CN104227180A - 一种nm400耐磨钢的焊接方法 - Google Patents

一种nm400耐磨钢的焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的NM400耐磨钢的焊接方法，采用A407不锈钢焊条做打底焊缝后，对焊缝及周边200mm范围内区域做局部预热，预热温度350℃～400℃，恒温5分钟；使用ER50-6焊丝配合CO2气体保护焊进行多层多道焊，每层焊缝高度不超过4mm，控制层间温度＞150℃；距离母材表面2～3层焊缝高度时选用A407焊条焊接一层过渡层，过渡层厚度＞3mm；最后用D212焊条进行盖面，打磨焊缝余高和焊趾，焊缝余高不超过3mm。焊前不需要预热、焊后不要求保温，焊接工艺简单、成本低。同时改善了NM400耐磨钢焊接接头的韧性，达到了接头强度、韧性、耐磨性的一体化。

Description

一种NM400耐磨钢的焊接方法
技术领域
本发明属于钢板焊接工艺领域，尤其涉及一种NM400耐磨钢的焊接方法。
背景技术
近年来，随着矿山及各种工程机械的快速发展，人们对设备上易损件的使用寿命提出了更高的要求。耐磨钢作为一种高机械强度，高表面硬度的特殊钢种被广泛用于矿山及各种工程机械的耐磨易损件的加工和制造中，提高机械的使用寿命、降低生产成本。如：挖掘机、转载机、推土机铲斗板、刃板、侧刃板、刀片。破碎机衬板、叶片。
NM400是耐磨钢板的一种。NM-表示耐磨用途的“耐”和“磨”字汉语拼音首位字母，400是布氏硬度值HB值。（400硬度值是广义的，国产NM400硬度值范围360～420）NM400是高强度耐磨钢板，具有相当高的机械强度；其机械性能是普通低合金钢板的3倍到5倍；可显著提高机械相关部件的磨损耐性。但是由于NM400耐磨钢板属于低合金结构钢，且碳当量较大，有明显的冷裂纹倾向，在焊接时会出现冷裂纹和热影响区的软化和脆化等问题。在实际生产中，此类钢种主要用于与低碳钢焊接，且焊前要求预热、焊后要求保温，焊接工艺复杂、成本较高，大多采用熔化极氩弧焊(MIG) 或混合气体保护焊(MAG) 等机械化或半机械方法配合等强焊丝进行焊接。但采用这种焊接工艺的焊接结构在使用中往往会出现焊缝根部超强、局部淬硬而韧性不足，容易使焊缝产生裂纹。并且对于大型结构件要采取整体预热和保温往往是比较困难的。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种NM400耐磨钢的焊接方法，使得焊接好的NM400耐磨钢韧性好，不容易出现冷裂纹。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种NM400耐磨钢的焊接方法，采用A407不锈钢焊条做打底焊缝后，对焊缝及周边200mm范围内区域做局部预热，预热温度350℃～400℃，恒温5分钟；使用ER50-6焊丝配合CO2气体保护焊进行多层多道焊，每层焊缝高度不超过4mm，控制层间温度＞150℃；距离母材表面2～3层焊缝高度时选用A407焊条焊接一层过渡层，过渡层厚度＞3mm；最后用D212焊条进行盖面，打磨焊缝余高和焊趾，焊缝余高不超过3mm。
作为上述方案的进一步优化，具体包括如下步骤：
（1）焊前预处理；
在待焊接头处开单面V型坡口，坡口角度45°～50°，钝边2mm～3mm，根部间隙1mm～2mm；用钢丝刷清理坡口及坡口两侧30mm～40mm 的表面，去除其油污和铁锈，直至露出金属光泽；在焊缝坡口根部间隙处用A407焊条进行点焊固定以待焊接；定位点焊每段焊缝长度不超过10mm，焊点间距100mm；
（2）焊接底层焊缝；
打底层焊缝选用手工焊条电弧焊，焊条牌号为A407，其材质为C=0.08～0.20，Mn=1.0～2.5，Si≤0.75，Cr=25.0～28.0，Ni=20.0～22.5，采用φ5.0的焊条，焊接电流为160A～200A，电弧电压为19V～22V,焊接速度10cm/min，运条方法采用直线运条法，焊缝宽度4mm～6mm，焊缝厚度3mm～5mm；
（3）中间层焊接；
火焰加热焊缝及其周边200mm范围，用红外线测温仪测定温度达350℃～400℃，恒温5分钟；中间层焊缝使用ER50-6焊丝配合CO2气体保护焊进行多层多道焊，其焊丝的材质为C=0.06～0.15,Mn=1.40～1.85,Si=0.80～1.15，P≤0.025，S≤0.035，Al=0.50～0.90，Cu≤0.50，其它元素总量≤0.50，焊接电流220A～260A，焊接电压：22V～28V，气体流量15 L/min～20L/min，热输入量控制在10 kJ/cm～15kJ/cm；每层焊缝高度3mm～4mm，层间温度控制在100℃～150℃，连续焊接至距离母材表面2～3层焊缝高度时停止焊接；用A407焊条焊接过渡层，焊接电流为160A～200A，电弧电压为19V～22V,焊接速度10cm/min，运条方法采用直线运条法，焊缝宽度4mm～6mm，焊缝厚度3mm～5mm，过渡层厚度＞3mm，焊至距离母材表面3mm处停止焊接；
（4）焊缝盖面； 
盖面层焊接方法选用手工焊条电弧焊，其焊条D212的材质为C=0.30～0.60，Cr≤5.00，Mo≤4.00，其直径为φ4.0，焊接前需要经过140℃～160℃焙1小时，焊接电流160A～200A，电弧电压为19V～24V，焊接速度12cm/min，获得的堆焊层硬度HRC≥40；
（5）焊后处理；
堆焊层焊接完成后立即用保温石棉板覆盖于焊缝之上，施以缓冷，待焊缝完全冷却后，打磨去除焊缝及周边的飞溅、焊瘤，打磨焊趾，焊缝余高不超过3mm。
相对于现有技术，本发明具有以下优点：
本发明提供的NM400耐磨钢的焊接方法，不容易出现冷裂纹，选用高韧性的奥氏体不锈钢焊条进行定位焊和打底，使焊缝根部富韧，避免产生裂纹；中间层选用屈服强度≥500MPa的ER50-6焊丝进行焊接，其目的是使焊缝接头呈现低组配，焊缝韧性高，淬硬倾向降低且能满足机体整体强度；堆焊过渡层，使其成一缓冲带，避免在表面堆焊耐磨焊条时产生马氏体组织；表面堆焊D212焊条，提高焊缝表面耐磨性，使得到的焊接构件符合实际使用工况，减少了焊缝处磨损风险；此外，该方法焊前不需要预热、焊后不要求保温，焊接工艺简单、成本低，且不需要采用熔化极氩弧焊(MIG) 或混合气体保护焊(MAG) 等机械化或半机械方法配合等强焊丝进行焊接。同时改善了NM400耐磨钢焊接接头的韧性，达到了接头强度、韧性、耐磨性的一体化。
附图说明
图1为本发明中NM400耐磨钢的焊缝横截面的示意图。
1-过渡层；2-盖面层；3-中间层；4-打底层。
具体实施方式
一种NM400耐磨钢的焊接方法，如图1所示，采用A407不锈钢焊条做打底焊缝后，对焊缝及周边200mm范围内区域做局部预热，预热温度350℃～400℃，恒温5分钟；使用ER50-6焊丝配合CO2气体保护焊进行多层多道焊，每层焊缝高度不超过4mm，控制层间温度＞150℃；距离母材表面2～3层焊缝高度时选用A407焊条焊接一层过渡层，过渡层厚度＞3mm；最后用D212焊条进行盖面，打磨焊缝余高和焊趾，焊缝余高不超过3mm。
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：包括如下步骤：
（1）焊前预处理；
在对接接头处开单面V型坡口，坡口角度45°，钝边2mm，根部间隙1.5mm；用钢丝刷清理坡口及坡口两侧40mm 的表面，去除其油污和铁锈，直至露出金属光泽；按所需结构形式用A407焊条进行点焊固定以待焊接；
（2）焊接底层焊缝；
打底层4焊缝选用手工焊条电弧焊，焊条牌号为A407，其材质为C=0.08～0.20，Mn=1.0～2.5，Si≤0.75，Cr=25.0～28.0，Ni=20.0～22.5，采用φ5.0的焊条，焊接电流为200A，电弧电压为22V,焊接速度10cm/min，运条方法采用直线运条法，焊缝宽度5mm，焊缝厚度4mm；
（3）中间层3焊接；
火焰加热焊缝及其周边200mm范围，用红外线测温仪测定温度达350℃，恒温5分钟；中间层焊缝使用ER50-6焊丝配合CO2气体保护焊进行多层多道焊，其焊丝的材质为C=0.06～0.15,Mn=1.40～1.85,Si=0.80～1.15，P≤0.025，S≤0.035，Al=0.50～0.90，Cu≤0.50，其它元素总量≤0.50，焊接电流240A，焊接电压：22V～28V，气体流量16 L/min，热输入量控制在10 kJ/cm～15kJ/cm；每层焊缝高度4mm，层间温度控制在100℃～150℃，连续焊接至距离母材表面2～3层焊缝高度时停止焊接；用A407焊条焊接过渡层，焊接电流为200A，电弧电压为21V,焊接速度10cm/min，运条方法采用直线运条法，焊缝宽度6mm，焊缝厚度4mm，过渡层厚度＞3mm，焊至距离母材表面3mm处停止焊接；
（4）焊缝盖面；
盖面层2焊接方法选用手工焊条电弧焊，其焊条D212的材质为C=0.30～0.60，Cr≤5.00，Mo≤4.00，其直径为φ4.0，焊接前需要经过150℃左右烘焙1小时，焊接电流180A，电弧电压为20V，焊接速度12cm/min，获得的堆焊层硬度HRC（即洛氏硬度）≥40；
（5）焊后处理；
堆焊层焊接完成后立即用保温石棉板覆盖于焊缝之上，施以缓冷，待焊缝完全冷却后，打磨去除焊缝及周边的飞溅、焊瘤，打磨焊趾，焊缝余高不超过3mm。
实施例2：包括如下步骤：
（1）焊前预处理；
在对接接头处开单面V型坡口，坡口角度50°，钝边1.5mm，根部间隙2mm；用钢丝刷清理坡口及坡口两侧40mm 的表面，去除其油污和铁锈，直至露出金属光泽；按所需结构形式用A407焊条进行点焊固定以待焊接；
（2）焊接底层焊缝；
打底层4焊缝选用手工焊条电弧焊，焊条牌号为A407，其材质为C=0.08～0.20，Mn=1.0～2.5，Si≤0.75，Cr=25.0～28.0，Ni=20.0～22.5，采用φ5.0的焊条，焊接电流为200A，电弧电压为22V,焊接速度10cm/min，运条方法采用直线运条法，焊缝宽度5mm，焊缝厚度4mm；
（3）中间层3焊接；
火焰加热焊缝及其周边200mm范围，用红外线测温仪测定温度达350℃，恒温5分钟；中间层焊缝使用ER50-6焊丝配合CO2气体保护焊进行多层多道焊，其焊丝的材质为C=0.06～0.15,Mn=1.40～1.85,Si=0.80～1.15，P≤0.025，S≤0.035，Al=0.50～0.90，Cu≤0.50，其它元素总量≤0.50，焊接电流240A，焊接电压：25V，气体流量18L/min，热输入量控制在10 kJ/cm～15kJ/cm；每层焊缝高度4mm，层间温度控制在100℃～150℃，连续焊接至距离母材表面2～3层焊缝高度时停止焊接；用A407焊条焊接过渡层1，焊接电流为220A，电弧电压为22V,焊接速度10cm/min，运条方法采用直线运条法，焊缝宽度6mm，焊缝厚度4mm，过渡层厚度＞3mm，焊至距离母材表面3mm处停止焊接；
（4）焊缝盖面；
盖面层2焊接方法选用手工焊条电弧焊，其焊条D212的材质为C=0.30～0.60，Cr≤5.00，Mo≤4.00，其直径为φ4.0，焊接前需要经过150℃左右烘焙1小时，焊接电流180A，电弧电压为20V，焊接速度12cm/min，获得的堆焊层硬度HRC（即洛氏硬度）≥40；
（5）焊后处理；
堆焊层焊接完成后立即用保温石棉板覆盖于焊缝之上，施以缓冷，待焊缝完全冷却后，打磨去除焊缝及周边的飞溅、焊瘤，打磨焊趾，焊缝余高不超过3mm。
实施例3：包括如下步骤：
（1）焊前预处理；
在T型接头处开单面单边V型坡口，坡口角度60°，钝边2mm，根部间隙2mm；用钢丝刷清理坡口及坡口两侧40mm 的表面，去除其油污和铁锈，直至露出金属光泽；按所需结构形式用A407焊条进行点焊固定以待焊接；
（2）焊接底层焊缝；
打底层焊缝选用手工焊条电弧焊，焊条牌号为A407，其材质为C=0.08～0.20，Mn=1.0～2.5，Si≤0.75，Cr=25.0～28.0，Ni=20.0～22.5，采用φ5.0的焊条，焊接电流为200A，电弧电压为22V,焊接速度10cm/min，运条方法采用直线运条法，焊缝宽度5mm，焊缝厚度4mm；
（3）中间层焊接；
火焰加热焊缝及其周边200mm范围，用红外线测温仪测定温度达350℃，恒温5分钟；中间层焊缝使用ER50-6焊丝配合CO2气体保护焊进行多层多道焊，其焊丝的材质为C=0.06～0.15,Mn=1.40～1.85,Si=0.80～1.15，P≤0.025，S≤0.035，Al=0.50～0.90，Cu≤0.50，其它元素总量≤0.50，焊接电流240A，焊接电压：25V，气体流量18L/min，热输入量控制在10 kJ/cm～15kJ/cm；每层焊缝高度4mm，层间温度控制在100℃～150℃，连续焊接至距离母材表面2～3层焊缝高度时停止焊接；用A407焊条焊接过渡层，焊接电流为200A，电弧电压为20V,焊接速度10cm/min，运条方法采用直线运条法，焊缝宽度4mm，焊缝厚度3mm，过渡层厚度＞3mm，焊至距离母材表面3mm处停止焊接；
（4）焊缝盖面；
盖面焊方法选用手工焊条电弧焊，其焊条D212的材质为C=0.30～0.60，Cr≤5.00，Mo≤4.00，其直径为φ4.0，焊接前需要经过150℃左右烘焙1小时，焊接电流180A，电弧电压为20V，焊接速度12cm/min，获得的堆焊层硬度HRC（即洛氏硬度）≥40；
（5）焊后处理；
堆焊层焊接完成后立即用保温石棉板覆盖于焊缝之上，施以缓冷，待焊缝完全冷却后，打磨去除焊缝及周边的飞溅、焊瘤，打磨焊趾，焊缝余高不超过3mm。
将实施例1－3得到的NM400耐磨钢焊接接头经过检测，具有表1性能：
表1：
  抗拉强度（Mpa） -20℃冲击功（J） 表面硬度（HRC）
实施例1 535 Mpa 65J 42HRC
实施例2 540 Mpa 68J 42HRC
实施例3 525 Mpa 62J 43HRC
从上述表格中可以看出：本发明提供的NM400耐磨钢的焊接方法，改善了NM400耐磨钢焊接接头的韧性，使得NM400耐磨钢不容易出现冷裂纹，达到了接头强度、韧性、耐磨性的一体化，满足工业要求。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种NM400耐磨钢的焊接方法，其特征在于，采用A407不锈钢焊条做打底焊缝后，对焊缝及周边200mm范围内区域做局部预热，预热温度350℃～400℃，恒温5分钟；使用ER50-6焊丝配合CO2气体保护焊进行多层多道焊，每层焊缝高度不超过4mm，控制层间温度＞150℃；距离母材表面2～3层焊缝高度时选用A407焊条焊接一层过渡层，过渡层厚度＞3mm；最后用D212焊条进行盖面，打磨焊缝余高和焊趾，焊缝余高不超过3mm。
2.如权利要求1所述的NM400耐磨钢的焊接方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
（1）焊前预处理；
在待焊接头处开单面V型坡口，坡口角度45°～50°，钝边2mm～3mm，根部间隙1mm～2mm；用钢丝刷清理坡口及坡口两侧30mm～40mm 的表面，去除其油污和铁锈，直至露出金属光泽；在焊缝坡口根部间隙处用A407焊条进行点焊固定以待焊接；定位点焊每段焊缝长度不超过10mm，焊点间距100mm；
（2）焊接底层焊缝；
打底层焊缝选用手工焊条电弧焊，焊条牌号为A407，其材质为C=0.08～0.20，Mn=1.0～2.5，Si≤0.75，Cr=25.0～28.0，Ni=20.0～22.5，采用φ5.0的焊条，焊接电流为160A～200A，电弧电压为19V～22V,焊接速度10cm/min，运条方法采用直线运条法，焊缝宽度4mm～6mm，焊缝厚度3mm～5mm；
（3）中间层焊接；
火焰加热焊缝及其周边200mm范围，用红外线测温仪测定温度达350℃～400℃，恒温5分钟；中间层焊缝使用ER50-6焊丝配合CO2气体保护焊进行多层多道焊，其焊丝的材质为C=0.06～0.15,Mn=1.40～1.85,Si=0.80～1.15，P≤0.025，S≤0.035，Al=0.50～0.90，Cu≤0.50，其它元素总量≤0.50，焊接电流220A～260A，焊接电压：22V～28V，气体流量15 L/min～20L/min，热输入量控制在10 kJ/cm～15kJ/cm；每层焊缝高度3mm～4mm，层间温度控制在100℃～150℃，连续焊接至距离母材表面2～3层焊缝高度时停止焊接；用A407焊条焊接过渡层，焊接电流为160A～200A，电弧电压为19V～22V,焊接速度10cm/min，运条方法采用直线运条法，焊缝宽度4mm～6mm，焊缝厚度3mm～5mm，过渡层厚度＞3mm，焊至距离母材表面3mm处停止焊接；
（4）焊缝盖面； 
盖面层焊接方法选用手工焊条电弧焊，其焊条D212的材质为C=0.30～0.60，Cr≤5.00，Mo≤4.00，其直径为φ4.0，焊接前需要经过140℃～160℃焙1小时，焊接电流160A～200A，电弧电压为19V～24V，焊接速度12cm/min，获得的堆焊层硬度HRC≥40；
（5）焊后处理；
堆焊层焊接完成后立即用保温石棉板覆盖于焊缝之上，施以缓冷，待焊缝完全冷却后，打磨去除焊缝及周边的飞溅、焊瘤，打磨焊趾，焊缝余高不超过3mm。
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