UNS NO6625鎳-鉻-鉬-鈮合金環(huán)鏈焊接成型技術(shù)研究*

胡戰(zhàn)明 李澤峰 李學(xué)強(qiáng)

(內(nèi)蒙古第一機(jī)械集團(tuán)股份有限公司，內(nèi)蒙古 包頭 014030)

1 環(huán)鏈成型工藝技術(shù)方案

1.1 環(huán)鏈工藝結(jié)構(gòu)分析

環(huán)鏈采用原材料為耐熱耐蝕鎳-鉻-鉬-鈮合金鋼棒料成形，牌號(hào)為ASME-SB446-2級(jí)，代號(hào)為UNS NO6625。環(huán)鏈節(jié)距30 mm，內(nèi)輪廓10 mm×30mm，在鏈條兩端各連接1個(gè)規(guī)格為10×40mm的環(huán)鏈，環(huán)鏈彎曲成型工序效果圖如圖1所示。

圖1 環(huán)鏈彎曲成型工序效果圖

1.2 環(huán)鏈制作工藝分析

SB-446高鎳合金棒材硬度高、沖壓彎曲成形工藝性差，若采用普遍生產(chǎn)環(huán)鏈制造工藝的“流水線編鏈-焊接”(行業(yè)里普遍采用的環(huán)鏈制造工藝)對(duì)本材質(zhì)的環(huán)鏈不適用。環(huán)鏈采用SB-446高鎳合金，屬于非鐵磁性材料，無法通過高頻感應(yīng)加熱方法加熱。另外，鏈條傳遞精度不能滿足要求，環(huán)鏈節(jié)距偏差較大，調(diào)試過程中易出現(xiàn)卡鏈、跳鏈等諸多問題。采取優(yōu)化后的“棒材加工-壓形-校型-穿鏈-校正-焊接-熱處理-校節(jié)距”冷加工工藝方法，不僅提高了單個(gè)鏈環(huán)的節(jié)距精度，而且通過對(duì)裝配組焊后鏈條節(jié)距的精準(zhǔn)校正，提高了鏈條整體的精度。

1.3 環(huán)鏈工藝方案

下料-鏈環(huán)沖壓成形-氬弧焊接-焊縫打磨-熱處理(固溶)-校節(jié)距-拋光-探傷-試驗(yàn)-交庫。

1.4 環(huán)鏈成形模具方案設(shè)計(jì)與改進(jìn)

按常規(guī)彎曲工藝設(shè)計(jì)，分兩道工序折彎，其彎曲工序示意圖如圖2所示。此種工藝易出現(xiàn)環(huán)鏈表面壓痕、劃傷嚴(yán)重；環(huán)鏈內(nèi)徑尺寸不穩(wěn)定，尺寸29+0.5無法保證，影響整條環(huán)鏈的尺寸精度。

圖2 彎曲工序示意圖

分析其原因?yàn)榄h(huán)鏈材料較硬，彎曲半徑較小，且每一個(gè)工序需要一次彎曲180°，材料彎曲變形程度大，相應(yīng)的彎曲力也大，模具對(duì)材料較大的擠壓力造成了表面受損。其次，環(huán)鏈內(nèi)徑尺寸29+0.5是經(jīng)過2次彎曲保證的，由于定位誤差和彎曲過程中材料流動(dòng)不均勻，因此造成尺寸29+0.5不穩(wěn)定，甚至超過許用誤差。依據(jù)上述分析結(jié)果重新制定方案，設(shè)計(jì)新模具如圖3、4所示。

1.5 環(huán)鏈成型過程

棒料通過圖3模具成型后，形成環(huán)鏈在通過圖4模具將兩個(gè)環(huán)鏈壓裝在一起，通過模具整合壓緊，環(huán)鏈實(shí)現(xiàn)形狀統(tǒng)一、焊口均勻，環(huán)鏈編制成型壓裝效率大大提高。

圖3 環(huán)鏈成型模

圖4 環(huán)鏈壓裝模

2 編制環(huán)鏈焊接工藝

2.1 鎳-鉻-鉬-鈮合金UNS NO6625焊接性分析

從表1可以看出UNS NO6625鎳-鉻-鉬-鈮合金具有單向奧氏體組織，焊接會(huì)產(chǎn)生熱裂紋。這是由于焊接熱輸入大，焊接接頭易過熱而產(chǎn)生粗大柱狀組織，而硫、鉛、磷易形成低熔點(diǎn)共晶物，被排擠在柱狀晶體交遇的中心部位，形成所謂“液態(tài)薄膜”，在拉應(yīng)力的作用下，這些部位就容易形成熱裂紋。

表1 UNS NO6625化學(xué)成分表

UNS NO6625鎳-鉻-鉬-鈮合金焊接時(shí)易產(chǎn)生氣孔。該種合金焊接熔池金屬流動(dòng)性差，在熔池快速冷卻時(shí)，鎳基合金從高溫冷卻速度快，氣體在熔敷金屬中的溶解度也隨溫度下降而下降，游離出來的氣體在流動(dòng)性差的液態(tài)金屬中不能在焊接凝固前完全溢出而形成氣孔，且氣孔的部位往往出現(xiàn)在熔合線附近。

綜上分析，UNS NO6625鎳-鉻-鉬-鈮合金的焊接性較差，焊接時(shí)需采取合理的焊接工藝和相應(yīng)的工藝措施避免出現(xiàn)熱裂紋、氣孔等缺陷。

2.2 焊接方法的選用

根據(jù)該種材料的焊接性和環(huán)鏈的裝配結(jié)構(gòu)及焊后的表面要求，焊接方法最好采用保護(hù)效果好的惰性氣體，焊接熱輸入小的鎢極氬弧焊。

2.3 焊接材料的選用

根據(jù)環(huán)鏈的化學(xué)成分、力學(xué)性能、使用條件和施焊條件進(jìn)行綜合考慮，宜選用和母材合金系統(tǒng)相同或相近的焊接材料。按照環(huán)鏈焊接工藝規(guī)范，選用SFA-5.11(ENiCrMo-3)規(guī)格為φ2mm的焊絲?？紤]焊材質(zhì)量的穩(wěn)定性，選用美國進(jìn)口焊材。

2.4 焊接工藝參數(shù)

環(huán)鏈焊接工藝參數(shù)如表2所示。

表2 環(huán)鏈焊接參數(shù)表

2.5 焊接工藝要點(diǎn)

針對(duì)焊接時(shí)易出現(xiàn)的熱裂紋、氣孔等缺陷，需采取以下工藝措施：焊前清理干凈環(huán)鏈和焊絲表面的油污和雜物，最好采用機(jī)械清理或化學(xué)清理方法；采取較小的熱輸入規(guī)范，如選用較小的焊接電流，一般80～120A，焊接過程中焊槍不做橫向擺動(dòng)，焊槍傾角保持15°～30°之間，最好采用脈沖氬弧焊焊接，層間溫度不超過150℃，且單層焊縫厚度盡可能控制到3mm以內(nèi)，焊縫過厚不利于氣孔溢出；選用含鋁、鈦、鈮、錳等合金元素的ENiCrMo-3焊絲，有效降低焊縫金屬中氧的含量；焊接時(shí)盡量縮短電弧長度，控制在1～1.5mm之間。

2.6 焊后檢測

焊后通過滲透探傷PT檢測，焊縫表面沒有氣孔和裂紋等缺陷，檢驗(yàn)報(bào)告如表3所示。

表3 焊接檢驗(yàn)報(bào)告

3 焊后熱處理方案及試驗(yàn)結(jié)果

按照技術(shù)要求，環(huán)鏈焊接后應(yīng)進(jìn)行分級(jí)加熱保溫，其固溶處理工藝曲線如圖5所示。為保證環(huán)鏈表面質(zhì)量和性能均一性，選擇真空爐進(jìn)行熱處理，冷卻方式采取封閉水冷。

圖5 固溶處理工藝曲線圖

3.1 硬度檢驗(yàn)

熱處理后，檢測硬度為HB229，均滿足使用要求。

3.2 質(zhì)量檢驗(yàn)

經(jīng)沖壓控制、焊接、打磨焊縫、拋光等工序后，焊接區(qū)域無夾雜、焊瘤、毛刺，環(huán)鏈表面圓弧過渡部位無明顯擠壓凹痕。焊縫無氣孔、夾雜，滲透PT檢測合格，焊縫高出母體部分高度小于0.8mm，達(dá)到了設(shè)定技術(shù)指標(biāo)。單環(huán)節(jié)距、鏈寬精度分別為30±0.3mm、34±0.5mm，測量11節(jié)環(huán)鏈節(jié)距精度在330±1.8mm范圍內(nèi)(樣機(jī)實(shí)測值328.5～331.8mm)，符合圖紙要求。鏈條通過動(dòng)態(tài)嚙合試驗(yàn)，燃料棒提取速度設(shè)定在4.2m/min，出鏈、收鏈順暢，無卡滯現(xiàn)象，滿足技術(shù)條件要求，合格的環(huán)鏈如圖6所示。

4 調(diào)整較鏈精整

通過計(jì)算環(huán)鏈精整型尺寸，控制校核尺寸為90±1.0mm。但在實(shí)際校鏈后，發(fā)現(xiàn)環(huán)鏈節(jié)距存在0.2～0.4mm回彈，不能完全保證節(jié)距精度，需增加精整環(huán)節(jié)。依據(jù)拉校狀態(tài)，調(diào)整后更精確地控制鏈環(huán)節(jié)距，校鏈精整設(shè)備如圖7。將節(jié)距校準(zhǔn)工藝從傳統(tǒng)的11節(jié)改為3節(jié)環(huán)鏈矯正，避免出現(xiàn)高強(qiáng)度材料環(huán)鏈節(jié)距校準(zhǔn)后變形量不一致，提高了同時(shí)嚙合環(huán)鏈組的嚙合精度，校準(zhǔn)后環(huán)鏈節(jié)距和能夠控制在90±0.5mm范圍內(nèi)。

圖7 環(huán)鏈外形精整設(shè)備

從表4可以看出校鏈節(jié)距檢測結(jié)果：單環(huán)節(jié)距為29.8～30.25mm，11節(jié)環(huán)鏈節(jié)距和為328.5～331.8mm，精度均符合圖紙要求；3節(jié)鏈節(jié)距和控制在90±0.5mm范圍內(nèi)，11節(jié)環(huán)鏈節(jié)距和在330±2mm范圍，亦能滿足圖紙要求。

表4 環(huán)鏈節(jié)距檢測結(jié)果

5 結(jié)論

取優(yōu)化后的“棒料的下料-成型-編鏈-壓裝-焊接-焊后熱處理-環(huán)鏈節(jié)距矯正-檢測”等工序運(yùn)行，環(huán)鏈處焊縫無缺陷，焊縫高出母體高度均小于0.5mm，473只環(huán)鏈焊縫通過射線探傷檢驗(yàn)、滲透檢驗(yàn)，合格率為100%。調(diào)整鏈條節(jié)距矯正設(shè)備，提高較鏈精度，為同類材質(zhì)的焊接和零件加工提供借鑒。