45號(hào)調(diào)質(zhì)大齒輪的焊接

宋娜

(大連華銳重工集團(tuán)股份有限公司裝卸制造事業(yè)部,遼寧大連 116031)

45號(hào)調(diào)質(zhì)大齒輪的焊接

宋娜

(大連華銳重工集團(tuán)股份有限公司裝卸制造事業(yè)部,遼寧大連 116031)

針對(duì)45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)齒輪焊接時(shí)存在焊接裂紋的問題,制定有效合理的焊接工藝,成功地解決了45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)齒輪焊接性差的難題,為類似的中碳調(diào)質(zhì)鋼焊接提供了參考依據(jù)。

45號(hào)鋼 調(diào)質(zhì)齒輪 可焊性 焊接工藝

1 前言

我公司為寶鋼設(shè)計(jì)和制造的混勻堆料機(jī)卷揚(yáng)大齒輪,材質(zhì)為45號(hào)中碳調(diào)質(zhì)鋼,調(diào)質(zhì)硬度HB179～217,齒面表面硬度HRC49～56,大齒輪是堆料機(jī)的承載受力重要結(jié)構(gòu),它的制造質(zhì)量直接影響堆料機(jī)的使用壽命。本文針對(duì)45號(hào)調(diào)質(zhì)鋼可焊性差,結(jié)構(gòu)剛性差的特點(diǎn),提出了相應(yīng)的解決焊接裂紋方案。

2 45號(hào)調(diào)質(zhì)大齒輪工藝性分析

2.1 大齒輪的結(jié)構(gòu)形式分析

大齒輪的結(jié)構(gòu)形式見圖1,它是由齒圈、輪幅及輪轂組成的焊接件。

2.2 45號(hào)調(diào)質(zhì)齒輪可焊性分析

45號(hào)大齒輪其化學(xué)成分與力學(xué)性能見表1,供焊狀態(tài)為調(diào)質(zhì)。

根據(jù)國際焊接學(xué)會(huì)IIW碳當(dāng)量公式計(jì)算碳當(dāng)量CE

CE—國際焊接協(xié)學(xué)會(huì)推薦的碳當(dāng)量(%),45號(hào)鋼齒輪的碳當(dāng)量為0.5683(%),45號(hào)鋼可焊性較差,在焊接時(shí)容易產(chǎn)生脆硬的高碳馬氏體組織,增大了焊接接頭的冷裂傾向。尤其45號(hào)齒輪是在調(diào)質(zhì)后焊接,環(huán)形焊縫,剛性大,故防止焊接冷裂紋是大齒輪焊接的主要關(guān)鍵。

3 45號(hào)調(diào)質(zhì)齒輪焊接重要參數(shù)選擇

3.1 焊接材料的選用

45號(hào)鋼與Q235-B焊接,采用低匹配或等強(qiáng)和低氫的原則,采用焊絲牌號(hào)為ER50-6,焊絲直徑為Φ1.2,CO2氣體保護(hù)焊。

3.2 預(yù)熱溫度的選擇

為防止45號(hào)調(diào)質(zhì)鋼產(chǎn)生焊接裂紋,必須焊前預(yù)熱,預(yù)熱溫度的確定是通過下列各式經(jīng)驗(yàn)公式估算預(yù)熱溫度

Cp=0.005S Cx=0.005×80×0.5683=0.22732S為工件厚度,S=80mm(含8mm加工量)

按(1)式C=Cx+Cp=0.589+0.22732=0.8162;預(yù)熱溫度T0=263.4℃

根據(jù)齒輪圓形結(jié)構(gòu),剛性較大的特點(diǎn),故預(yù)熱溫度選擇265℃～280℃。

圖1

3.3 層間溫度的確定

大齒輪結(jié)構(gòu)為圓形焊接結(jié)構(gòu),拘束度大,因此控制層間溫度不低于265℃。

3.4 焊接線能量和焊接規(guī)范控制

45號(hào)調(diào)質(zhì)鋼不易采用大線能量焊接,避免熱影響區(qū)加熱或超過調(diào)質(zhì)的回火溫度的區(qū)域;若加大線能量在淬火區(qū)形成粗大的馬氏體,增大脆化傾向,故應(yīng)采用小的線能量焊接;焊接選擇為平焊焊接,電流220～260A,電壓24-28V。

4 防止冷裂紋措施

(1)將焊道兩側(cè)20mm范圍的油污清除干凈,露出金屬光澤,避免氫逸入焊縫。(2)先將輪幅與法蘭組焊一體,然后將輪轂與輪幅等各件組焊一體。以降低焊接應(yīng)力,并避免強(qiáng)行組裝,減少焊后的殘余應(yīng)力。采用合理的焊接順序,多層多道焊接即齒圈和輪幅的環(huán)縫焊接其一面厚度的2/3時(shí)需翻轉(zhuǎn),背面要?dú)馀偾甯⒋蚰ヂ冻鼋饘俟鉂?并做MT檢測(cè),再焊接另一面,最后將另一面1/3焊完。(3)調(diào)質(zhì)鋼齒輪與Q235B輪幅焊接,預(yù)熱溫度應(yīng)以45號(hào)(碳當(dāng)量較高的母材)選取;將工件放入加熱爐中均勻預(yù)熱,預(yù)熱溫度按265℃～280℃。(4)齒輪焊縫焊接后,立即進(jìn)行后熱,溫度300℃±10℃,保溫2小時(shí),以減少焊接接頭的擴(kuò)散氫含量,提高焊縫接頭的綜合性能。然后用硅酸鋁石棉氈保溫。(5)齒輪焊前為調(diào)質(zhì)狀態(tài),為避免降低接頭強(qiáng)度的薄弱區(qū),故齒輪采用低溫退火,低溫溫度控制在560℃～580℃。(6)45號(hào)齒輪退火前、后均進(jìn)行100%UT和100%MT探傷檢驗(yàn),焊縫質(zhì)量均達(dá)到GB11345-89BⅠ級(jí)超聲波標(biāo)準(zhǔn)和JB/T4730.4-2005Ⅱ級(jí)磁粉探傷標(biāo)準(zhǔn)。

表1 45號(hào)鋼化學(xué)成分及力學(xué)性能

5 結(jié)論

(1)45號(hào)調(diào)質(zhì)鋼齒輪焊接對(duì)其焊縫進(jìn)行UT、MT無損探傷,各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到無損檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求,證明本技術(shù)可行,具備在動(dòng)載工作條件下的可靠性。(2)45號(hào)中碳調(diào)質(zhì)鋼與材質(zhì)Q235-B低碳鋼焊接,焊接工藝必須按可焊性差的45號(hào)調(diào)質(zhì)鋼制定工藝參數(shù),應(yīng)嚴(yán)格控制預(yù)熱和焊接層間溫度。焊前齒輪的預(yù)熱溫度必須均勻的;這是防止齒輪焊接裂紋的重要措施之一;齒輪焊后后熱且低溫退火,是防止45號(hào)調(diào)質(zhì)鋼冷裂紋另一關(guān)鍵措施。(3)通過調(diào)整焊接線能量和退火溫度,可解決45號(hào)調(diào)質(zhì)鋼齒輪熱影響區(qū)高溫回火軟化而引起強(qiáng)度下降的問題。

[1]中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì)編,焊接手冊(cè),(第2卷)材料的焊接[M].機(jī)械工業(yè)出版社.

[2]上海市機(jī)械工業(yè)工藝管理協(xié)會(huì),現(xiàn)代焊接技術(shù)手冊(cè).上?？茖W(xué)技術(shù)出版社.