異種鋼復(fù)合部件在狹小空間的焊接工藝保證

摘要：異種鋼焊接為了能獲得滿意的焊接接頭質(zhì)量，往往要采取比同種鋼焊接更為復(fù)雜的工藝措施來(lái)保證，如果異種鋼焊接環(huán)境再置于狹小操作空間，在焊接工藝的制定上，就要兼顧考慮在獲得滿意的接頭質(zhì)量的同時(shí)，采取合理的焊接順序，減小焊接變形，從而最終保證零件的整體制造質(zhì)量。本文以不壓井修井機(jī)的一個(gè)部件為例來(lái)闡述異種鋼復(fù)合部件在狹小空間的焊接工藝保證。

關(guān)鍵詞：異種鋼 狹小空間 焊接性 焊接工藝

前言

SBY系列不壓井修井機(jī)是中石化石油工程機(jī)械有限公司第四機(jī)械廠為油田實(shí)現(xiàn)高效，節(jié)能，環(huán)保的帶壓作業(yè)需求而開(kāi)發(fā)的專業(yè)設(shè)備，由于特殊作業(yè)條件及施工空間的需要，構(gòu)成該修井機(jī)支腿總成的一個(gè)重要部件在材料上采用了高強(qiáng)鋼（Q550D）與中碳鋼（45）的組配，因受制于施工條件，零件結(jié)構(gòu)空間設(shè)計(jì)相對(duì)狹小，給產(chǎn)品焊接制造提出了很高要求。

1.產(chǎn)品的工藝加工性分析

1.1.從產(chǎn)品采用材料看，該零件采用了高強(qiáng)鋼（Q550D）與中碳鋼（45）的異種鋼組焊形式，由于異種鋼母材的化學(xué)成分，金相組織，物理性能及力學(xué)性能都有較大的差異，兩者焊接需要選擇合理的焊縫金屬填充熔合，采取一定的特殊工藝措施才能獲得滿意合格的焊接接頭，滿足設(shè)計(jì)需要。考慮異種鋼焊接工藝時(shí)必須根據(jù)特定的條件來(lái)確定焊接方法，焊接材料，工藝參數(shù)以及其它措施。

1.2.從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)角度看，該零件為箱型結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設(shè)計(jì)有多個(gè)加強(qiáng)筋板，焊縫數(shù)量多，相鄰焊縫距離近，坡口角度大，焊接熱量集中，產(chǎn)品極易產(chǎn)生變形；由于受現(xiàn)場(chǎng)施工條件限制，產(chǎn)品內(nèi)部設(shè)計(jì)操作空間位置狹小，不利于有效施焊。在制定整體焊接工藝時(shí)，要兼顧考慮在獲得滿意接頭質(zhì)量的同時(shí)，有效設(shè)計(jì)多個(gè)工藝操作視孔，擴(kuò)大焊接操作空間，同時(shí)采取合理的焊接順序，減小焊接變形，才能達(dá)到最終保證部件整體制造質(zhì)量的目的。

2. Q550D與45焊接工藝制定

2.1. Q550D焊接性分析

參考Q550D的化學(xué)成分，得出此類鋼的碳當(dāng)量Cep>0.45%， 焊接時(shí)有淬硬傾向，焊前應(yīng)適當(dāng)預(yù)熱。為保證受熱均勻，零件裝配、點(diǎn)焊后，應(yīng)用采取整體預(yù)熱的方式，預(yù)熱溫度150-200℃，以防止裂紋的產(chǎn)生，減少應(yīng)力。預(yù)熱后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行焊接，層間溫度控制在150-170℃。焊后為消除焊接內(nèi)應(yīng)力，提高構(gòu)件穩(wěn)定性，應(yīng)進(jìn)行焊后熱處理。

2.2. 45號(hào)鋼焊接性分析

由于45號(hào)鋼含碳量高，焊接易產(chǎn)生裂紋傾向，一般在焊接前應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱處理，在焊接后應(yīng)進(jìn)行消除焊接應(yīng)力的熱處理。

通過(guò)對(duì)兩種材料的焊接性分析，結(jié)合單位現(xiàn)有的幾種焊接方法，選用了幾種焊接材料進(jìn)行多項(xiàng)焊接工藝評(píng)定，確定了兩鋼種以下焊接工藝：

表1 Q550D+45工藝參數(shù)

3.產(chǎn)品整體焊接工藝制定

3.1. 先將部件按要求半整體組對(duì)成框架結(jié)構(gòu)（上方蓋板先不組對(duì)），組對(duì)過(guò)程中將需點(diǎn)固的位置先用氧槍在點(diǎn)焊部位母材周?chē)?00mm范圍內(nèi)預(yù)熱160℃（冬季溫度可適當(dāng)加高，用以補(bǔ)償熱量損失）后點(diǎn)焊，用紅外線測(cè)溫儀隨時(shí)檢測(cè)溫度。

3.2. 在保證異種鋼接頭質(zhì)量的同時(shí)，采取合理的焊接順序，減小焊接變形，從而最終保證部件的整體制造質(zhì)量。

3.2.1.由于部件內(nèi)部1處位置形成整體框架后不易施焊，需在封蓋前用氧槍對(duì)同類位置的1處焊縫母材預(yù)熱160℃后進(jìn)行焊接，焊接完成后封點(diǎn)組對(duì)上蓋板。

圖1 焊接順序圖

3.2.2.將整體點(diǎn)完后的部件送入熱處理爐中整體預(yù)熱160℃+20，出爐后平放置焊接架上，開(kāi)始對(duì)同類位置的2（Q550D+45），3（Q550D+Q550D）焊縫進(jìn)行焊接；兩個(gè)位置的焊縫完成后，將部件90度翻轉(zhuǎn)，對(duì)同類位置焊縫8進(jìn)行焊接，完成后再次90度翻轉(zhuǎn)，對(duì)同類位置4，5焊縫進(jìn)行焊接，整個(gè)焊接過(guò)程采用對(duì)稱交叉焊接，以減小熱量的不均勻分布，對(duì)軸套處（45鋼）焊縫完成后需立刻用石棉布蓋住進(jìn)行保溫緩冷，防止焊接裂紋的產(chǎn)生。

3.2.3.由于完成同類位置2-5焊縫后，部件溫度已降低，需二次進(jìn)爐整體預(yù)熱160℃+20，出爐后快速依次對(duì)同類位置焊縫6，7進(jìn)行焊接，焊接順序采取左右，上下對(duì)稱焊接。

3.2.4.焊后熱處理 為了改善接頭的組織和性能，消除部分焊接殘余應(yīng)力，并促進(jìn)焊縫金屬中的氫逸出，防止焊接裂紋的產(chǎn)生，提高部件穩(wěn)定性，部件焊后需及時(shí)進(jìn)爐進(jìn)行焊后保溫及去應(yīng)力處理。

3.2.5. 對(duì)焊縫進(jìn)行磁粉探傷，合格后轉(zhuǎn)入下道工序。

4.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)制定合理的焊接工藝方案，產(chǎn)品質(zhì)量在加工過(guò)程中得到了保證，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，全面滿足質(zhì)量及生產(chǎn)進(jìn)度要求，為不壓井修井機(jī)整機(jī)質(zhì)量提供了有力保證，為“石油四機(jī)”品牌贏得了很好的市場(chǎng)信譽(yù)度。

參考文獻(xiàn)：

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