CN114734125B - 一种适合500hb级耐磨钢的免预热焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及中厚板焊接技术领域，具体涉及一种适合500HB级耐磨钢的免预热焊接方法。采用X型对接接头的焊接形式，钢板不预热，直接进行焊接，钢板厚度方向中心位置首先采用50kg级低合金实心焊丝进行打底层焊接，其次采用80kg级实心焊丝进行填充层焊接，然后采用与母材等硬度匹配的耐磨药芯焊丝进行盖面层焊接。本发明通过焊接接头的坡口设计，采用50kg级焊丝、80kg级焊丝、耐磨钢焊丝形成梯度过渡，完成耐磨钢的焊接，不需要焊前预热、焊后热处理，焊接过程更为简单、高效，焊接变形可控，降低焊接裂纹的产生；同时选用强度呈梯度过渡的焊丝，比全过程应用耐磨钢焊丝更为节约生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及钢板焊接技术领域，具体涉及一种适合500HB级耐磨钢的免预热焊接方法。
背景技术
耐磨钢的加工和制造对于提高机械的使用寿命、降低生产成本具有重要的作用，耐磨钢的应用使设备寿命更长，减少维修带来的检修和停机，从而相应的减少资金投入。耐磨钢的硬度越高，其耐磨性也就越好，但也造成了焊接加工难度的加大。500HB级耐磨钢板属于硬度较高的耐磨钢产品，其表面布氏硬度为470～530HB，在成分设计上碳及铬、钼、镍、钒等元素需具有较高含量，钢板的碳当量较大(一般>0.60％)，导致冷裂纹倾向明显，焊接时接头处易发生缺陷。
目前关于500HB级耐磨钢焊接工艺的研究相对甚少，如专利CN104227180B提供一种NM400耐磨钢的焊接方法，其采用V型坡口进行焊接，焊丝填充量大，且实现单面焊双面成型难度较大，实际生产中焊接变形控制较难，生产成本高。专利CN109986230B提供一种厚度大于25mm的高Ti耐磨钢板的焊接工艺，其焊接钢板厚度需大于25mm，焊前要预热，总预热时间在1小时以上，焊后进行热处理，总体工艺用时较长，效率较低，不适于现场耐磨钢的焊接。
基于此，有必要提供一种适合500HB级耐磨钢的免预热、简单高效、实施性强的低成本焊接方法。
发明内容
针对现有500HB级耐磨钢焊接时接头处易出现裂纹缺陷的技术问题，本发明提供一种适合500HB级耐磨钢的免预热焊接方法，通过焊接接头的坡口设计，采用50kg级焊丝、80kg级焊丝、耐磨钢焊丝形成梯度过渡，完成耐磨钢的焊接，较传统耐磨钢焊接接头相比，不需要焊前预热、焊后热处理，焊接过程更为简单、高效，焊接变形可控，降低焊接裂纹的产生；同时选用强度呈梯度过渡的焊丝，比全过程应用耐磨钢焊丝更为节约生产成本。
本发明技术方案如下：
一种适合500HB级耐磨钢的免预热焊接方法，采用X型对接接头的焊接形式，钢板不预热，直接进行焊接，钢板厚度方向中心位置首先采用50kg级低合金实心焊丝进行打底层焊接，其次采用80kg级实心焊丝进行填充层焊接，然后采用与母材等硬度匹配的耐磨药芯焊丝进行盖面层焊接。
进一步的，钢板单面坡口角度为45～60°，对接接头装配间隙为1～2mm，钢板两端点固10mm焊缝。
进一步的，钢板焊前使用砂轮抛光机对坡口及距坡口两侧30mm的表面进行打磨，去除表面的油污铁锈。
进一步的，焊接时采用熔化极气体保护焊，焊丝伸出长度为15～20mm，气体流量为20～25L/min，焊枪摆动采用锯齿形摆动法。
进一步的，打底层焊接具体为：使用CO2气体保护焊，首先采用50kg级低合金焊丝进行正面打底，焊接电流为170～190A，焊接电压为18～20V，焊接速度14～18cm/min，随后使用相同工艺进行反面打底，保证焊缝的全熔透，打底层焊接完成后使用测温枪对打底层焊缝进行测温，保证层间温度≤200℃。
进一步的，填充层焊接具体为：使用82％的Ar气体及18％的CO2气体混合保护多层多道焊，焊接电流为190～210A，焊接电压为19～22V，焊接速度为16～20cm/min，每层焊缝高度≤5mm，控制层间温度为150～200℃。
进一步的，填充层焊接采用正反面交互焊接，避免钢板出现焊接变形。
进一步的，盖面层焊接具体为：使用CO2气体药芯焊丝保护焊，焊接电流为190～210A，焊接电压为19～22V，焊接速度为16～20cm/min，焊接线能量为10～14kJ/cm，控制层间温度为200～250℃，保证焊缝高度为4～6mm，控制好余高。
进一步的，对接接头焊接完成后，立刻用石棉布保温，随室温自然冷却，然后使用砂轮抛光机去除焊缝周围的飞溅，打磨焊缝，保证焊缝成形。
进一步的，500HB级耐磨钢的CEV(％)＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu/+Ni)/15≤0.68％，厚度为20～50mm，属于中厚钢板范围。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明提供的焊接方法焊前免预热，焊后不需进行热处理，焊接工艺简单高效，实施性强，减轻了工人工作强度，降低了生产成本。
(2)对接接头采用X型坡口，相比较于V型坡口，焊丝填充量减少50％以上，无需在接头反面装配衬垫，提高了焊接效率，降低了成本。
(3)本发明选用三种类型的焊丝焊接，焊丝强度呈梯度过渡，焊接接头由低强匹配过渡到等强匹配，厚度方向中心位置强度低、塑性高可显著降低应力，中间填充层强度适中、塑韧性好，近表面硬度高、耐磨性强，利用打底焊、填充层产生的热量保证耐磨层焊接温度，避免了裂纹产生、保证接头性能，完全满足使用要求。
综上，本发明相比于完全使用耐磨钢焊丝焊接的传统方案，大幅度降低了焊材成本和预热成本，且焊接接头的综合性能得到有效改善。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1～3焊接接头的结构示意图。
图中，1-打底层，2-填充层，3-盖面层。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
对25mm厚的500HB级钢板进行焊接，钢板碳当量CEV＝0.63％，包括如下步骤：
(1)焊接准备
焊接形式采用X型对接接头，单面坡口角度为50°，对接接头装配间隙为1～2mm，试板两端点固10mm焊缝；
(2)焊前预处理
使用砂轮抛光机对坡口及距坡口两侧30mm的表面进行打磨，去除表面的油污铁锈，钢板不预热；
(3)焊接过程
焊接采用熔化极气体保护焊，焊丝伸出长度15mm，气体流量25L/min，焊枪摆动采用锯齿形摆动法。
打底层1焊接时，采用CO2气体保护焊，采用ER50低合金焊丝进行正面打底，焊接电流为180～190A，焊接电压18～19V，焊接速度14～18cm/min，随后使用相同工艺进行反面打底层焊接，保证焊缝的全熔透，打底层1焊接完成后使用测温枪对打底层焊缝进行测温，保证层间温度≤200℃；
填充层2焊接时，采用82％的Ar气体及18％的CO2气体混合保护焊，焊丝采用ER110S-G焊丝，焊接电流为190～200A，焊接电压19～21V，焊接速度16～20cm/min，焊丝配合混合气体保护进行多层多道焊，每层焊缝高度≤5mm，控制层间温度150～200℃，正反面交互焊接，避免钢板出现焊接变形；
盖面层3焊接时，采用CO2气体药芯焊丝保护焊，药芯采用与母材等硬度匹配的DW-H500耐磨药芯，焊接电流为190～200A，焊接电压19～21V，焊接速度16～20cm/min，焊接线能量为10～14kJ/cm，控制层间温度为200～250℃，保证焊缝高度4～6mm，控制好余高。
(4)焊后处理
对接接头焊接完成后，立刻用保温石棉包裹，随室温自然冷却，待焊缝完全冷却后，使用砂轮抛光机去除焊缝周围的飞溅，打磨焊缝，保证焊缝成形。
实施例2
对30mm厚的500HB级钢板进行焊接，钢板碳当量CEV＝0.64％，包括如下步骤：
(1)焊接准备
焊接形式采用X型对接接头，单面坡口角度为60°，对接接头装配间隙为1～2mm，试板两端点固10mm焊缝；
(2)焊前预处理
使用砂轮抛光机对坡口及距坡口两侧30mm的表面进行打磨，去除表面的油污铁锈，钢板不预热；
(3)焊接过程
焊接采用熔化极气体保护焊，焊丝伸出长度20mm，气体流量23L/min，焊枪摆动采用锯齿形摆动法。
打底层1焊接时，采用CO2气体保护焊，采用ER50低合金焊丝进行正面打底，焊接电流为185～195A，焊接电压18～19V，焊接速度14～18cm/min，随后使用相同工艺进行反面打底层焊接，保证焊缝的全熔透，打底层1焊接完成后使用测温枪对打底层焊缝进行测温，保证层间温度≤200℃；
填充层2焊接时，采用82％的Ar气体及18％的CO2气体混合保护焊，焊丝采用ER110S-G焊丝，焊接电流为190～200A，焊接电压19～21V，焊接速度16～20cm/min，焊丝配合混合气体保护进行多层多道焊，每层焊缝高度≤5mm，控制层间温度150～200℃，正反面交互焊接，避免钢板出现焊接变形；
盖面层3焊接时，采用CO2气体药芯焊丝保护焊，药芯采用与母材等硬度匹配的DW-H500耐磨药芯，焊接电流为190～200A，焊接电压19～21V，焊接速度16～20cm/min，焊接线能量为10～14kJ/cm，控制层间温度为200～250℃，保证焊缝高度4～6mm，控制好余高。
(4)焊后处理
对接接头焊接完成后，立刻用保温石棉包裹，随室温自然冷却，待焊缝完全冷却后，使用砂轮抛光机去除焊缝周围的飞溅，打磨焊缝，保证焊缝成形。
实施例3
对40mm厚的500HB级钢板进行焊接，钢板碳当量CEV＝0.66％，包括如下步骤：
(1)焊接准备
焊接形式采用X型对接接头，单面坡口角度为45°，对接接头装配间隙为1～2mm，试板两端点固10mm焊缝；
(2)焊前预处理
使用砂轮抛光机对坡口及距坡口两侧30mm的表面进行打磨，去除表面的油污铁锈，钢板不预热；
(3)焊接过程
焊接采用熔化极气体保护焊，焊丝伸出长度22mm，气体流量20L/min，焊枪摆动采用锯齿形摆动法。
打底层1焊接时，采用CO2气体保护焊，采用ER50低合金焊丝进行正面打底，焊接电流为185～195A，焊接电压18～20V，焊接速度16～18cm/min，随后使用相同工艺进行反面打底层焊接，保证焊缝的全熔透，打底层1焊接完成后使用测温枪对打底层焊缝进行测温，保证层间温度≤200℃；
填充层2焊接时，采用82％的Ar气体及18％的CO2气体混合保护焊，焊丝采用ER110S-G焊丝，焊接电流为190～200A，焊接电压18～20V，焊接速度18～20cm/min，焊丝配合混合气体保护进行多层多道焊，每层焊缝高度≤5mm，控制层间温度150～200℃，正反面交互焊接，避免钢板出现焊接变形；
盖面层3焊接时，采用CO2气体药芯焊丝保护焊，药芯采用与母材等硬度匹配的DW-H500耐磨药芯，焊接电流为190～200A，焊接电压18～20V，焊接速度18～20cm/min，焊接线能量为10～14kJ/cm，控制层间温度为200～250℃，保证焊缝高度4～6mm，控制好余高。
(4)焊后处理
对接接头焊接完成后，立刻用保温石棉包裹，随室温自然冷却，待焊缝完全冷却后，使用砂轮抛光机去除焊缝周围的飞溅，打磨焊缝，保证焊缝成形。
将实施例1～3得到的500HB级耐磨钢焊接接头进行力学性能检测，结果如表1所示。
表1 500HB级耐磨钢焊接接头力学性能
可以看出，本发明提供的500HB级耐磨钢的免预热焊接方法，焊接接头综合力学性能满足工业使用要求，应用时不易产生缺陷。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种适合500HB级耐磨钢的免预热焊接方法，其特征在于，采用X型对接接头的焊接形式，钢板不预热，直接进行焊接，钢板厚度方向中心位置首先采用50kg级低合金实心焊丝进行打底层焊接，其次采用80kg级实心焊丝进行填充层焊接，然后采用与母材等硬度匹配的耐磨药芯焊丝进行盖面层焊接；
打底层焊接具体为：使用CO2气体保护焊，首先采用50kg级低合金焊丝进行正面打底，焊接电流为170~190A，焊接电压为18~20V，焊接速度14~18cm/min，随后使用相同工艺进行反面打底，保证焊缝的全熔透，打底层焊接完成后使用测温枪对打底层焊缝进行测温，保证层间温度≤200℃；
填充层焊接具体为：使用82%的Ar气体及18%的CO2气体混合保护多层多道焊，焊接电流为190~210A，焊接电压为19~22V，焊接速度为16~20cm/min，每层焊缝高度≤5mm，控制层间温度为150~200℃；
盖面层焊接具体为：使用CO2气体药芯焊丝保护焊，焊接电流为190~210A，焊接电压为19~22V，焊接速度为16~20cm/min，焊接线能量为10~14kJ/cm，控制层间温度为200~250℃，保证焊缝高度为4~6mm。
2.如权利要求1所述的免预热焊接方法，其特征在于，钢板单面坡口角度为45~60°，对接接头装配间隙为1~2mm，钢板两端点固10mm焊缝。
3.如权利要求1所述的免预热焊接方法，其特征在于，钢板焊前使用砂轮抛光机对坡口及距坡口两侧30mm的表面进行打磨，去除表面的油污铁锈。
4.如权利要求1所述的免预热焊接方法，其特征在于，焊接时采用熔化极气体保护焊，焊丝伸出长度为15~20mm，气体流量为20~25L/min，焊枪摆动采用锯齿形摆动法。
5.如权利要求1所述的免预热焊接方法，其特征在于，填充层焊接采用正反面交互焊接。
6.如权利要求1所述的免预热焊接方法，其特征在于，对接接头焊接完成后，用石棉布保温，随室温自然冷却，然后使用砂轮抛光机去除焊缝周围的飞溅，打磨焊缝。
7.如权利要求1所述的免预热焊接方法，其特征在于，500HB级耐磨钢的CEV≤0.68%，厚度为20~50mm。
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