CN103286464A - 焊接中碳调质合金钢与普通低碳钢的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种焊接中碳调质合金钢与普通低碳钢的方法，属于焊接技术领域。该方法包括：提供一金属过渡层，金属过渡层的强度在中碳调质合金钢的强度与普通低碳钢的强度之间，且金属过渡层的厚度大于中碳调质合金钢的焊缝热影响区宽度与普通低碳钢的焊缝热影响区宽度之和；对中碳调质合金钢和金属过渡层进行焊接以形成第一工件；将第一工件的金属过渡层与普通低碳钢进行焊接。通过上述技术方案，金属过渡层与中碳调质合金钢、普通低碳钢形成的两个焊缝的焊缝热影响区不会产生重叠，焊接后靠近中碳调质合金钢一侧的焊缝热影响区不易产生焊接裂纹，因此焊接接头韧性高、可靠性好。

Description

焊接中碳调质合金钢与普通低碳钢的方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别涉及一种焊接中碳调质合金钢与普通低碳钢的方法。

背景技术

众所周知，中碳调质合金钢强度高、综合力学性能好，其各方面性能明显优于碳素钢，目前已经广泛应用于船舶制造领域的重要受力结构零件。为了提高中碳调质合金钢的使用可靠性，通常在中碳调质合金钢上连接一道加强筋板，从连接工艺性及经济成本方面出发考虑，筋板材质一般选择为普通低碳钢。由于使用工况和工作环境的双重因素影响，中碳调质合金钢与普通低碳钢的连接接头需具备高强度和强冲击韧性，此时可以通过焊接来实现这种要求。然而，在实际生产过程中由于中碳调质合金钢的碳当量（Ceq值）较高，普通低碳钢的碳当量较低，所以中碳调质合金钢与普通低碳钢的焊接接头的拘束应力相对较大，焊接后靠近中碳调质合金钢母材一侧的焊缝热影响区极容易产生焊接裂纹。

为了解决中碳调质合金钢与普通低碳钢的焊接接头的拘束应力相对较大，焊接后靠近中碳调质合金钢母材一侧的焊缝热影响区极容易产生焊接裂纹的问题，现有中碳调质合金钢与普通低碳钢采用堆焊过渡层焊接方法，具体为：在中碳调质钢表面堆焊一层焊材金属，然后将焊材金属再与普通低碳钢进行焊接。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有堆焊过渡层焊接方法相当于焊材金属经过了两次重熔和重复结晶的过程（一次是焊材金属与中碳调质钢，一次是焊材金属与普通低碳钢），因此焊材金属与中碳调质合金钢形成焊缝，焊材金属与普通低碳钢也形成焊缝，两个焊缝的热影响区会产生交叉，致使中碳调质合金钢与普通低碳钢的焊接接头加剧脆化，焊接接头的韧性降低，可靠性变差。

发明内容

本发明的目的是提供一种焊接中碳调质合金钢与普通低碳钢的方法，不仅能解决现有中碳调质合金钢与普通低碳钢直接焊接导致的焊接接头的拘束应力相对较大，焊接后靠近中碳调质合金钢母材一侧的焊缝热影响区极容易产生焊接裂纹的问题，还能解决现有堆焊过渡层焊接方法中焊材金属与中碳调质合金钢、普通低碳钢形成的两个焊缝的热影响区产生交叉，致使中碳调质合金钢与普通低碳钢的焊接接头加剧脆化的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种焊接中碳调质合金钢与普通低碳钢的方法，包括：

提供一金属过渡层，所述金属过渡层的强度在所述中碳调质合金钢的强度与所述普通低碳钢的强度之间，且所述金属过渡层的厚度大于所述中碳调质合金钢的焊缝热影响区宽度与所述普通低碳钢的焊缝热影响区宽度之和；

对所述中碳调质合金钢和所述金属过渡层进行焊接以形成第一工件；

将所述第一工件的金属过渡层与所述普通低碳钢进行焊接。

进一步地，所述对所述中碳调质合金钢与所述金属过渡层进行焊接以形成第一工件，具体在焊接时，道间温度控制在300～350℃范围内。

再进一步地，所述对所述中碳调质合金钢与所述金属过渡层进行焊接以形成第一工件，具体采用的是纯CO2气体保护焊。

较佳地，所述对所述中碳调质合金钢和所述金属过渡层进行焊接，采用的焊丝为钛型药芯焊丝。

在本发明的一个实施例中，所述对所述中碳调质合金钢与所述金属过渡层进行焊接以形成第一工件的步骤之前，还包括：

对所述中碳调质合金钢与所述金属过渡层进行预热，预热的温度为300～350℃。

在本发明的另一实施例中，所述对所述中碳调质合金钢与所述金属过渡层进行焊接以形成第一工件的步骤之前，还包括：

对预热后的中碳调质合金钢与金属过渡层进行第一保温，以使所述中碳调质合金钢与所述金属过渡层受热均匀，

在本发明的又一实施例中，所述对所述中碳调质合金钢与所述金属过渡层进行焊接以形成第一工件的步骤之后，还包括：

对所述第一工件进行第二保温，以使所述中碳调质合金钢和所述金属过渡层焊接形成的焊缝组织平衡。

在本发明的再一实施例中，所述对所述中碳调质合金钢和所述金属过渡层进行焊接以形成第一工件的步骤之后，还包括

对所述第一工件进行退火热处理，退火热处理的温度控制在600～650℃。

在本发明的又一实施例中，所述对所述第一工件进行退火热处理的步骤之后，还包括：

对所述第一工件进行第三保温，以将所述中碳调质合金钢与所述金属过渡层之间的扩散氢逸出。

优选地，所述第一工件第三保温后的温度小于300℃。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过金属过渡层将中碳调质合金钢与普通低碳钢焊接在一起，使中碳调质合金钢与普通低碳钢原本的直接接触变为间接接触，由于金属过渡层的强度介于中碳调质合金钢与普通低碳钢之间，以将原有的中碳调质合金钢与普通低碳钢的强度差分解成中碳调质合金钢与金属过渡层的强度差和金属过渡层与普通低碳钢的强度差，使原本较为集中的应力情况得到削弱和发散，进而起到了降低靠近中碳调质合金钢母材一侧的焊缝热影响区出现裂纹的几率；

金属过渡层的厚度大于第一宽度与第二宽度之和，其中第一宽度为金属过渡层与中碳调质合金钢的焊缝中心至靠近中碳调质合金钢母材一侧的热影响区的宽度（中碳调质合金钢的焊缝热影响区宽度），第二宽度为金属过渡层与普通低碳钢的焊缝中心至靠近普通低碳钢一侧的热影响区的宽度（普通低碳钢的焊缝热影响区宽度），这样，金属过渡层与中碳调质合金钢、普通低碳钢形成的两个焊缝热影响区不会产生交叉，焊接接头韧性好、可靠性佳。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本发明实施例的焊接中碳调质合金钢与普通低碳钢的方法的流程图；

图2a为图1所示焊接中碳调质合金钢与普通低碳钢的方法中涉及的中碳调质合金钢、堆焊过渡层和普通低碳钢的焊后位置及焊缝布置示意图；

图2b为图1所示焊接中碳调质合金钢与普通低碳钢的方法涉及的锚链轮轴、过渡块和筋板的焊后位置及焊缝布置示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

参考图1和图2a，本发明实施例焊接中碳调质合金钢与普通低碳钢的方法包括步骤：

步骤S101，提供一金属过渡层12，金属过渡层12的强度在中碳调质合金钢11的强度与普通低碳钢13的强度之间，且金属过渡层12的厚度大于中碳调质合金钢11的焊缝热影响区宽度与普通低碳钢13的焊缝热影响区宽度之和；

步骤S102，对中碳调质合金钢11与金属过渡层12进行定位焊；

步骤S103，对中碳调质合金钢11与金属过渡层12进行预热，预热的温度为300～350℃；

步骤S104，对预热后的中碳调质合金钢11与金属过渡层12进行第一保温，以使中碳调质合金钢11与金属过渡层12受热均匀；

步骤S105，对第一保温后的中碳调质合金钢11和金属过渡层12进行焊接以形成第一工件，焊接时，道间温度控制在300～350℃范围内，焊接采用纯CO2气体保护焊，焊丝为钛型药芯焊丝，焊接后金属过渡层12与中碳调质合金钢11之间形成第一焊缝14；

步骤S106，对第一工件进行第二保温，以使中碳调质合金钢11和金属过渡层12焊接形成的焊缝的组织平衡；

步骤S107，对第一工件进行退火热处理，退火热处理的温度控制在600～650℃；

步骤S108，对第一工件进行第三保温冷却，以将中碳调质合金钢11与金属过渡层12的焊缝中的扩散氢逸出，第一工件第三保温冷却后的温度小于300℃；

步骤S109，对第一工件的焊缝在室温条件下进行100%磁粉探伤，以检查焊缝质量；

步骤S110，将检查结果为JB/T4730-2005II级合格的第一工件的金属过渡层12与普通低碳钢13进行焊接，焊接后金属过渡层12与普通低碳钢13之间形成第二焊缝15。

上述技术方案的优点是：

步骤S101、步骤S105和步骤110中，通过金属过渡层将中碳调质合金钢与普通低碳钢焊接在一起，使中碳调质合金钢与普通低碳钢原本的直接接触变为间接接触，由于金属过渡层的强度介于中碳调质合金钢与普通低碳钢之间，以将原有的中碳调质合金钢与普通低碳钢的强度差分解成中碳调质合金钢与金属过渡层的强度差和金属过渡层与普通低碳钢的强度差，使原本较为集中的应力情况得到削弱和发散，进而起到了降低靠近中碳调质合金钢母材一侧的焊缝热影响区出现裂纹的几率；

步骤S101中，金属过渡层的厚度大于第一宽度与第二宽度之和，其中第一宽度为金属过渡层与中碳调质合金钢形成的第一焊缝的中心至靠近中碳调质合金钢一侧的热影响区的宽度（中碳调质合金钢的焊缝热影响区宽度），第二宽度为金属过渡层与普通低碳钢形成的第二焊缝的中心至靠近普通低碳钢一侧的热影响区的宽度（普通低碳钢的焊缝热影响区宽度），这样，金属过渡层与中碳调质合金钢、普通低碳钢形成的两个焊缝热影响区不会产生交叉，焊接接头韧性好、可靠性佳；

步骤S102，对中碳调质合金钢与金属过渡层进行定位焊，能确保后续焊接中碳调质合金钢与金属过渡层时不会产生相对滑动；

步骤S103中，对中碳调质合金钢与金属过渡层进行预热，减小了中碳调质合金钢与金属过渡层在焊接前和焊接后的温差，利于焊接后焊缝成型，同时降低了中碳调质合金钢因碳当量过高导致的冷裂纹倾向；

步骤S104中，将中碳调质合金钢与金属过渡层进行第一保温，以使中碳调质合金钢与金属过渡层受热均匀，可以避免中碳调质合金钢与金属过渡层冷却速度过快，能提高中碳调质合金钢与金属过渡层的焊接质量，能减小焊缝的冷裂纹倾向。其中第一保温的时间为：工件直径在280mm时，第一保温时间为3～4h，工件直径在280mm基础上，每增加10mm，第一保温时间增加1h。需要说明的是，第一保温时间越充足，中碳调质合金钢的冷裂纹倾向降低效果越明显；

步骤S105中，焊接时，焊接道间温度不得低于预热温度，本实施例中，焊接道间温度设置为300～350℃。相比与焊接道间温度的其他范围，300～350℃的焊接道间温度能够使焊缝的结晶速度保持在最优状态，保证了焊缝晶粒细化过程的均匀和稳定，大大降低了熔敷金属中有害脆性马氏体及马氏体组织的产生，使焊接接头的强度和韧性得到有效的增强，进而使焊缝金属获得优质的组织形态和良好的机械性能。该中碳调质合金钢与该金属过渡层的道间温度可以用接触式测温仪测量，接触式测温仪在中碳调质合金钢的表面中心以及两端面和该金属过渡层的表面中心以及两端面分别进行测温。当道间温度低于300℃或高于350℃时，通过加热或冷却的方式调节至300～350℃之间，纯CO2气体保护焊在隔离空气保护焊接熔池和电弧方面效果良好，且抗锈能力较强，焊缝含氢量低，抗裂性好。纯CO2气体保护焊中，焊丝是钛型药芯焊丝，钛型药芯焊丝能使焊缝的含氢量控制在较低的状态。焊丝直径和干伸长度根据纯CO2气体保护焊的枪头型号确定，以确保焊丝的熔融、冷却硬化过程完全在保护气体氛围内，防止焊缝金属与空气接触造成金属氧化。本实施例中，使用通用的枪头时，焊丝直径优选设置为1.2mm，干伸长度对应设置为15～25mm；

步骤S106中，对第一工件进行第二保温，可以降低中碳调质合金钢与金属过渡层焊接的焊缝的冷却速度，有利于焊缝重结晶，使得重结晶后焊缝组织更细，近似平衡状态，因此能避免焊缝产生冷裂纹，焊缝质量好。具体地，采用硅酸铝纤维毡对第一工件进行包裹，以实现第二保温。硅酸铝纤维毡具有绿色无毒特点，可极大程度的降低对工人的伤害程度，本发明进行第二保温的材料并不局限于此，其他环保型保温材料也可用于第二保温缓冷；

步骤S107中，将退火热处理的温度控制在600～650℃，此时焊接接头的残余应力能完全去除，因此能进一步防止焊缝冷裂纹的产生；

步骤S108中，对第一工件进行第三保温冷却，在第三保温过程中，中碳调质合金钢与金属过渡层的焊缝中的扩散氢渐渐逸出逸出，能减小焊缝氢脆，避免焊缝出现冷裂纹。另外，将第一工件经过第三保温后的温度设置为300℃以下，这样第一工件的焊缝不会产生晶粒粗大、脆性高的马氏体组织，焊缝接头的机械性能好。

下面以船用锚绞机中的锚链轮轴与筋板的相互焊接为例来说明本发明的焊接方法，参考图2b，锚链轮轴21为主要受力构件，筋板23主要起加强作用，其中，锚链轮轴21是以中碳调质合金钢为材质，筋板23是以普通低碳钢为材质。具体地，适用于船用锚绞机的焊接中碳调质合金钢与普通低碳钢的方法包括如下步骤：

步骤S201，提供一金属过渡块22（金属过度块22相当于上述的金属过渡层），金属过度块22的强度在锚链轮轴21的强度与筋板23的强度之间，且所述金属过度块22的厚度大于锚链轮轴21的焊缝热影响区宽度与筋板23的焊缝热影响区宽度之和；

步骤S202，将金属过渡块22与锚链轮轴21进行定位焊；

步骤S203，将锚链轮轴21与金属过渡块22进行预热，预热温度为300～350℃；

步骤S204，对预热后的锚链轮轴21与金属过渡块22进行第一保温，以使锚链轮轴21与金属过渡块22受热均匀；

步骤S205，对第一保温后的锚链轮轴21与金属过渡块22进行焊以形成锚链轮轴组件，焊接时，道间温度控制在300～350℃范围内，焊接具体采用的是纯CO2气体保护焊，采用的焊丝是钛型药芯焊丝，焊接后金属过渡块22与锚链轮轴21之间形成第三焊缝24；

步骤S206，对锚链轮轴组件进行第二保温，以使中碳调质合金钢21和金属过渡层22焊接形成的焊缝的组织平衡；

步骤S207，对第二保温后的锚链轮轴组件进行退火热处理，退火热处理的温度控制在600～650℃；

步骤S208，对锚链轮轴组件进行第三保温，以将锚链轮轴21与金属过渡块22的焊缝中的扩散氢逸出，锚链轮轴组件第三保温冷却后的温度小于300℃；

步骤S209，对锚链轮轴21与金属过渡块22的焊缝在室温条件下进行100%磁粉探伤，以检查焊缝质量情况；

步骤S210，将检查结果为JB/T4730-2005II级合格的锚链轮轴组件中的金属过渡块22与筋板23进行焊接，焊接后金属过渡块22与筋板23之间形成第四焊缝25。

由上述技术方案可知，本发明实施例焊接中碳调质合金钢与普通低碳钢的方法应用于船用锚绞机时，具有的优点是：

经过试验，本方法除了具有上一实施例的优点外，本方法焊接所需的时间较短，通常情况下约30分钟，而采用现有堆焊方法所需的时间太长，约5～8小时，因此本方法应用于船用锚绞机时大大降低了生产时间，节约了制造成本。需要指出的是，金属过渡块的厚度大于第三焊缝的中心至靠近锚链轮轴一侧的热影响区的宽度（锚链轮轴的焊缝热影响区宽度）与第四焊缝的中心至靠近筋板一侧的热影响区的宽度（筋板的焊缝热影响区宽度）之和，金属过渡块与锚链轮轴、筋板形成的两个焊缝热影响区不会产生交叉，焊接接头韧性好，可靠性佳。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种焊接中碳调质合金钢与普通低碳钢的方法，其特征在于，包括：

提供一金属过渡层，所述金属过渡层的强度在所述中碳调质合金钢的强度与所述普通低碳钢的强度之间，且所述金属过渡层的厚度大于所述中碳调质合金钢的焊缝热影响区宽度与所述普通低碳钢的焊缝热影响区宽度之和；

对所述中碳调质合金钢和所述金属过渡层进行焊接以形成第一工件；

将所述第一工件的金属过渡层与所述普通低碳钢进行焊接。

2.如权利要求1所述的焊接中碳调质合金钢与普通低碳钢的方法，其特征在于，所述对所述中碳调质合金钢与所述金属过渡层进行焊接以形成第一工件，具体在焊接时，道间温度控制在300～350℃范围内。

3.如权利要求2所述的焊接中碳调质合金钢与普通低碳钢的方法，其特征在于，所述对所述中碳调质合金钢与所述金属过渡层进行焊接以形成第一工件，具体采用的是纯CO2气体保护焊。

4.如权利要求3所述的焊接中碳调质合金钢与普通低碳钢的方法，其特征在于，所述对所述中碳调质合金钢和所述金属过渡层进行焊接，采用的焊丝为钛型药芯焊丝。

5.如权利要求2所述的焊接中碳调质合金钢与普通低碳钢的方法，其特征在于，所述对所述中碳调质合金钢与所述金属过渡层进行焊接以形成第一工件的步骤之前，还包括：

对所述中碳调质合金钢与所述金属过渡层进行预热，预热的温度为300～350℃。

6.如权利要求5所述的焊接中碳调质合金钢与普通低碳钢的方法，其特征在于，所述对所述中碳调质合金钢与所述金属过渡层进行焊接以形成第一工件的步骤之前，还包括：

对预热后的中碳调质合金钢与金属过渡层进行第一保温，以使所述中碳调质合金钢与所述金属过渡层受热均匀。

7.如权利要求5所述的焊接中碳调质合金钢与普通低碳钢的方法，其特征在于，所述对所述中碳调质合金钢与所述金属过渡层进行焊接以形成第一工件的步骤之后，还包括：

对所述第一工件进行第二保温，以使所述中碳调质合金钢和所述金属过渡层焊接形成的焊缝组织平衡。

8.如权利要求2所述的焊接中碳调质合金钢与普通低碳钢的方法，其特征在于，所述对所述中碳调质合金钢和所述金属过渡层进行焊接以形成第一工件的步骤之后，还包括：

对所述第一工件进行退火热处理，退火热处理的温度控制在600～650℃。

9.如权利要求8所述的焊接中碳调质合金钢与普通低碳钢的方法，其特征在于，所述对所述第一工件进行退火热处理的步骤之后，还包括：

对所述第一工件进行第三保温，以将所述中碳调质合金钢与所述金属过渡层之间的扩散氢逸出。

10.如权利要求9所述的焊接中碳调质合金钢与普通低碳钢的方法，其特征在于，所述第一工件第三保温后的温度小于300℃。

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