CN109986230A - 一种厚度大于25mm的高Ti耐磨钢板的焊接工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种厚度大于25mm的高Ti耐磨钢板的焊接工艺，所述焊接工艺方法步骤如下：1、切割下料；2、试件正反两侧非对称型坡口加工，坡口的倾斜度为35°～55°，正反坡口倾斜度相差10°～15°；3、试件对接，对接间隙为0mm～2mm；4、试件点焊位置固定；5、焊接前对试件整体进行预热，预热温度为150℃～200℃，钢板预热时间＞5min/min；总预热时间＞1h；6、采用气体保护焊对试件进行打底焊、填充焊和盖面焊，保护气体为80～90vt％Ar和10～20vt％CO2，层间温度保持在150℃～175℃范围内，第一道打底焊后进行反面清根；7、焊后对试件进行热处理工艺，完成后缓慢冷却。本申请降低或消除高Ti耐磨钢焊接接头开裂风险，保证高Ti耐磨钢焊接接头的综合性能。

Description

一种厚度大于25mm的高Ti耐磨钢板的焊接工艺
技术领域
本发明涉及一种高Ti耐磨钢板的焊接工艺，属于钢铁焊接技术领域。
背景技术
焊接工艺参数涉及到坡口加工、焊材的选择和焊接过程控制等，其中焊接过程控制包括：焊前预热、焊接线能量的选择、焊接速度选择、焊接参数(焊接电流、电压、焊丝直径和焊丝伸长量)、焊接变形的控制、焊接缺陷返修和焊后热处理等，其中任一种工艺参数不当将会对焊接接头质量造成严重影响。耐磨钢焊接问题一直困扰着国内外焊接工作者，其主要特征是耐磨性强，强度和硬度较高，但可焊性差，焊接开裂几率较大。高Ti耐磨钢是在同等耐磨级别成分基础上，有意添加了Ti，以提升耐磨性为目的的新钢种，国内外针对高Ti耐磨钢焊接工艺研究甚少。高Ti耐磨钢中的TiC能起到提升耐磨性的目的，但对焊接造成不利影响，主要体现在TiC颗粒易于在壁厚中心聚集，成为氢陷阱。当坡口底部位于壁厚中心时，第一道焊接苛刻的焊接条件(较大的应力集中)下将会首先在TiC区域萌生微裂纹，后续填充焊过程中无法消除裂纹时，微裂纹将进一步放大，成为裂纹从而导致开裂。高Ti耐磨钢作为国际新钢种，没有现成的焊接工艺参数可以参考，唯一可以借鉴的是与其等级别的其他耐磨钢种的焊接工艺，但等级别的其他钢种焊接工艺不适用于高Ti耐磨钢这种新钢种，按照借鉴的焊接工艺在焊接时出现大量的焊接裂纹和其他缺陷，且无法根部解决。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种厚度大于25mm的高Ti耐磨钢板的焊接工艺，降低或消除高Ti耐磨钢焊接接头开裂风险，保证高Ti耐磨钢焊接接头的综合性能。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种厚度大于25mm的高Ti耐磨钢板的焊接工艺方法，所述焊接工艺步骤如下：
(1)高Ti耐磨钢板切割下料，切割区域进行严格的切割前预热，得到试件I；并准备与试件1焊接的试件II；
(2)对试件I焊接边的正反两侧进行非对称型坡口加工，试件II的焊接边加工为平面；
(3)将试件I和试件II的焊接边对接，控制合适的对接间隙D；
(4)试件I和试件II进行点焊固定，在点焊前对点焊位置进行预热；
(5)焊接前对试件整体进行预热；
(6)依次进行打底焊、填充焊和盖面焊；正反坡口交替焊接；第一道打底焊后进行严格的反面清根；
(7)焊后对构件进行热处理，完成后采用石棉网覆盖的方式缓慢冷却。
所述步骤(1)预热温度为150℃～200℃，切割速度≤300mm/min。
所述步骤(2)焊接坡口的倾斜度为35°～55°，正反坡口倾斜度相差10°～15°。
所述步骤(3)试件I和试件II的对接间隙D满足：0mm＜D≤2mm。
所述步骤(4)的预热方式：分别以点焊位置为中心，半径100mm的范围内进行预热，预热温度为150℃～200℃。
所述步骤(5)预热温度为150℃～200℃，钢板预热时间≥5min/mm；总预热时间≥1h。
所述步骤(6)采用气体保护焊焊接工艺对试件进行焊接，保护气体为80～90vt％Ar和10～20vt％CO2，层间温度保持在150℃～175℃范围内。
所述步骤(6)清根宽度≥14mm，深度≥5mm。
所述步骤(7)热处理温度保持在150℃～200℃，钢板加热时间≥5min/mm；总加热时间应≥1h。
所述焊接材料选择原则为等强匹配或低强匹配。
与现有技术相比，本发明的优点在于：一种厚度大于25mm的高Ti耐磨钢板的焊接工艺，1)改进现有的坡口形式；由传统的对称坡口改为正反两侧非对称坡口，第一道打底焊焊接时避开钢板壁厚中心，使焊接过程中最薄弱部位避开最恶劣的焊接环境条件，避免开裂风险，保证焊接接头质量。2)严格控制焊前预热；有效减弱或消除氢对开裂造成的影响；3)采用合理的焊接工艺参数；降低焊后开裂风险和控制焊后变形。4)采用合理的冷却方式；在不影响生产效率的情况下，尽量放慢冷却速度，避免冷却造成的开裂。最终降低或消除高Ti耐磨钢焊接接头开裂风险，保证高Ti耐磨钢焊接接头的综合性能。
附图说明
图1为本发明实施例一种厚度大于25mm的高Ti耐磨钢板的焊接工艺的焊接顺序示意图；
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
本实施例中的一种厚度大于25mm的高Ti耐磨钢板的焊接工艺，其中，高Ti耐磨钢板化学成分百分含量：C：0.25～0.35、Ti：0.45～0.67、Si：0.26～0.31、Mn：0.55～0.62、P≤0.010、S≤0.005、Cr：0.85～1.10、Ni：0.59～0.70、Cu:0.19～0.30、Mo：0.29～0.40；其余为Fe，高Ti耐磨钢板厚度为40mm。试板尺寸为：1200mm*2000mm*40mm(厚度)，试板与铸态件焊接在该焊接工艺步骤如下：
一起，组成大型焊接构件。
1、切割下料：
高Ti耐磨钢板采用火焰切割或等离子切割下料，切割前需要对切割区域进行预热，预热温度为180℃；切割速度为250mm/min，形成1200mm*2000mm*40mm的试件I，并准备与试件I焊接的铸态件，即试件II。
2、正反两侧非对称坡口加工：
采用铣床对试件进行正反两侧坡口加工，一侧坡口倾斜角为40°、另一侧坡口倾斜角为50°；使焊接过程中最薄弱部位避开最恶劣的焊接环境条件，避免开裂风险，保证焊接接头质量。
3、试件对接；
将加工好的试件I和试件II放于光滑平整焊接平台上，并对接在一起。需要控制合适的对接间隙D满足：0mm＜D≤2mm，以保证后续的点焊和预热顺利进行，间隙过大，容易焊穿，两者之间的间隙设为0.05mm。
4、试件I和试件II点焊位置固定；
在点焊位置100mm半径范围内采用火焰加热的方式进行预热，火焰枪对准待点焊位置进行摆动加热，预热温度为：180℃；当检测到距点焊位置约100mm处温度达到150℃时停止加热，采用气保焊实心焊丝进行点焊，点焊速度不易过快。如果试件较大的话，在试板两侧垂直于焊缝方向焊接两个附件，起到整体固定作用，便于后续整体吊装入炉进行热处理。
5、焊前试件整体预热；
采用大型箱式炉对整个试件进行预热处理，预热温度为200℃，总预热时间为240min；可有效减弱或消除氢对开裂造成的影响。
6、采用气体保护焊对试件依次进行打底焊、填充焊和盖面焊，具体的焊接工艺参数见表1，降低焊后开裂风险和控制焊后变形；
焊材应具有较高的抗裂能力，焊材选择原则为尽可能等强或低强匹配，提升焊接接头部位的容氢能力和降低接头应力。本申请中焊接材料采用伯乐气保焊焊材，焊材型号为：T Union GM90；焊丝直径φ1.2mm，保护气体为80vt％Ar+20vt％CO2，流量20L/min；焊接电流：100±10A；焊接电压：18±2V，焊接速度：8cm/min。如图1所示，为了控制变形，打底焊先焊50°坡口，第一道打底焊焊接完成后，反面打底焊前需要对反面进行清根，清根宽度15mm，深度7mm。第3和第4道填充焊焊接时，焊接部位尽可能靠近高Ti耐磨钢板，线能量加大到27KJ/cm，使钢板壁厚中心析出的TiC颗粒充分搅拌均匀，同时增宽打底焊区域的焊缝尺寸，减少该区域的应力集中。
表1焊接参数
道次 层间温度(℃) 电流(A) 电压(V) 焊速(cm/min) 线能量(KJ/cm)
1～2 180～200 100±10 18±2 8.0±1 13
3～4 180～200 300±10 30±2 20±1 27
5～盖面 180～200 260±10 26±2 20±1 20
7、焊后热处理：
为了消除或降低氢对焊接的影响，在焊接完成后采用箱式电阻炉对构件进行消氢气处理，炉内温度偏差：±2℃；消氢处理温度为：150℃～200℃；处理时间为：4h。完成后在构件上覆盖石棉网进行缓慢冷却。在不影响生产效率的情况下，采用合理的冷却方式，尽量放慢冷却速度，避免冷却造成的开裂。最终降低或消除高Ti耐磨钢焊接接头开裂风险，保证高Ti耐磨钢焊接接头的综合性能。
8、拆除附件：
当热处理后的构件冷却至室温后，将两端起固定作用的附件拆除。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种厚度大于25mm的高Ti耐磨钢板的焊接工艺，其特征在于：所述焊接工艺方法步骤如下：
(1)高Ti耐磨钢板切割下料，切割区域进行严格的切割前预热，得到试件I；并准备与试件1焊接的试件II；
(2)对试件I焊接边的正反两侧进行非对称型坡口加工，试件II的焊接边加工为平面；
(3)将试件I和试件II的焊接边对接，控制合适的对接间隙D；
(4)试件I和试件II进行点焊固定，在点焊前对点焊位置进行预热；
(5)焊接前对试件整体进行预热；
(6)依次进行打底焊、填充焊和盖面焊；正反坡口交替焊接；第一道打底焊后进行严格的反面清根；
(7)焊后对构件进行热处理，完成后采用石棉网覆盖的方式缓慢冷却。
2.根据权利要求1所述的一种厚度大于25mm的高Ti耐磨钢板的焊接工艺，其特征在于：所述步骤(1)预热温度为150℃～200℃，切割速度≤300mm/min。
3.根据权利要求1所述的一种厚度大于25mm的高Ti耐磨钢板的焊接工艺，其特征在于：所述步骤(2)焊接坡口的倾斜度为35°～55°，正反坡口倾斜度相差10°～15°。
4.根据权利要求1所述的一种厚度大于25mm的高Ti耐磨钢板的焊接工艺，其特征在于：所述步骤(3)试件I和试件II的对接间隙D满足：0mm＜D≤2mm。
5.根据权利要求1所述的一种厚度大于25mm的高Ti耐磨钢板的焊接工艺，其特征在于：所述步骤(4)的预热方式：分别以点焊位置为中心，半径100mm的范围内进行预热，预热温度为150℃～200℃。
6.根据权利要求1所述的一种厚度大于25mm的高Ti耐磨钢板的焊接工艺，其特征在于：所述步骤(5)预热温度为150℃～200℃，钢板预热时间≥5min/mm；总预热时间≥1h。
7.根据权利要求1所述的一种厚度大于25mm的高Ti耐磨钢板的焊接工艺，其特征在于：所述步骤(6)采用气体保护焊焊接工艺对试件进行焊接，保护气体为80～90vt％Ar和10～20vt％CO2，层间温度保持在150℃～175℃范围内。
8.根据权利要求1所述的一种厚度大于25mm的高Ti耐磨钢板的焊接工艺，其特征在于：所述步骤(6)清根宽度≥14mm，深度≥5mm。
9.根据权利要求1所述的一种厚度大于25mm的高Ti耐磨钢板的焊接工艺，其特征在于：所述步骤(7)热处理温度保持在150℃～200℃，钢板加热时间≥5min/mm；总加热时间应≥1h。
10.根据权利要求1所述的一种厚度大于25mm的高Ti耐磨钢板的焊接工艺，其特征在于：所述焊接材料选择原则为等强匹配或低强匹配。
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