一种提高焊接热影响区性能的在线工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种提高焊接热影响区性能的在线工艺。其技术方案是：在钢材的焊接过程中，随着焊接电弧的前移，在距离焊接电弧20～50mm的焊接接头处开始喷吹压缩气体，喷吹时间为2～10s；随着压缩气体的离开，立即用保温棉将焊接接头包覆，缓冷至室温；上述焊接、喷吹和缓冷工艺均分别连续进行，直至整个焊接接头冷却至室温。其中：压缩气体为空气，压缩气体的压力为0.5～1.0MPa，压缩气体的流量为5～10L/min；焊接接头为手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊、钨极氩弧焊的焊接方法所形成的焊接接头中的一种。本发明专利技术具有工艺简单、操作方便、不需增设专用设备和成本低的特点，该工艺能减少或消除焊接热影响区裂纹，显著提高焊接热影响区性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于焊接
具体涉及一种提高焊接热影响区性能的在线工艺。
技术介绍
随着全球经济的快速发展，大型装备和各种重轨的建设突飞猛进，高碳钢、高碳高 合金钢的需求量日益增长。高碳高锰钢通过水韧处理能保持奥氏体介稳状态，获得很高的 韧性，同时具有很强的加工硬化特点，在受冲击或冷变形时，工件的表面很快变硬，其硬度 可达450 500HB ；同时深层仍保持原始状态，具有很好的韧性。这种具有“内柔外刚”特性 的铸钢得到了广泛的应用，如铁路辙叉、锤式破碎机械的锤头、腭式破碎机齿板、球磨机补 板、拖拉机和坦克的履带板等，在大型装备的建设中发挥了重要的作用。然而，高碳钢和高碳高合金钢在焊接热影响区会产生裂纹，导致焊接热影响区性 能恶化是其应用过程中最大的问题。当高碳高合金钢在焊接过程中经受300 900°C的加 热范围时，钢中过饱和的碳以碳化物的形式析出，尤其是在500 700°C范围内更为突出， 这些碳化物在晶界连续、不连续或呈网状分布时，将诱导形成热裂纹，致使焊接热影响区性 能恶化。而且随着受热温度的升高，碳化物析出的速度随之加快；随着受热时间的延长，析 出的数量随之增多。同时，高碳钢的导热性能比低碳钢差，含碳量比中碳钢更高，具有淬火 硬化倾向，在焊接过程中，热影响区冷却到200 300°C时，容易产生马氏体组织，此外，高 碳钢、高碳高合金钢的线膨胀系数大，焊接后收缩量大，导热系数小，温度分布不均勻，将产 生较大的焊接应力，为冷裂纹的产生提供了力学因素，从而导致焊接热影响区冷裂纹的产 生。减少高碳钢、高碳高合金钢的焊接热影响区裂纹，提高性能的方法主要是改变焊 接工艺(1)减小焊接线能量，可有限控制焊接热影响区晶粒的粗大，同时可减少碳化物的 析出，提高抗热裂纹性能；但反过来，对于控制冷裂纹，又希望线能量不能太小，否则会使热 影响区淬硬，焊接应力增大，不利于冷裂纹的控制，即通过控制线能量来减少和控制热裂纹 和冷裂纹是相互矛盾的；( 适当预热，可防止冷裂纹的产生；但是预热温度过高，一方面 恶化了劳动条件，另一方面产生附加应力，反而会促使冷裂纹的产生。也就是说，通过采用 或改变焊接工艺，只能有限改善焊接热影响区的性能，且不能保证焊接热影响区性能的稳 定。在现有专利中，虽有如“高碳钢与不锈钢的焊接方法”(CN 1788907A)和“高碳钢 钢轨与高锰钢辙叉焊接工艺方法” (CN 1442265A)工艺技术，均为有关高碳钢和高碳高合金 钢异种钢焊接的工艺方法。
技术实现思路
本专利技术旨在解决上述技术问题，目的是提供一种能减少或消除焊接热影响区裂 纹、不需增设专用设备、工艺简单、成本低和操作方便的提高焊接热影响区性能的在线工 艺。3为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是在钢材的焊接过程中，随着焊接电 弧的前移，在距离焊接电弧20 50mm的焊接接头处，开始喷吹压缩气体，喷吹时间为2 IOs ；随着压缩气体的离开，立即用保温棉将焊接接头包覆，缓冷至室温；上述焊接、喷吹和 缓冷工艺均分别连续进行，直至整个焊接接头冷却至室温。其中，压缩气体为空气，压缩气体的压力为0. 5 1. OMPa，压缩气体的流量为5 10L/min ；上述技术方案中钢材为高碳钢、高碳高合金钢中的一种；焊接接头为手工电弧 焊、埋弧焊、气体保护焊、钨极氩弧焊的焊接方法所形成的焊接接头中的一种。由于采用上述技术方案，本专利技术具有以下积极效果 (1)在钢材的焊接过程中，对着焊接接头直接喷吹压缩气体，缩短焊接热影响区在 高温停留时间，一方面减小在1000 1200°C时奥氏体晶粒粗化，另一方面有效减少碳化物 在500 700°C的析出，显著提高了焊接热影响区性能；进行保温缓冷至室温，可以明显降 低马氏体的含量，减少焊接应力，使淬硬倾向和裂纹敏感性变小，也显著提高焊接热影响区 性能；(2)放宽了焊接工艺条件，可在较大范围的焊接线能量下实施焊接，热影响区仍可 获得较好的性能；(3)操作简单，易于实施，不受场地的限制，可用于任何的制造现场及安装现场；(4)不需增设专用设备，不增加生产成本。因此，本专利技术具有工艺简单、不需增设专用设备、成本低和易于操作的特点。采用 本专利技术的在线工艺，可减小裂纹的产生，减小淬硬倾向和焊接应力，从而提高焊接热影响区 性能，几乎适用于所有的金属材料，特别适用于高碳钢、高碳高合金钢的焊接。具体实施例方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的描述，并非对保护范围的限制实施例1一种提高焊接热影响区性能的在线工艺。在钢材的焊接过程中，随着焊接电弧的 前移，在距离焊接电弧20 50mm的焊接接头处，开始喷吹压缩气体，喷吹时间为2 IOs ； 随着压缩气体的离开，立即用保温棉将焊接接头包覆，缓冷至室温；上述焊接、喷吹和缓冷 工艺连续进行，直至整个焊接接头冷却至室温。本实施例中，压缩气体为空气，压缩气体的压力为0. 5 1. OMPa，压缩气体的流量 为5 lOL/min ；钢材为高碳钢轨钢，焊接接头为手工电弧焊所形成的焊接接头。经显微组织观察表明本实施例的热影响区均为均勻细小的珠光体组织，无马氏 体产生，热影响区的熔合区及粗晶区珠光体晶粒并无长大。焊接接头经超声波无损探伤后， 未发现裂纹。其力学性能试验结果如下热影响区的冲击值为35、32和30J，高于母材；焊 接接头的抗拉强度为557MPa ；疲劳循环次数达2X IO6时，焊接接头无裂纹出现；落锤试验 结果表明经落锤后，焊接接头未开裂。而未采用本实施例所述在线工艺的试样，经相同的手工电弧焊工艺焊接后，热影 响区出现大量微小裂纹，超声波探伤结果为不合格。超声波探伤不合格后，不再进行力学性 能的检测。4实施例2一种提高焊接热影响区性能的在线工艺。其中钢材为高碳钢轨钢，焊接接头为埋 弧焊所形成的焊接接头。具体工艺与实施例1相同。经显微组织观察表明本实施例的热影响区为较细小的珠光体组织，无马氏体产 生，热影响区的熔合区及粗晶区珠光体晶粒并无长大。焊接接头经超声波无损探伤后，未发 现裂纹。其力学性能试验结果如下热影响区的冲击值为观、30和27J，高于母材；焊接接 头的抗拉强度为565MPa ；疲劳循环次数达2 X IO6时，焊接接头无裂纹出现；落锤试验结果 表明经落锤后，焊接接头未开裂。而未采用本实施例所述在线工艺的试样，经相同的埋弧焊工艺焊接后，热影响区 出现大量微小裂纹，超声波探伤结果为不合格。超声波探伤不合格后，不再进行力学性能的 检测。实施例3—种提高焊接热影响区性能的在线工艺，其中钢材为高碳高锰钢轨钢，焊接接头 为气体保护焊所形成的焊接接头。具体工艺与实施例1相同。经显微组织分析表明本实施例的热影响区为细小的单一奥氏体组织，无碳化物 析出。焊接接头经超声波无损探伤后，未发现裂纹。其力学性能试验结果如下高碳高锰 钢热影响区的冲击值为158、172和166J ；焊接接头的抗拉强度为625MPa ；疲劳循环次数达 2X IO6时，焊接接头无裂纹出现；落锤试验结果表明经落锤后，焊接接头未开裂。而未采用本实施例所述在线工艺的试样，经相同的气体保护焊工艺焊接后，热影 响区出现大量微小裂纹，超声波探伤结果为不合格。超声波探伤不合格后，不再进行力学性 能的检测。实施例4一种提高焊接热影响区性能的在线工艺。其本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种提高焊接热影响区性能的在线工艺，其特征是在钢材的焊接过程中，随着焊接电弧的前移，在距离焊接电弧２０～５０ｍｍ的焊接接头处，开始喷吹压缩气体，喷吹时间为２～１０ｓ；随着压缩气体的离开，立即用保温棉将焊接接头包覆，缓冷至室温；上述焊接、喷吹和缓冷工艺均分别连续进行，直至整个焊接接头冷却至室温；上述技术方案中，压缩气体为空气，压缩气体的压力为０．５～１．０ＭＰａ，压缩气体的流量为５～１０Ｌ／ｍｉｎ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王红鸿，吴开明，钱勇，胡锋，雷玄威，童明强，黄刚，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：83