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铸钢件焊接(补焊)存在的主要问题及优化方案

时间:2023-07-02 理论教育 版权反馈
【摘要】:虽然在铸钢件焊接或缺欠补焊修复的应用方面取得了很大发展,并积累了丰富的实践经验,但也还存在一些疑难问题或操作过程中经常遇到一些困难。

铸钢件焊接(补焊)存在的主要问题及优化方案

虽然在铸钢件焊接或缺欠补焊修复的应用方面取得了很大发展,并积累了丰富的实践经验,但也还存在一些疑难问题或操作过程中经常遇到一些困难。例如,有些铸造缺欠难以清除干净,铸钢件焊后变形,补焊区硬度过高或偏低,熔敷金属与母材不易熔合,缺欠补焊一次合格率不高,焊渣不容易清除,补焊区硬度和颜色与母材本体有差别等。为解决这些疑难问题,必须对问题进行深入认真的分析,并提出解决对策,而且应做好补焊前的准备工作,并对缺欠现状进行详细分析,同时要掌握正确的焊接或补焊操作要点。

1.铸造缺欠难以清除干净或无法清除

(1)缺欠现状 铸钢件上有时存在一些难以清除干净或无法清除的铸造缺欠,这些缺欠主要有裂纹、疏松、缩孔、显微疏松、点状夹渣、网状裂纹等。

(2)原因分析 在铸钢件生产中,由于铸造工艺过程的复杂性和铸钢件结构的特性,不可避免地存在各种缺欠,特别是铸钢件的冒口下或增肉区域,厚大截面或热节部位的疏松、缩孔、显微疏松、点状夹渣、网状裂纹等缺欠。由于这些缺欠在很多情况下在结构的断面上是分散或分层密集存在的,特别是铸钢件的冒口下如果存在疏松、缩孔、显微疏松、点状夹渣、网状裂纹等缺欠,必须在一定的深度范围才能将其清除干净。有些铸钢件,正是由于缺欠的深度太深,甚至穿透,加上铸钢件结构的影响,使缺欠难以清除,不得不报废。

(3)解决措施 这些缺欠采用打磨方法不仅费时费力,还很难清除干净,如果采用碳弧气刨清除,有可能在局部应力的作用下使密集的点状缺欠或疏松性缺欠形成网状裂纹。因此,最好采取机械加工的方法去除缺欠。

2.预热温度对焊接质量的影响

目前,铸钢件的焊接或补焊几乎全部需要在预热条件下进行,而且要求有较高的预热温度,通常要求在150~250℃范围内,而且多需要整体预热,这直接造成了工作环境差,操作条件难度大,同时也影响到了补焊质量。

(1)原因分析 由于铸钢件多是厚壁件,体积大、刚度大,同一铸钢件上缺欠较多,铸钢件材料大多数含碳量或碳当量又较高,如不进行预热或预热温度不够,焊接过程的快热、急冷以及受热不均匀会产生较大的焊接应力,引起铸钢件变形和裂纹,焊缝金属熔合得不好,还会产生裂纹。造成补焊区过硬的组织,或出现气孔、熔敷金属与母材不易熔合等。

(2)解决措施 尽可能采用超低氢和超低碳焊接材料,同时在有条件的情况下采用气体保护焊,这样预热温度就可以适当降低50~150℃。保证焊接质量的关键不只在预热温度,还包括操作者的操作水平,焊接过程的温度及范围是否能均匀保持,以及焊后是否采取保温缓冷措施。

3.缺欠补焊一次合格率

缺欠补焊一次合格率不高,同一处缺欠经常需要反复多次补焊。主要是焊缝与母材交界的熔合区或焊缝探伤不合格,易出现裂纹或线性缺欠、夹渣、熔敷金属与母材熔合不良而产生未熔合,对于穿透性坡口或对接坡口根部有时还存在未焊透等缺欠。

(1)原因分析 铸钢件经超声波检测发现的缺欠经过清除后坡口一般都较深、较大,而且不规则,即使采用机械加工方法清除后的坡口,其坡口角度和表面状态也没有达到要求。补焊过程由于坡口角度不正确、坡口表面不干净、坡口表面的组织致密度又太差,焊接操作时角度掌握得不好,焊接方法和焊条直径、焊接电流选择不合理等是熔合区探伤不合格的主要原因,特别是打底层和过渡层的焊接,如果选择不当,更易出现焊接缺欠。

(2)解决措施 坡口焊前进行检查,必要时可进行UT探伤(包括采用横波斜探头)检查,主要是检查坡口边缘或近表面是否还有残存的超标缺欠,或缺欠虽然没有超标,但距坡口较近,在后续的坡口填充过程中受到焊接热循环的作用可能有扩大的趋势;对由于加工或缺欠所处位置无法满足坡口角度要求的,可以采用修刨先将坡口修成或焊接成符合要求的角度,避免形成直角,同时对坡口表面进行清理或采用丙酮等清洗剂清洗干净,深度较大的坡口可采用先焊打底层和过渡层的方法,并对打底层和过渡层进行MT检查确认后再进行填充焊接。

4.焊渣不容易清除

补焊过程由于坡口位置和角度及操作的影响,再加上焊缝温度较高,使部分补焊过程形成的熔渣不容易清除干净,在焊缝中形成夹渣缺欠。

(1)原因分析 补焊坡口位置和角度不正确,补焊操作时焊道与焊道之间覆盖宽度太小形成沟槽,都会使焊缝形成夹渣。在预热温度较高时的补焊,由于补焊区局部热源散热较慢,使补焊区温度较高,焊渣在高温下不易脱落,特别是CO2气体保护焊时出现的表面浮渣。如果采用除磷针或风铲在焊后立即清渣,高温下敲击可能会将焊渣和母材或焊缝紧密地粘连在一起,冷却后夹在焊缝内部,形成夹渣。

(2)解决措施 选用脱渣性较好的焊条施焊,正确选择补焊坡口的角度,必要时对坡口进行修刨,补焊操作时焊道与焊道之间覆盖宽度不低于坡口宽度的1/3。对于高温下的清渣,可以在焊后稍等一会,补焊区温度稍降下来再清渣效果会好些,对于标准要求较严的发现夹渣时可以采用打磨方法去除熔渣。(www.xing528.com)

5.焊接区和母材过热区裂纹

主要出现在铸钢件材质对裂纹敏感性较大的钢种,以及较大坡口的铸钢件焊接或补焊。大致有焊缝上的裂纹、熔合线裂纹、热影响区和母材过热区裂纹几种。

(1)原因分析 补焊区裂纹主要是由于焊前预热温度或焊接过程温度不够,补焊位置不容易加热和保温,焊接过程保温效果不好,特别是中间停焊时,没有采取火焰加保温材料覆盖补焊区保温的方法,如果天气较冷,会造成补焊区冷却速度过快,特别是焊后保温效果不好、去应力处理不及时等都是形成裂纹原因。裂纹主要出现在焊缝和熔合线上。铸钢件过热区裂纹主要是由于靠近补焊区母材疏松、夹渣较严重引起的,在补焊区焊接应力的作用下形成,属于热裂纹,并大部分以断续、条渣形式反映出来。

(2)解决措施 加强焊前预热、补焊过程和焊后去应力前对焊接区温度的控制,采用天然气火焰和保温棉对焊接区覆盖保温,尤其是对一些容易散热的部位,如小坡口、铸钢件边缘的补焊、表面堆焊等,更应做好保温缓冷措施,直到进炉去应力。

6.铸钢件焊后变形

主要出现在圆形、半圆形、环形、薄壁件或长条结构铸钢件中,有扭曲变形、弯曲变形、角变形以及圆形和半圆形件形成椭圆

(1)原因分析 对于铸钢件来说,大多数的刚度都比较大,因此焊后的应力一般较大,而变形相对较小。但对于圆形、半圆形、环形、薄壁件或长条结构的铸钢件,当受到焊接过程不均匀的加热与冷却时,在自由状态下也会产生较大的变形,变形量的大小要依据结构的几何形状,焊接工作量的多少以及焊接方法和焊接参数来确定。

(2)解决措施 防止铸钢件焊后产生变形主要有以下几种措施:

1)尽可能采用牢固的拉筋使铸钢件刚性固定,拉筋的形状要根据铸钢件的结构和可能产生变形的情况制作。对于圆形、半圆形结构可采用槽钢方钢等制作米字形拉筋;对于环形结构,如水轮机上冠可采用钢板在其过流面随形立放焊牢;对于薄壁件或长条结构可以采用将两件或多件拼接后再焊的方法。总之拉筋要牢固,并起到防止变形的作用。

2)焊接方法尽可能采用变形较小的气体保护焊或氩弧焊,同时焊接参数选择小规范。

3)大面积堆焊时尽可能采用立焊或横焊位置操作,同时采用对称焊、断续短段分散焊、跳焊等方法。

7.补焊区硬度过高或偏低

对于焊后要求对补焊区进行硬度测试的部位,补焊区硬度出现过高或偏低以及硬度不均匀的现象。主要出现在水电产品的叶片、下环和水泥制品中的轮带等产品中。

(1)原因分析 这与焊接方法、焊接材料的选择和焊前预热温度以及焊后缓冷方法和去应力处理方法和热处理温度等因素有关。一般情况下,其他参数相同时,采用气体保护焊比采用焊条电弧焊补焊区硬度要低。同样,焊前进行预热、焊后采取缓冷措施,其补焊区硬度可以降低,最重要的是焊后去应力处理的方法和温度,整体进炉去应力效果最好。

(2)解决措施 条件允许时,尽可能采用气体保护焊,主要是气体保护焊的焊丝中的含碳量相对较低,同时注意焊前预热和焊后缓冷的保温要求,焊后必须进行消除应力退火,如果采用局部去应力,如采用远红外电加热,加热片和保温棉必须覆盖好,同时热电偶必须定位焊在焊缝区。

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