大型鑄鋼件材質(zhì)疏松類缺欠焊補工藝研究

陳得潤，李陽(共享鑄鋼有限公司，寧夏銀川 750021）

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大型鑄鋼件材質(zhì)疏松類缺欠焊補工藝研究

陳得潤，李陽
(共享鑄鋼有限公司，寧夏銀川 750021）

摘要：根據(jù)鑄鋼件材質(zhì)疏松類缺欠的特點，分析焊接返修過程中產(chǎn)生的難點，針對性提出材質(zhì)疏松類缺欠的焊接修補工藝，通過制定合理的焊接返修方案，并嚴格按照焊接工藝要求進行操作，及時合理進行焊后熱處理，經(jīng)驗證結(jié)果表明，該鑄件的焊接修補工藝達到技術(shù)要求，較同類鑄件相比平均焊接次數(shù)降低30%，合格率提升約50%。

關(guān)鍵詞：鑄鋼件；材質(zhì)疏松；缺欠；焊接

稿件編號:1512-1147

0 前言

近些年來，隨著國家工業(yè)迅猛發(fā)展，生產(chǎn)規(guī)模的日益擴大，國家重點行業(yè)中對大型鑄鋼件的需求越來越大，單個部件質(zhì)量越來越大，對產(chǎn)品的鑄件質(zhì)量要求也越來越高。然而大型鑄件的質(zhì)量在很大程度上取決于液態(tài)金屬的質(zhì)量和鑄造工藝方案的制定、貫徹和執(zhí)行。

在《我國鑄造產(chǎn)品存在三大問題》一文中提到：“大型鑄件偏析和夾雜物缺陷嚴重。大型鑄鋼件和大型鋼錠在凝固結(jié)束后,在冒口根部、鑄件的厚大斷面存在宏觀偏析、晶粒粗大問題”（備注：本文將宏觀偏析、晶粒粗大周邊部分統(tǒng)稱為“材質(zhì)疏松”類缺欠）。這類問題在鑄件的厚大斷面處尤為嚴重，通過制定合理的焊補措施使之修復(fù)，達到使用性能，是很有意義的。

1 材質(zhì)疏松的特點

材質(zhì)疏松是鑄件凝固緩慢的區(qū)域因微觀補縮通道堵塞而在枝晶間及枝晶的晶界間形成的細小空洞，其產(chǎn)生于鑄造凝固過程中，是在鑄件內(nèi)部形成的一條晶粒較為粗大、并伴隨非金屬夾雜物的缺欠帶（材質(zhì)疏松類缺欠詳見圖1、圖2），常伴隨縮松、條狀缺陷等形式被檢測出來，由于這種缺欠屬于微觀組織差異，通常采用外觀檢查（VT）、磁粉檢測(MT)等方法都無法檢測出來。

該類缺欠是在缺陷處理時未能完全被去除的部分，其產(chǎn)生的部位一般位于縮松缺陷、條狀缺陷根部或其兩側(cè)。

2 技術(shù)難點分析

圖1 材質(zhì)疏松類缺欠放大圖

圖2 材質(zhì)疏松類缺欠放大圖

由于材質(zhì)疏松類缺欠屬于微觀組織差異引起的，不屬于通常意義上的缺陷，因此通過挖缺方法無法確保這些缺欠能被完全挖除干凈。由于材質(zhì)疏松，即材質(zhì)密度比較差，如果焊接順序不正確、工藝不合理或工藝執(zhí)行不到位，將導(dǎo)致焊接內(nèi)應(yīng)力增加，會對材質(zhì)疏松部位產(chǎn)生破壞，當(dāng)達到材質(zhì)疏松部位所能承受的極限強度后就會在該疏松部位產(chǎn)生局部開裂現(xiàn)象，進而產(chǎn)生裂紋缺陷，影響焊接返修質(zhì)量。

3 焊接修補工藝

對于此類缺陷，焊接最大的難點在于如何防止產(chǎn)生足夠的拉應(yīng)力導(dǎo)致層狀撕裂情況的產(chǎn)生。對此，采用如下修補方案：

3.1 焊接坡口形式

為減少材質(zhì)疏松部位應(yīng)力集中，缺陷挖除時應(yīng)將鑄件缺陷內(nèi)表面處理成圓滑的U型坡口，當(dāng)出現(xiàn)尖棱尖角時應(yīng)修磨棱角。同時在保證順利運條及確保熔渣上浮的前提下，控制坡口寬深比，目的在于減少母材金屬熔入到焊縫金屬的比例，降低焊縫中的含碳量，以減少熔合比。

3.2 焊前準備

一般情況下，材質(zhì)疏松部位存在大量低熔點相的雜質(zhì)合金元素，該部位淬硬及焊接裂紋敏感傾向都很大，在焊補前經(jīng)數(shù)次碳弧氣刨，內(nèi)部殘留應(yīng)力較大，為降低焊接前焊接區(qū)應(yīng)力，應(yīng)在缺陷焊接前對鑄件進行一次回火處理或通過提高預(yù)熱溫度、延長持續(xù)保溫時間的方法釋放應(yīng)力，然后再對缺陷表面及缺陷周邊的油污、鐵銹及其它雜質(zhì)進行清理。

3.3 焊材使用前烘干

選用低氫性焊接材料，并在施焊前焊材要求在300～350 ℃度的條件下烘干2 h，按量領(lǐng)用，在使用過程中必須用密封保溫的保溫桶進行保溫，防止焊條再次受潮，以盡量減少焊材中的氫含量。

3.4 焊接操作要求

3.4.1 提高預(yù)熱溫度

采用天然氣對缺陷邊緣進行預(yù)熱，要求預(yù)熱溫度高于焊接工藝溫度的30~50 ℃。達到預(yù)熱溫度后預(yù)熱保持2 h以上，確保焊接區(qū)域與周邊區(qū)域溫度均勻。保證焊接過程中缺陷周邊200 mm范圍內(nèi)達到預(yù)熱要求，并盡可能一次性焊接完，減少中間停滯以保持最低預(yù)熱溫度。

3.4.2 選用合適的焊接順序及工藝參數(shù)

將缺陷置于水平位置或爬坡位置焊接，采用直徑為φ3.2 mm或φ4.0 mm的小規(guī)格焊條[1]，手工焊單道不擺動,采用連弧焊打底，并保證一道焊縫焊接不間斷，盡可能的一次完成。

缺陷焊接時先將缺陷最底層焊平，然后采用手工電弧焊至少打底三層，每層焊接完成后及時清渣，并對焊接過程中產(chǎn)生的大顆粒飛濺物、凹凸焊接部位、死角及坡口兩側(cè)進行打磨[2]。打底焊接時在確保良好融合性的情況下采用較小焊接電流，焊接電流參數(shù)對照表1。

連弧焊打底三層后采用多層多道焊，可使用氣體保護焊等其他焊接方法進行分道焊接，焊接擺動寬度≤30 mm，且焊接過程始終確保圓滑過渡，避免應(yīng)力集中導(dǎo)致開裂。

采用風(fēng)鏟錘擊方式消除焊接應(yīng)力，要求除第一層和最后一層外其余每層焊接完成后及時錘擊。

表1 焊接電流參數(shù)對照表

3.4.3 增加過程消應(yīng)力熱處理次數(shù)

缺陷深度較大時分多次焊接完成，且每次焊接深度不超過50 mm，并在焊接完成后要求及時進爐進行焊后熱處理，出爐冷卻后對缺陷進行修磨檢測，以保證各階段及時消除焊接應(yīng)力的同時焊接部分滿足無損檢測要求。

3.5 焊后熱處理要求

每次焊接完成后8 h內(nèi)必須進爐進行焊后消應(yīng)力，進爐前要求爐溫不得低于200 ℃，并將冷卻速度控制在每小時降低110 ℃以內(nèi)。

4 結(jié)論

通過實際驗證上述焊接工藝執(zhí)行情況后，較同類鑄件相比平均焊接次數(shù)降低30%，合格率提升約50%，缺陷一次焊補合格率達到95%以上，證實了該工藝控制裂紋產(chǎn)生的措施是有效的，工藝具有較好的可行性，這為今后類似縮松缺陷鑄件的材質(zhì)疏松類缺欠的焊補提供了很好的借鑒。

參考文獻

[1] 張文鉞.焊接物理冶金[M].天津:天津大學(xué)出版社,1991.

[2] 徐云祥,馬進.提高ZG15Cr2Mo1鑄鋼件大缺陷焊補合格率的方法探討[J].中國鑄造裝備與技術(shù), 2013(3):4-7.

Research on repair process of loose material type welding defect of large steel casting

CHENG DeRun，Li Yang
(Kocel Steel Foundry Co.,Ltd., Yinchuan 750021, Ningxia,China)

Abstract：This paper according to the characteristics of steel castings of loose material defect and analysis welding rework process diffi culty, puts forward the loose material defect in the welding repair technology, through the development of reasonable welding repair project, and strictly according to welding procedure requirements for operation, timely and reasonable welding post heat treatment, the results show that：the casting welding repair process to meet the technical requirements of, compared with the same kind of casting compared to the average number of welds is reduced by 30%, qualifi ed rate increased about 50%。

Keywords：steel casting；loose material；defect；weld

中圖分類號：TG260；

文獻標識碼：A；

文章編號:1006-9658（2016）03-0043-02

DOI：10.3969/j.issn.1006-9658.2016.03.013

收稿日期:2015-12-03

作者簡介：陳得潤（1979—），男，工程師,從事鑄造工藝的研究與開發(fā).