁素体的焊缝，可加入适当的锰，同时减少硅的含量；其次在焊缝或母材中增添一定数量的铁素体组织，能有效防止焊缝热裂纹的产生；
（2）焊接工艺控制方法
①因奥氏体钢热导率低而膨胀系数大，在焊接后易产生焊接变形，焊接热输入要低，过高的热输入会造成焊缝开裂，降低抗蚀性能；采用小电流、低电压和窄焊道快速焊接使热输入减；另外，应避免同一部位多次重复加热焊接或高温停留时间长，每层焊道的交接处应错开，尽可能每层施焊方向与前一层相反，层间温度控制在100℃以下；
②HF耐热钢焊缝受到污染其耐腐蚀性能和强度变差；因此焊前必须对焊接区域表面彻底清理，及焊接过程中表面的清理；母材和焊材中含有与氧亲和力强的合金元素，为防止和减少焊接过程中烧损，焊接时采用短弧焊，不作横向摆动；
③焊接方法的选择；由于在自由状态下炉辊焊接时易产生较大的焊接变形，所以应选用能量集中的焊接方法；同时由于对过热较为敏感，只能采用低热输入进行快速焊接，氩弧焊则是首选；焊接时，焊缝背面需采用密室充氩保护，以保证背面成形良好和防止氧化；
④焊接材料的选择 ；焊接材料选择时在不致产生焊接裂纹的前提下保证焊缝熔敷金属具有与母材基本相同的热强性；这就要求其合金成分大致与母材匹配，选用H0Cr21Ni10焊丝；
所述的焊缝金属中有害元素含量控制按材料的重量百份比计算为B≤0.0018%、S≤0.010%、 P≤0.012%、Sn≤0.010%；对于不允许存在铁素体的焊缝，可加入锰元素Mn：1.0-2.5%，同时减少硅的含量Si≤0.35%；其次在焊缝或母材中增添一定数量的铁素体组织，使铁素体含量控制在6%-12%。
所述的焊接热输入为≤1.3KJ/mm)，采用小电流为(100-160A)、低电压为(11-15V)；应避免同一部位多次重复在475℃左右加热焊接或高温停留时间长。
有益效果：本发明采用于HF耐热钢炉辊焊接控制热裂纹工艺方法，其利用焊材选型与母材匹配焊材，降低层间温度，提高了焊接速度，减少了热输入。使炉辊的焊接质量得到提高，与传统工艺相比，提高产品在后期加工成品质量，降低了制造成本，增加了客户使用周期。使用寿命由原来的2年延长至3-4年。
具体实施方式
HF耐热钢焊接时，如果不能有效避免焊接缺陷，焊后这些缺陷进行返修时极易出现焊接热裂纹，主要是材料的导热差，且返修处应力比一次焊接时应力大；多层焊接时即使层间温度得到有效控制，焊接时输入的热量加上拘束应力则足以在焊缝区或热影响区出现热裂纹；控制热裂纹的措施除了焊缝成形外，最重要的是温度和应力，当温度得到有效控制后，应力就是主要的原因，这点在焊缝返修易出现裂纹，足以说明应力对热裂纹的影响。
一种用于耐热钢炉辊焊接控制热裂纹的方法，其特征在于：具体操作步骤如下：
一、材料分析：
（1）母材特性
HF耐热钢是高铬高镍奥氏体耐热钢，该钢在氧化性介质中具有优良的耐蚀性能，同时也具有良好的高温力学性能，其塑性和韧性较高，不可淬硬；
（2）母材焊接性
HF耐热钢的热导率小而膨胀系数较大，在焊接局部加热和冷却条件下，焊缝和近焊缝区将产生较大的焊接变形，并存在热裂纹的危险，采用小的热输入，不预热并降低层间温度；在焊接持续加热过程中，焊接接头会发生σ相脆变，加速σ相脆变的元素有Mo、Si、Nb，故在选择时应选择这些元素含量较低的焊材；同时，还应适当控制焊接热输入，不预热、控制层间温度，以减少高温停留时间；
二、HF耐热钢焊接控制热裂纹方法
（1）冶金分析
首先在焊缝金属中严格限制B、S、 P、Sn有害元素含量，以防止热裂纹的产生；对于不允许存在铁素体的焊缝，可加入适当的锰，同时减少硅的含量；其次在焊缝或母材中增添一定数量的铁素体组织，能有效防止焊缝热裂纹的产生；
（2）焊接工艺控制方法
①因奥氏体钢热导率低而膨胀系数大，在焊接后易产生焊接变形，焊接热输入要低，过高的热输入会造成焊缝开裂，降低抗蚀性能；采用小电流、低电压和窄焊道快速焊接使热输入减；另外，应避免同一部位多次重复加热焊接或高温停留时间长，每层焊道的交接处应错开，尽可能每层施焊方向与前一层相反，层间温度控制在100℃以下；
②HF耐热钢焊缝受到污染其耐腐蚀性能和强度变差；因此焊前必须对焊接区域表面彻底清理，及焊接过程中表面的清理；母材和焊材中含有与氧亲和力强的合金元素，为防止和减少焊接过程中烧损，焊接时采用短弧焊，不作横向摆动；
③焊接方法的选择；由于在自由状态下炉辊焊接时易产生较大的焊接变形，所以应选用能量集中的焊接方法；同时由于对过热较为敏感，只能采用低热输入进行快速焊接，氩弧焊则是首选；焊接时，焊缝背面需采用密室充氩保护，以保证背面成形良好和防止氧化；
④焊接材料的选择 ；焊接材料选择时在不致产生焊接裂纹的前提下保证焊缝熔敷金属具有与母材基本相同的热强性；这就要求其合金成分大致与母材匹配，选用H0Cr21Ni10焊丝；
所述的焊缝金属中有害元素含量控制按材料的重量百份比计算为B≤0.0018%、S≤0.010%、 P≤0.012%、Sn≤0.010%；对于不允许存在铁素体的焊缝，可加入锰元素Mn：1.0-2.5%，同时减少硅的含量Si≤0.35%；其次在焊缝或母材中增添一定数量的铁素体组织，使铁素体含量控制在6%-12%。
所述的焊接热输入为≤1.3KJ/mm)，采用小电流为(100-160A)、低电压为(11-15V)和窄焊道快速焊接速度为90-100min/mm；应避免同一部位多次重复在475℃左右加热焊接或高温停留时间长。

Claims (3)

1.一种用于耐热钢炉辊焊接控制热裂纹的方法，其特征在于：具体操作步骤如下：
一、材料分析：
（1）母材特性
HF耐热钢是高铬高镍奥氏体耐热钢，该钢在氧化性介质中具有优良的耐蚀性能，同时也具有良好的高温力学性能，其塑性和韧性较高，不可淬硬；
（2）母材焊接性
HF耐热钢的热导率小而膨胀系数较大，在焊接局部加热和冷却条件下，焊缝和近焊缝区将产生较大的焊接变形，并存在热裂纹的危险，采用小的热输入，不预热并降低层间温度；在焊接持续加热过程中，焊接接头会发生σ相脆变，加速σ相脆变的元素有Mo、Si、Nb，故在选择时应选择这些元素含量较低的焊材；同时，还应适当控制焊接热输入，不预热、控制层间温度，以减少高温停留时间；
二、HF耐热钢焊接控制热裂纹方法
（1）冶金分析
首先在焊缝金属中严格限制B、S、 P、Sn有害元素含量，以防止热裂纹的产生；对于不允许存在铁素体的焊缝，可加入适当的锰，同时减少硅的含量；其次在焊缝或母材中增添一定数量的铁素体组织，能有效防止焊缝热裂纹的产生；
（2）焊接工艺控制方法
①因奥氏体钢热导率低而膨胀系数大，在焊接后易产生焊接变形，焊接热输入要低，过高的热输入会造成焊缝开裂，降低抗蚀性能；采用小电流、低电压和窄焊道快速焊接使热输入减；另外，应避免同一部位多次重复加热焊接或高温停留时间长，每层焊道的交接处应错开，尽可能每层施焊方向与前一层相反，层间温度控制在100℃以下；
②HF耐热钢焊缝受到污染其耐腐蚀性能和强度变差；因此焊前必须对焊接区域表面彻底清理，及焊接过程中表面的清理；母材和焊材中含有与氧亲和力强的合金元素，为防止和减少焊接过程中烧损，焊接时采用短弧焊，不作横向摆动；
③焊接方法的选择；由于在自由状态下炉辊焊接时易产生较大的焊接变形，所以应选用能量集中的焊接方法；同时由于对过热较为敏感，只能采用低热输入进行快速焊接，氩弧焊则是首选；焊接时，焊缝背面需采用密室充氩保护，以保证背面成形良好和防止氧化；
④焊接材料的选择 ；焊接材料选择时在不致产生焊接裂纹的前提下保证焊缝熔敷金属具有与母材基本相同的热强性；这就要求其合金成分大致与母材匹配，选用H0Cr21Ni10焊丝。
2.根据权利要求1所述的用于耐热钢炉辊焊接控制热裂纹的方法，其特征在于：步骤二第（1）小条，所述的焊缝金属中有害元素含量控制按材料的重量百份比计算为B≤0.0018%、S≤0.010%、 P≤0.012%、Sn≤0.010%；对于不允许存在铁素体的焊缝，可加入锰元素Mn：1.0-2.5%，同时减少硅的含量Si≤0.35%；其次在焊缝或母材中增添一定数量的铁素体组织，使铁素体含量控制在6%-12%。
3.根据权利要求1所述的用于耐热钢炉辊焊接控制热裂纹的方法，其特征在于：步骤二、第（2）①小条，所述的焊接热输入为≤1.3KJ/mm)，采用小电流为(100-160A)、低电压为(11-15V) 和窄焊道快速焊接速度为90-100min/mm使热输入减少；避免同一部位多次重复在475℃左右加热焊接或高温停留时间长。
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