CN112388195A - 一种中碳调质铸钢的焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明中碳调质铸钢的焊接方法,在调质状态下焊接,包括步骤:准备坡口;计算预热温度,对钢材坡口进行预热;选用实芯富氩气保护焊焊接,焊丝强度与钢材等强度匹配;焊后热处理;冷却并检测,其中,采取的预热温度综合考虑了钢板化学成分、焊材扩散氢含量、板厚和焊接线能量的影响,选用的焊接材料与铸件体等强度匹配,采用的焊接工艺参数经过了焊接工艺评定的验证,通过焊后缓慢冷却及焊后消应力退火,极大地减少了补焊位置的残余应力,避免了焊后出现裂纹等缺陷,为中碳调质铸钢的补焊提供了质量保障。
Description
技术领域
本发明涉及焊接领域,具体涉及一种中碳调质铸钢的焊接方法。
背景技术
中碳调质铸钢广泛应用在高强度浇筑接头、节点和索夹上,由于其强度高,极大地减小了产品的自重,为铸造产品轻量化生产提供了保障。在铸件凝固冷却过程中,因结构、相变使收缩受到阻碍会产生铸造应力。在铸件的调质处理过程中,因加热或冷却不均匀而造成的内应力和因组织转变的不等时性和不均匀性所造成的组织应力称为热处理应力。此外铸件本身也会存在诸多铸造缺陷。在铸造应力、热处理应力和铸造缺陷的多重作用下,某区域应力如果超出该区域铸件金属的强度,就会在该区域产生裂纹等缺陷。如不修复,该缺陷在内外力的作用下会扩展延伸,形成极大的安全隐患。
目前最经济有效的修复办法是焊接修补,中碳调质铸钢的碳含量在0.3-0.6%之间,一般情况下为了保证淬透性和提高抗回火性,加入了一定数量的Cr、Mo等合金元素。此钢种淬硬倾向十分明显,冷裂倾向较为严重,焊接热影响区的过热区有脆化现象,通常情况下,该钢种需要在退火状态下进行焊接,焊后再进行调质处理。如果在调质状态下进行焊接,会存在焊接后热影响区软化的问题,该区域的强度和硬度均低于正常调质状态的母材,将会成为焊接接头的薄弱区域。中碳调质铸钢在调质状态下的焊接,一直是焊接领域中的一个难题。
发明内容
为了修复中碳调质铸钢中的缺陷,本发明提出一种中碳调质铸钢的焊接方法。
本发明中碳调质铸钢的焊接方法,中碳调质铸钢钢材按质量百分比的成分含量范围为:C=0.30-0.37%,Si=0-0.60%,Mn=0.50-0.80%,P=0-0.025%,S=0-0.020%,Cr=0.80-1.20%,Mo=0.15-0.30%,余量为Cu或其它杂质;包括以下步骤:
步骤1:准备坡口:在钢材缺陷处开U形坡口,当缺陷深度在30mm以内时,坡口根部半径6mm,坡口角度20°;当缺陷深度大于30mm时,坡口根部半径10mm,坡口角度30°;
步骤2:计算预热温度,对钢材坡口进行预热,预热温度通过以下公式计算:
T=697×CET+160×tanh(d/35)+62×HD0.35+(53×CET-32)×Q-278(℃),
式中,CET=C+(Mn+Mo)/10+(Cr+Cu)/20+Ni/40;
T为预热温度,单位为℃;
CET为碳当量,范围为0.2%-0.5%;
d为铸件厚度,单位为mm;
HD为焊材的扩散氢含量,单位为ml/100g;
Q为焊接线能量,单位为KJ/mm;
步骤3:选用实芯富氩气保护焊焊接,焊丝强度与钢材等强度匹配,牌号为ER76-G,确保焊丝表面无油污、无锈蚀:其中,
打底焊焊接工艺参数为:焊接电流I=200-240A,焊接电压U=22-26V,焊接速度20-27cm/min,焊接线能量0.78-1.50KJ/mm;
填充及盖面焊道焊接工艺参数为:焊接电流I=240-280A,焊接电压U=24-30V,焊接速度27-32cm/min,焊接线能量0.86-1.49KJ/mm;
焊后覆盖保温毯保温;
步骤4:焊后热处理:采取消应力退火的方式进行焊后热处理,退火温度比铸件体回火温度低20-50℃,保温时间按照每25mm铸件体厚度保温1小时进行,升温及降温速率均≤150℃/h;
步骤5:冷却并检测:待铸件体冷却至室温后,进行磁粉和超声波检测。
本发明中碳调质铸钢的焊接方法,其中,所述步骤2中,选用整体进炉加热、电阻陶瓷加热片加热、火焰加热中的任一种方式进行预热。
本发明中碳调质铸钢的焊接方法,其中,通过火焰加热时,用慢火从缺陷背面加热,待坡口侧温度达到预热温度后,方可施焊。
本发明中碳调质铸钢的焊接方法,与现有技术的不同之处在于,是在调质状态下的焊接,采取的预热温度综合考虑了钢板化学成分、焊材扩散氢含量、板厚和焊接线能量的影响,选用的焊接材料与铸件体等强度匹配,采用的焊接工艺参数经过了焊接工艺评定的验证,通过焊后缓慢冷却及焊后消应力退火,极大的减少了补焊位置的残余应力,避免了焊后出现裂纹等缺陷,本方法为中碳调质铸钢的补焊提供了质量保障。
下面结合附图对本发明中碳调质铸钢的焊接方法作进一步说明。
附图说明
图1是本发明中碳调质铸钢的焊接方法中缺陷深度小于等于30mm时的坡口图。
图2是本发明中碳调质铸钢的焊接方法中缺陷深度大于30mm时的坡口图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
选取钢材1的化学成分如下:
C=0.30%,Mn=0.50%,P=0.02%,S=0.02%,Cr=0.80%,Mo=0.15%,Cu=0.03%,Ni=0.02;铸钢件厚度100mm,缺陷深度15mm,其调质回火温度为670℃。
该中碳调质铸钢的焊接方法,包括如下步骤:
步骤1:坡口准备,采用U形坡口,坡口根部半径6mm,坡口角度20°(见图1)。
步骤2:预热温度通过公式计算,见下列方程式:
T=697×CET+160×tanh(d/35)+62×HD0.35+(53×CET-32)×Q-278(℃)
式中,CET为碳当量,CET=C+(Mn+Mo)/10+(Cr+Cu)/20+Ni/40;d为铸件厚度;HD为焊材的扩散氢含量;Q为焊接线能量,通过计算,CET=0.41,d=100,HD=5(实心焊丝按5计算),Q=0.86(焊接工艺规程中最小焊接线能量),最终得出预热温度为217℃,取整数为220℃。
预热可通过整体进炉加热、电阻陶瓷加热片和火焰加热的任一一种方法进行,通过火焰加热时,应使用慢火从缺陷背面加热,待坡口侧温度达到预热温度后,方可施焊。
步骤3:采用等强度匹配实心焊丝焊接,焊丝牌号为ER76-G,确保焊丝表面无油污,锈蚀。打底焊焊接工艺参数为,焊接电流I=200-240A,焊接电压U=22-26V,焊接速度20-27cm/min,焊接线能量0.78-1.50KJ/mm。填充及盖面焊道焊接工艺参数为,焊接电流I=240-280A,焊接电压U=24-30V,焊接速度27-32cm/min,焊接线能量0.86-1.49KJ/mm。焊后及时覆盖保温毯保温。
步骤4:为充分消除铸件体补焊厚的焊接应力,采取消应力退火的方式进行焊后热处理,退火温度取620℃,保温时间4h,升温及降温速率均≤150℃/h。
步骤5:待铸件体冷却至室温后,对补焊区域进行磁粉、超声波和硬度检测。
检测结果证明补焊区域无裂纹、未熔合等缺陷,补焊区域硬度数值无超标。
实施例2
选取钢材2的化学成分如下:
C=0.37%,Mn=0.80%,P=0.02%,S=0.02%,Cr=1.20%,Mo=0.30%,Cu=0.03%,Ni=0.02;铸钢件厚度100mm,缺陷深度15mm,其调质回火温度为670℃。
该中碳调质铸钢的焊接方法,包括如下步骤:
步骤1:坡口准备,采用U形坡口,坡口根部半径6mm,坡口角度20°(见图1)。
步骤2:预热温度通过公式计算,见下列方程式:
T=697×CET+160×tanh(d/35)+62×HD0.35+(53×CET-32)×Q-278(℃)
式中,CET为碳当量,CET=C+(Mn+Mo)/10+(Cr+Cu)/20+Ni/40;d为铸件厚度;HD为焊材的扩散氢含量;Q为焊接线能量,通过计算,CET=0.54,d=100,HD=5(实心焊丝按5计算),Q=0.86(焊接工艺规程中最小焊接线能量),最终得出预热温度为313℃,取整数为320℃。
预热可通过整体进炉加热、电阻陶瓷加热片和火焰加热的任一种方法进行,通过火焰加热时,应使用慢火从缺陷背面加热,待坡口侧温度达到预热温度后,方可施焊。
步骤3:采用等强度匹配实心焊丝焊接,焊丝牌号为ER76-G,确保焊丝表面无油污,锈蚀。打底焊焊接工艺参数为,焊接电流I=200-240A,焊接电压U=22-26V,焊接速度20-27cm/min,焊接线能量0.78-1.50KJ/mm。填充及盖面焊道焊接工艺参数为,焊接电流I=240-280A,焊接电压U=24-30V,焊接速度27-32cm/min,焊接线能量0.86-1.49KJ/mm。焊后及时覆盖保温毯保温。
步骤4:为充分消除铸件体补焊厚的焊接应力,采取消应力退火的方式进行焊后热处理,退火温度取620℃,保温时间4h,升温及降温速率均≤150℃/h。
步骤5:待铸件体冷却至室温后,对补焊区域进行磁粉、超声波和硬度检测。检测结果证明补焊区域无裂纹、未熔合等缺陷,补焊区域硬度数值无超标。
实施例3
选取钢材1的化学成分如下:
C=0.35%,Mn=0.60%,P=0-0.02%,S=0-0.02%,Cr=0.93%,Mo=0.18%,Cu=0;铸钢件厚度100mm,缺陷深度15mm,其调质回火温度为670℃。
该中碳调质铸钢的焊接方法,包括如下步骤:
步骤1:坡口准备,采用U形坡口,坡口根部半径6mm,坡口角度20°。
步骤2:预热温度通过公式计算,见下列方程式:
T=697×CET+160×tanh(d/35)+62×HD0.35+(53×CET-32)×Q-278(℃)
式中,CET=C+(Mn+Mo)/10+(Cr+Cu)/20+Ni/40;d为铸件厚度;HD为焊材的扩散氢含量;Q为焊接线能量,通过计算,CET=0.47,d=100,HD=5(实心焊丝按5计算),Q=0.78(焊接工艺规程中最小焊接线能量),最终得出预热温度为261℃,取整数为270℃。
预热可通过整体进炉加热、电阻陶瓷加热片和火焰加热的任一种方式进行,通过火焰加热时,应使用慢火从缺陷背面加热,待坡口侧温度达到预热温度后,方可施焊。
步骤3:采用等强度匹配实心焊丝焊接,焊丝牌号为ER76-G,确保焊丝表面无油污,锈蚀。打底焊焊接工艺参数为,焊接电流I=200-240A,焊接电压U=22-26V,焊接速度20-27cm/min,焊接线能量0.78-1.50KJ/mm。填充及盖面焊道焊接工艺参数为,焊接电流I=240-280A,焊接电压U=24-30V,焊接速度27-32cm/min,焊接线能量0.86-1.49KJ/mm。焊后及时覆盖保温毯保温。
步骤4:为充分消除铸件体补焊后的焊接应力,采取消应力退火的方式进行焊后热处理,退火温度取620℃,保温时间4h,升温及降温速率均≤150℃/h。
步骤5:待铸件体冷却至室温后,进行磁粉和超声波检测。
检测结果证明补焊区域无裂纹、无未熔合等缺陷,补焊区域硬度数值无超标。
本发明中碳调质铸钢的焊接方法中,当缺陷深度大于30mm时,则坡口根部半径10mm,坡口角度30°,见图2。
本发明中碳调质铸钢的焊接方法,在调质状态下的焊接,采取的预热温度综合考虑了钢板化学成分、焊材扩散氢含量、板厚和焊接线能量的影响,选用的焊接材料与铸件体等强度匹配,采用的焊接工艺参数经过了焊接工艺评定的验证,通过焊后缓慢冷却及焊后消应力退火,极大的减少了补焊位置的残余应力,避免了焊后出现裂纹等缺陷,本方法为中碳调质铸钢的补焊提供了质量保障。
本领域的技术人员容易理解,以上举例仅是本发明一个具体实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等,均应认为是本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种中碳调质铸钢的焊接方法,其特征在于:
中碳调质铸钢钢材按质量百分比的成分含量范围为:C=0.30-0.37%,Si=0-0.60%,Mn=0.50-0.80%,P=0-0.025%,S=0-0.020%,Cr=0.80-1.20%,Mo=0.15-0.30%,余量为Cu或其它杂质;
包括以下步骤:
步骤1:准备坡口:在钢材缺陷处开U形坡口,当缺陷深度在30mm以内时,坡口根部半径6mm,坡口角度20°;当缺陷深度大于30mm时,坡口根部半径10mm,坡口角度30°;
步骤2:计算预热温度,对钢材坡口进行预热,预热温度通过以下公式计算:
T=697×CET+160×tanh(d/35)+62×HD0.35+(53×CET-32)×Q-278(℃),
式中,CET=C+(Mn+Mo)/10+(Cr+Cu)/20+Ni/40;
T为预热温度,单位为℃;
CET为碳当量,范围为0.2%-0.5%;
d为铸件厚度,单位为mm;
HD为焊材的扩散氢含量,单位为ml/100g;
Q为焊接线能量,单位为KJ/mm;
步骤3:选用实芯富氩气保护焊焊接,焊丝强度与钢材等强度匹配,牌号为ER76-G,确保焊丝表面无油污、无锈蚀:其中,
打底焊焊接工艺参数为:焊接电流I=200-240A,焊接电压U=22-26V,焊接速度20-27cm/min,焊接线能量0.78-1.50KJ/mm;
填充及盖面焊道焊接工艺参数为:焊接电流I=240-280A,焊接电压U=24-30V,焊接速度27-32cm/min,焊接线能量0.86-1.49KJ/mm;
焊后覆盖保温毯保温;
步骤4:焊后热处理:采取消应力退火的方式进行焊后热处理,退火温度比铸件体回火温度低20-50℃,保温时间按照每25mm铸件体厚度保温1小时进行,升温及降温速率均≤150℃/h;
步骤5:冷却并检测:待铸件体冷却至室温后,进行磁粉和超声波检测。
2.根据权利要求1所述的中碳调质铸钢的焊接方法,其特征在于:所述步骤2中,选用整体进炉加热、电阻陶瓷加热片加热、火焰加热中的任一种方式进行预热。
3.根据权利要求2所述的中碳调质铸钢的焊接方法,其特征在于:通过火焰加热时,用慢火从缺陷背面加热,待坡口侧温度达到预热温度后,方可施焊。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN113352708A (zh) * | 2021-07-06 | 2021-09-07 | 华北电力大学 | 一种轻质高强Mg-Ta复合金属板材及其室温轧制成形方法 |
CN113352708B (zh) * | 2021-07-06 | 2022-02-22 | 华北电力大学 | 一种轻质高强Mg-Ta复合金属板材及其室温轧制成形方法 |
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