CN106702129A - 一种焊后热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种焊后热处理工艺，所述焊后热处理工艺用于氩弧焊打底加电弧焊方法焊接工艺，该焊后热处理工艺包括热电偶安装、安装加热器、安装保温层、连接电源线和补偿导线、以及热处理几个步骤，经发明人大量试验确定了各个步骤最适合于所述焊接工艺的参数和条件，特别是针对被焊零件母材牌号12Cr1MoVG，母材厚度δ≥20mm的母材的焊后热处理。采用本发明的方法，焊接处综合性能好，经久耐用，不易开裂，是一种有效消除焊接残余应力，增强焊接效果的处理方法。

Description

一种焊后热处理工艺
技术领域
本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种焊后热处理工艺，特别是采用氩弧焊打底加电弧焊方法焊接的焊后热处理工艺。
背景技术
焊接残余应力是由于焊接引起焊件不均匀的温度分布、焊缝金属的热胀冷缩等原因造成的，所有伴随焊接施工必然会产生残余应力。焊后热处理是为消除焊接接头残余应力、改善焊接接头的组织和性能而进行的一种热处理。消除残余应力最通用的方法是高温回火，即将焊件加热到一定温度并保温一定时间，利用材料在高温下屈服极限的降低，使内应力高的地方产生塑性流动，弹性变形逐渐减少，塑性变形逐渐增加而使应力降低，其一般工艺流程为：安装热电偶→布置加热装置→设定热处理参数→包裹保温棉→进行热处理。
不同的焊接工艺、被焊零件母材牌号和厚度需要的焊后热处理工艺均不同，焊后热处理对金属抗拉强度、蠕变极限的影响与热处理的温度和保温时间直接相关。母材牌号为12Cr1MoVG的材料，因为其成分较为特殊，在焊接中虽然经常被用到，但是缺乏具有针对性的焊后处理工艺，根据现场工作人员反馈，这种母材经常在焊接后一段时间出现裂纹。此外，焊后处理工艺还应结合焊接工艺进行恰当处理，相适应的热处理和焊接具有协同作用，使得焊缝焊接牢固，其质量几乎可以和无焊接材料相匹配，而焊后热处理工艺与焊接工艺不协调，不合理搭配，会起到相反的效果，不仅不能强化焊接，反而可能加速焊缝的老化和开裂。目前尚无针对氩弧焊打底加电弧焊方法焊接的焊后热处理工艺，而该焊接工艺又在电力、工业锅炉等领域被广泛应用，特别是该工艺应用于母材牌号为12Cr1MoVG的焊接技术，焊后热处理几乎都靠有经验的操作人员根据经验操作，焊后处理效果参差不齐，导致焊接处脆性大、易开裂，工程质量难以保证，因此急需一种针对性强、消除残余应力效果好的焊后处理工艺。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种针对氩弧焊打底加电弧焊方法焊接的焊后热处理工艺，尤其是被焊零件母材牌号为12Cr1MoVG，母材厚度20mm≤δ≤30mm的焊后热处理工艺。
本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：
一种焊后热处理工艺，所述焊后热处理工艺用于氩弧焊打底加电弧焊方法焊接工艺，该工艺包括以下步骤：
1)热电偶安装：将热电偶的热端点安装在离焊缝30mm范围内，把热电偶的热端顶部绑扎在焊缝中心，热端接触可靠，再固定热电偶冷端，补偿导线与热电偶正确连接；
2)安装加热器：根据工件形状合理选择不同大小和形状的加热器，保证被处理焊缝的加热宽度被加热器覆盖，均匀加热宽度在焊缝中心线每侧应不得小于3倍焊缝厚度，且不小于60mm；
3)安装保温层：保温层采用陶瓷纤维，保温层的厚度不小于40mm，热处理的保温宽度从焊缝中心算起，每侧不得小于母材厚度的5倍，且要大于加热器边缘200～250mm；
4)连接电源线、补偿导线；
5)进行热处理：回火恒温温度700～800℃，恒温时间0.5～1h，升降温速度为100～300℃/h。
升降温速度＝6250/δ℃/h，其中δ为母材厚度(mm)。若计算结果大于300℃/h，则取300℃/h，若计算结果小于100℃/h，则取100℃/h。
所述焊缝厚度取母材厚度。
优选被焊零件母材牌号为12Cr1MoVG，母材厚度δ为20～30mm。
根据本发明的一些具体实施例，优选步骤5)回火恒温温度720～750℃。优选恒温时间为50min。
本发明的方法应用于母材牌号为12Cr1MoVG，母材厚度20mm≤δ≤30mm，且采用氩弧焊打底加电弧焊方法焊接工艺时，能最大限度的消除焊接产生的残余应力，焊接后的材料综合性能好，经久耐用。填补了现有方法在所述条件下缺乏有效技术的空白，避免实际操作中失败率极高，不能获得满意焊接效果，容易出现裂纹的问题。特别是对所述特殊母材的焊后热处理工艺，克服了该类母材脆性高，焊后容易出现裂纹的难题。
作为优选，步骤1)用18#铁丝固定所述热电偶的热端和冷端。所述18#铁丝即内径为1.2mm的铁丝。进一步地，热电偶的固定采用压接法固定，每根热电偶的固定点至少应有2处。
补偿导线与热电偶正确连接，即补偿导线的铜线(+)接热电偶(镍铬)，康铜线(-)接镍铝。
步骤3)保温层用铁丝进行绑扎，确保保温棉紧贴加热块。对特殊设备焊缝的热处理，可事先焊制钩钉来固定保温层。
步骤4)热电偶导线的连接用螺旋套管或其它安全的方法，不允许出现绞接接头，作为优选，用螺旋套管连接。补偿导线尽可能装设在远离电力电缆处。作为优选，步骤5)降温到300℃后采用自然冷却。
本发明的有益效果在于：针对成分较为特殊的母材，以及特定的氩弧焊打底加电弧焊方法焊接工艺，提供了一种针对性强、操作简单、消除残余应力效果好的焊后热处理工艺，为工作人员有根据的施展焊后处理提供了科学的方法，大大降低实际操作过程中根据经验操作带来的失败风险，保证了工程的质量。
附图说明
图1是实施例1的焊后热处理工艺图；
图2是实施例2的焊后热处理工艺图；
图3是实施例3的焊后热处理工艺图。
具体实施方式
实施例1
对被焊零件母材牌号为12Cr1MoVG，母材厚度δ＝20mm，氩弧焊打底加电弧焊方法焊接后的一段焊缝进行焊后热处理。焊缝厚度取母材厚度。
1)将热电偶的热端点直接安装在焊缝上，用18#铁丝把热电偶的热端顶部绑扎在焊缝中心，热端必须接触可靠，再用铁丝固定热电偶冷端。热电偶的固定采用压接法固定，每根热电偶的固定点有二处。补偿导线与热电偶连接正确，补偿导线的铜线(+)接热电偶(镍铬),康铜线(-)接镍铝。
2)安装加热器，加热器完全覆盖被处理的焊缝，如图1中所示，均匀加热宽度在焊缝中心线每侧60mm处。
3)安装保温层，保温层采用厚度为40mm的陶瓷纤维，保温宽度从焊缝中心算起为260mm，用铁丝进行绑扎。
4)连接电源线、用螺旋套管连接热电偶导线。
5)恒温温度720℃，恒温时间40min，升温速度为300℃/h·mm，降温速度为300℃/h。计算方式，升降温速度＝6250/δ℃/h，其中δ为母材厚度(mm)。若计算结果大于300℃/h，则取300℃/h，若计算结果小于100℃/h，则取100℃/h。
在焊缝处选取5点，采用里氏硬度计测量硬度并取平均值，与母材硬度相比较，符合规范要求(不大于母材硬度值的140％，且不小于母材硬度值的90％)。
实施例2
对被焊零件母材牌号为12Cr1MoVG，母材厚度δ＝30mm，氩弧焊打底加电弧焊方法焊接后的一段焊缝进行焊后热处理。
1)将热电偶的热端点直接安装在焊缝上，用18#铁丝把热电偶的热端顶部绑扎在焊缝中心，热端必须接触可靠，再用铁丝固定热电偶冷端。热电偶的固定采用压接法固定，每根热电偶的固定点有二处。补偿导线与热电偶连接正确，补偿导线的铜线(+)接热电偶(镍铬)，康铜线(-)接镍铝。
2)安装加热器，加热器完全覆盖被处理的焊缝，如图2中所示，均匀加热宽度在焊缝中心线每侧90mm处。
3)安装保温层，保温层采用厚度为40mm的陶瓷纤维，保温宽度从焊缝中心算起为290mm，用铁丝进行绑扎。
4)连接电源线、用螺旋套管连接热电偶导线。
5)恒温温度720℃，恒温时间1h，升温速度为210℃/h·mm，降温速度为200℃/h。
在焊缝处选取5点，采用里氏硬度计测量硬度并取平均值，与母材硬度相比较，符合规范要求(不大于母材硬度值的140％，且不小于母材硬度值的90％)。
实施例3
对被焊零件母材牌号为12Cr1MoVG，母材厚度δ＝25mm，氩弧焊打底加电弧焊方法焊接后的一段焊缝进行焊后热处理。
1)将热电偶的热端点直接安装在焊缝上，用18#铁丝把热电偶的热端顶部绑扎在焊缝中心，热端必须接触可靠，再用铁丝固定热电偶冷端。热电偶的固定采用压接法固定，每根热电偶的固定点有二处。补偿导线与热电偶连接正确，补偿导线的铜线(+)接热电偶(镍铬)，康铜线(-)接镍铝。
2)安装加热器，加热器完全覆盖被处理的焊缝，如图3中所示，均匀加热宽度在焊缝中心线每侧75mm处。
3)安装保温层，保温层采用厚度为40mm的陶瓷纤维，保温宽度从焊缝中心算起为275mm，用铁丝进行绑扎。
4)连接电源线、用螺旋套管连接热电偶导线。
5)恒温温度1000℃，恒温时间2h，升温速度为210℃/h·mm，降温速度为400℃/h。
在焊缝处选取5点，采用里氏硬度计测量硬度并取平均值，与母材硬度相比较，发现焊缝硬度远远大于母材硬度，达到母材硬度的180％左右(规范要求不大于母材硬度值的140％，且不小于母材硬度值的90％)。并且会出现裂纹现象，同时其塑性和韧性也会降低。
实施例4
对被焊零件母材牌号为12Cr1MoVG，母材厚度δ＝40mm，氩弧焊打底加电弧焊方法焊接后的一段焊缝进行焊后热处理。
1)将热电偶的热端点直接安装在焊缝上，用18#铁丝把热电偶的热端顶部绑扎在焊缝中心，热端必须接触可靠，再用铁丝固定热电偶冷端。热电偶的固定采用压接法固定，每根热电偶的固定点有二处。补偿导线与热电偶连接正确，补偿导线的铜线(+)接热电偶(镍铬)，康铜线(-)接镍铝。
2)安装加热器，加热器完全覆盖被处理的焊缝，均匀加热宽度在焊缝中心线每侧120mm处。
3)安装保温层，保温层采用厚度为40mm的陶瓷纤维，保温宽度从焊缝中心算起为320mm，用铁丝进行绑扎。
4)连接电源线、用螺旋套管连接热电偶导线。
5)恒温温度720℃，恒温时间1h，升温速度为160℃/h·mm，降温速度为160℃/h。
工艺图参考实施例1～3。
在焊缝处选取5点，采用里氏硬度计测量硬度并取平均值，与母材硬度相比较，发现焊缝硬度远远大于母材硬度，达到母材硬度的160％左右(规范要求不大于母材硬度值的140％，且不小于母材硬度值的90％)。有的甚至会出现裂纹现象，同时其塑性和韧性也会降低。
实施例5
对被焊零件母材牌号为12Cr1MoVG，母材厚度δ＝25mm，氩弧焊打底加电弧焊方法焊接后的一段焊缝进行焊后热处理。
1)将热电偶的热端点直接安装在焊缝上，用18#铁丝把热电偶的热端顶部绑扎在焊缝中心，热端必须接触可靠，再用铁丝固定热电偶冷端。热电偶的固定采用压接法固定，每根热电偶的固定点有二处。补偿导线与热电偶连接正确，补偿导线的铜线(+)接热电偶(镍铬)，康铜线(-)接镍铝。
2)安装加热器，加热器完全覆盖被处理的焊缝，均匀加热宽度在焊缝中心线每侧40mm处。
3)安装保温层，保温层采用厚度为40mm的陶瓷纤维，保温宽度从焊缝中心算起为240mm，用铁丝进行绑扎。
4)连接电源线、用螺旋套管连接热电偶导线。
5)恒温温度720℃，恒温时间1h，升温速度为260℃/h·mm，降温速度为400℃/h。
工艺图参考实施例1～3。
在焊缝处选取5点，采用里氏硬度计测量硬度并取平均值，与母材硬度相比较，发现焊缝硬度远远大于母材硬度，达到母材硬度的180％左右(规范要求不大于母材硬度值的140％，且不小于母材硬度值的90％)。有的甚至会出现裂纹现象，同时其塑性和韧性也会降低。

Claims (7)

1.一种焊后热处理工艺，其特征在于，所述焊后热处理工艺用于氩弧焊打底加电弧焊方法焊接工艺，该焊后热处理工艺包括以下步骤：
1)热电偶安装：将热电偶的热端点安装在离焊缝30mm范围内，把热电偶的热端顶部绑扎在焊缝中心，热端接触可靠，再固定热电偶冷端，补偿导线与热电偶正确连接；
2)安装加热器：根据工件形状合理选择不同大小和形状的加热器，保证被处理焊缝的加热宽度被加热器覆盖，均匀加热宽度在焊缝中心线每侧应不得小于3倍焊缝厚度，且不小于60mm；
3)安装保温层：保温层采用陶瓷纤维，保温层的厚度不小于40mm，热处理的保温宽度从焊缝中心算起，每侧不得小于母材厚度的5倍，且要大于加热器边缘200～250mm；
4)连接电源线、补偿导线；
5)进行热处理：回火恒温温度700～800℃，恒温时间0.5h～1h，升降温速度为100～300℃/h。
2.根据权利要求1所述的焊后热处理工艺，其特征在于，被焊零件母材牌号12Cr1MoVG，母材厚度为20～30mm。
3.根据权利要求1所述的焊后热处理工艺，其特征在于，步骤5)回火恒温温度为720～750℃。
4.根据权利要求1所述的焊后热处理工艺，其特征在于，步骤5)的恒温时间为50min。
5.根据权利要求1所述的焊后热处理工艺，其特征在于，步骤1)用18#铁丝固定所述热电偶的热端和冷端。
6.根据权利要求1所述的焊后热处理工艺，其特征在于，步骤4)用螺旋套管连接热电偶导线。
7.根据权利要求1所述的焊后热处理工艺，其特征在于，步骤5)降温到300℃后采用自然冷却。
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