[發明專利]一種提高大型鋼錠焊接接頭熱影響區力學性能的方法

在審

• 申請號: 201710817463.0
• 申請日: 2017-09-12
• 公開（公告）號: CN107498148A
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: 王金亮;習小慧;黃須強;張磊
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: B23K9/16
• 分類號: B23K9/16;B23K9/235;B23K31/00;B23P6/04
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙)21234
• 代理人: 俞魯江

技術領域

本發明屬于金屬材料技術領域，具體涉及一種提高大型鋼錠焊接接頭熱影響區力學性能的方法。

背景技術

大型鍛件是重大裝備中的關鍵基礎件，但在生產過程中廢品率高，生產難度大，且浪費能源，為了節省能源和防止鋼錠冷裂，提高成品率，生產廠普遍采用熱送鋼錠，但是熱送鋼錠通常在加熱和鍛造時容易產生裂紋，極難控制和消除，質量穩定性差，經濟損失十分嚴重。

目前，對于大型鍛件在鍛造中產生的裂紋缺陷可采用焊接方法進行修復。而焊接修復區必然會存在焊接缺陷，尤其是焊接熱影響區在熔化焊時集中在焊接熱循環的作用下，導致熱影響區的組織分布不均勻。熔合區和過熱區出現了嚴重的晶粒粗化，是整個焊接接頭的薄弱地帶，不能滿足性能要求，因此研究改善焊接接頭熱影響區組織和性能的方法對于大型鍛件的焊接修復尤為重要。

另外，目前使用焊接方法修復大鍛件在鍛造過程中出現的深裂紋缺陷還未見報道，限制其發展的主要問題是修復區的組織性能能否滿足使用要求。鑒于這一現狀，有必要深入研究提高大型鍛件焊接接頭熱影響區力學性能的方法。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提出一種提高大型鋼錠焊接接頭熱影響區力學性能的方法，針對大型鍛件焊接修復區存在的焊接缺陷，提出在焊后采用鐓粗方法，對焊接修復區進行大變形量的壓縮變形，破碎焊接修復區熱影響區的粗大晶粒，使焊接熱影響區的晶粒細化，改善熱影響區的力學性能，進而提高修復區的力學性能，提高大型鋼錠焊接接頭的力學性能。

具體技術方案是：

一種提高大型鋼錠焊接接頭熱影響區力學性能的方法，包括如下步驟：

(1)下料：用機械方法在圓柱形坯料1/2高度處沿圓形邊緣開角度α＝40～42°的V型坡口，進行預熱處理，當達到預熱溫度時進行焊接；

(2)加熱：將焊接后的坯料在加熱爐中加熱到鍛壓溫度1100～1250℃，保溫2～3小時；

(3)鐓粗成形：將加熱后的坯料放于鍛壓機的下砧座，保證鐓粗的兩端面平整且與軸線垂直，進行鐓粗成形；

(4)調質熱處理：對上述鐓粗成形后的坯料進行調質熱處理。

所述步驟(1)所述的預熱溫度為250～300℃，預熱方法為火焰加熱。

所述步驟(1)所述的焊接條件如下：焊接電流280～300A，焊接電壓30V，氣體流量20～25L·min^-1，焊接速度25～35cm·min^-1，焊接線能量11～13KJ/cm，焊接過程中，控制層間溫度為250℃，采用混合氣體進行保護，保護氣體為20％CO₂+80％Ar。

所述步驟(3)所述的鐓粗為單道次大變形鐓粗。

所述步驟(3)所述的鐓粗成形過程如下：采用2.5～4噸的錘擊力，上錘頭以1～1.3mm/s的速度進行緩慢鐓粗，一次鐓粗成形，待鍛件變形量達到35～50％時，停止鐓粗；鍛壓機參數如下：錘頭和下砧座尺寸：1000×1000×100mm，錘頭材質：65Mn，溫度：室溫，錘頭硬度：58～60HRC，工件與上錘頭的摩擦系數為：0.2。

所述步驟(4)所述的調質熱處理工藝如下：淬火溫度：850℃，保溫時間：300min，淬火介質：機械油，回火溫度：520℃，保溫時間：120min，冷卻方式：油冷。

本方法的優點是：

(1)本發明鐓粗過程使鋼錠焊接接頭熱影響區的粗大組織破碎，晶粒得到細化，熱影響區力學性能得到改善。

(2)一次大變形鐓粗過程使變形滲透到心部，充分破碎鋼錠焊接接頭熱影響區的組織，細化晶粒。

(3)本發明在鐓粗成形過程中，進行緩慢鐓粗，一次鐓粗成形，以使變形逐漸滲透到心部，減少不均勻變形，防止鍛件心部和邊部的組織、性能差異。

(4)組織的破碎和大量變形帶的產生增加了隨后調質熱處理過程的形核率，從而進一步細化晶粒，使得鍛造后的焊接接頭性能優良：屈服強度、抗拉強度均高于母材，延伸率≥20％，焊接接頭的熱影響區疲勞強度和母材相比有所提高。

(5)本發明方法操作過程簡單，易實現工業化批量生產。

附圖說明

圖1為焊接坡口位置及尺寸示意圖；

圖2為鐓粗前40Cr焊接試樣熱影響區的金相組織形貌；

圖3為鐓粗后40Cr焊接試樣熱影響區的金相組織形貌；

圖4為鐓粗前45鋼焊接試樣熱影響區的金相組織形貌；

圖5為鐓粗后45鋼焊接試樣熱影響區的金相組織形貌。

具體實施方式