CN103962791B - 大型耐热钢铸件焊接修复方法 - Google Patents

大型耐热钢铸件焊接修复方法 Download PDF

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Abstract

大型耐热钢铸件焊接修复方法，它涉及一种铸件焊接修复方法，以解决采用现有的手工电弧焊堆焊方式修复大型铸件，由于耐热钢铸件的焊接性较差、缺陷位置复杂和工件庞大，存在焊接应力难以消除，修复过程中易产生未熔合、未焊透、延迟裂纹及夹渣的缺陷，修复质量难以保证的问题，方法的主要步骤是：步骤一、缺陷清除；步骤二、热处理；步骤三、着色探伤；步骤四、补焊量统计；步骤五、焊前预热；步骤六、缺陷部位补焊；步骤七、清理返修；步骤八、焊后热处理；步骤九、无损探伤检测。本发明可以有效修复铸件的大面积缺陷，保证修复质量，修复后能达到其加工使用要求，挽救重要或重大铸件报废的经济损失。本发明用于大型耐热钢铸件大面积缺陷修复。

Description

大型耐热钢铸件焊接修复方法
技术领域
本发明涉及一种铸件焊接修复方法，具体涉及一种大型耐热钢铸件大面积缺陷焊接修复方法。
背景技术
大型铸件在铸造及运行过程中常出现砂眼、疏松及裂纹等缺陷，报废损失巨大，目前国内多采用手工电弧焊堆焊方法来修复，由于耐热钢铸件的焊接性较差、缺陷位置复杂、待修复位置复杂、工件庞大，导致热处理困难、焊接应力难以消除等因素，导致焊接修复过程中极易产生未熔合、未焊透、延迟裂纹及夹渣等缺陷，修复质量难以保证。
发明内容
本发明的目的是为解决采用现有的手工电弧焊堆焊方式修复大型铸件，由于耐热钢铸件的焊接性较差、缺陷位置复杂和工件庞大，存在焊接应力难以消除，修复过程中易产生未熔合、未焊透、延迟裂纹及夹渣的缺陷，修复质量难以保证的问题，进而提供一种大型耐热钢铸件焊接修复方法。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的一种大型耐热钢铸件焊接修复方法是按照以下步骤进行的，
步骤一、缺陷清除
1)首先采用摇臂钻钻开较深的缺陷部位；
2)采用碳弧气刨彻底清除缺陷，碳弧气刨前工件预热到200-220℃；
3)用角磨机和直磨机磨去碳弧气刨时造成的淬硬层，并将需补焊的坡口底部及边缘棱角磨平，清除补焊区及其周围的锈迹和油污；
步骤二、热处理
经步骤一处理后的工件，立即送入车式电阻炉去应力退火处理，退火温度为750℃～770℃，升温8h，然后，保温5h后炉冷到200℃出炉空冷；
步骤三、着色探伤：对经步骤二处理后的铸件的待焊部位进行着色探伤，经过预清理、干燥、渗透、清洗和显像，显像10min～20min后观察，显示表面积总和在16mm2范围内，无直径大于3mm的圆形显示，同时无线形显示和成列形显示；
步骤四、补焊量统计：对所有缺陷区域进行拍照、测量、存档、统计待焊量；
步骤五、焊前预热：焊前将工件预热至320℃，保温5h，出炉后立即用石棉布包裹保温，只露出部分待补焊的缺陷部位；
步骤六、缺陷部位补焊
(1)焊接工艺参数
待焊工件的材质为ZG1Cr10MoVNbN；
焊接方法选用手工电弧焊同质焊材热焊法进行堆焊修复；
焊材选用CHH96B9焊条，焊条直径4.0mm，焊条使用前经过350℃烘干2h后使用；
焊接工件时采用直流反接，焊接电流：170A～210A，焊接电压：21V～25V，多层多道焊层间控制温度在200-350℃，单条焊道宽度小于15mm，单层焊接厚度小于3mm；
(2)焊接操作
1)补焊时用测温仪监测工件温度，保持工件温度处于150～300℃下焊接，低于150℃时需返回步骤五重新预热；
2)引弧时先用长弧预热3～5s，待金属表面有出汗珠现象时，立即压低电弧，焊条横向摆动，焊高控制在3mm以下；
3)采用短弧操作，电弧高度不得超过2mm，堆焊时焊道之间的重叠量不小于1/3焊道宽度，熔池保持椭圆形为宜，每个熔池与前面熔池重叠2/3，保持电弧的1/3部分在熔池前方，同时控制铁水与熔渣的分离；
4)更换焊条时采用热接法，收弧后快速换上焊条，在收弧处保持红热状态时立即在熔池前面引弧，迅速把电弧拉到收弧处做横向锯齿形运条进行焊接；收弧时采用回焊收弧法，收弧时焊条向焊接的反方向回焊5-10mm；
5)每焊一层清理一次焊渣，同时敲打焊道消除焊接应力；
步骤七、清理返修：打磨焊缝表面与原工件表面齐平，缺肉、咬边处需二次补焊，返修次数为两次以内；
步骤八、焊后热处理：经步骤七处理后用车式电阻炉去应力退火处理，退火温度为750℃～770℃，升温8h，保温5h，炉冷至200℃，出炉空冷；
步骤九、无损探伤检测：经步骤八处理后对工件进行着色探伤和超声波探伤检测；
(1)着色探伤：经过预清理、干燥、渗透、清洗和显像，显像10min～20min后观察，显示表面积总和在16mm2范围内，无直径大于3mm的圆形显示，同时无线形显示和成列形显示；
(2)超声波探伤：采用纵波探伤的距离幅度曲线法进行探伤检测，其中幅度取值下限≥0.25，底波反射衰减≥25％。
本发明的有益效果是：本发明针对耐热钢铸件的材质及缺陷位置，采用手工电弧焊同质焊材热焊法对其进行修复，通过规范焊接工艺及操作细节、焊前整体预热、短弧多层多道焊、控制焊接层间温度、石棉布保温、电镐锤击消除焊接应力、焊后去应力退火等一系列严格的措施对大型铸件进行补焊修复，最后经着色探伤(PT)和超声波探伤(UT)，达到加工使用标准，有效地克服了由于铸件基材焊接性较差、缺陷位置复杂和体积庞大，存在的补焊周期长、预热及保温难度大、焊接应力难以消除、待修复位置复杂、待焊区域窄而深、焊条摆动受限制、熔合情况不易观察，修复过程中易产生未熔合、未焊透、延迟裂纹及夹渣的缺陷，修复质量难以保证的问题。本发明可以有效修复铸件的大面积缺陷，保证修复质量，修复后能达到其加工使用要求，挽救重要或重大铸件报废的经济损失。
具体实施方式
具体实施方式一：本发明的大型耐热钢铸件焊接修复方法是按照以下步骤进行的，
步骤一、缺陷清除
1)首先采用摇臂钻钻开较深的缺陷部位；
2)采用碳弧气刨彻底清除缺陷，碳弧气刨前工件预热到200-220℃；
3)用角磨机和直磨机磨去碳弧气刨时造成的淬硬层，并将需补焊的坡口底部及边缘棱角磨平，清除补焊区及其周围的锈迹和油污；
步骤二、热处理
经步骤一处理后的工件，立即送入车式电阻炉去应力退火处理，退火温度为750℃～770℃，升温8h，然后，保温5h后炉冷到200℃出炉空冷；
步骤三、着色探伤：对经步骤二处理后的铸件的待焊部位进行着色探伤，经过预清理、干燥、渗透、清洗和显像，显像10min～20min后观察，显示表面积总和在16mm2范围内，无直径大于3mm的圆形显示，同时无线形显示和成列形显示；
步骤四、补焊量统计：对所有缺陷区域进行拍照、测量、存档、统计待焊量；
步骤五、焊前预热：焊前将工件预热至320℃，保温5h，出炉后立即用石棉布包裹保温，只露出部分待补焊的缺陷部位；
步骤六、缺陷部位补焊
(1)焊接工艺参数
待焊工件的材质为ZG1Cr10MoVNbN；
焊接方法选用手工电弧焊同质焊材热焊法进行堆焊修复；
焊材选用CHH96B9焊条，焊条直径4.0mm，焊条使用前经过350℃烘干2h后使用；
焊接工件时采用直流反接，焊接电流：170A～210A，焊接电压：21V～25V，多层多道焊层间控制温度在200-350℃，单条焊道宽度小于15mm，单层焊接厚度小于3mm；
(2)焊接操作
1)补焊时用测温仪监测工件温度，保持工件温度处于150～300℃下焊接，低于150℃时需返回步骤五重新预热；
2)引弧时先用长弧预热3～5s，待金属表面有出汗珠现象时，立即压低电弧，焊条横向摆动，焊高控制在3mm以下；
3)采用短弧操作，电弧高度不得超过2mm，堆焊时焊道之间的重叠量不小于1/3焊道宽度，熔池保持椭圆形为宜，每个熔池与前面熔池重叠2/3，保持电弧的1/3部分在熔池前方，同时控制铁水与熔渣的分离；
4)更换焊条时采用热接法，收弧后快速换上焊条，在收弧处保持红热状态时立即在熔池前面引弧，迅速把电弧拉到收弧处做横向锯齿形运条进行焊接；收弧时采用回焊收弧法，收弧时焊条向焊接的反方向回焊5-10mm；
5)每焊一层清理一次焊渣，同时敲打焊道消除焊接应力；
步骤七、清理返修：打磨焊缝表面与原工件表面齐平，缺肉、咬边处需二次补焊，返修次数为两次以内；
步骤八、焊后热处理：经步骤七处理后用车式电阻炉去应力退火处理，退火温度为750℃～770℃，升温8h，保温5h，炉冷至200℃，出炉空冷；
步骤九、无损探伤检测：经步骤八处理后对工件进行着色探伤和超声波探伤检测；
(1)着色探伤：经过预清理、干燥、渗透、清洗和显像，显像10min～20min后观察，显示表面积总和在16mm2范围内，无直径大于3mm的圆形显示，同时无线形显示和成列形显示；
(2)超声波探伤：采用纵波探伤的距离幅度曲线法进行探伤检测，其中幅度取值下限≥0.25，底波反射衰减≥25％。
本实施方式的步骤三的着色探伤按照CCH70-3：水力机械铸钢件检验规范中的2级验收标准执行。有缺陷的位置做好标记。
本实施方式的步骤九超声波探伤后可以采用γ射线探伤：补焊区胶片与ASTME-186标准参照胶片进行比较，气孔、沙眼、夹渣和缩孔的尺寸均小于标准参照胶片中的尺寸。
本实施方式的步骤四的缺陷部位清除后共形成65处不规则圆坑、矩形坑、月牙槽等坑洞，最大处尺寸360×200×70mm3，最深处达85mm。待焊位置总体积25759285mm3，约200kg待焊量。本实施方式的工件的材质为ZG1Cr10MoVNbN，是用于超临界汽轮机的耐热钢。
本实施方式步骤六的焊条的型号为E9015-B9，焊条中主要元素的质量百分比为C：0.08％-0.13％，Mn：1.2％，Si0.3％，P：0.01％，S：0.01％，Ni：0.8％，Cr：8.0％-10.5％，Mo：0.85％-1.20％，V：0.15％-0.30％，Cu：0.25％，Al：0.04，Nb：0.02％-0.1％，N：0.02％-0.07％：
本实施方式的步骤九的无损探伤检测均按照CCH70-3：水力机械铸钢件检验规范中的2级验收标准执行。
本实施方式的步骤六(2)焊接操作中，在焊接过程中要认真观察熔池的形状、铁水与熔渣的分离情况。熔池一般保持椭圆形为宜，当焊接出现偏弧及飞溅过大时应及时停焊，查明原因采取对策；运条时送给铁液的位置和运条间距要准确，使每个熔池与前面熔池重叠2/3，保持电弧的1/3部分在熔池前方，眼睛看到哪，手就迅速把焊条准确无误地送到哪，只有这样才能保证焊缝内部质量和外观成形；焊接时采用短弧操作，电弧高度不得超过焊条直径的一半。只有短弧操作和接弧的时间适当短，才会减少和避免气孔、夹渣的缺陷产生；引弧时先用长弧预热3-5s，等金属表面有出汗珠现象时，立即压低电弧，焊条横向摆动，控制焊高在3mm以下；焊接过程中电弧要一直在铁液的前面，利用电弧和药皮熔化时产生的气体定向吹力，将铁液吹响熔池后方，这样既保证熔深又保证熔渣与铁液的分离，减少夹渣和气孔的可能。当铁液与熔渣分不清时，要及时调整运条的角度，焊条角度向焊接方向倾斜，并且要压低电弧，直至铁液与熔渣分清后再灭弧进行正常焊接；当一根焊条焊完或中途停焊需要息弧时，一定要注意收弧动作、焊条不能突然离开熔池，以免产生冷缩孔及火口裂纹，收弧采用回焊收弧法，收弧时焊条向焊接的反方向回焊5-10mm；接头时尽量采用热接法，收弧后快速换上焊条，在收弧处尚保持红热状态时立即从熔池前面引弧，迅速把电弧拉到收弧处用连弧法做横向锯齿形运条进行焊接。热接法操作难度大，当收弧不好时，如有缩孔或焊肉过厚时也可采用冷接法焊接，焊后进行修磨，消除缺陷和削薄接头处，以保证焊接质量；每焊一层前均要清理上一层产生的焊渣，然后用电镐锤击焊道释放焊接应力。先锤焊道中部，后锤击焊道两端，锤痕应紧凑有序。把冷缩的金属晶格舒展开来，从而达到释放焊接应力的作用，避免焊接变形、焊接热裂纹与冷裂纹的产生，达到使用的标准。铸件堆焊时焊道之间的重叠量不小于1/3焊道宽度。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同的是：步骤二中退火温度为760℃。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一至二之一不同的是：步骤五中焊前将工件整体预热至320℃。大型工件普遍采用局部预热，整体预热难度大，整体预热效果好，有利于工件的焊接，其它步骤及参数与具体实施方式一至二之一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤六中多层多道焊层间控制温度在260～320℃。其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤六中保持工件温度处于150-220℃下焊接。其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤六的焊接电流为180A～200A。其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤六的焊接电压为22～24V。其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤六中用电镐锤击焊道释放焊接应力，先锤焊道中部，后锤击焊道两端。这种消除焊接应力的方式效果好，有利于提高焊接质量。其它步骤及参数与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤八中的退火温度为760℃。其它步骤及参数与具体实施方式一至八之一相同。

Claims (9)

1.大型耐热钢铸件焊接修复方法，其特征在于：所述修复方法是按照以下步骤进行的，
步骤一、缺陷清除
1)首先采用摇臂钻钻开较深的缺陷部位；
2)采用碳弧气刨彻底清除缺陷，碳弧气刨前工件预热到200-220℃；
3)用角磨机和直磨机磨去碳弧气刨时造成的淬硬层，并将需补焊的坡口底部及边缘棱角磨平，清除补焊区及其周围的锈迹和油污；
步骤二、热处理
经步骤一处理后的工件，立即送入车式电阻炉去应力退火处理，退火温度为750℃～770℃，升温8h，然后，保温5h后炉冷到200℃出炉空冷；
步骤三、着色探伤：对经步骤二处理后的铸件的待焊部位进行着色探伤，经过预清理、干燥、渗透、清洗和显像，显像10min～20min后观察，显示表面积总和在16mm2范围内，无直径大于3mm的圆形显示，同时无线形显示和成列形显示；
步骤四、补焊量统计：对所有缺陷区域进行拍照、测量、存档、统计待焊量；
步骤五、焊前预热：焊前将工件预热至320℃，保温5h，出炉后立即用石棉布包裹保温，只露出部分待补焊的缺陷部位；
步骤六、缺陷部位补焊
(1)焊接工艺参数
待焊工件的材质为ZG1Cr10MoVNbN；
焊接方法选用手工电弧焊同质焊材热焊法进行堆焊修复；
焊材选用CHH96B9焊条，焊条直径4.0mm，焊条使用前经过350℃烘干2h后使用；
焊接工件时采用直流反接，焊接电流：170A～210A，焊接电压：21V～25V，多层多道焊层间控制温度在200-350℃，单条焊道宽度小于15mm，单层焊接厚度小于3mm；
(2)焊接操作
1)补焊时用测温仪监测工件温度，保持工件温度处于150～300℃下焊接，低于150℃时需返回步骤五重新预热；
2)引弧时先用长弧预热3～5s，待金属表面有出汗珠现象时，立即压低电弧，焊条横向摆动，焊高控制在3mm以下；
3)采用短弧操作，电弧高度不得超过2mm，堆焊时焊道之间的重叠量不小于1/3焊道宽度，熔池保持椭圆形为宜，每个熔池与前面熔池重叠2/3，保持电弧的1/3部分在熔池前方，同时控制铁水与熔渣的分离；
4)更换焊条时采用热接法，收弧后快速换上焊条，在收弧处保持红热状态时立即在熔池前面引弧，迅速把电弧拉到收弧处做横向锯齿形运条进行焊接；收弧时采用回焊收弧法，收弧时焊条向焊接的反方向回焊5-10mm；
5)每焊一层清理一次焊渣，同时敲打焊道消除焊接应力；
步骤七、清理返修：打磨焊缝表面与原工件表面齐平，缺肉、咬边处需二次补焊，返修次数为两次以内；
步骤八、焊后热处理：经步骤七处理后用车式电阻炉去应力退火处理，退火温度为750℃～770℃，升温8h，保温5h，炉冷至200℃，出炉空冷；
步骤九、无损探伤检测：经步骤八处理后对工件进行着色探伤和超声波探伤检测；
(1)着色探伤：经过预清理、干燥、渗透、清洗和显像，显像10min～20min后观察，显示表面积总和在16mm2范围内，无直径大于3mm的圆形显示，同时无线形显示和成列形显示；
(2)超声波探伤：采用纵波探伤的距离幅度曲线法进行探伤检测，其中幅度取值下限≥0.25，底波反射衰减≥25％。
2.根据权利要求1所述的大型耐热钢铸件焊接修复方法，其特征在于：步骤二中退火温度为760℃。
3.根据权利要求1或2所述的大型耐热钢铸件焊接修复方法，其特征在于：步骤五中焊前将工件整体预热至320℃。
4.根据权利要求1所述的大型耐热钢铸件焊接修复方法，其特征在于：步骤六中多层多道焊层间控制温度在260～320℃。
5.根据权利要求1所述的大型耐热钢铸件焊接修复方法，其特征在于：步骤六中保持工件温度处于150-220℃下焊接。
6.根据权利要求1所述的大型耐热钢铸件焊接修复方法，其特征在于：步骤六的焊接电流为180A～200A。
7.根据权利要求1所述的大型耐热钢铸件焊接修复方法，其特征在于：步骤六的焊接电压为22～24V。
8.根据权利要求1所述的大型耐热钢铸件焊接修复方法，其特征在于：步骤六中用电镐锤击焊道释放焊接应力，先锤焊道中部，后锤击焊道两端。
9.根据权利要求1所述的大型耐热钢铸件焊接修复方法，其特征在于：步骤八中的退火温度为760℃。
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