一種低合金鋼鑄件穿透性缺陷的返修方法

劉 振，雷永紅

（共享鑄鋼有限公司，寧夏銀川750021）

具有筋板和法蘭結(jié)構(gòu)的鑄件由于筋板與法蘭的接觸部位比較薄弱，澆注完畢后在打箱過程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)貫穿筋板的缺陷，如圖1所示。缺陷會(huì)造成鑄件筋板斷裂，如果處理不好，容易引起鑄件變形，造成返修次數(shù)過多、焊材浪費(fèi)等現(xiàn)象。

圖1 缺陷部位示意圖

此類鑄件缺陷的傳統(tǒng)焊接工藝是將穿透性缺陷全部挖除后再進(jìn)行焊接。實(shí)際生產(chǎn)中，這種缺陷返修方法容易引起鑄件法蘭的變形，而且體積焊接合格率不到60%.同時(shí)，全部挖除缺陷后再進(jìn)行焊接導(dǎo)致工作量增加，浪費(fèi)生產(chǎn)成本和延長(zhǎng)生產(chǎn)周期。本文提出一種低合金鋼鑄件穿透性缺陷的返修方法。

1 返修方法

傳統(tǒng)的返修方法是一次將缺陷全部氣刨干凈，然后再焊接防變形拉筋[1]。這種返修方法由于焊接過程中產(chǎn)生的應(yīng)力較大，很容易引起鑄件法蘭的變形。通過分析傳統(tǒng)返修焊接工藝產(chǎn)生變形的主要原因，確定了比較適合這類缺陷的返修方法：缺陷分兩次進(jìn)行氣刨和焊接，合理的設(shè)計(jì)焊接防變形拉筋，并且及時(shí)采用局部消應(yīng)力設(shè)備進(jìn)行消應(yīng)力。

返修步驟：防變形拉筋位置選擇及焊接，熱處理，澆道、冒口切割；首次氣刨，缺陷氣刨一半，首次缺陷焊接及局部機(jī)械振動(dòng)消應(yīng)力設(shè)備使用，首次焊后熱處理，氣刨剩余一半的缺陷，后續(xù)正常流程焊接。

1）防變形拉筋位置選擇及焊接

拉筋位置的焊接部位是關(guān)系到鑄件是否報(bào)廢的關(guān)鍵因素之一，筋板部位為貫穿性裂紋缺陷，并且一般為多條筋板同時(shí)斷裂，拉筋焊接的合理性對(duì)鑄件是否變形起到關(guān)鍵作用[2]。由于筋板斷裂部位氣刨后存在很大的焊接量，所以拉筋在焊接過程中將承受很大拉力。總結(jié)以往的拉筋焊接方案，最終確定拉筋焊接方案為：拉筋焊接到鑄件中間法蘭背面的筋板部位，然后使用廢棄的鑄件試塊將筋板裂紋部分的兩側(cè)夾住，使裂紋處于拉筋部位的中間，具體焊接位置如圖2所示。

圖2 拉筋焊接位置示意圖

拉筋焊接的注意事項(xiàng)如下：

a）焊接前，將焊接拉筋部位表面的粘砂、氧化皮、鐵銹、油污等全部鏟磨干凈；

b）選用鑄件的同爐廢棄試塊，并將其表面打磨干凈；

c）焊接前，預(yù)熱鑄件缺陷周圍直徑100 mm的范圍，預(yù)熱溫度≥150℃，并加熱持續(xù)到鑄件進(jìn)爐熱處理；

d）焊接電流控制在220 A～240A之間，防止熱輸入過大造成變形；

e）焊縫長(zhǎng)度≥150 mm，焊角高度≥80 mm.

2）熱處理

拉筋焊接完畢后不能進(jìn)行其他工序操作，必須先進(jìn)行熱處理，使鑄件組織按照顧客要求進(jìn)行轉(zhuǎn)變，并且鑄件性能達(dá)到最佳狀態(tài)。熱處理方案按照正常熱處理方法：正火+回火。

3）澆道、冒口切割

熱處理完畢后鑄件組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，晶粒度全部細(xì)化。此時(shí)進(jìn)行氣刨、切割等操作，鑄件不容易出現(xiàn)開裂。

4）首次氣刨

穿透性缺陷部位分兩次氣刨，在首次焊接前先氣刨缺陷的一半，二次焊接前再氣刨缺陷剩余的另一半。其余缺陷按照正常氣刨標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。筋板部位氣刨要求如下：

a）缺陷不能一次刨完，而是氣刨到筋板拐角的拉筋即可，如圖3所示；

圖3 裂紋刨除示意圖

b）氣刨方向?yàn)檠厣掀矫嫱畎暹B接部位，如圖3所示箭頭方向，不能反方向氣刨；

c）氣刨后的缺陷上口寬度與深度比為1.0～1.3，并且氣刨出來的缺陷形狀類似于U型，利于焊接；

d）氣刨后的缺陷表面要求光滑，無夾雜物。

5）首次缺陷焊接及局部機(jī)械振動(dòng)消應(yīng)力設(shè)備使用

缺陷焊接前檢測(cè)是否達(dá)到焊接要求，是否還有夾渣、裂紋、油污、鐵銹等問題[3]。采用天然氣火焰對(duì)缺陷邊緣進(jìn)行預(yù)熱，要求焊接前預(yù)熱溫度≥150℃，焊接部位周圍100 mm范圍內(nèi)需達(dá)到預(yù)熱溫度要求，當(dāng)預(yù)熱溫度過高或過低時(shí)控制火焰溫度。焊接過程實(shí)時(shí)監(jiān)控缺陷部位的預(yù)熱溫度，當(dāng)溫度高于350℃時(shí)停止焊接，待降溫至預(yù)熱溫度要求范圍內(nèi)接著焊接。從開始焊接某缺陷部位到進(jìn)爐首次焊后熱處理的過程中不能斷火并且溫度≥150℃.

焊接工藝參數(shù)要求：采用直徑為φ1.2 mm的焊絲，焊接電流參數(shù)在220 A～275 A，焊接電壓參數(shù)20 V～30 V.缺陷需要分道焊接，以焊道寬度＜50 mm為宜。

焊接過程中使用局部機(jī)械振動(dòng)消應(yīng)力設(shè)備，對(duì)每層焊接部位及其周邊50 mm范圍的區(qū)域進(jìn)行振動(dòng)消應(yīng)力，振動(dòng)時(shí)間控制在60 s～90 s為宜。由于焊接面積較大所以局部振動(dòng)消應(yīng)力設(shè)備的振動(dòng)頭要使用面積較大類型[4]。

6）首次焊后熱處理

首次焊后熱處理主要作用為消除焊接應(yīng)力，改善焊縫組織，預(yù)防焊后裂紋的產(chǎn)生。首次焊后熱處理按照正常方式進(jìn)行。

7）剩余缺陷氣刨

首次焊后熱處理完畢后去除斷裂部位后面的防變形拉筋，并且將剩余筋板部位的裂紋氣刨清除。經(jīng)過NDT檢測(cè)合格后按照正常的焊接工藝將缺陷焊接合格即可[5]。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1）鑄件尺寸測(cè)量

采用三維劃線平臺(tái)對(duì)焊接部位進(jìn)行尺寸測(cè)量，尺寸變化符合標(biāo)準(zhǔn)尺寸公差要求。焊接的防變形拉筋起到了很好的防變形作用。

2）焊接合格率統(tǒng)計(jì)

體積焊接合格率，傳統(tǒng)返修工藝在60%，并且容易變形；新的返修工藝體積焊接合格率在85%，并且焊接后不會(huì)出現(xiàn)裂紋缺陷。

3）焊接周期統(tǒng)計(jì)

傳統(tǒng)返修工藝周期在18天～20天，新的返修工藝周期在12天～14天。

3 結(jié) 論

1）防變形拉筋焊接部位的合理選擇及焊接有效防止了鑄件變形。

2）鑄件穿透性缺陷分成兩步進(jìn)行氣刨和焊接，并且首次焊接過程中使用局部機(jī)械振動(dòng)消應(yīng)力設(shè)備，有效降低了過程中的殘余應(yīng)力，提高了缺陷的焊補(bǔ)合格率，合格率由原來的60%提高到現(xiàn)在85%，大幅縮短了焊接周期，降低了鑄件報(bào)廢風(fēng)險(xiǎn)。

［1］ 張漢謙.鋼熔焊接金屬學(xué)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

［2］ 陳祝年.焊接工程師手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

［3］ 曹梅青，鄒增大.焊接電流對(duì)雙絲間接電弧焊電弧特性的影響［J］.焊接學(xué)報(bào)，2005（12）：12-48.

［4］ 李繼紅，陳陽(yáng)陽(yáng).焊接熱輸入對(duì)ULCB鋼焊接接頭組織性能的影響［J］.熱加工工藝，2015（7）：7-60.

［5］ 李俊儀，孫鳳蓮.拉筋形式對(duì)汽輪機(jī)隔板外環(huán)焊后變形的影響［J］.哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2015（3）：12-40.