CN102796859A - 重型厚板焊接结构件热处理工艺 - Google Patents

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李晨
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Abstract

本发明涉及一种重型厚板焊接结构件热处理工艺，该工艺方法针对以Q345-B为母材，板厚在200mm左右(结构件中最厚的筋板)，焊接方法为C02焊的液压机上横梁为例，以天然气大型回火炉为载体，对某厚板结构焊件进行焊前母材预热热处理，焊接过程中的后热处理，焊接结束后的焊后热处理三种热处理手段，解决了板厚为200mm的Q345-B为母材的重型厚板焊接结构件热处理工艺方法，保证了焊接质量，改善了焊接性能，消除了焊后残余应力，避免了焊后开裂，改善了焊口组织结构，避免了焊件结构的变形，使整体结构达到了预期的综合性能，最终实现了板厚大于150mm重型焊接结构件焊接热处理工艺方法，使厚板焊接结构件的广泛应用成为可能。

Description

重型厚板焊接结构件热处理工艺
技术领域
本发明属于焊接热处理工艺技术领域，特别是涉及一种重型厚板焊接结构件热处理工艺。 
背景技术
焊接热处理是指在焊前、焊接过程中或焊后，采用适当的方法对焊件全部或局部进行加热、保温和冷却，以改善母材金属的焊接工艺性，消除或降低焊后残余应力、改善焊接接头金相组织和力学性能的工艺。随着工业发展，传统焊接结构件的板厚已无法达到所需的力学性能要求，为满足焊接框架结构的结构力学性能，越来越大型的厚板焊接结构件应运而生。 
而传统的焊接热处理工艺已无法满足厚板焊接结构件的焊后结构性能。 
在金属熔焊时，由于合金元素的烧损，有害杂质的增加，使焊缝金属的成分发生变化，很难做到和母材相同(达到与母材相同力学性能)。此外，在毗邻焊缝的母材由于焊接热影响，也常常使原母材的性能恶化，特别是在熔合区，存在着显著的物理化学成分不均匀性，以及严重的应力集中，厚板金属材料的焊接存在母材熔合不完全、大坡口焊后应力、结构尺寸变形等更为严重的焊后结构缺陷。 
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的母材熔合不完全、大坡口焊后应力、结构尺寸变形等更为严重的焊后结构缺陷技术问题而提供一种板厚大于150mm的重型厚板焊接结构件热处理工艺。 
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种重型厚板焊接结构件热处理工艺，其特征在于，包括如下步骤： 
(1)焊前母材预热：焊件母材为Q345-B，预热温度为150℃，测温点在加热侧的背面距焊缝80mm处，层间温度的控制范围为100～150℃，预热速度为2℃/min达到150℃； 
(3)焊接过程中热处理：在零件焊接过程中当焊口堆焊厚度到达板厚的1/2时暂停焊接，增加一道去氢热处理工序，然后再次进行全序焊接； 
(3)焊后热处理：在最终完成全序焊接后，使用大型天然气回火炉进行处理，具体 工艺过程为：以≤250℃的温度装炉，以≤80℃/h的速度加热，加热至300℃及500℃时各保温1小时，保持速度加热至550℃±20℃保温8小时左右，而后以≤60℃/h随炉冷却，温度≤250℃时出炉空冷； 
(4)对焊件进行检查，查看零件外观、火焰是否均匀，是否有裂纹和过热、过烧现象。 
本发明还可以采用如下技术措施： 
所述焊前母材预热采用整体天然气炉加热。 
所述焊接过程中热处理的去氢热处理具体工艺为：当焊缝温度未冷却至100℃以下时，将零件放入回火炉内，以5℃/min的速度加热至200℃，保温3小时出炉冷却至150℃继续完成全部焊接。 
所述焊后热处理在装入天然气回火炉前将零件应清理干净，零件腔内无积水、冰铁砂等杂物，热处理炉体各部位、闸门、管路、烟道、鼓风等设备应完好，台车应牢固、驱动正常，开炉前应将热电偶及测量仪表校准。 
所述焊后热处理应将零件装入天然气回火炉中距离火口大于300mm处。 
本发明具有的优点和积极效果是：本发明针对以Q345-B为母材，板厚在200mm左右(结构件中最厚的筋板1)，焊接方法为CO2焊的液压机上横梁为例，以天然气大型回火炉为载体，对某厚板结构焊件进行焊前母材预热热处理，焊接过程中的后热处理，焊接结束后的焊后热处理三种热处理手段，解决了板厚为200mm的Q345-B为母材的重型厚板焊接结构件热处理工艺方法，保证了焊接质量，改善了焊接性能，消除了焊后残余应力，避免了焊后开裂，改善了焊口组织结构。避免了焊件结构的变形，使整体结构达到了预期的综合性能。最终实现了板厚大于150mm重型焊接结构件焊接热处理工艺方法，使厚板焊接结构件的广泛应用成为可能。 
附图说明
图1是本发明重型厚板焊接结构件立体结构示意图； 
图2是图1I放大图； 
图3是焊后热处理工艺曲线图； 
图4是重型厚板焊接结构件材料化学成分及机械性能表。 
图1中：1是筋板，A是焊口，B是去氢处理处。 
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下： 
1.焊前母材预热：焊件(见图1)母材为Q345-B，材料化学成分及机械性能见表1，由于焊件板厚较厚，为避免焊接接头出现淬硬组织，有利于扩散氢的逸出、减小工件的热应力、防止冷裂纹的产生以及环境温度等原因，焊前需对母材做预热处理。依据常用材料预热温度表得到，Q345-B预热温度为150℃，测温点在加热侧的背面距焊缝80mm处，层间温度的控制范围为100～150℃，预热速度为2℃/min达到150℃。预热方法采用整体天然气炉加热。 
2.焊接过程中热处理：因该零件中间筋板1为200mm左右的厚板，为防止因筋板1的厚板多道多层焊氢的积聚而导致的氢致裂纹，故在零件焊接过程中当焊口A堆焊厚度到达筋板1板厚的1/2时暂停焊接(见附图2B处)，增加一道去氢热处理工序，然后再次进行全序焊接。具体工艺为当焊缝温度未冷却至100℃以下情况下，将零件放入回火炉内，以5℃/min的速度加热至200℃，保温3小时出炉冷却至150℃继续完成全部焊接，以达到去氢避免延迟裂纹的目的。 
3.焊后热处理： 
在最终完成全序焊接后，由于焊接件毛坯存在着较大的内应力，致使在加工、装配或产品使用过程中，逐渐产生变形，使零件结构失去精度及裂纹，故零件需进行焊后去应力退火以达到消除焊接应力、稳定尺寸的效果。使用大型天然气回火炉进行处理。具体工艺过程为： 
(1)准备工作：零件应清理干净，零件腔内不应有积水、冰铁砂等杂物。检查热处理炉体各部位、闸门、管路、烟道、鼓风等设备是否完好。检查台车是否牢固、驱动是否正常。开炉前应将热电偶及测量仪表校准。 
(2)装炉：将零件装入炉中位置距离火口需大于300mm，以避免火焰直接喷射到零件导致过热或火烧。用垫铁将零件踮起平稳放置于台车上。 
(3)热处理过程：≤250℃温度装炉，以≤80℃/h的速度加热，由于该焊件板厚较厚，为达到完全加热的目的，故在加热至300℃及500℃时各保温1小时，保持速度加热至550℃±20℃(近年来很多实践认为，Q345-B类钢高温回火温度宜在520-580℃之间，以免损失材料强度)保温8小时左右(以2.5min/mm计算保温时间)，而后以≤60℃随炉冷却只≤200℃出炉空冷(具体实施方法见附图3) 
(4)对焊件进行检查，查看零件外观、火焰是否均匀，是否有裂纹和过热、过烧现象。 
该工艺方法针对以Q345-B为母材，板厚在200mm左右(结构件中最厚的筋板1)，焊接方法为CO2焊的液压机上横梁为例，以天然气大型回火炉为载体，对某厚板结构焊件(附图1)进行焊前母材预热热处理，焊接过程中的后热处理，焊接结束后的焊后热处理三种热处理手段，达到保证大型厚板焊件焊后的各项结构性能指标的目的。 
本发明解决了板厚为200mm的Q345-B为母材的重型厚板焊接结构件热处理工艺方法，保证了焊接质量，改善了焊接性能，消除了焊后残余应力，避免了焊后开裂，改善了焊口组织结构。避免了焊件结构的变形，使整体结构达到了预期的综合性能。最终实现了板厚大于150mm重型焊接结构件焊接热处理工艺方法，使厚板焊接结构件的广泛应用成为可能。 

Claims (5)

1.一种重型厚板焊接结构件热处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)焊前母材预热：焊件母材为Q345-B，预热温度为150℃，测温点在加热侧的背面距焊缝80mm处，层间温度的控制范围为100～150℃，预热速度为2℃/min达到150℃；
(2)焊接过程中热处理：在零件焊接过程中当焊口堆焊厚度到达板厚的1/2时暂停焊接，增加一道去氢热处理工序，然后再次进行全序焊接；
(3)焊后热处理：在最终完成全序焊接后，使用大型天然气回火炉进行处理，具体工艺过程为：以≤250℃的温度装炉，以≤80℃/h的速度加热，加热至300℃及500℃时各保温1小时，保持速度加热至550℃±20℃保温8小时左右，而后以≤60℃/h随炉冷却，温度≤250℃时出炉空冷；
(4)对焊件进行检查，查看零件外观、火焰是否均匀，是否有裂纹和过热、过烧现象。
2.根据权利要求1所述的重型厚板焊接结构件热处理工艺，其特征在于，所述焊前母材预热采用整体天然气炉加热。
3.根据权利要求1所述的重型厚板焊接结构件热处理工艺，其特征在于，所述焊接过程中热处理的去氢热处理具体工艺为：当焊缝温度未冷却至100℃以下时，将零件放入回火炉内，以5℃/min的速度加热至200℃，保温3小时出炉冷却至150℃继续完成全部焊接。
4.根据权利要求1所述的重型厚板焊接结构件热处理工艺，其特征在于，所述焊后热处理在装入天然气回火炉前将零件应清理干净，零件腔内无积水、冰铁砂等杂物，热处理炉体各部位、闸门、管路、烟道、鼓风等设备应完好，台车应牢固、驱动正常，开炉前应将热电偶及测量仪表校准。
5.根据权利要求4所述的重型厚板焊接结构件热处理工艺，其特征在于，所述焊后热处理应将零件装入天然气回火炉中距离火口大于300mm处。
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