CN102909249A - 一种消除点焊接头再热裂纹的方法 - Google Patents

一种消除点焊接头再热裂纹的方法 Download PDF

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Abstract

本发明针对点焊板材后续热处理过程中出现的再热裂纹现象，提出一种简便的消除再热裂纹的方法，其特征在于：厚度为0.5～3mm板材点焊接头在热处理前进行球面加压消除残余应力；对焊点及周围区域进行施压所采用的模具，其与点焊接头接触的表面是球面或近似球面的曲面，曲率半径大于等于点焊时所用球面电极的半径，加压区域面积大于焊点面积且完全覆盖焊点；对焊点及周围区域所施加的应力超过熔核和母材的屈服强度，使其发生塑性变形；对点焊接头进行球面加压时，焊点中心与模具中心同轴。该方法具有模具形状简单，操作方便，不对焊件形状产生明显影响，结果稳定可靠等优点。

Description

一种消除点焊接头再热裂纹的方法
技术领域
本发明属于材料加工工程领域，特别提供一种消除点焊接头再热裂纹的方法。
背景技术
电阻点焊是一种即实用，又高效的薄壁结构件连接方法。为消除焊接应力和获得理想的性能，焊接接头往往需要进行热处理。然而某些沉淀强化的结构材料，如碳化物析出强化的Cr-Mo耐热钢、Al、Ti强化的镍基高温合金和Ti2AlNb合金，焊后热处理过程中或高温服役过程中极易产生裂纹——再热裂纹。这是升温过程中沉淀析出强化相产生的低塑性组织和焊接残余应力共同作用的结果。电阻点焊过程中接头各部分受热不均和熔核凝固相变都会使接头产生较大的焊接残余应力，因而此类材料点焊接头高温处理时，也极易出现再热裂纹，如图1所示，给高温应用的薄壁结构件的研制及生产造成极大障碍。如前所述，再热裂纹是低塑性组织和焊接残余应力共同导致的，二者缺一不可。消除再热裂纹一般可以通过增加敏感区塑形变形能力或减少焊接残余应力两种方法实现。当采用电弧焊方法焊接此类材料时，通常采用低合金化的填充材料稀释焊缝金属，降低热处理过程中的脆化倾向，进而消除再热裂纹。有报导[1.K.Banerjee,N.L.Richards,and M.C.Chaturvedi,Metallurgical and Materials Transactions A V(36),2005:1881-90，2.M.Sireesha,S.K.Albert,and S.Sundaresan,Science andTechnology of Welding and Joining V(6)2001:247-254]研究通过填充低合金化材料能极大的降低焊缝的再热裂纹倾向。但这种方法往往会牺牲焊缝性能[3.R.K.Sidhu 1,N.L.Richards 1and M.C.Chaturvedi,Materials Scienceand Technology V(21)2005:1119-31]。另一种方法就是通过减少焊接残余应力消除再热裂纹，有报道[4.斯重遥，陈亮山，董秀中等，焊接，1986v(12):1-4]通过爆炸处理有效减少焊接残余应力，进而消除再热裂纹。依照此思路，本发明就是从另一个减少焊接残余应力的途径解决沉淀强化高温结构材料点焊接头再热裂纹问题。
发明内容
本发明针对点焊板材后续热处理过程中出现的再热裂纹现象，提出一种简便的消除再热裂纹的方法。
本发明的目的在于提供一种消除点焊接头再热裂纹的方法，其特征在于：厚度为0.5～3mm板材点焊接头在热处理前进行球面加压消除残余应力；
对焊点及周围区域进行施压所采用的模具，其与点焊接头接触的表面是球面或近似球面的曲面，曲率半径大于等于点焊时所用球面电极的半径，加压区域面积大于焊点面积且完全覆盖焊点；
对焊点及周围区域所施加的应力超过熔核和母材的屈服强度，使其发生塑性变形；
对点焊接头进行球面加压时，焊点中心与模具中心同轴。
本发明提供的消除点焊接头再热裂纹的方法，其特征在于：所述被焊材料为沉淀强化合金，如Cr-Mo耐热钢、Al、Ti强化的镍基高温合金、Ti2AlNb合金等。
本发明所述消除点焊接头再热裂纹的方法，其特征在于：所述模具是具有中心对称的结构，模具与点焊接头接触的表面是球面。
本发明通过采用对点焊接头施加压应力的方法，使焊点及周围区域产生微小变形释放点焊过程中产生的残余应力，从而消除在后续热处理过程中随着强化相析出导致的再热裂纹的产生问题。该方法具有模具形状简单，操作方便，不对焊件形状产生明显影响，结果稳定可靠等优点。
附图说明
图1为点焊接头直接进行处理后金相照片，图中有明显裂纹存在；
图2为去应力模具装配示意图；
图3为将Ti2AlNb点焊接头固溶时效处理后沿中心切开的金相照片，没有观察到再热裂纹。
具体实施方式
实施例1
Ti2AlNb薄板电阻点焊接头处理
将两片厚度为1mm的Ti2AlNb板材通过点焊连接，形成焊点直径尺寸为5mm，在热处理之前通过球面加压消除残余应力：
对焊点及周围区域进行施压的是球面圆柱型模具1，球面半径为90mm，圆柱直径为25mm。
对焊点及周围区域施压，施加压力60KN，使其发生微小变形。
对点焊接头2进行球面加压，焊点中心对准上下两个球面圆柱模具1的中心，三者圆心同轴，如图2所示。
对实验结果进行检验分析：将去应力后的点焊接头在真空炉里面加热，在750℃温度下，保温30min，取出后将样品沿点焊中心方向切开，通过金相观察没有裂纹产生，如图3。
实施例2
GH4199薄板电阻点焊接头处理
将两片厚度为1.5mm的GH4199板通过点焊连接，形成焊点直径尺寸为7.5mm，在热处理之前通过球面加压消除残余应力：
对焊点及周围区域进行施压的是球面圆柱模具，球面半径为150mm，圆柱直径为25mm。
对焊点及周围区域施压，施加压力80KN，使其发生微小变形。
对点焊接头进行球面加压，焊点中心对准上下两个球面圆柱模具的中心，三者圆心同轴。
将去除焊接残余应力后的点焊接头进行760℃，保温30min热处理，没有裂纹产生。
实施例3
2.25Cr-1Mo钢薄板电阻点焊接头处理
将两片厚度为2mm的2.25Cr-1Mo钢板通过点焊连接，形成焊点直径尺寸为8.5mm，在热处理之前通过球面加压消除残余应力：
对焊点及周围区域进行施压的是球面圆柱模具，球面半径为250mm，圆柱直径为25mm。
对焊点及周围区域施压，施加压力40KN，使其发生微小变形。
对点焊接头进行球面加压时，焊点中心对准上下两个球面圆柱模具的中心，三者圆心同轴。
将去除焊接残余应力后的点焊接头进行700℃，保温30min热处理，没有裂纹产生。
一种消除点焊接头再热裂纹的方法
技术领域
本发明属于材料加工工程领域，特别提供一种消除点焊接头再热裂纹的方法。
背景技术
电阻点焊是一种即实用，又高效的薄壁结构件连接方法。为消除焊接应力和获得理想的性能，焊接接头往往需要进行热处理。然而某些沉淀强化的结构材料，如碳化物析出强化的Cr-Mo耐热钢、Al、Ti强化的镍基高温合金和Ti2AlNb合金，焊后热处理过程中或高温服役过程中极易产生裂纹——再热裂纹。这是升温过程中沉淀析出强化相产生的低塑性组织和焊接残余应力共同作用的结果。电阻点焊过程中接头各部分受热不均和熔核凝固相变都会使接头产生较大的焊接残余应力，因而此类材料点焊接头高温处理时，也极易出现再热裂纹，如图1所示，给高温应用的薄壁结构件的研制及生产造成极大障碍。如前所述，再热裂纹是低塑性组织和焊接残余应力共同导致的，二者缺一不可。消除再热裂纹一般可以通过增加敏感区塑形变形能力或减少焊接残余应力两种方法实现。当采用电弧焊方法焊接此类材料时，通常采用低合金化的填充材料稀释焊缝金属，降低热处理过程中的脆化倾向，进而消除再热裂纹。有报导[1.K.Banerjee,N.L.Richards,and M.C.Chaturvedi,Metallurgical and Materials Transactions A V(36),2005:1881-90，2.M.Sireesha,S.K.Albert,and S.Sundaresan,Science andTechnology of Welding and Joining V(6)2001:247-254]研究通过填充低合金化材料能极大的降低焊缝的再热裂纹倾向。但这种方法往往会牺牲焊缝性能[3.R.K.Sidhu 1,N.L.Richards 1and M.C.Chaturvedi,Materials Scienceand Technology V(21)2005:1119-31]。另一种方法就是通过减少焊接残余应力消除再热裂纹，有报道[4.斯重遥，陈亮山，董秀中等，焊接，1986v(12):1-4]通过爆炸处理有效减少焊接残余应力，进而消除再热裂纹。依照此思路，本发明就是从另一个减少焊接残余应力的途径解决沉淀强化高温结构材料点焊接头再热裂纹问题。
发明内容
本发明针对点焊板材后续热处理过程中出现的再热裂纹现象，提出一种简便的消除再热裂纹的方法。
本发明的目的在于提供一种消除点焊接头再热裂纹的方法，其特征在于：厚度为0.5～3mm板材点焊接头在热处理前进行球面加压消除残余应力；
对焊点及周围区域进行施压所采用的模具，其与点焊接头接触的表面是球面或近似球面的曲面，曲率半径大于等于点焊时所用球面电极的半径，加压区域面积大于焊点面积且完全覆盖焊点；
对焊点及周围区域所施加的应力超过熔核和母材的屈服强度，使其发生塑性变形；
对点焊接头进行球面加压时，焊点中心与模具中心同轴。
本发明提供的消除点焊接头再热裂纹的方法，其特征在于：所述被焊材料为沉淀强化合金，如Cr-Mo耐热钢、Al、Ti强化的镍基高温合金、Ti2AlNb合金等。
本发明所述消除点焊接头再热裂纹的方法，其特征在于：所述模具是具有中心对称的结构，模具与点焊接头接触的表面是球面。
本发明通过采用对点焊接头施加压应力的方法，使焊点及周围区域产生微小变形释放点焊过程中产生的残余应力，从而消除在后续热处理过程中随着强化相析出导致的再热裂纹的产生问题。该方法具有模具形状简单，操作方便，不对焊件形状产生明显影响，结果稳定可靠等优点。
附图说明
图1为点焊接头直接进行处理后金相照片，图中有明显裂纹存在；
图2为去应力模具装配示意图；
图3为将Ti2AlNb点焊接头固溶时效处理后沿中心切开的金相照片，没有观察到再热裂纹。
具体实施方式
实施例1
Ti2AlNb薄板电阻点焊接头处理
将两片厚度为1mm的Ti2AlNb板材通过点焊连接，形成焊点直径尺寸为5mm，在热处理之前通过球面加压消除残余应力：
对焊点及周围区域进行施压的是球面圆柱型模具1，球面半径为90mm，圆柱直径为25mm。
对焊点及周围区域施压，施加压力60KN，使其发生微小变形。
对点焊接头2进行球面加压，焊点中心对准上下两个球面圆柱模具1的中心，三者圆心同轴，如图2所示。
对实验结果进行检验分析：将去应力后的点焊接头在真空炉里面加热，在750℃温度下，保温30min，取出后将样品沿点焊中心方向切开，通过金相观察没有裂纹产生，如图3。
实施例2
GH4199薄板电阻点焊接头处理
将两片厚度为1.5mm的GH4199板通过点焊连接，形成焊点直径尺寸为7.5mm，在热处理之前通过球面加压消除残余应力：
对焊点及周围区域进行施压的是球面圆柱模具，球面半径为150mm，圆柱直径为25mm。
对焊点及周围区域施压，施加压力80KN，使其发生微小变形。
对点焊接头进行球面加压，焊点中心对准上下两个球面圆柱模具的中心，三者圆心同轴。
将去除焊接残余应力后的点焊接头进行760℃，保温30min热处理，没有裂纹产生。
实施例3
2.25Cr-1Mo钢薄板电阻点焊接头处理
将两片厚度为2mm的2.25Cr-1Mo钢板通过点焊连接，形成焊点直径尺寸为8.5mm，在热处理之前通过球面加压消除残余应力：
对焊点及周围区域进行施压的是球面圆柱模具，球面半径为250mm，圆柱直径为25mm。
对焊点及周围区域施压，施加压力40KN，使其发生微小变形。
对点焊接头进行球面加压时，焊点中心对准上下两个球面圆柱模具的中心，三者圆心同轴。
将去除焊接残余应力后的点焊接头进行700℃，保温30min热处理，没有裂纹产生。

Claims (3)

1.一种消除点焊接头再热裂纹的方法，其特征在于：厚度为0.5～3mm板材点焊接头在热处理前进行球面加压消除残余应力；
对焊点及周围区域进行施压所采用的模具，其与点焊接头接触的表面是球面或近似球面的曲面，曲率半径大于等于点焊时所用球面电极的半径，加压区域面积大于焊点面积且完全覆盖焊点；
对焊点及周围区域所施加的应力超过熔核和母材的屈服强度，使其发生塑性变形；
对点焊接头进行球面加压时，焊点中心与模具中心同轴。
2.按照权利要求1所述消除点焊接头再热裂纹的方法，其特征在于：所述被焊材料为沉淀强化合金，如Cr-Mo耐热钢、Al、Ti强化的镍基高温合金、Ti2AlNb合金等。
3.按照权利要求1所述消除点焊接头再热裂纹的方法，其特征在于：所述模具是具有中心对称的结构，模具与点焊接头接触的表面是球面。
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