[發明專利]一種提高焊接熱影響區性能的在線工藝

無效

• 申請號: 201110025830.6
• 申請日: 2011-01-25
• 公開（公告）號: CN102107313A
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發明（設計）人: 王紅鴻;吳開明;錢勇;胡鋒;雷玄威;童明強;黃剛
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: B23K9/00
• 分類號: B23K9/00;B23K103/04
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 樊戎

技術領域

本發明屬于焊接技術領域。具體涉及一種提高焊接熱影響區性能的在線工藝。

背景技術

隨著全球經濟的快速發展，大型裝備和各種重軌的建設突飛猛進，高碳鋼、高碳高合金鋼的需求量日益增長。高碳高錳鋼通過水韌處理能保持奧氏體介穩狀態，獲得很高的韌性，同時具有很強的加工硬化特點，在受沖擊或冷變形時，工件的表面很快變硬，其硬度可達450～500HB；同時深層仍保持原始狀態，具有很好的韌性。這種具有“內柔外剛”特性的鑄鋼得到了廣泛的應用，如鐵路轍叉、錘式破碎機械的錘頭、腭式破碎機齒板、球磨機補板、拖拉機和坦克的履帶板等，在大型裝備的建設中發揮了重要的作用。

然而，高碳鋼和高碳高合金鋼在焊接熱影響區會產生裂紋，導致焊接熱影響區性能惡化是其應用過程中最大的問題。當高碳高合金鋼在焊接過程中經受300～900℃的加熱范圍時，鋼中過飽和的碳以碳化物的形式析出，尤其是在500～700℃范圍內更為突出，這些碳化物在晶界連續、不連續或呈網狀分布時，將誘導形成熱裂紋，致使焊接熱影響區性能惡化。而且隨著受熱溫度的升高，碳化物析出的速度隨之加快；隨著受熱時間的延長，析出的數量隨之增多。同時，高碳鋼的導熱性能比低碳鋼差，含碳量比中碳鋼更高，具有淬火硬化傾向，在焊接過程中，熱影響區冷卻到200～300℃時，容易產生馬氏體組織，此外，高碳鋼、高碳高合金鋼的線膨脹系數大，焊接后收縮量大，導熱系數小，溫度分布不均勻，將產生較大的焊接應力，為冷裂紋的產生提供了力學因素，從而導致焊接熱影響區冷裂紋的產生。

減少高碳鋼、高碳高合金鋼的焊接熱影響區裂紋，提高性能的方法主要是改變焊接工藝：(1)減小焊接線能量，可有限控制焊接熱影響區晶粒的粗大，同時可減少碳化物的析出，提高抗熱裂紋性能；但反過來，對于控制冷裂紋，又希望線能量不能太小，否則會使熱影響區淬硬，焊接應力增大，不利于冷裂紋的控制，即通過控制線能量來減少和控制熱裂紋和冷裂紋是相互矛盾的；(2)適當預熱，可防止冷裂紋的產生；但是預熱溫度過高，一方面惡化了勞動條件，另一方面產生附加應力，反而會促使冷裂紋的產生。也就是說，通過采用或改變焊接工藝，只能有限改善焊接熱影響區的性能，且不能保證焊接熱影響區性能的穩定。

在現有專利中，雖有如“高碳鋼與不銹鋼的焊接方法”(CN?1788907A)和“高碳鋼鋼軌與高錳鋼轍叉焊接工藝方法”(CN?1442265A)工藝技術，均為有關高碳鋼和高碳高合金鋼異種鋼焊接的工藝方法。

發明內容

本發明旨在解決上述技術問題，目的是提供一種能減少或消除焊接熱影響區裂紋、不需增設專用設備、工藝簡單、成本低和操作方便的提高焊接熱影響區性能的在線工藝。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：在鋼材的焊接過程中，隨著焊接電弧的前移，在距離焊接電弧20～50mm的焊接接頭處，開始噴吹壓縮氣體，噴吹時間為2～10s；隨著壓縮氣體的離開，立即用保溫棉將焊接接頭包覆，緩冷至室溫；上述焊接、噴吹和緩冷工藝均分別連續進行，直至整個焊接接頭冷卻至室溫。

其中，壓縮氣體為空氣，壓縮氣體的壓力為0.5～1.0MPa，壓縮氣體的流量為5～10L/min；

上述技術方案中：鋼材為高碳鋼、高碳高合金鋼中的一種；焊接接頭為手工電弧焊、埋弧焊、氣體保護焊、鎢極氬弧焊的焊接方法所形成的焊接接頭中的一種。

由于采用上述技術方案，本發明具有以下積極效果：

(1)在鋼材的焊接過程中，對著焊接接頭直接噴吹壓縮氣體，縮短焊接熱影響區在高溫停留時間，一方面減小在1000～1200℃時奧氏體晶粒粗化，另一方面有效減少碳化物在500～700℃的析出，顯著提高了焊接熱影響區性能；進行保溫緩冷至室溫，可以明顯降低馬氏體的含量，減少焊接應力，使淬硬傾向和裂紋敏感性變小，也顯著提高焊接熱影響區性能；

(2)放寬了焊接工藝條件，可在較大范圍的焊接線能量下實施焊接，熱影響區仍可獲得較好的性能；

(3)操作簡單，易于實施，不受場地的限制，可用于任何的制造現場及安裝現場；

(4)不需增設專用設備，不增加生產成本。

因此，本發明具有工藝簡單、不需增設專用設備、成本低和易于操作的特點。采用本發明的在線工藝，可減小裂紋的產生，減小淬硬傾向和焊接應力，從而提高焊接熱影響區性能，幾乎適用于所有的金屬材料，特別適用于高碳鋼、高碳高合金鋼的焊接。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本發明作進一步的描述，并非對保護范圍的限制：

實施例1