CN104526132A - 一种防止耳轴焊接产生延迟裂纹的方法 - Google Patents

一种防止耳轴焊接产生延迟裂纹的方法 Download PDF

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Abstract

一种防止耳轴焊接产生延迟裂纹的方法，涉及一种金属焊接方法，该方法包括焊前预热；肋板与顶部和底部围板焊接；耳轴与顶部围板焊接；耳轴焊接结构翻转；肋板与顶部围板翻转后焊接；耳轴与底部围板焊接；耳轴焊接结构翻转回原位；耳轴与顶部围板U形坡口剩余焊缝焊接；耳轴与底部围板V形坡口焊接；全部焊缝焊接完成后需要进行后热；经后热处理之后，自然冷却至室温，对焊缝进行修磨、检测即可。达到减小焊接应力和变形可以有效防止耳轴焊接时，在耳轴上产生延迟裂纹。经实际构件焊接后检测，未发现延迟裂纹和其他缺陷，焊接构件满足设计和使用要求。

Description

一种防止耳轴焊接产生延迟裂纹的方法
技术领域
    本发明涉及一种金属焊接方法，特别是涉及一种防止耳轴焊接产生延迟裂纹的方法。
背景技术
耳轴是起吊钢包的部件，钢包是冶金行业使用非常广泛的设备。耳轴是又粗又大的碳-锰钢锻造构件，焊接时容易在焊缝中产生很大的焊接应力，导致耳轴焊缝出现延迟裂纹。钢包耳轴承载整个钢包和钢水的重量，并且是在高温下作业，焊接耳轴时一旦出现裂纹，后果不堪设想，钢包耳轴是整个钢包中最关键的部位，耳轴的焊接至关重要。
耳轴近似为圆柱体，锻造制成，耳轴材料为碳-锰钢锻件。耳轴中间和下部有两道环焊缝，与顶部和底部围板焊接在一起，围板材质为碳-锰钢。由于耳轴结构本身拘束应力过大，耳轴焊接之后，经常在耳轴焊缝中出现延迟裂纹，给钢包使用带来严重的危害。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防止耳轴焊接产生延迟裂纹的方法，该方法选用低氢的焊接材料和焊接方法，严格控制焊接顺序，采用多人同时焊接，逐层分段退焊技术，在焊接之前严格制定预热工艺，确保焊接过程中减小焊接应力和变形，可以有效防止耳轴焊接时产生延迟裂纹。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
1、焊前预热。全部焊缝焊接之前都需要预热，预热方法为远红外电加热，电加热片须贴在耳轴靠近焊缝的外周表面上。顶部和底部围板和肋板的预热除采用远红外电加热之外，同时辅以火焰加热。
2、肋板与顶部和底部围板焊接。肋板与顶部和底部围板装配后，构成T型角焊缝。在仰角焊位置焊接肋板与顶部围板角焊缝，角焊缝焊至规定的角焊缝尺寸2/3时结束焊接，剩余的1/3在结构翻转后焊接。在平角焊位置焊接肋板与底板角焊缝，角焊缝尺寸满足规定要求时结束。所有的角焊缝都采用三段退焊法施焊。焊接过程中摆动焊丝，焊接摆动宽度不大于20毫米。
3、耳轴与顶部围板焊接。全部焊缝焊接采用熔化极混合气体保护电弧焊。保护气体为Ar+20%CO2。全部焊缝焊接采用实心焊丝，焊丝型号为ER50-6，焊丝标准应符合GB/T8110之规定。
由于顶部围板厚度较大，焊接之前，必须先加工坡口，坡口为UV组合形式。耳轴与顶部围板装配时，U形坡口朝上装配。
  耳轴与顶部围板正面焊接是U形环焊缝，将耳轴与顶部围板的U形环形焊缝分为四个区域，在每个区域采用三段退焊法施焊。焊接第二层焊缝时，四段焊缝的起点按顺时针方向移动30毫米，然后开始施焊，避免起弧位置重合，可以减小焊接应力和缺陷。焊缝焊至坡口深度的2/3时焊接结束，待反面V形坡口焊完之后，再将余下的1/3焊缝焊满。
耳轴与顶部围板正面U形坡口焊接2/3深度后，立即进行后热处理，后热温度为250℃，保温2小时，然后焊缝随室温自然缓冷。
 4、耳轴焊接结构翻转：在正面焊缝焊接完成之后，将耳轴整体结构按垂直轴翻转180度。
    5、肋板与顶部围板翻转后焊接。同时焊接肋板与顶部围板双侧水平位置的角焊缝，采用三段退焊法施焊，将剩余的1/3焊缝焊满，焊缝全部焊满结束。
    6、耳轴与顶部围板焊接。翻转后，焊接耳轴与顶部围板的V形坡口。焊接之前，先对V形坡口进行气刨清根，将焊缝熔渣刨除干净，露出纯净金属，用磁粉探伤方法检查坡口，保证刨完的坡口无缺陷。
    将耳轴与顶部围板的环形V形坡口焊缝分为四个区域，四个区域同时施焊，在每个区域采用三段退焊法施焊，焊接过程与耳轴与顶部围板正面焊接顺序相同。坡口深度全部焊满结束。
    7、耳轴与底部围板焊接。耳轴与底部围板坡口为UV组合形式，坡口的形状和尺寸与耳轴与顶部围板坡口相同，但是装配时，U形坡口方向与耳轴与顶部围板坡口相反。
    将耳轴与顶部围板的U形环焊缝分为四个区域，同时施焊，在每个区域采用三段退焊法施焊。焊接过程与耳轴与顶部围板焊接过程大体相同，不同的是，一次将U形坡口全部焊满结束。
    8、耳轴焊接结构翻转回原位。在反面焊缝全部焊接结束之后，将耳轴焊接结构翻转回原位。
    9、耳轴与顶部围板U形坡口剩余焊缝焊接：将耳轴与顶部围板的环形U形坡口焊缝分为四个区域，同时施焊。在每个区域不需要采用三段退焊法施焊，一次焊完环焊缝的1/4，其他焊接过程与耳轴与顶部围板正面焊接顺序相同。U形坡口深度全部焊满结束。
    10、耳轴与底部围板V形坡口焊接。焊接之前，先对反面V形坡口进行气刨清根，将焊缝熔渣刨除干净，露出纯净金属，用磁粉探伤方法检查坡口，保证刨完的坡口无缺陷。将耳轴与底部围板的环形V形坡口焊缝分为四个区域，同时施焊。在每个区域不需要采用三段退焊法施焊，一次焊完1/4焊缝，其他焊接过程与耳轴与顶部围板正面焊接顺序相同。V形坡口深度全部焊满结束。
 11、焊接后热：全部焊缝焊接完成后需要进行后热，后热方法为远红外电加热，电加热片须贴在耳轴外周。顶部和底部围板及肋板的预热除采用远红外电加热之外，同时辅以火焰加热。后热温度为250℃，保温2小时，然后焊缝自然缓冷至室温。
焊缝经后热处理之后，自然冷却至室温。对焊缝进行修磨，修磨结果应满足探伤条件，对焊缝及其周围进行检测，检测的方法是超声波检测和磁粉检测，未发现延迟裂纹和其他缺陷，焊接构件满足设计和使用要求。
本发明的优点与效果是：
在钢包的耳轴焊接时，在耳轴上很容易产生延迟裂纹并出现很大的焊接变形。选用低氢的焊接材料和焊接方法，严格控制焊接顺序，采用多人同时焊接，逐层分段退焊技术，在焊接之前严格控制预热工艺，达到了减小焊接应力和变形的目的，特别是可以有效防止耳轴焊接时，在耳轴上产生延迟裂纹。经实际构件焊接后检测，未发现延迟裂纹和其他缺陷，焊接构件满足设计和使用要求。
附图说明
    图1为耳轴焊接结构示意图；
1-耳轴；2-顶部围板；3-底部围板；4-肋板（1）；5-肋板（2）。
图2为耳轴与顶部围板环焊缝分段退焊焊接顺序；
图3为耳轴焊接结构翻转后示意图。
具体实施方式
下面结合附图所示实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
钢包的耳轴块由直径为1000毫米的锻制轴与130毫米围板组成的焊接结构。由图1可以看出耳轴中间和下部有两道环焊缝，顶部和底部围板焊接在一起。由于耳轴结构本身拘束应力过大，耳轴焊接之后，经常在耳轴焊缝中出现延迟裂纹和很大焊接变形。选用低氢的焊接材料和焊接方法，严格控制焊接顺序，逐层分段退焊技术，减小了焊接变形，有效的防止耳轴焊接时产生延迟裂纹。
 1、焊前预热。全部焊缝焊接之前都需要预热，预热方法为远红外电加热，电加热片须贴在耳轴靠近焊缝的外周表面上。顶部和底部围板和肋板的预热除采用远红外电加热之外，同时辅以火焰加热。
2、肋板与顶部和底部围板焊接。肋板与顶部和底部围板装配后，构成T型角焊缝。在仰角焊位置焊接肋板与顶部围板角焊缝，角焊缝焊至规定的角焊缝尺寸2/3时结束焊接，剩余的1/3在结构翻转后焊接。在平角焊位置焊接肋板与底板角焊缝，角焊缝尺寸满足规定要求时结束。所有的角焊缝都采用三段退焊法施焊。焊接过程中摆动焊丝，焊接摆动宽度不大于20毫米。
3、耳轴与顶部围板焊接。全部焊缝焊接采用熔化极混合气体保护电弧焊。保护气体为Ar+20%CO2。全部焊缝焊接采用实心焊丝，焊丝型号为ER50-6，焊丝标准应符合GB/T8110之规定。
由于顶部围板厚度较大，焊接之前，必须先加工坡口，坡口为UV组合形式。耳轴与顶部围板装配时，U形坡口朝上装配。
  耳轴与顶部围板正面焊接是U形环焊缝，将耳轴与顶部围板的U形环形焊缝分为四个区域，由图2可以看出在每个区域采用三段退焊法施焊。焊接第二层焊缝时，四段焊缝的起点按顺时针方向移动30毫米，然后开始施焊，避免起弧位置重合，可以减小焊接应力和缺陷。焊缝焊至坡口深度的2/3时焊接结束，待反面V形坡口焊完之后，再将余下的1/3焊缝焊满。
耳轴与顶部围板正面U形坡口焊接2/3深度后，立即进行后热处理，后热温度为250℃，保温2小时，然后焊缝随室温自然缓冷。
 4、耳轴焊接结构翻转：由图2可以看出在正面焊缝焊接完成之后，将耳轴整体结构按垂直轴翻转180度。
    5、肋板与顶部围板翻转后焊接。同时焊接肋板与顶部围板双侧水平位置的角焊缝，采用三段退焊法施焊，将剩余的1/3焊缝焊满，焊缝全部焊满结束。
    6、耳轴与顶部围板焊接。翻转后，焊接耳轴与顶部围板的V形坡口。焊接之前，先对V形坡口进行气刨清根，将焊缝熔渣刨除干净，露出纯净金属，用磁粉探伤方法检查坡口，保证刨完的坡口无缺陷。
    将耳轴与顶部围板的环形V形坡口焊缝分为四个区域，四个区域同时施焊，在每个区域采用三段退焊法施焊，焊接过程与耳轴与顶部围板正面焊接顺序相同。坡口深度全部焊满结束。
    7、耳轴与底部围板焊接。耳轴与底部围板坡口为UV组合形式，坡口的形状和尺寸与耳轴与顶部围板坡口相同，但是装配时，U形坡口方向与耳轴与顶部围板坡口相反。
    将耳轴与顶部围板的U形环焊缝分为四个区域，同时施焊，在每个区域采用三段退焊法施焊。焊接过程与耳轴与顶部围板焊接过程大体相同，不同的是，一次将U形坡口全部焊满结束。
    8、耳轴焊接结构翻转回原位。在反面焊缝全部焊接结束之后，将耳轴焊接结构翻转回原位。
    9、耳轴与顶部围板U形坡口剩余焊缝焊接：将耳轴与顶部围板的环形U形坡口焊缝分为四个区域，同时施焊。在每个区域不需要采用三段退焊法施焊，一次焊完环焊缝的1/4，其他焊接过程与耳轴与顶部围板正面焊接顺序相同。U形坡口深度全部焊满结束。
    10、耳轴与底部围板V形坡口焊接。焊接之前，先对反面V形坡口进行气刨清根，将焊缝熔渣刨除干净，露出纯净金属，用磁粉探伤方法检查坡口，保证刨完的坡口无缺陷。将耳轴与底部围板的环形V形坡口焊缝分为四个区域，同时施焊。在每个区域不需要采用三段退焊法施焊，一次焊完1/4焊缝，其他焊接过程与耳轴与顶部围板正面焊接顺序相同。V形坡口深度全部焊满结束。
 11、焊接后热：全部焊缝焊接完成后需要进行后热，后热方法为远红外电加热，电加热片须贴在耳轴外周。顶部和底部围板及肋板的预热除采用远红外电加热之外，同时辅以火焰加热。后热温度为250℃，保温2小时，然后焊缝自然缓冷至室温。
焊缝经后热处理之后，自然冷却至室温。对焊缝进行修磨，修磨结果应满足探伤条件，对焊缝及其周围进行检测，检测的方法是超声波检测和磁粉检测，未发现延迟裂纹和其他缺陷，焊接构件满足设计和使用要求。
实施例2
大型转炉托圈的耳轴块由直径为900毫米的锻制轴与110毫米围板组成的焊接结构。由于耳轴结构本身拘束应力过大，耳轴焊接之后，经常在耳轴焊缝中出现延迟裂纹和很大焊接变形。选用低氢的焊接材料和焊接方法，严格控制焊接顺序，逐层分段退焊技术，减小了焊接变形，有效的防止耳轴焊接时产生延迟裂纹。
 1、焊前预热。全部焊缝焊接之前都需要预热，预热方法为远红外电加热，电加热片须贴在耳轴靠近焊缝的外周表面上。顶部和底部围板和肋板的预热除采用远红外电加热之外，同时辅以火焰加热。
2、肋板与顶部和底部围板焊接。肋板与顶部和底部围板装配后，构成T型角焊缝。在仰角焊位置焊接肋板与顶部围板角焊缝，角焊缝焊至规定的角焊缝尺寸2/3时结束焊接，剩余的1/3在结构翻转后焊接。在平角焊位置焊接肋板与底板角焊缝，角焊缝尺寸满足规定要求时结束。所有的角焊缝都采用三段退焊法施焊。焊接过程中摆动焊丝，焊接摆动宽度不大于20毫米。
3、耳轴与顶部围板焊接。全部焊缝焊接采用熔化极混合气体保护电弧焊。保护气体为Ar+20%CO2。全部焊缝焊接采用实心焊丝，焊丝型号为ER50-6，焊丝标准应符合GB/T8110之规定。
由于顶部围板厚度较大，焊接之前，必须先加工坡口，坡口为UV组合形式。耳轴与顶部围板装配时，U形坡口朝上装配。
  耳轴与顶部围板正面焊接是U形环焊缝，将耳轴与顶部围板的U形环形焊缝分为四个区域，每个区域采用三段退焊法施焊。焊接第二层焊缝时，四段焊缝的起点按顺时针方向移动30毫米，然后开始施焊，避免起弧位置重合，可以减小焊接应力和缺陷。焊缝焊至坡口深度的2/3时焊接结束，待反面V形坡口焊完之后，再将余下的1/3焊缝焊满。
耳轴与顶部围板正面U形坡口焊接2/3深度后，立即进行后热处理，后热温度为250℃，保温2小时，然后焊缝随室温自然缓冷。
 4、耳轴焊接结构翻转：在正面焊缝焊接完成之后，将耳轴整体结构按垂直轴翻转180度。
    5、肋板与顶部围板翻转后焊接。同时焊接肋板与顶部围板双侧水平位置的角焊缝，采用三段退焊法施焊，将剩余的1/3焊缝焊满，焊缝全部焊满结束。
    6、耳轴与顶部围板焊接。翻转后，焊接耳轴与顶部围板的V形坡口。焊接之前，先对V形坡口进行气刨清根，将焊缝熔渣刨除干净，露出纯净金属，用磁粉探伤方法检查坡口，保证刨完的坡口无缺陷。
    将耳轴与顶部围板的环形V形坡口焊缝分为四个区域，四个区域同时施焊，在每个区域采用三段退焊法施焊，焊接过程与耳轴与顶部围板正面焊接顺序相同。坡口深度全部焊满结束。
    7、耳轴与底部围板焊接。耳轴与底部围板坡口为UV组合形式，坡口的形状和尺寸与耳轴与顶部围板坡口相同，但是装配时，U形坡口方向与耳轴与顶部围板坡口相反。
    将耳轴与顶部围板的U形环焊缝分为四个区域，同时施焊，在每个区域采用三段退焊法施焊。焊接过程与耳轴与顶部围板焊接过程大体相同，不同的是，一次将U形坡口全部焊满结束。
    8、耳轴焊接结构翻转回原位。在反面焊缝全部焊接结束之后，将耳轴焊接结构翻转回原位。
    9、耳轴与顶部围板U形坡口剩余焊缝焊接：将耳轴与顶部围板的环形U形坡口焊缝分为四个区域，同时施焊。在每个区域不需要采用三段退焊法施焊，一次焊完环焊缝的1/4，其他焊接过程与耳轴与顶部围板正面焊接顺序相同。U形坡口深度全部焊满结束。
    10、耳轴与底部围板V形坡口焊接。焊接之前，先对反面V形坡口进行气刨清根，将焊缝熔渣刨除干净，露出纯净金属，用磁粉探伤方法检查坡口，保证刨完的坡口无缺陷。将耳轴与底部围板的环形V形坡口焊缝分为四个区域，同时施焊。在每个区域不需要采用三段退焊法施焊，一次焊完1/4焊缝，其他焊接过程与耳轴与顶部围板正面焊接顺序相同。V形坡口深度全部焊满结束。
 11、焊接后热：全部焊缝焊接完成后需要进行后热，后热方法为远红外电加热，电加热片须贴在耳轴外周。顶部和底部围板及肋板的预热除采用远红外电加热之外，同时辅以火焰加热。后热温度为250℃，保温2小时，然后焊缝自然缓冷至室温。
焊缝经后热处理之后，自然冷却至室温。对焊缝进行修磨，修磨结果应满足探伤条件，对焊缝及其周围进行检测，检测的方法是超声波检测和磁粉检测，未发现延迟裂纹和其他缺陷，焊接构件满足设计和使用要求。

Claims (5)

1.一种防止耳轴焊接产生延迟裂纹的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1）焊前预热；
2）肋板与顶部和底部围板焊接；
3）耳轴与顶部围板焊接；全部焊缝焊接采用熔化极混合气体保护电弧焊，耳轴与顶部围板正面焊接是U形环焊缝，将耳轴与顶部围板的U形环形焊缝分为四个区域，在每个区域采用三段退焊法施焊；焊接第二层焊缝时，四段焊缝的起点按顺时针方向移动30毫米，然后开始施焊，避免起弧位置重合，焊缝焊至坡口深度的2/3时焊接结束，待反面V形坡口焊完之后，再将余下的1/3焊缝焊满，耳轴与顶部围板正面U形坡口焊接2/3深度后，立即进行后热处理，后热温度为250℃，保温2小时，然后焊缝随室温自然缓冷；
 4）耳轴焊接结构翻转；在正面焊缝焊接完成之后，将耳轴整体结构按垂直轴翻转180度，待焊；
5）肋板与顶部围板翻转后焊接；焊接肋板与顶部围板双侧水平位置的角焊缝；
6）耳轴与顶部围板焊接焊接之前，先对V形坡口进行气刨清根，将焊缝熔渣刨除干净，露出纯净金属，用磁粉探伤方法检查坡口无缺陷；
    7）耳轴与底部围板焊接；将耳轴与顶部围板的U形环焊缝分为四个区域，同时施焊，一次将U形坡口全部焊满结束；
    8）耳轴焊接结构翻转回原位；在反面焊缝全部焊接结束之后，将耳轴焊接结构翻转回原位；
    9）耳轴与顶部围板U形坡口剩余焊缝焊接；将耳轴与顶部围板的环形U形坡口焊缝分为四个区域，同时施焊；U形坡口深度全部焊满结束；
    10）耳轴与底部围板V形坡口焊接；V形坡口深度全部焊满结束；
 11）全部焊缝焊接完成后需要进行后热；经后热处理之后，自然冷却至室温，对焊缝进行修磨、检测即可。
2.根据权利要求1所述的一种防止耳轴焊接产生延迟裂纹的方法，其特征在于，所述预热方法为远红外电加热，电加热片须贴在耳轴靠近焊缝的外周表面上；顶部和底部围板和肋板的预热除采用远红外电加热之外，同时辅以火焰加热。
3.根据权利要求1所述的一种防止耳轴焊接产生延迟裂纹的方法，其特征在于，所述肋板与顶部和底部围板装配后，构成T型角焊缝;
在仰角焊位置焊接肋板与顶部围板角焊缝，角焊缝焊至规定的角焊缝尺寸2/3时结束焊接，剩余的1/3在结构翻转后焊接。
4.根据权利要求1所述的一种防止耳轴焊接产生延迟裂纹的方法，其特征在于，所述；翻转后，焊接耳轴与顶部围板的V形坡口。
5.根据权利要求1所述的一种防止耳轴焊接产生延迟裂纹的方法，其特征在于，所述后热方法为远红外电加热，电加热片须贴在耳轴外周；顶部和底部围板及肋板的预热除采用远红外电加热之外，同时辅以火焰加热；后热温度为250℃，保温2小时，然后焊缝自然缓冷至室温。
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