关于耐热耐热压淬钢板焊接工艺研究

论文导读：艺方案，证实了焊接后可以不经过高温回火工序来保证工件表面硬度的可行性。【关键词】高硬强韧材料焊接工艺应用1前言连续平压压机生产线（简称连续压机）作为人造板行业最先进的生产设备，是集高科技、精密、尖端、重型机电于一体化的产品。由中国福马机械集团公司牵头的863项目“人造板连续平压和精准控制技术
【摘 要】 本文通过对14Cr1MoR热轧特厚耐热压淬钢板焊接工艺及方法的研究和实践，确定了连续压机热压板部件管路封堵焊接的工艺方案，证实了焊接后可以不经过高温回火工序来保证工件表面硬度的可行性。
【关键词】 高硬强韧材料 焊接工艺 应用
1 前言
连续平压压机生产线（简称连续压机）作为人造板行业最先进的生产设备，是集高科技、精密、尖端、重型机电于一体化的产品。由中国福马机械集团公司牵头的863项目“人造板连续平压和精准控制技术”课题，是首套国产8呎幅宽人造板连续压机生产线。在完成了设计开发及相关试验研究的基础上，由集团公司下属的苏州苏福马机械有限公司承担连续压机生产制造任务，其中热压板是连续压机的关键零部件之一。
热压板是连续压机的主要部件，它体积大、份量重，最大单块板的体积为7000×2650×130mm3，上下压板共10块。材料为14Cr1MoR热轧特厚耐热钢板，表面压淬，表面硬度HB400-450，且硬度梯度≤HB20/mm，中间层硬度约HB300。压板中间有Ф40通孔，通导热油，U型或M型管道连接设计，端面管道需焊接封堵。见附图说明（如图1）。
2 焊接工艺方案研究
热压板材料是公司与沙钢集团共同合作开发的有硬度要求的新型材料，材料主要为14Cr1MoR，主要工艺难点是要预防焊接裂缝，由于焊接后不能进行高温回火除应力，必须控制焊接应力，保证焊接质量，保持大平面表面硬度。在沙钢集团专家们的指导下，我们查阅了大量有关此类材料的物理性能和焊接工艺性能资料，分析研究了该材料的焊接裂纹敏感性和焊接特性，并分析研究了热压板焊接工件的形态结构，制定了多套焊接工艺试验方案，在试验中确认焊接方案，在实施中完善焊接方案，用最终的结果来验证焊接方案。

2.1 碳当量计算和工艺分析

热压板的材料主要为14Cr1MoR，根据沙钢专家提供的数据和低合金耐热钢的化学成分及它的碳当量计算值，依据其化学成分计算出其碳当量平均值Ceq=0.6%>0.52%，说明钢材的淬硬倾向强，属于较难焊接的材料，如果没有特殊的控制措施，很难避免焊接裂纹的出现。同时，我们也研究分析了热压板焊接工件的形态结构，该工件刚性好，其焊接时拘束度较大，也易出现较大的拘束应力。由于此种钢有较强的冷裂倾向，工艺上需注意对氢要严格控制在最低程度，焊前对焊接材料应按有关规定烘干，焊条表面不能有油污和锈存在，焊接坡口两侧50mm范围内清理油、水、锈等污物。因此，在焊接14Cr1MoR钢时必须采取适当的工艺措施和选择合适的焊接材料，才能避免焊接裂纹的出现。

2.2 焊接材料和设备选用

为保证焊条热膨胀系数、焊缝金属成分和性能与母材相匹配，还须具有必要的热强度性，通过资料分析，我们初步选定了相应的电焊条，采用R506、R307焊条和R307焊丝进行了焊接工艺试验。试件使用同样材料、同样焊接尺寸单个焊接部件。试验结果表明，采用R307焊条和焊丝焊接低合金耐热钢，未发现裂纹倾向。使用焊条焊接，焊接角度调整方便，焊渣清理比较麻烦且清理不干净，焊接效率不高，容易产生焊接缺陷；使用二氧化碳气保焊焊丝焊接，无焊渣，少量氧化皮清理方便，焊接效率高，但需要制作小型细长的焊头方便焊接角度的调整。
另外，使用普通焊机焊条焊接，在熔焊过程中，大气与高温的熔池直接接触，大气中的氧就会氧化金属和各种合金元素，大气中的氮、水蒸汽等也容易进入熔池，还会在随后冷却过程中在焊缝中形成气孔、夹渣、裂纹等缺陷，恶化焊缝的质量和性能。使用二氧化碳气体保护焊能用二氧化碳气体隔绝大气，以保护焊接时的电弧和熔池率，提高焊接质量。经多次分析讨论试验，确定采用Ф

3.2-Ф4的R307L低氢焊丝，设备采用二氧化碳气体保护焊焊机。

2.3 焊前、焊中和焊后的温度控制

焊前预热。预热有利于降低中碳钢热影响区的最高硬度，防止产生冷裂纹，预热还能改善接头塑性，减小焊后残余应力。由于该类耐热钢的淬硬倾向大，如果焊接时冷却速度较大则易形成马氏体组织，导致裂纹的产生，因此焊前预热非常重要。通过试验我们选用的方案是工件加热至温度为200℃，随后保温在180℃的焊前预热方案，确定了相应的预热温度。因焊件太大，整体预热有困难，我们确定在热压板的两侧300mm范围内用自动温控电加热板并通论文导读：
过智能温控系统固定进行局部加热。
焊中温度控制。焊接是一个局部的迅速加热和冷却过程，焊接区由于受到四周工件本体的拘束而不能自由膨胀和收缩，冷却后在焊件中便产生焊接应力和变形。熔池温度直接影响焊接质量，若熔池温度高、熔池较大、铁水流动性好，易于熔合，但过高时，铁水易下淌，成形也难控制，且接头塑性下降，易开裂。熔池温度低时，熔池较小，铁水较暗，流动性差，易产生未焊透，未熔合，夹渣等缺陷。我们将层间温度控制在180-230℃间，焊层厚度控制在2mm左右，每焊一层间隔十分钟左右。当然，熔池温度与焊接电流、焊条直径、焊条角度、电弧燃烧时间、运条方法等有着密切关系，也需要采取一些其它措施来控制好熔池温度。
焊后保温。焊后保温能进一步减缓冷却速度，增加塑性、韧性，并减小淬硬倾向，消除接头内的扩散氢。我们在焊接完成后立即对热压板采取200-250℃温度的保温处理，至2-3小时后，然后缓慢冷却至室温。焊后为保证热压板表面硬度，未采取对焊件进行高温回火的消除应力热处理。

2.4 其它焊接工艺参数和辅助措施

通过反复试验，我们取得了一些数据，并进行了分析研究，对焊接角度和运条方法也积累了一些经验，焊接电压确定在18-21V，焊接电流确定在180-200A，打底时焊接电流可以偏高一些，盖面时焊速要更加平稳。
为提高生产效率，降低生产成本，提高实用性，我们采取了以下一些来提高焊接效率的措施：（1）配备自动温控电加热器来保证焊前预热和焊后保温；（2）除了质量因素上摘自：毕业论文提纲格式www.7ctime.com
考虑外，使用二氧化碳气保焊也提高了焊接效率；（3）设计一些工装器具保证工人方便操作和安全操作；（4）不间断作业完成一块板的焊接，节省加热费用；（5）高效完成了热压板试件焊接工艺评定，并编制技术文件指导实际焊接生产。
工件完工后，我们对焊后热压板进行了100%UT探伤检验，检测结果达到了JB/T4730-2005《承压设备无损检测》UT二级标准。我们还进行了油压试验，在1.5Mpa压力下，保压30分钟压力下降小于5%。满足了图纸的要求。对热压板的两侧300mm范围内加热保温的表面进行了表面硬度的检测，数据表明基本维持原有状况。
热压板部件试制后，经安装，设备已投入正常运行，设备运行时间已超过二年，该部件导热油管封堵口焊接面在高温、高压、重载的工况下未发现焊接质量问题。
3 结语
试验结果证明，14Cr1MoR热轧特厚耐热钢板选用以上焊接工艺及方法进行热压板导热油管路封堵的焊接，可以不经过高温回火的应力释放，焊接质量稳定，能够满足设计要求的各项技术指标和使用性能。
参考文献：
成大先主编.机械设计手册（第五版）.化学工业出版社出版.
中国机械工程学会焊接学会编，焊接手册.机械工业出版社出版.
[3]中国机械工程学会热处理专业学会编，热处理手册.机械工业出版社出版.