CN113500270B - 一种铸钢件表面缺陷的焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种高低合金不锈钢件加工后表面缺陷的焊接方法，包括对所述铸钢件表面的缺陷进行焊前定位和焊前预处理并采用多层多焊道的顺序对缺陷进行焊接；其中，焊接方式采用钨针直流焊接法，钨针在焊丝后方进行焊接，焊接过程中焊丝采用连续送丝方式，焊机使用连续脉冲焊的方法进行施焊。本发明有效的减小铸钢件精加工后表面缺陷焊补区与母材区的硬度差值，焊补区的综合力学性能与母材更相近，进一步实现焊接区硬度与母材硬度的相一致性，解决工件硬度不均匀的问题，有效提高铸钢件的焊接质量，提高焊接效率，缩短生产周期并降低生产成本。

Description

一种铸钢件表面缺陷的焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种高低合金不锈钢件加工后表面缺陷的焊接方法。

背景技术

铸钢件是社会生产中不可或缺的组成部分，包括水电、桥梁、核电等所使用的单个零件吨位越来越大，对质量要求越来越高。对于精加工后的铸钢件，表面可能会出现局部小缺陷，对返修要求极高，采用焊接修复技术对铸造缺陷进行修补，从而使得铸钢件缺陷附近能得到与铸钢件相近或相似的组织和使用性能，达到安全使用要求。

目前，对于此类精加工后的PT缺陷，通常会选择氩弧焊焊接，但是该焊接方法存在以下不足：氩弧焊焊接属于热焊方式，电弧加热时间较长，焊后补焊区温度高，焊缝处会产生热应力；该焊接方式会改变、母材组织，影响工件表面的性能，同时，焊后硬度普遍高于母材，特殊情况还需要做局部热处理来改善表面性能；

针对以上现状，一种热输入低、焊后只需打磨焊补区就可满足安全使用要求新的焊接方法，是目前急需解决的技术问题。

发明内容

基于此，有必要针对目前的铸钢件加工后的表面缺陷提供一种焊接方法，以解决现有焊接方法引起的硬度高于母材、需要焊后热处理、焊接效率低、效果差的问题。

为了解决上述问题，本发明采用下述技术方案：

一种铸钢件表面缺陷的焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：

对所述铸钢件表面的缺陷进行焊前定位和焊前预处理；

采用多层多焊道的顺序对缺陷进行焊接，其中，焊接方式采用钨针直流焊接法，钨针在焊丝后方进行焊接，焊接过程中焊丝采用连续送丝方式，焊机使用连续脉冲焊的方法进行施焊。

在其中一种实施例中，所述连续脉冲焊选择的脉冲电流值为30A～40A，脉冲时间值为30ms～40ms。

在其中一种实施例中，所述焊丝的直径为0.8mm～1.2mm。

在其中一种实施例中，焊接过程中所述钨针的左右摆动宽度控制在≤3mm，焊枪的左右摆动宽度控制在≤10mm。

在其中一种实施例中，所述钨针与焊接方向之间的角度为90°～115°。

在其中一种实施例中，所述钨针为铈钨极钨针。

在其中一种实施例中，所述钨针与焊枪枪嘴之间的距离控制在3mm～5mm。

在其中一种实施例中，分道焊接过程中，完成一道焊缝焊接后按照顺序进行下一道的焊接，将所述钨针设置在前一道焊缝外侧，所述钨针和所述前一道焊缝之间的距离为所述焊丝的直径的1倍，焊接时，焊丝放置于所述前一道焊缝的旁侧进行施焊。

在其中一种实施例中，焊接起弧时，所述钨针的端头和所述焊丝的端头相互接触。

在其中一种实施例中，所述多层多焊道的单层焊道厚度控制在1mm。

本发明实施例公开一种铸钢件表面缺陷的焊接方法，与现有技术中采用的氩弧焊相对比，本发明可以有效的减小铸钢件精加工后表面缺陷焊补区与母材区的硬度差值，焊补区的综合力学性能与母材更相近，进一步实现焊接区硬度与母材硬度的相一致性，解决工件硬度不均匀的问题，避免了因焊后工件硬度均匀而采取局部热处理进行降硬度的复杂步骤，同时，该焊接方法有效提高铸钢件的焊接质量，提高焊接效率，缩短生产周期并降低生产成本。

附图说明

图1：焊接操作方法；

图2：多层多道焊接示意图；

图3：缺陷分层焊补示意图。

其中：10-焊丝；

20-钨针；

30-缺陷表面；

40-焊枪；

50-焊缝；

110-焊丝与缺陷表面夹角；

210-钨丝与缺陷表面夹角。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，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。

本实施例以低碳马氏体不锈钢铸钢件的精加工后表面缺陷的焊接方法进行具体的说明。本发明中涉及的铸钢件材质为ZG04Cr13Ni4Mo，该铸钢件在水力发电、核电机组叶轮及海上钻井平台上被广泛应用。现有技术中，使用氩弧焊对表面缺陷修补，焊后对修补区域使用便携式硬度计检测，得到的硬度均值为349HB，对于铸件其他部位的本体而言，本体硬度的要求为283HB，焊接区的硬度明显偏高，需要通过热处理等方式来降低硬度。

本发明提供一种表面缺陷焊接方法，包括如下步骤：

S1:缺陷预处理，

本实施例主要针对马氏体不锈钢件精加工后的表面缺陷。本实施例中的表面缺陷主要指PT缺陷，PT缺陷是指使用高渗透能力的渗透剂涂覆在铸件表面，静置10～15min后清洗，待表面干燥后再涂一层吸附力很强的显像剂，将缺陷中的渗透剂吸附到工件表面上来，在显像剂上就会显示出缺陷的痕迹。因此，本实施例中首先进行了缺陷定位和焊前预处理。缺陷定位的主要过程包括，精加处理后的铸钢件上喷涂渗透剂，渗透10-15min后使用湿抹布沿同一方向擦拭，将渗透剂将渗透剂擦干净后，等待3～5min，喷涂显像剂，作用10～15min，表面红色区域就是PT缺陷。铸件表面定未显示的缺陷，通过铲磨的方式将表面缺陷进行处理。

S2：缺陷复检，

预处理后的缺陷后进行缺陷位置复检，将进行过预处理缺陷的位置处喷涂渗透剂，渗透10～15min，使用湿抹布沿同一方向擦拭，将渗透剂擦干净后，等待3～5min，喷涂显像剂，作用10～15min，缺陷处若只有白色显像剂，代表缺陷已有效处理；反之，可重复上一步骤中的铲磨方式进行处理。

S3：缺陷焊接，

通过上述的焊接前预处理后，铸件表面缺陷位置通过焊接进行修补，具体的操作方法和工艺如下：

焊接修补的方法，采用钨针直流焊接方式，钨针直流焊接方式为冷焊方法，区别于氩弧焊的热焊，可以有效避免氩弧焊加热时间较长，厚焊补区的温度高从而使焊缝处产生热应力。

钨针的选择，钨针选择铈钨极，铈钨极在低电流下可以较好的起弧，可用于直流焊接，适用于不锈钢材质。本实施例中，选择直径2mm的铈钨极钨针。

焊丝的选择，本实施例中，选择的焊丝直径是1.2mm，焊材采用与母材强度和成分相一致的焊材。需要说明的是，焊丝的直径可以为0.8～1.2mm；焊后可以得到更好的焊接接头，该参数的焊丝在本方法中可以熔化效果良好，保证了焊丝的使用效果，如果焊丝直径过大，焊丝熔化效果差，影响焊接质量。

结合图1，焊接操作中，焊丝10在前、钨针20在后，焊丝与缺陷表面夹角110为15°，钨针与缺陷表面夹角210为75°～90°，可以保证焊接时钨针左右摆动宽度控制在3mm以内，避免钨针摆动过宽导致缺陷未熔合。焊接修补中，钨针20伸出焊枪40的长度控制在3mm～5mm，钨针长度的控制是为了使保护气体得到充分利用，同时保证可以获得良好的熔池。此处要说明的是，焊丝与缺陷表面的夹角可以控制在15°～20°，该方式可以使焊丝得到更好的熔化，焊丝端头与缺陷或工件表面相互紧贴的；而钨针与焊接方向角度呈90°～115°，该方式可以保证缺陷完全的融合。

施焊过程中，选择连续脉冲的方法进行焊接。焊接过程焊枪左右摆动幅度≤10mm，避免钨针摆动过宽产生未熔合缺陷，脉冲电流值选择40A，脉冲时间值选择为40ms。本发明所采用的模式中采用高精密金属补焊机，对于脉冲时间及脉冲电流可以做到精确的控制，值得说明的是，本发明采用的钨丝直流焊的技术方案对于产生的热输入能量仅用于焊丝与母材的熔合，热量基本用于焊材的熔化，对母材的影响小，导致被修复铸件表面受热大幅降低，可以实现冷焊的效果。进一步的，焊接中热影响区范围小，基本不会产生变形，有效实现焊接修补后补焊区和母材区的硬度差值很小，实现硬度相一致的有益效果。

进一步的说明，施焊过程中，焊接起弧时，钨针的端头基本与焊丝的端头相接触，从而避免出现起弧时咬边的现象。点击高精密补焊机焊枪开关，电弧瞬间将焊丝熔化并与母材融合产生焊缝，当熔池产生后，焊枪向前移动距离为已焊焊点宽度的1/3，继续点击焊接开关进行施焊，按照上述方法完成焊接。本发明中焊丝采用连续送丝的方式，焊接填充效果良好。

结合图2，进一步说明本实施例技术方案，焊接时，采用多层多焊道的焊接顺序，根据图2所示，当完成一道的焊缝50焊接时，按照顺序进行下一道的焊接，因此，将钨针20移动放置在已完成一道的焊缝50的外侧，并与该焊缝50之间形成距离相当于焊丝10的直径的1倍，焊接时，焊丝10放置于完成的前一道的焊缝50的旁侧，按照该方法进行施焊。

结合图3，本实施例中采用多层多道焊接方式，其中分层焊接时，图3中的1-6表示分层焊接的层道顺序，按照所标识的顺序，依次从1到6进行分层焊接。需要说明的是，焊接需要采用多层多道焊，但每一层的的厚度不要超过1mm，目的是在缺陷修补过程中，控制焊道的单层厚度可以减少焊接缺陷的产生，而且本发明方法焊接时热输入小，焊丝熔化体积少，如果焊道的单层厚度太厚，就会提高相应的热输入来实现厚度的值，但是热输入就会变大，导致母材组织受影响，硬度值会发生变化，因此本发明方法的多层多焊道的技术工艺方法，有效控制母材和焊补区的硬度差值。

在其中一个实施例中，焊接过程中不需要进行打底焊接，可直接进行填充焊接，因为本发明的焊接技术方案是低温熔焊，焊接时间短，发热量很小，焊后焊缝热影响区很小，变形量微小，焊接时产生的热量用于焊材的熔化，母材熔化少，熔池浅，对于缺陷周边的母材影响小，不改变其组织成分，这也是导致焊补区与母材硬度差值较小的根本原因，同时焊后也不会出现咬边的缺陷。

需要指出的是，本发明技术方案的焊后处理，焊接完毕后只需要将焊补区表面打磨干净即可，不需要进行局部热处理，原因是补焊后的区域硬度值与母材区持平，无较大差值，待缺陷处温度达到室温后就可以直接进行NDT复检。因此，本发明的技术方案有效提高了生产效率，降低生产成本，也避免后续环节引起的产品质量问题。

利用本发明提供的技术方案对低碳马氏体不锈钢铸钢件的精加工后表面缺陷进行焊接修补，焊后对修补区域使用便携式硬度计检测，得到的硬度均值为288HB，与铸件其他位置硬度差值在±5HB，通过在试块上使用高精密金属补焊机连续焊接后测试其力学性能，检测结果如下：

拉伸断裂位置在焊肉处，抗拉强度为852.8MPa，屈服强度为788.56MPa，断面收缩率为68.21%，断后伸长率为19.88%，室温冲击均值为175.3J，硬度均值为283HB，结果均为合格。

本发明采用高精密金属补焊机并采用钨丝直流焊接方式和多层多道焊接方案，对马氏体不锈钢精加工后的PT缺陷进行修复处理，实现了焊后硬度值与母材相近，保证焊缝区及热影响区硬度与母材接近，减少焊后局部热处理步骤，确保焊补区的综合力学性能与母材更接近，而且精加工后的产品精密性要求高，使用该种焊接方法不会产生咬边等缺陷，只需进行简单打磨就可以达到理想的修复状态，很大程度地提高了生产效率，降低了生产成本，此方法对于水电产品铸钢件的表面缺陷焊接最为适用。

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 (8)

1.一种铸钢件表面缺陷的焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：

对所述铸钢件表面的缺陷进行焊前定位和焊前预处理；采用多层多焊道的顺序对缺陷进行焊接，其中，焊接方式采用钨针直流焊接法，钨针在焊丝后方进行焊接，分道焊接过程中，完成一道焊缝焊接后按照顺序进行下一道的焊接，将所述钨针设置在前一道焊缝外侧，所述钨针和所述前一道焊缝之间的距离为所述焊丝的直径的1倍，焊接时，焊丝放置于所述前一道焊缝的旁侧进行施焊；

焊接过程中焊丝采用连续送丝方式；

焊机使用连续脉冲焊的方法进行施焊，所述连续脉冲焊选择的脉冲电流值为30A～40A，脉冲时间值为30ms～40ms；

采用上述焊接方法，有效的减小铸钢件精加工后表面缺陷焊补区与母材区的硬度差值，焊补区的综合力学性能与母材更相近，进一步实现焊接区硬度与母材硬度的相一致性，解决工件硬度不均匀的问题，避免了因焊后工件硬度不 均匀而采取局部热处理进行降硬度的复杂步骤。

2.根据权利要求1所述的铸钢件表面缺陷的焊接方法，其特征在于，所述焊丝的直径为0.8mm～1.2mm。

3.根据权利要求1所述的铸钢件表面缺陷的焊接方法，其特征在于，焊接过程中所述钨针的左右摆动宽度控制在≤3mm，焊枪的左右摆动宽度控制在≤10mm。

4.根据权利要求1所述的铸钢件表面缺陷的焊接方法，其特征在于，所述钨针与焊接方向之间的角度为90°～115°。

5.根据权利要求1所述的铸钢件表面缺陷的焊接方法，其特征在于，所述钨针为铈钨极钨针。

6.根据权利要求1所述的铸钢件表面缺陷的焊接方法，其特征在于，所述钨针与焊枪枪嘴之间的距离控制在3mm～5mm。

7.根据权利要求1所述的铸钢件表面缺陷的焊接方法，其特征在于，焊接起弧时，所述钨针的端头和所述焊丝的端头相互接触。

8.根据权利要求1所述的铸钢件表面缺陷的焊接方法，其特征在于，所述多层多焊道的单层的厚度控制在1mm。

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