CN114941071A - 一种改善低碳钢钎焊油管强度和疲劳性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种改善低碳钢钎焊油管强度和疲劳性能的方法，首先对钎焊油管进行二次正火处理，以消除油管基体及焊接接头处的不良组织。其次对钎焊油管进行淬火处理，将其在炉中加热至830℃后，使其在炉中随炉冷却至650℃，再采用水冷的方式将钎焊油管冷却至室温。最后对钎焊油管进行600℃的回火处理，以获得良好的机械性能。本发明可以较好的消除钎焊油管接头及热影响区处的魏氏组织，并提高油管的强度以及消除接头处的残余应力，实施后低碳钢钎焊油管的强度和疲劳性能得到了明显的改善。
Description
技术领域
本发明涉及一种改善低碳钢钎焊油管强度和疲劳性能的方法，用以消除魏氏组织，并提高油管的力学性能。
背景技术
发动机及变速箱上的油管作为燃油和润滑系统的重要组成部分，主要为发动机运行提供高压燃油，焊接接头在油管整体结构中具有重要作用。如果油管在焊接工艺上存在缺陷，焊接接头就会成为油管结构的薄弱环节，汽车运行过程中由于发动机运转产生的附加动载荷以及燃油的高压作用，极易使油管在薄弱环节处发生断裂，由此带来的后果无法预估。
某发动机及变速箱上的低碳钢钎焊油管在实际装车搭载中，出现了焊接接头搭接处大批量断裂的情况，经对其断口分析，发现含有大量魏氏组织。
魏氏组织是一种过热粗大组织，在亚共析钢或过共析钢中，由高温以较快的速度冷却时，先共析的铁素体或渗碳体从奥氏体晶界上沿着奥氏体的一定晶面向晶内生长，呈针状析出。在光学显微镜下可以观察到从奥氏体晶界上生长出来的铁素体或渗碳体近似平行，呈羽毛状或三角形，其间存在着珠光体的组织，这种组织称为魏氏组织。魏氏组织常伴随着奥氏体晶粒粗大而出现，因此使钢的力学性能尤其是塑性、冲击韧性、疲劳寿命显著降低，同时使脆性转折温度升高。奥氏体晶粒越粗大，越容易出现魏氏组织。
现阶段对于低碳钢钎焊油管的焊接，应用比较广泛的焊接方法为火焰钎焊和炉中钎焊。火焰钎焊容易受工人操作技术的影响，加热温度不易控制，当加热温度过高，冷速控制不当时，就会在焊接接头处产生魏氏组织；炉中钎焊，其温度更加可控，但在采用硬钎料进行焊接时，其钎料的熔点较高，加热温度同样会处在容易形成魏氏组织的温度区间内，因此当冷速控制不当时也会出现魏氏组织。
赵兴旺等人在公开发明专利(申请号201911044920.2)中，介绍了一种 40CrMnMo钢调质与整体淬火工艺方法，其采用预先正火加热温度为70℃，该工艺方法能够减轻或消除原始缺陷组织带来的影响。李世琳等人在公开发明专利 (申请号201710386067.7)中，介绍了一种中碳冷镦钢盘条魏氏组织的控制方法，通过增加三次冷却装置对连铸坯进行在线淬火处理，对铸坯进行强冷，再通过控轧控冷，消除魏氏组织，提高材料组织均匀性，降低材料硬度，大幅度降低了后续冷镦加工开裂率。
虽然相关专利对魏氏组织的控制措施有所研究，但对于低碳钢钎焊过程中产生魏氏组织，以及如何消除，消除后如何提高其力学性能，尤其是疲劳性能，并没有具体的方案，而魏氏组织也是使低碳钢钎焊油管疲劳寿命下降的主要原因之一。综上所述，有必要提出一种合适的工艺方法，消除因焊接温度及冷速控制不当，而产生魏氏组织的方法，来提高钎焊油管的疲劳性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种改善低碳钢钎焊油管强度和疲劳性能的方法，通过对钎焊油管进行热处理工艺控制，消除魏氏组织，提高油管强度并改善油管疲劳性能，满足钎焊油管性能指标的要求。
本发明采用的技术方案如下：
一种改善低碳钢钎焊油管强度和疲劳性能的方法，其特征在于该方法的步骤包括如下：
步骤一：对钎焊油管进行二次正火；
步骤二：淬火加热处理，得到马氏体组织；
步骤三：将淬火油管先随炉冷却，再以水冷的方式将其冷却至室温；
步骤四：回火处理，消除接头残余应力，获得良好的机械性能。
其中，所述步骤一，对待焊接油管管体、管接头表面进行预处理,去除其表面油污及氧化膜。将油管管体与接头进行组装，并在接头搭接处放入铜焊膏，进行机械扣压，使其达到机械连接状态，并使接头搭接处间隙小于或等于0.5mm，得到待焊接工件后，再对油管进行炉中钎焊。因其钎焊温度较高，钎焊后冷速控制不当就容易在焊接接头及热影响区处出现3到4级的魏氏组织，严重影响油管的强度及疲劳性能。
其中，所述步骤一，对钎焊油管进行二次正火试验，正火温度为860℃，保温时间为5min，冷却方式为空冷，由于魏氏组织具有一定的组织遗传性，以消除油管基体及焊接接头处的不良组织，并且达到细化油管晶粒，释放内应力，去除油管的残余应力的作用。
其中，所述步骤二，对低碳钢钎焊油管进行淬火处理，其淬火温度为830℃，保温时间为1min。其加热时间由工件“有效厚度”乘以加热系数确定，即
T＝a*K*D,
其中,T表示加热时间，min；
其中,a表示保温时间系数，min/mm；
其中,K表示工装炉修方正系数；
其中,D表示工件有效厚度，mm。
其中,碳钢a在0.9-1.1之间取值，本研究取a＝1；
根据工件装炉方式取K＝1；
其中,工件有效厚度D为(工件最厚处直径+工件最薄处直径)/2，本次研究 D＝1，因此淬火时间为1min。
其中，所述步骤三，首先将钎焊油管在炉中随炉冷却至650℃，其目的是降低钎焊油管淬火热应力，防止油管发生脆裂。
其中，所述步骤三，将随炉冷却后的钎焊油管放入30℃水中进行水冷，直至将钎焊油管冷却至室温。并在淬火前，提前开通冷却池的温度循环控制系统，使其温度保持在30℃左右。在冷却过程中，通过调节冷却池中温度的变化，来控制冷却速度，降低马氏体转变区的冷却速度，避免冷速不当产生裂纹。
其中，所述步骤四，600℃回火处理并以空冷方式进行冷却，直至冷却至室温，得到回火索氏体组织，以提高油管疲劳性能，得到良好的综合机械性能。
本发明的优点：(1)一种改善低碳钢钎焊油管强度和疲劳性能的方法,其工艺操作方面较为简单；(2)本发明针对低碳钢钎焊油管进行热处理工艺参数控制，能有效消除钎焊过程所产生的魏氏组织及其他不良组织；(3)本发明在消除魏氏组织后能有效改善油管的疲劳性能及强度；(4)本发明在淬火阶段，通过对油管冷速进行控制，有效降低马氏体转变区的冷却速度，避免油管发生脆裂而带来的影响；魏氏组织的具体改善情况和油管疲劳性能的改善情况见附图说明。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍。
图1是本发明油管的整体结构示意图。
图2是本发明油管管体与接头1号搭接处的截面示意图。
图3是本发明油管管体与接头2号搭接处的截面示意图。
图4是本发明的流程图。
图5是本发明实施前钎焊油管接头搭接处的组织状况图。
图6是本发明实施前与实施后钎焊油管达到疲劳极限时的循环情况示意图。
具体实施方式
以下具体实例对本发明涉及的一种改善低碳钢钎焊油管强度和疲劳性能的方法进一步的详细描述。
实施例1
一种改善低碳钢钎焊油管强度和疲劳性能的方法，其特征在于，所述油管试样管体外径为7.8mm，壁厚为1mm，管体与管接头搭接长度为8mm，其中管体材料为20钢，接头材料为35钢，钎焊的钎料为无氧铜。
一种改善低碳钢钎焊油管强度和疲劳性能的方法，其特征在于该方法的步骤包括：
步骤一：对钎焊油管进行二次正火；
步骤二：淬火加热处理，得到马氏体组织；
步骤三：将淬火油管首先经预冷炉冷却，再以水冷的方式将其冷却至室温；
步骤四：回火处理，消除接头残余应力，获得良好的机械性能。
其中，所述步骤一，对待焊接油管管体、管接头表面进行预处理,去除表面油污及氧化膜，将预处理后的油管管体与管接头进行组装。在接头搭接处放入铜焊膏，进行机械扣压，使其达到机械连接状态，并使接头搭接处间隙小于或等于 0.5mm，得到待焊接工件后，再对油管进行炉中钎焊。由于其钎焊温度较高，焊接后冷速控制不当就容易再焊接接头及热影响区处出现3到4级的魏氏组织，严重影响钎焊油管的疲劳性能。
其中，所述步骤一，对钎焊油管进行二次正火处理，由于魏氏组织具有一定的组织遗传性，需要进行二次正火处理，才可将钎焊油管中的魏氏组织消除。其正火加热温度为860℃，油管保温时间为5min，冷却方式为空冷，直至冷却至室温。同时也可通过正火达到消除不良组织，细化油管晶粒，释放内应力，去除油管的残余应力的目的。
其中，所述步骤二，对钎焊油管进行淬火处理，其淬火温度为830℃，保温时间为1min。
其中，所述步骤三，将钎焊油管在炉中随炉冷却至650℃，降低油管由于淬火而产生的热应力，防止发生脆裂。
其中，所述步骤三，将钎焊油管放入水中进行水冷，淬火前，提前开通冷却池的温度循环控制系统，使其温度保持在30℃左右，并在冷却过程中，通过调节温度变化，来控制冷却速度，降低马氏体转变区的冷却速度，避免冷速不当产生裂纹，直至油管温度达到室温。由于低碳钢钎焊的淬透性差，不容易获得马氏体，因此在快速冷却阶段选取水淬。
其中，所述步骤四，加油管放入600℃回火炉中进行回火处理，保温5min，并以空冷方式进行冷却，直至冷却至室温，得到回火索氏体组织，使其硬度下降较少，以提高油管疲劳性能，得到良好的综合机械性能。
通过上述方法，可以有效地消除钎焊过程中，由于冷速及温度控制不当而产生的魏氏体组织，改善钎焊油管的疲劳性能。
将实施前和实施后的钎焊油管，在同等外加载荷条件下，进行疲劳试验。实施后较实施前的钎焊油管疲劳寿命，呈大幅上升趋势。
以上仅为本申请的具体实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种改善低碳钢钎焊油管强度和疲劳性能的方法，其特征在于该方法的步骤包括：
步骤一：对钎焊油管进行二次正火；
步骤二：淬火加热处理，得到马氏体组织；
步骤三：将淬火油管先随炉冷却，再以水冷的方式将其冷却至室温；
步骤四：回火处理，消除接头残余应力，获得良好的机械性能。
2.如权利1步骤一所述，一种改善低碳钢钎焊油管强度和疲劳性能的方法，其特征在于，将钎焊油管进行二次正火处理，其中，正火温度为860℃，保温时间为5min，空冷至室温，冷速为3-4℃/s。
3.如权利1步骤二所述，一种改善低碳钢钎焊油管强度和疲劳性能的方法，其特征在于，将正火后的油管，进行淬火处理，其淬火温度为830℃，保温时间为1min。
4.如权利1步骤三所述，一种改善低碳钢钎焊油管强度和疲劳性能的方法，其特征在于，将钎焊油管先在炉中随炉冷却至650℃。
5.如权利1步骤三所述，一种改善低碳钢钎焊油管强度和疲劳性能的方法，其特征在于，将随炉冷却后的钎焊油管放入水中进行水冷，直至冷却至室温。
6.如权利1步骤三所述，一种改善低碳钢钎焊油管强度和疲劳性能的方法，其特征在于，淬火前，提前开通冷却池的温度循环控制系统，使其温度保持在30℃左右，并在冷却过程中，通过调节温度变化，来控制冷却速度。
7.如权利1步骤四所述，一种改善低碳钢钎焊油管强度和疲劳性能的方法，其特征在于，将淬火处理后的油管，进行600℃回火处理，保温时间为5min，并以空冷方式进行冷却，直至冷却至室温，得到回火索氏体组织，以提高油管疲劳性能。
8.如权利1所述，一种改善低碳钢钎焊油管强度和疲劳性能的方法，其特征在于，所述钎焊油管由接头1号(1)、接头2号(3)、管体(2)组成，其中管体材料为20钢及10钢，接头材料为25钢、35钢或45钢，钎焊的钎料为无氧铜或黄铜。
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