CN113199203A - 一种铸钢件缺陷修补方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种铸钢件缺陷修补方法，包括：选取渗透性指数不小于母材、以及碳当量高于母材的焊材；对所述母材上的缺陷进行预热处理；在所述缺陷表面焊接过渡层；采用多层多道填充方式对所述缺陷进行焊接填充；对填充完成后的焊缝进行两层盖面处理；通过均匀化高温淬火和回火方式对焊补区域进行热处理。本方案能够解决目前的缺陷修补方式较难保证铸钢件综合性能的问题。
Description
技术领域
本发明涉及焊接工艺技术领域，特别是涉及一种铸钢件缺陷修补方法。
背景技术
防喷器为一种用于控制高压油、气体以及液体的井喷装置，该装置主要在石油钻井过程中，安装于井口套管头上，以防止高压油、气体以及液体产生井喷现象，从而保证安全生产，因此，防喷器一旦失效，将会导致井喷等恶性事故。
所以，防喷器作为一种压力容器，是油田常用的防止井喷的安全密封井口装置，其需要较高的综合力学性能，尤其是对硬度及其偏差范围要求很高，而且要求具有一定的低温冲击性能，以及对内腔尺寸要求极高，不易加工，属于中高碳低合金高强钢的高端铸件。
目前技术中，为保证防喷器的综合力学性能，需要对防喷器铸钢件进行焊补。但是，现有的焊补方式为选取强度低于母材的焊材进行焊补，即低强度匹配原则，采用此方法虽然能够确保焊接部位具有良好的塑韧性，降低焊接接头开裂的风险；但此方法导致焊缝的强度低于母材，无法确保防喷器在更加苛刻的工况环境下使用，从而影响安全生产。当然，不仅仅局限于防喷器，其他铸钢件也存在上述问题。
发明内容
基于此，有必要针对目前的缺陷修补方式较难保证铸钢件综合性能的问题，提供一种铸钢件缺陷修补方法。
为了解决上述问题，本发明采用下述技术方案：
本发明实施例公开一种铸钢件缺陷修补方法，包括：
选取渗透性指数不小于母材、以及碳当量高于母材的焊材；
对所述母材上的缺陷进行预热处理；
在所述缺陷表面焊接过渡层；
采用多层多道填充方式对所述缺陷进行焊接填充；
对填充完成后的焊缝进行两层盖面处理；
通过均匀化高温淬火和回火方式对焊补区域进行热处理。
在其中一种实施例中，所述通过均匀化高温淬火和回火方式对焊补区域进行热处理具体包括：
以小于60℃/h的升温速度将焊补区域加热至880℃至900℃进行保温，保温时间为7h至8h；
采用浓度为3.5至4.5的聚合物进行淬火处理；
以小于50℃/h的升温速度将焊补区域加热到677℃至687℃进行保温，保温时间7h至8h，然后随炉冷却至小于200℃出炉空冷的方式进行回火处理。
在其中一种实施例中，选取渗透性指数与所述母材相当或渗透性指数高于所述母材的焊材；以及碳当量为所述母材1.1至1.2倍的焊材。
在其中一种实施例中，在所述对填充完成后的焊缝进行两层盖面处理之后，所述铸钢件缺陷修补方法还包括：
采用350℃的温度对所述焊缝进行后热2h至4h。
在其中一种实施例中，所述对所述母材上的缺陷进行预热处理具体包括：
将缺陷150mm范围内的区域预热至250℃以上。
在其中一种实施例中，所述在所述缺陷表面焊接过渡层具体包括：
在母材缺陷表面采用直径为3.2mm或4.0mm的焊条连弧焊打底焊焊接2至3层过渡层。
在其中一种实施例中，将焊接电流控制在80A至160A，将电弧电压控制在15V至25V，将层间温度控制在300℃以内。
在其中一种实施例中，在对填充完成后的焊缝进行两层盖面处理过程中，第二层盖面时的焊缝范围小于第一层盖面时的焊缝范围。
在其中一种实施例中，所述采用多层多道填充方式对所述缺陷进行焊接填充具体包括：
采用5mm焊条多层多道焊填充方式对所述缺陷进行焊接填充，焊接过程中焊接电流控制在200A至220A，电弧电压控制在20V至27V，焊接热输入最大不超过8KJ/cm。
本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果：
本发明实施例公开的铸钢件缺陷修补方法中，通过计算淬透性指数、碳当量的方法有效选择合适焊接材料，为焊接工艺周期及焊接操作提供依据，同时通过合理化设置焊缝焊接顺序，有效降低了近缝区粗晶长大几率，规避了近缝区对低温冲击韧性高的特殊要求，最后通过均匀化高温淬火+回火工艺满足了较为复杂的焊接热循环对焊接三区硬度差值的影响，既有效保证铸钢件焊补区域具有良好的综合机械性能，又可提高焊接三区冲击韧性，同时在保证焊缝三区硬度前提条件下，减小焊补区与母材区硬度差，避免工件硬度不均匀的问题。同时可有效降低铸件开裂风险，最大限度避免了铸钢件生产由于强度不达标、低温高韧性差、硬度及其窄区间不合格导致铸件报废。
附图说明
无
具体实施方式
本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“顶部”、“底部”、“底端”、“顶端”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明实施例公开一种铸钢件缺陷修补方法，可选地，此铸钢件缺陷修补方法可适用于防喷器的缺陷修补，以保证防喷器的综合力学性能，当然，此方法还可以适用于其他铸钢件，本发明实施例对此不作限制。具体地，所公开的铸钢件缺陷修补方法包括：
S100、选取渗透性指数不小于母材、以及碳当量高于母材的焊材。
即通过比较焊材与母材的渗透性指数和碳当量，设计和选择较为合适的焊材，根据焊接过程中金属元素Mn、Cr等不同烧损的情况，选取渗透性指数不小于母材、以及碳当量高于母材的焊材。焊材选取之后，进行下述的焊接工艺：
S200、对母材上的缺陷进行预热处理。
S300、在缺陷表面焊接过渡层。
在母材缺陷表面采用焊条连弧焊打底焊焊接过渡层，焊接过程严格控制焊接工艺参数，以避免焊接热影响区由于热输入过大导致近缝区晶粒长大最终影响近缝区冲击韧性降低。
S400、采用多层多道填充方式对缺陷进行焊接填充。
打底焊接完成后用焊条多层多道焊填充方式进行操作，以使焊补效果较好。
S500、对填充完成后的焊缝进行两层盖面处理。
S600、通过均匀化高温淬火和回火方式对焊补区域进行热处理。
由上述内容可知，本发明实施例公开的铸钢件缺陷修补方法中，通过计算淬透性指数、碳当量的方法有效选择合适焊接材料，为焊接工艺周期及焊接操作提供依据，同时通过合理化设置焊缝焊接顺序，有效降低了近缝区粗晶长大几率，规避了近缝区对低温冲击韧性高的特殊要求，最后通过均匀化高温淬火+回火工艺满足了较为复杂的焊接热循环对焊接三区硬度差值的影响，既有效保证铸钢件焊补区域具有良好的综合机械性能，又可提高焊接三区冲击韧性，同时在保证焊缝三区硬度前提条件下，减小焊补区与母材区硬度差，避免工件硬度不均匀的问题。同时可有效降低铸件开裂风险，最大限度避免了铸钢件生产由于强度不达标、低温高韧性差、硬度及其窄区间不合格导致铸件报废。
在一种可选的实施例中，步骤S600具体可以包括：
以小于60℃/h的升温速度将焊补区域加热至880℃至900℃进行保温，保温时间为7h至8h；
采用浓度为3.5至4.5的聚合物进行淬火处理；
以小于50℃/h的升温速度将焊补区域加热到677℃至687℃进行保温，保温时间7h至8h，然后随炉冷却至小于200℃出炉空冷的方式进行回火处理。
为满足焊接接头具有高强度、低温高韧性、窄硬度区间的目标，将焊后热处理消应力方案调整为性能热处理方案，使焊缝与母材重新达到上转变温度进行均匀化组织，同时为满足接头具有较高的硬度，性能热处理确定为淬火+回火方式进行，但考虑到淬火介质及母材淬硬倾向严重，为降低裂纹倾向，淬火介质采用聚合物配以适当浓度进行，以同时满足理想的性能接头要求。需要注意回火冷却速度要足够慢，以免引起内应力。
本发明实施例中，为了使得焊材符合要求，通过具体的计算公式，可以选取渗透性指数与母材相当或渗透性指数高于母材的焊材；以及碳当量为母材1.1至1.2倍的焊材，从而保证焊补区域的综合力学性能。
在步骤S500之后，本发明实施例公开的铸钢件缺陷修补方法还可以包括：可以采用350℃的温度对焊缝进行后热2h至4h，从而起到消氢的作用，进而防止产生焊接冷裂纹。
本发明实施例中，对母材上的缺陷进行预热处理具体包括：可以将缺陷150mm范围内的区域预热至250℃以上，以保证对铸钢件上的缺陷区域以及周围区域的预热效果较好，进而便于之后的焊补。
本发明公开的实施例中，在缺陷表面焊接过渡层具体包括：在母材缺陷表面可以采用直径为3.2mm或4.0mm的焊条连弧焊打底焊焊接2至3层过渡层，以更好的避免焊接热影响区由于热输入过大导致近缝区晶粒长大最终影响近缝区冲击韧性降低。
进一步地，将焊接电流控制在80A至160A，将电弧电压控制在15V至25V，将层间温度控制在300℃以内。通过在焊接过程中严格控制焊接工艺参数，能够保证焊接质量。
在一种可选的实施例中，在对填充完成后的焊缝进行两层盖面处理过程中，第二层盖面时的焊缝范围可以小于第一层盖面时的焊缝范围，而且第二层盖面应控制在距离第一层盖面边界3mm范围内，同时焊接热输入量比第一层盖面大20％～40％，直至焊接完成，以保证盖面效果较好。
采用多层多道填充方式对缺陷进行焊接填充具体包括：
采用5mm焊条多层多道焊填充方式对缺陷进行焊接填充，焊接过程中焊接电流控制在200A至220A，电弧电压控制在20V至27V，焊接热输入最大不超过8KJ/cm，从而提高焊接效果，同时还可以对过渡层产生自回火的作用，提高进缝区的冲击韧性。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种铸钢件缺陷修补方法，其特征在于，包括：
选取渗透性指数不小于母材、以及碳当量高于母材的焊材；
对所述母材上的缺陷进行预热处理；
在所述缺陷表面焊接过渡层；
采用多层多道填充方式对所述缺陷进行焊接填充；
对填充完成后的焊缝进行两层盖面处理；
通过均匀化高温淬火和回火方式对焊补区域进行热处理。
2.根据权利要求1所述的铸钢件缺陷修补方法，其特征在于，所述通过均匀化高温淬火和回火方式对焊补区域进行热处理具体包括：
以小于60℃/h的升温速度将焊补区域加热至880℃至900℃进行保温，保温时间为7h至8h；
采用浓度为3.5至4.5的聚合物进行淬火处理；
以小于50℃/h的升温速度将焊补区域加热到677℃至687℃进行保温，保温时间7h至8h，然后随炉冷却至小于200℃出炉空冷的方式进行回火处理。
3.根据权利要求1所述的铸钢件缺陷修补方法，其特征在于，选取渗透性指数与所述母材相当或渗透性指数高于所述母材的焊材；以及碳当量为所述母材1.1至1.2倍的焊材。
4.根据权利要求1所述的铸钢件缺陷修补方法，其特征在于，在所述对填充完成后的焊缝进行两层盖面处理之后，所述铸钢件缺陷修补方法还包括：
采用350℃的温度对所述焊缝进行后热2h至4h。
5.根据权利要求1所述的铸钢件缺陷修补方法，其特征在于，所述对所述母材上的缺陷进行预热处理具体包括：
将缺陷150mm范围内的区域预热至250℃以上。
6.根据权利要求1所述的铸钢件缺陷修补方法，其特征在于，所述在所述缺陷表面焊接过渡层具体包括：
在母材缺陷表面采用直径为3.2mm或4.0mm的焊条连弧焊打底焊焊接2至3层过渡层。
7.根据权利要求6所述的铸钢件缺陷修补方法，其特征在于，还包括：
将焊接电流控制在80A至160A，将电弧电压控制在15V至25V，将层间温度控制在300℃以内。
8.根据权利要求1所述的铸钢件缺陷修补方法，其特征在于，在对填充完成后的焊缝进行两层盖面处理过程中，第二层盖面时的焊缝范围小于第一层盖面时的焊缝范围。
9.根据权利要求1所述的铸钢件缺陷修补方法，其特征在于，所述采用多层多道填充方式对所述缺陷进行焊接填充具体包括：
采用5mm焊条多层多道焊填充方式对所述缺陷进行焊接填充，焊接过程中焊接电流控制在200A至220A，电弧电压控制在20V至27V，焊接热输入最大不超过8KJ/cm。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210803 |
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