CN113953624A - 一种钢件裂纹焊补方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢件裂纹焊补方法，包括以下步骤：获取产生裂纹的钢件；在所述钢件的裂纹端部的目标位置开设止裂孔；确定所述裂纹的减应加热区，并将所述减应加热区预热至第一目标温度；对所述裂纹及其两侧预热至第二目标温度；清理所述裂纹，开设坡口，并按照预设焊接顺序和预设焊接工艺参数，对所述坡口进行分层分道焊接；对焊道的中部和焊道两侧的熔合处进行震动敲击；对所述焊缝进行冷却。本发明所提供的钢件裂纹焊补方法，通过开设止裂孔，可以避免裂纹的进一步发展，通过设定减应加热区，并对减应加热区、裂纹及其两侧进行加热，能有效地减少裂缝焊后的收缩应力，防止再次产生裂纹，操作便捷，效率高，焊补质量高。
Description
技术领域
本发明涉及铸钢修复领域，特别是涉及一种钢件裂纹焊补方法。
背景技术
焙烧炉中，中心轴在生产运行中带动横向支杆旋转，需承受较大的扭矩力。因中心轴长期在高温下超负荷使用，在每一节轴的筒体内外表面产生多处不同方向、长短不一的裂纹，裂纹最长达610mm，均不能继续使用，造成焙烧炉停产。由于中心轴材质属于特殊高合金铸钢，含碳量较高，焊接性较差，并且钢在高温下长期使用后，金属内部的显微组织会发生变化，性能变劣和基体发生蠕变，出现原先溶解在钢中的部分碳析出及合金元素的贫化、偏析等现象，使焊缝金属与母材的结合能力下降，显著降低熔合区金属的强度和塑、韧性，焊接性能也进一步变差。
同时，由于设备上的裂纹处于拘束状态，焊缝不能自由地收缩，还会产生较大的拉应力，焊接过程中如若焊接材料选择不合适或工艺措施不合理，在拉应力的作用下焊接接头会再次产生裂纹，造成修复失败和设备报废，将严重影响生产，给企业造成更大的经济损失。
现有技术中，在高合金铸钢裂纹焊接修复技术方面，一般只是对常用的某些没有受长期高温作用产生组织变化的高合金铸钢裂纹修复有好的作用，无法满足受长期高温作用的高合金铸钢的性能要求。
因此，如何有效解决长期在高温条件下工作的高合金铸钢裂纹的焊接修复问题，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种钢件裂纹焊补方法，用于确保高合金铸钢的使用性能要求。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种钢件裂纹焊补方法，包括以下步骤：
获取产生裂纹的钢件；
在所述钢件的裂纹端部的目标位置开设止裂孔；
确定所述裂纹的减应加热区，并将所述减应加热区预热至第一目标温度；
对所述裂纹及其两侧预热至第二目标温度；
清理所述裂纹，开设坡口，并按照预设焊接顺序和预设焊接工艺参数，对所述坡口进行分层分道焊接；
对焊道的中部和焊道两侧的熔合处进行震动敲击；
对所述焊缝进行冷却。
优选的，所述步骤确定所述裂纹的减应加热区中，所述减应加热区为所述裂纹的端部外侧150-200mm2的区域。
优选的，所述步骤在所述钢件的裂纹端部的目标位置开设止裂孔中，所述目标位置为距离所述裂纹的端部外侧5-10mm处，所述止裂孔的直径为10-12mm。
优选的，所述第一目标温度为350-450℃；所述第二目标温度为100-200℃。
优选的，所述钢件为高合金铸钢件。
优选的，所述高合金铸钢件为焙烧炉的中心轴。
所述步骤对所述坡口进行分层分道焊接包括，采用奥氏体不锈钢焊接材料进行焊接。
优选的，所述预设焊接顺序包括：先分散焊接短焊缝，然后焊接长焊缝；所述短焊缝的焊接采用分段退焊法，所述长焊缝的焊接采用分中分段退焊法；所述长焊缝是指长度≥300mm的焊缝，其他焊缝为短焊缝。
优选的，所述步骤对焊道的中部和焊道两侧的熔合处进行震动敲击包括：采用风动捻缝枪进行震动敲击。
优选的，所述预设焊接工艺包括：
设定焊接层次，所述焊接层次包括打底层、填充层和盖面层；
对所述打底层的焊接，焊接电流为115-120A，电弧电压为20-21V，焊接速度为14-18cm/min；
对所述填充层的焊接，焊接电流为125-130A，电弧电压为22-23V，焊接速度为22-25cm/min；
对所述盖面层的焊接，焊接电流为120-125A，电弧电压为21-22V，焊接速度为20-24cm/min。
优选的，所述预设焊接工艺还包括：
对所述打底层焊接时，采用A507奥氏体不锈钢焊接材料，焊条直径为3-3.4mm；
对所述填充层焊接时，采用A507奥氏体不锈钢焊接材料，焊条直径为3-3.4mm；
对所述盖面层焊接时，采用A412奥氏体不锈钢焊接材料，焊条直径为3-3.4mm。
本发明所提供的钢件裂纹焊补方法，包括以下步骤：获取产生裂纹的钢件；在所述钢件的裂纹端部的目标位置开设止裂孔；确定所述裂纹的减应加热区，并将所述减应加热区预热至第一目标温度；对所述裂纹及其两侧预热至第二目标温度；清理所述裂纹，开设坡口，并按照预设焊接顺序和预设焊接工艺参数，对所述坡口进行分层分道焊接；对焊道的中部和焊道两侧的熔合处进行震动敲击；对所述焊缝进行冷却。本发明所提供的钢件裂纹焊补方法，通过开设止裂孔，可以避免裂纹的进一步发展，通过设定减应加热区，并对减应加热区、裂纹及其两侧进行加热，能有效地减少裂缝焊后的收缩应力，防止再次产生裂纹，操作便捷，效率高，焊补质量高。
在一种优选实施方式中，所述步骤对焊道的中部和焊道两侧的熔合处进行震动敲击包括：采用风动捻缝枪进行震动敲击。上述步骤，通过风动捻缝枪，在焊道的表面及熔合处进行敲击和振动，可消除焊接接头部分残余应力，降低焊缝和熔合区产生裂纹的倾向；由于风动捻缝枪可按照一定的频率振动实现连续敲击，消除应力效果更好，操作简单，效率高，降低了综合成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的钢件裂纹焊补方法一种具体实施方式的流程图；
图2为本发明所提供的钢件裂纹焊补方法中高合金铸钢的第一种裂纹、止裂孔以及减应加热区的位置示意图；
图3为本发明所提供的钢件裂纹焊补方法中高合金铸钢的第二种裂纹、止裂孔以及减应加热区的位置示意图；
其中：1-裂纹；2-止裂孔；3-减应加热区；4-钢件。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种钢件裂纹焊补方法，用于确保高合金铸钢的使用性能要求。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1至图3，图1为本发明所提供的钢件裂纹焊补方法一种具体实施方式的流程图；图2为本发明所提供的钢件裂纹焊补方法中高合金铸钢的第一种裂纹、止裂孔以及减应加热区的位置示意图；图3为本发明所提供的钢件裂纹焊补方法中高合金铸钢的第二种裂纹、止裂孔以及减应加热区的位置示意图。
在该实施方式中，钢件裂纹焊补方法包括以下步骤：
步骤S1：获取产生裂纹1的钢件4，该钢件4优选为长期在高温条件下工作的高合金铸钢件；
步骤S2：在钢件4的裂纹1端部的目标位置开设止裂孔2；具体的，对于尚未延伸至钢件4边缘位置的裂纹1，均需开设止裂孔2；
步骤S3：确定裂纹1的减应加热区3，并将减应加热区3预热至第一目标温度，减应加热区3可以为方形区域，位于裂纹1端部外侧，当然，减应加热区3也可以为其他区域，对于减应加热区3的加热，选择常规的预设设备即可；
步骤S4：对裂纹1及其两侧预热至第二目标温度；优选的，为了避免裂纹1及其两侧与减应加热区3的温差过渡，减少变形，优选对减应加热区3的预热和对裂纹1及其两侧的预热同时进行；
步骤S5：清理裂纹1，开设坡口，并按照预设焊接顺序和预设焊接工艺参数，对坡口进行分层分道焊接；
步骤S6：对焊道的中部和焊道两侧的熔合处进行震动敲击；
步骤S7：对焊缝进行冷却；具体的，焊补结束后立即用已烘干的石棉覆盖在焊缝表面，使其缓冷。
在上述各实施方式的基础上，第一目标温度为350-450℃，优选为400-450℃；第二目标温度为100-200℃，优选为100℃～150℃，也就是说，将减应加热区3预热至350-450℃，优选预热至400-450℃，对裂纹1及其两侧预热至100-200℃，优选为预热至100℃～150℃。
在上述各实施方式的基础上，步骤确定裂纹1的减应加热区3中，减应加热区3为裂纹1的端部外侧150-200mm2的区域，如图2和图3所示，在加热坡口两侧的同时，再加热位于裂纹1两端的减应加热区3，减应加热区3位于止裂孔2的外侧，减应加热区3的面积为150～200mm2范围、加热温度为400～450℃。使加热的部位产生一个与焊缝收缩相反的变形，焊后冷却时减应加热区3的收缩和焊缝的收缩方向相同，这样可大为减少焊接应力。
在上述各实施方式的基础上，步骤在钢件4的裂纹1端部的目标位置开设止裂孔2中，目标位置为距离裂纹1的端部外侧5-10mm处，止裂孔2的直径为10-12mm。优选的，在距裂纹1的两端5～10mm处用10mm的钻头钻止裂孔2，可释放部分应力和防止裂纹1延伸。
具体的，步骤S5中，使用碳弧气刨清理裂纹1缺陷或开坡口前，应先在裂纹1缺陷部位及两侧200mm范围内用氧-乙炔拷枪均匀预热150℃左右；开坡口形状修磨成U型。焊前将坡口及两侧200～300mm范围内均匀预热到100℃～150℃，以降低焊接接头冷却速度，防止热影响区产生淬硬组织。同时，步骤S5中，由于焊缝较深，宜采取多层多道焊，焊条的横向摆动宽度不超过焊条直径的3倍，在多道焊时应先焊与坡口面接触的焊道，以使坡口面熔合良好和减少焊缝的收缩应力。
在上述各实施方式的基础上，钢件4为高合金铸钢件。进一步，高合金铸钢件为焙烧炉的中心轴，优选为ZG40Cr16SiNiMoVWNb钢。即该裂纹1焊补方法，优选应用于长期在高温条件下工作的高合金铸钢的裂纹1焊补中。
步骤对坡口进行分层分道焊接包括，采用奥氏体不锈钢焊接材料进行焊接。
在上述各实施方式的基础上，预设焊接顺序包括：先分散焊接短焊缝，然后焊接长焊缝；短焊缝的焊接采用分段退焊法，长焊缝的焊接采用分中分段退焊法；长焊缝是指长度≥300mm的焊缝，其他焊缝为短焊缝。具体的，根据备件上裂纹1分布的位置和数量，采取先分散焊接短焊缝后，再焊长焊缝，使整体内应力合理分布。短焊缝采用分段退焊法焊接，长焊缝，即≥300mm长度的焊缝，采用从中间分开依次向两端分段退焊的方式焊接，可进一步使应力分布较均匀，防止应力集中。
在上述各实施方式的基础上，步骤S6，对焊道的中部和焊道两侧的熔合处进行震动敲击包括：采用风动捻缝枪进行震动敲击。具体的，每层、每道焊完一段或一根焊条后，立即采用风动捻缝枪，即枪镐端带小圆头的捻缝枪，在焊道表面进行振动敲击，先敲击焊道中间再敲击焊道两侧的熔合处，达到表面布满麻点为止，以使焊道表面金属延展，减少部分焊接应力。另外风动捻缝枪敲击时，是按一定的频率在振动，会产生一定的变载应力，也可消除部分内应力。
在上述各实施方式的基础上，焊接过程中在熔合良好的情况下，尽量选择小电流、快速焊，以减小熔合比和防止温度上升过快对焊接接头组织的影响。具体的，预设焊接工艺包括：
设定焊接层次，焊接层次包括打底层、填充层和盖面层；
对打底层的焊接，焊接电流为115-120A，电弧电压为20-21V，焊接速度为14-18cm/min；
对填充层的焊接，焊接电流为125-130A，电弧电压为22-23V，焊接速度为22-25cm/min；
对盖面层的焊接，焊接电流为120-125A，电弧电压为21-22V，焊接速度为20-24cm/min。
在上述各实施方式的基础上，预设焊接工艺还包括：
对打底层焊接时，采用A507奥氏体不锈钢焊接材料，焊条直径为3-3.4mm，优选为3.2mm；
对填充层焊接时，采用A507奥氏体不锈钢焊接材料，焊条直径为3-3.4mm，优选为3.2mm；
对盖面层焊接时，采用A412奥氏体不锈钢焊接材料，焊条直径为3-3.4mm，优选为3.2mm。具体的，A412奥氏体不锈钢焊条与A507奥氏体不锈钢焊条相比焊缝熔敷金属的抗拉强度低一级，但其它性能都相近；由于中心轴使用过程要承受交变动载荷，采取选择与母材较低的焊接材料进行盖面焊，可增加焊缝的塑性储备，降低开裂倾向。也就是说，选择A507奥氏体不锈钢焊条进行打底和填充焊，采用A412奥氏体不锈钢焊条进行盖面焊接时，焊前只需低温预热，焊后不需进行消除应力热处理；可增强与母材的熔合性；还可降低产生裂纹的倾向；同时保证满足焊接接头的高温使用性能。
进一步，焊接过程中，应当控制层间温度等于或略高于第二目标温度，以防止焊缝金属高温停留时间过长产生粗大组织而降低塑韧性。整个焊补过程应连续进行，中途如因故被迫中断，应对焊缝及其两侧重新加热到第二目标温度，并将减应加热区3预热至第一目标温度后才能继续焊接。
进一步，由于设备运转过程中焊接接头要承受一定的动载荷，所以焊缝冷却到室温后，还需要用角向砂轮机修磨焊缝表面余高与母材表面齐平，并与母材结合处过渡圆滑，防止出现应力集中而在设备运行中产生疲劳裂纹1；最后再用着色探伤检查焊缝及两侧无缺后，交付使用。
本发明所提供的钢件裂纹焊补方法，主要针对长期在高温条件下工作的高合金铸钢的裂纹1焊补，通过分析ZG40Cr16SiNiMoVWNb钢的焊接性能和产生裂纹1的情况，以及长期受高温作用对组织的影响，研究选择出了合适的焊接材料和合理的工艺措施来焊补裂纹1缺陷。
经过在焙烧炉的中心轴上产生的裂纹1处进行焊补修复实践，保证了焊接接头的质量和高温使用性能要求，并且使用的设备简单，操作灵活方便，易于掌握。本实施例主要通过以下方式实现：
1、采用镍Ni含量较高并含有一定钼Mo元素的A507奥氏体不锈钢焊接材料，焊接修复长期在高温下使用产生组织和性能劣化的高合金铸钢裂纹1缺陷，有利于改善与母材熔合不良的问题，还具有良好的高温性能和抗裂性。相比使用其它材料焊接时，能确保焊接质量和高温使用性能要求，并且焊前只需低温预热，焊后不需进行热处理，简化了工艺，提高了效益。
2、在裂纹1焊接修复时，采取在裂纹1端头的止裂孔2外侧面积为150～200mm2范围内进行加热到400℃～450℃的同时再焊接裂缝的方法，能有效地减少裂缝焊后的收缩应力，防止再次产生裂纹1。这种方法还可适用于各种可以加热的钢产生的裂纹1焊接修复，方法简便，效果好。
3、采取常用的风动捻缝枪，在焊道表面及熔合处进行敲击和振动，可消除焊接接头部分残余应力，降低焊缝和熔合区产生裂纹1的倾向。即敲击又按一定的频率振动，消除应力效果更好，操作简单一次合成，提高了效率，降低了综合成本。
以上对本发明所提供的钢件裂纹焊补方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种钢件裂纹焊补方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取产生裂纹(1)的钢件(4)；
在所述钢件(4)的裂纹(1)端部的目标位置开设止裂孔(2)；
确定所述裂纹(1)的减应加热区(3)，并将所述减应加热区(3)预热至第一目标温度；
对所述裂纹(1)及其两侧预热至第二目标温度；
清理所述裂纹(1)，开设坡口，并按照预设焊接顺序和预设焊接工艺参数，对所述坡口进行分层分道焊接；
对焊道的中部和焊道两侧的熔合处进行震动敲击；
对所述焊缝进行冷却。
2.根据权利要求1所述的钢件裂纹焊补方法，其特征在于，所述步骤确定所述裂纹(1)的减应加热区(3)中，所述减应加热区(3)为所述裂纹(1)的端部外侧150-200mm2的区域。
3.根据权利要求1所述的钢件裂纹焊补方法，其特征在于，所述步骤在所述钢件(4)的裂纹(1)端部的目标位置开设止裂孔(2)中，所述目标位置为距离所述裂纹(1)的端部外侧5-10mm处，所述止裂孔(2)的直径为10-12mm。
4.根据权利要求1所述的钢件裂纹焊补方法，其特征在于，所述第一目标温度为350-450℃；所述第二目标温度为100-200℃。
5.根据权利要求1所述的钢件裂纹焊补方法，其特征在于，所述钢件(4)为高合金铸钢件。
6.根据权利要求5所述的钢件裂纹焊补方法，其特征在于，所述高合金铸钢件为焙烧炉的中心轴；
所述步骤对所述坡口进行分层分道焊接包括，采用奥氏体不锈钢焊接材料进行焊接。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的钢件裂纹焊补方法，其特征在于，所述预设焊接顺序包括：先分散焊接短焊缝，然后焊接长焊缝；所述短焊缝的焊接采用分段退焊法，所述长焊缝的焊接采用分中分段退焊法；所述长焊缝是指长度≥300mm的焊缝，其他焊缝为短焊缝。
8.根据权利要求1至7任意一项所述的钢件裂纹焊补方法，其特征在于，所述步骤对焊道的中部和焊道两侧的熔合处进行震动敲击包括：采用风动捻缝枪进行震动敲击。
9.根据权利要求1至7任意一项所述的钢件裂纹焊补方法，其特征在于，所述预设焊接工艺包括：
设定焊接层次，所述焊接层次包括打底层、填充层和盖面层；
对所述打底层的焊接，焊接电流为115-120A，电弧电压为20-21V，焊接速度为14-18cm/min；
对所述填充层的焊接，焊接电流为125-130A，电弧电压为22-23V，焊接速度为22-25cm/min；
对所述盖面层的焊接，焊接电流为120-125A，电弧电压为21-22V，焊接速度为20-24cm/min。
10.根据权利要求9所述的钢件裂纹焊补方法，其特征在于，所述预设焊接工艺还包括：
对所述打底层焊接时，采用A507奥氏体不锈钢焊接材料，焊条直径为3-3.4mm；
对所述填充层焊接时，采用A507奥氏体不锈钢焊接材料，焊条直径为3-3.4mm；
对所述盖面层焊接时，采用A412奥氏体不锈钢焊接材料，焊条直径为3-3.4mm。
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