CN109420837A - 一种高碳钢真空电子束焊防焊接裂纹的方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种高碳钢真空电子束焊防焊接裂纹的方法，通过真空焊接用电子束的功用改变，实现高碳钢复合板坯的焊前预热以及焊缝附近钢组织的变化，从而实现防止高碳钢真空室焊接过程产生裂纹的目的。与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明一种高碳钢真空电子束焊防焊接裂纹的方法，通过真空电子束预热焊接技术，实现了高碳钢尤其是50#以上品牌的高碳钢真空复合板坯的连续稳定生产；在真空复合连续焊接过程中有效控制了焊接微裂纹和焊接变形问题。真空电子束预热技术，解决了困扰国际真空电子束焊接界高碳钢的钢坯无法预热，从而不能焊接真正高碳钢的历史。具有现实意义。该技术为真空复合焊接高碳钢提供了切实的技术支撑。

Description

一种高碳钢真空电子束焊防焊接裂纹的方法

技术领域

本发明涉及金属材料加工领域，尤其涉及一种用于高碳钢复合板坯的真空电子束焊防焊接裂纹的方法。

背景技术

高碳钢由于其具有非常大的淬硬倾向，并形成高碳马氏体，这对冷裂纹的形成非常敏感。同时，焊接热影响区内形成的马氏体组织，性能硬而脆，导致接头的塑性和韧性大大下降，因此高碳钢的焊接性相当差，在焊接时容易出现热裂纹和冷裂纹。目前采用结构钢焊条焊接时，焊前必须预热，预热温度控制在250℃～350℃。多层多道焊时，第一道焊采用小直径焊条，小电流焊接。一般将工件置于半立焊或使用焊条横向摆动，以使整个母材热影响区都在短时间内受热，以获得预热和保温效果。焊后立即将工件放入加热炉中，在650℃进行保温，消除应力退火。另一种解决办法是在采用小的焊接热输入的同时，采用奥氏体焊接材料，这样可以实现不预热、不后热。但奥氏体焊接材料价格昂贵，不适合大规模的焊接作业。

高碳钢由于需要预热后才能焊接，而真空室电子束焊接的设备都不具有加热功能，因此不能实现常规工艺要求的板坯焊前预热。这就造成了高碳钢真空复合焊接技术，无论国内还是国外都不曾有过任何报道，这充分说明真空复合焊接复合板坯技术的困难。因此，任何企业如果要实现高碳钢的真空复合焊接，都无疑于摸着石头过河，困难重重。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高碳钢真空电子束焊防焊接裂纹的方法，通过真空焊接用电子束的功用改变，实现高碳钢复合板坯的焊前预热以及焊缝附近钢组织的变化，从而实现防止高碳钢真空室焊接过程产生裂纹的目的。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种高碳钢真空电子束焊防焊接裂纹的方法，具体方法如下：

1)组坯前先用300-500℃的热板坯对复合板坯进行加热，使之加热到145-155℃，然后开始组坯，将组完的复合板坯放在旋转台上，再在复合板坯上部压一块250-300℃的热板坯，然后将复合板坯运送到真空室内开始抽真空；

2)对组合后的高碳钢复合板坯进行真空电子束点焊操作，点焊操作的焊接电流为100-150mA，焊接速度6-10mm/s；

3)对焊缝进行预热：在连续焊接前将电子束焦距设定成发散状，使得电子束打到焊缝两侧的宽度为3-5mm，由于电子束发散，使得在一定电流范围内，焊枪行进速度比较快时，只能起到加热功能，而不能融化板坯，加热电流为200-400mA，电子束加热速度为8-10mm/s；

4)每个焊缝预热后，立刻将焦距恢复正常，并对预热后的焊缝进行连续焊接，焊接电流和焊接速度分别为300-400mA和6-8mm/s，每个焊缝连续焊接前均要进行上述步骤3)中的焊前预热程序；

5)焊接次序：采用先预热后连续焊的方式先对复合板坯的一条宽边进行焊接，一条宽边焊接完成后，将板坯旋转180°进行另一条宽边的预热和连续焊接；然后，对复合板坯其中一条长边进行预热和连续焊接，而另一条长边则暂不进行连续焊接；

6)释放热应力：由于复合板坯连续焊接过程产生大量热应力，为有效消除热应力以防止焊接微裂纹和焊接变形的发生，因此另一条未进行连续焊接的长边则用于连续焊接过程所产生热应力的释放，将焊接完成3条边的复合板坯放置于真空室中不少于1.5小时，以释放热应力，真空度要保持和焊接时相同的真空度；

7)终边封焊：待复合板坯释放热应力后依照上述步骤3)和步骤4)中先预热后连续焊的方法对最后一条边进行连续焊接；

8)待复合板坯四周全部连续焊接完成后，为防止其移出真空室后由于急冷导致的二次微裂纹，将复合板坯同样放置于真空室中不少于4小时，以起到缓冷作用，其中焊接后的前两个小时要保持和焊接时相同的真空度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明一种高碳钢真空电子束焊防焊接裂纹的方法，通过真空电子束预热焊接技术，实现了高碳钢尤其是50^#以上品牌的高碳钢真空复合板坯的连续稳定生产；在真空复合连续焊接过程中有效控制了焊接微裂纹和焊接变形问题。真空电子束预热技术，解决了困扰国际真空电子束焊接界高碳钢的钢坯无法预热，从而不能焊接真正高碳钢的历史。具有现实意义。该技术为真空复合焊接高碳钢提供了切实的技术支撑。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步说明：

一种高碳钢真空电子束焊防焊接裂纹的方法，具体方法如下：

1)将待复合板坯的复合面以及侧面均依照标准进行铣磨，抛光；铣磨后对板坯进行打磨精处理，处理后复合坯结合面无油污/锈污、氧化层/点以及灰尘。

2)组坯前先用300-500℃的热板坯对复合板坯进行加热，使之加热到145-155℃，然后开始组坯，将组完的复合板坯放在旋转台上，再在复合板坯上部压一块250-300℃的热板坯，然后将复合板坯运送到真空室内开始抽真空。

3)对组合后的高碳钢复合板坯进行真空电子束点焊操作，在点焊过程中，以“多点密排”的焊接方式对待焊复合板坯进行点焊；应力相对集中的区域采取集中点焊的方式进行焊接，点焊操作的焊接电流为100-150mA的小电流，焊接速度6-10mm/s。采用这种方式主要是因为板坯厚度过大，在焊接加热过程中，板坯变形绝对值较大，从而容易产生焊缝过宽、过大无法焊接的现象。

4)对焊缝进行预热：高碳钢焊接过程微裂纹的产生主要是由于焊缝周边因电子束瞬间高温熔化铸坯产生的热应力集中而导致微裂纹。因此，在连续焊接前将电子束焦距设定成发散状，使得电子束打到焊缝两侧的宽度为3-5mm，由于电子束发散，使得在一定电流范围内，焊枪行进速度比较快时，只能起到加热功能，而不能融化板坯，加热电流为200-400mA，电子束加热速度为8-10mm/s。

5)每个焊缝预热后，立刻将焦距恢复正常，并对预热后的焊缝进行连续焊接，连续焊接过程在保证焊接熔深的前提下应本着“小电流、快焊速”以降低焊接温度的原则，焊接电流和焊接速度分别为300-400mA和6-8mm/s，每个焊缝连续焊接前均要进行上述步骤4)中的焊前预热程序；

6)焊接次序：采用先预热后连续焊的方式先对复合板坯的一条宽边进行焊接，一条宽边焊接完成后，将板坯旋转180°进行另一条宽边的预热和连续焊接；然后，对复合板坯其中一条长边进行预热和连续焊接，而另一条长边则暂不进行连续焊接；

7)释放热应力：由于复合板坯连续焊接过程产生大量热应力，为有效消除热应力以防止焊接微裂纹和焊接变形的发生，因此另一条未进行连续焊接的长边则用于连续焊接过程所产生热应力的释放，将焊接完成3条边的复合板坯放置于真空室中不少于1.5个小时，以释放热应力，真空度要保持和焊接时相同的真空度；

8)终边封焊：待复合板坯释放热应力后依照上述步骤4)和步骤5)中先预热后连续焊的方法对最后一条边进行连续焊接。

9)待复合板坯四周全部连续焊接完成后，为防止其移出真空室后由于急冷导致的二次微裂纹，故将复合板坯焊接后放置于真空室中不少于4小时，以起到缓冷作用，其中焊接后的前两个小时要保持和焊接时相同的真空度。缓冷结束后方可打开真空室门移出复合板坯。

实施例1：

50^#钢种复合板坯的真空电子束焊接，上下板坯尺寸均为250cm×1800cm×4000cm，具体方法如下：

1)将待复合板坯的复合面以及侧面均依照标准进行铣磨，抛光；铣磨后对板坯进行打磨精处理，处理后复合坯结合面无油污/锈污、氧化层/点以及灰尘。

2)组坯前先对复合坯用300-500℃的热板坯进行加热，使之加热到150℃左右，然后开始组坯，组完坯放旋转台上后在复合坯上部压一块250-300℃的热板坯，然后将复合坯打到真空室内开始抽真空。

3)点焊：点焊操作的焊接电流为150mA，焊接速度8mm/s。

4)焊前预热：50#钢在连续焊接前将电子束焦距设定成发散状，使得电子束打到焊缝两侧的宽度均为4mm左右，加热电流为200mA，电子束加热速度为10mm/s。

5)连续焊接：每个焊缝预热后，立刻将焦距恢复正常，并对预热后的焊缝进行连续焊接。连续焊接电流和焊接速度分别为300mA和8mm/s。每个焊缝连续焊接前均要进行焊前预热程序。就是步骤4)和步骤5)两步循环进行。

6)焊接次序：先焊接复合板坯的两条宽边，一条宽边焊接完成后，将板坯旋转180°进行另一条宽边的连续焊接；然后，对复合板坯其中一条长边进行焊接，而另一条长边则暂不进行连续焊接。焊接方式均采用步骤4)和步骤5)中的方式循环进行。

7)释放热应力：将焊接完成3条边的复合板坯放置于真空室中1.5小时以释放热应力，真空度要保持和焊接时相同的真空度。

8)终边封焊：待复合板坯释放热应力后对最后一条边进行预热后连续焊接。

9)缓冷：待复合板坯四周全部连续焊接完成后，将复合板坯放置于真空室中5小时以起到缓冷作用，其中焊接后的前两小时要保持和焊接时相同的真空度。缓冷结束后方可打开真空室门移出复合板坯。

实施例2：

60^#钢种复合板坯的真空电子束焊接，上下板坯尺寸均为300cm×2000cm×3500cm。

1)将待复合板坯的复合面以及侧面均依照标准进行铣磨，抛光；铣磨后对板坯进行打磨精处理，处理后复合坯结合面无油污/锈污、氧化层/点以及灰尘。

2)组坯前先对复合坯用300-500℃的热板坯进行加热，使之加热到150℃左右，然后开始组坯，组完坯放旋转台上后在复合坯上部压一块250-300℃的热板坯，然后将复合坯打到真空室内开始抽真空。

3)点焊：点焊操作的焊接电流为150mA，焊接速度8mm/s。

4)焊前预热：60#钢在连续焊接前将电子束焦距设定成发散状，使得电子束打到焊缝两侧的宽度均为5mm，加热电流为250mA，电子束加热速度10mm/s。

5)连续焊接：每个焊缝预热后，立刻将焦距恢复正常，并对预热后的焊缝进行连续焊接。连续焊接电流和焊接速度分别为350mA和8mm/s。每个焊缝连续焊接前均要进行焊前预热程序。焊接方式均采用步骤4)和步骤5)中的方式循环进行。。

6)焊接次序：先焊接复合板坯的两条宽边，一条宽边焊接完成后，将板坯旋转180°进行另一条宽边的连续焊接；然后，对复合板坯其中一条长边进行焊接，而另一条长边则暂不进行连续焊接。焊接方式均采用步骤4)和步骤5)中的方式循环进行。

7)释放热应力：将焊接完成3条边的复合板坯放置于真空室中2小时以释放热应力，真空度要保持和焊接时相同的真空度。

8)终边封焊：待复合板坯释放热应力后对最后一条边进行预热后连续焊接。

9)缓冷：待复合板坯四周全部连续焊接完成后，将复合板坯放置于真空室中6小时以起到缓冷作用，其中焊接后的前两小时要保持和焊接时相同的真空度。缓冷结束后方可打开真空室门移出复合板坯。

Claims (1)

1.一种高碳钢真空电子束焊防焊接裂纹的方法，其特征在于，具体方法如下：

1)组坯前先用300-500℃的热板坯对复合板坯进行加热，使之加热到145-155℃，然后开始组坯，将组完的复合板坯放在旋转台上，再在复合板坯上部压一块250-300℃的热板坯，然后将复合板坯运送到真空室内开始抽真空；

2)对组合后的高碳钢复合板坯进行真空电子束点焊操作，点焊操作的焊接电流为100-150mA，焊接速度6-10mm/s；

3)对焊缝进行预热：在连续焊接前将电子束焦距设定成发散状，使得电子束打到焊缝两侧的宽度为3-5mm，加热电流为200-400mA，电子束加热速度为8-10mm/s；

4)每个焊缝预热后，立刻将焦距恢复正常，并对预热后的焊缝进行连续焊接，焊接电流和焊接速度分别为300-400mA和6-8mm/s，每个焊缝连续焊接前均要进行上述步骤3)中的焊前预热程序；

5)焊接次序：采用先预热后连续焊的方式先对复合板坯的一条宽边进行焊接，一条宽边焊接完成后，将板坯旋转180°进行另一条宽边的预热和连续焊接；然后，对复合板坯其中一条长边进行预热和连续焊接，而另一条长边则暂不进行连续焊接；

6)释放热应力：由于复合板坯连续焊接过程产生大量热应力，为有效消除热应力以防止焊接微裂纹和焊接变形的发生，因此另一条未进行连续焊接的长边则用于连续焊接过程所产生热应力的释放，将焊接完成3条边的复合板坯放置于真空室中不少于1.5小时，以释放热应力，真空度要保持和焊接时相同的真空度；

7)终边封焊：待复合板坯释放热应力后依照上述步骤3)和步骤4)中先预热后连续焊的方法对最后一条边进行连续焊接；

8)待复合板坯四周全部连续焊接完成后，为防止其移出真空室后由于急冷导致的二次微裂纹，将复合板坯同样放置于真空室中不少于4小时，以起到缓冷作用，其中焊接后的前两个小时要保持和焊接时相同的真空度。