INCOLOY800HT材質(zhì)管道的焊接及熱處理

1 缺陷部位和種類
    端蓋鑄造毛胚加工時發(fā)現(xiàn)在加工面上有不同程度的缺陷，缺陷部位主要集中在軸頸部位，見圖1球磨機端蓋示意圖。
    經(jīng)過專職檢驗員檢查并進行認真的統(tǒng)計，將缺陷情況列入表1。

缺陷名稱缺陷部位修復措施數(shù)量
裂紋軸頸處清理裂紋補焊5件
氣孔、砂眼軸頸處清理缺陷補焊10件
尺寸超差軸頸開擋尺寸超差將下止口車完后重焊一個環(huán)帶1件
氣孔、砂眼小口內(nèi)則車掉缺陷重焊一個鑄件加強圈1件
表1 零件缺陷表
    對于在軸頸處發(fā)現(xiàn)的裂紋、氣孔、砂眼，由于其數(shù)量多且修復后的熔整金屬要達到與母材同樣的性能。因此，要必須確定合理的修復方案。
2 討論分析
    由于端蓋的軸頸部位產(chǎn)生的鑄造缺陷，給產(chǎn)品的安裝和使用帶來了嚴重的問題。前幾年由于工藝技術、設備等各種原因被判定為不合格品而無法修復。本論文針對端蓋的缺陷情況，采取相應的措施，編制合理的修復工藝方案。
2.1可焊性分析
    根據(jù)端蓋的材質(zhì)ZG270—500，其化學成分和機械性能見表2。從其焊接性可知，焊接性能良好。只是由于端蓋體積大，軸頸上缺陷較多，補焊后其熔敷金屬應與母材應具有同等性能。因此，端蓋在補焊過程中必須采取焊前預熱，焊后消除焊接殘余應力等方面的措施。
表2端蓋化學成分和機械性能
C Mn Si S P sb ss
<0.4 <0.9 <0.5 <0.04 <0.04 >500 >270
2.2 t8/5和預熱溫度的確定
   據(jù)有關文獻資料介紹，對于鑄鋼ZG270-500不產(chǎn)生冷裂紋的冷卻時間t8/5下限時間為10s�？紤]到實際預熱溫度的偏差、焊件厚度、導熱能力、拘束度以及在焊接過程中防止出現(xiàn)裂紋等因素，應將t8/5提高到21s。
    由于端蓋的體積大，壁厚達到100mm，焊接時的剛性大，焊接過程中會產(chǎn)生很大的焊接應力，因而焊接前預熱縮小溫差以減少焊接應力是很必要的。根據(jù)預熱溫度經(jīng)驗計算公式T0=(C-0.12)+0.4d (1)
式中T0——預熱溫度，°C
C——材料中的碳含量，%
d——端蓋軸徑部位的壁厚，mm
端蓋化學成分中C=0.4%，壁厚d=100mm，代入公式(1)中計算得T0=194°C�？紤]到端蓋采用局部預熱，因此取T0=250°C
2.3焊接材料的選擇
    鑄鋼件補焊區(qū)及熱影響區(qū)的組織及性能在很大程度上取決于焊接材料。為了保證焊縫的力學性能與母材的性能相匹配，焊縫熔敷金屬的強度求與母材的強度基本上等強，但為了防止焊縫有較大的熱裂傾向，焊縫含碳量應比母材稍低一些。因此采用手工電弧焊工藝方法，焊接材料選用φ4mm，E5015的堿性焊條。
2.4焊接工藝參數(shù)的確定：
   對于手工電弧焊來說，焊接工藝參數(shù)主要為焊接電流、焊接電壓、焊接速度的確定。
    根據(jù)前西德鋼鐵學會1979年公布有鋼鐵材料技術指導文件進行計算，假設埋弧焊執(zhí)效率η=1，則在三維傳導條件下有
(2)式中： —800~500ºC的冷卻時間(s)；
η——焊接方法中相對于埋弧焊的相對熱效率。
E——線能量(J/cm)，T0——施焊時的預熱溫度ºC，
F3——焊縫形狀系數(shù)。
相對熱效率為：埋弧焊η=1， 堿性焊條手工焊η=0.8
鈦型焊條手工焊η=0.9， CO2氣體保護焊η=0.85
焊縫形狀系數(shù)F3 的取值見表3
表3焊縫形狀系數(shù)F3
堆焊 1.0 U形及X形坡口蓋面焊縫0.9~1
U形及X形坡口處的中間焊道0.8~1. 角焊縫的貼角焊縫 0.67
本次端蓋焊接修復過程中，取η=0.8，F(xiàn)3=0.9，T0=250ºC， =21s
代入上述公式(2)后求得E=24538 J/cm，眾所周知：
(3)對于Φ4焊條U=28~32v，取U=28v；I=140~170A，取I=150A，代入公式(3)，則焊接速度v=14.1 cm/min
所以，本次球磨機筒體端蓋(ZG270—500)的手工焊接工藝參數(shù)為：
U=28~32v，I=140~170A，v=14.1 cm/min
3 補焊工藝方案
3.1焊前準備
3.1.1焊前用角向磨光機將所有缺陷清除，補焊區(qū)應修磨平整，并徹底清除坡口及其周圍20～50㎜以內(nèi)的油水，銹等雜質(zhì)。應露出金屬光澤。3.1.2對于裂紋類缺陷，為防止理裂擴展，可在裂紋兩端鉆直徑為Φ6mm～Φ8mm的止裂孔后再開坡口，坡口形式為U形。
3.1.3補焊區(qū)進行局部預熱，預熱溫度為250℃，預熱范圍為補焊區(qū)300㎜左右。
3.1.4禁止在空氣對流的場所進行補焊。
3.1.5焊條為Φ4mm，E5015，使用用前經(jīng)350℃´1h烘焙，或按焊接條說明書烘焙，焊條烘焙后放在保溫筒中，隨用隨取。
4 補焊
4.1補焊應由有經(jīng)驗的持證焊工進行操作。盡可能在水平位置施焊。為了防止未焊透及弧坑裂紋產(chǎn)生，補焊應連續(xù)進行，不得不中斷時，應采取保溫措施。
4.2焊接電流平焊時140～170A，立焊及仰焊時130～160A；
4.3焊接電源為直流電焊機，極性為反接；

　　4.4補焊時，焊條不應擺動過大，缺陷較大時應分段、交錯焊接，采用短弧、窄焊道多層焊。焊接時各層的每道焊縫后應用小手錘或風鏟進行錘擊以減少焊接應力；
4.5補焊過程中若發(fā)現(xiàn)裂紋及缺陷，應徹底清除后方可繼續(xù)補焊；
4.6同一部位的補焊次數(shù)不得多于三次，超過上述規(guī)定，須經(jīng)有關部門認可進行補焊。
4.7焊后將焊縫打磨平整
5 焊后熱處理及檢驗
    由于端蓋體積大，用整體熱處理進行清除應力，難度非常大，因此將補焊區(qū)加熱至500～550℃左右，用石棉布將整個補焊區(qū)包住，緩慢冷卻到室溫。
    焊后對焊縫進行宏觀檢查，不得有裂紋、未焊透、未熔合等焊接缺陷，否則應返修，直至合格。返修的次數(shù)應符合上述規(guī)定。