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发表于 2007-5-7 22:23:01
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来自： 中国安徽合肥
奥贝钢的可焊性分析及焊补工艺研究 摘 要 奥贝钢是近年来新开发的钢种，其碳当量达0.99%，可焊性较差。在修复铁路钢轨道叉时，通过焊前预热、焊后后热缓冷，采用小规范、小电流，严格控制线能量等工艺方法对奥贝钢轨道叉成功地进行了焊补。! H+ z% `' J" |" ?
关键词 奥贝钢 焊补 可焊性分析 奥贝钢属低合金高强钢，具有良好的耐磨性和抗震性，用它做钢轨道叉是较理想的材料。由于奥贝钢是近年来新开发的钢种，所以我们在对奥贝钢轨道叉焊补时，对它的可焊性进行了分析。 1 奥贝钢的可焊性分析及预热温度的确定
V) p/ e5 P, t b4 f$ Q* ` (1)奥贝钢的化学成分见表1。力学性能要求为σb≥1100MPa；δ≥4%；AKV≥16J。
& T3 U$ Y2 L9 l7 e* S/ P7 F8 Y4 N表1 化学成分 % |
| 元素 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Mo | | 含量 | 0.15 ～
7 i g2 K$ L; G5 \0.35 | 1.07 p8 {; t" u5 t3 v* j
～
. i$ E4 S# Z4 q2.0 | 1.5
3 P1 S# Z8 ^; U. f( X2 [& X～
5 ?" e2 g5 ? k; ]2.5 | ≤. U! k9 Q% m$ N
0.035 | ≤
. _* M& d% I# W0.025 | 1.0 {: O/ M D( U2 u
～. e! F9 R! ]9 A8 C" X" c
1.8 | 0.4
# S3 I. F1 g- \: e) k0 C～
& A* Q+ e: j. r7 ?2 U% X/ B* O+ w |1.0 | 0.4
6 O6 z4 I9 F$ q. t6 A! p4 T3 _～! w! N4 ^$ y2 s' Y: D
1.0 |
(2)冷裂倾向的分析& U% S- D. h, ^) T
从表1中可以看出该钢种的碳含量及合金元素含量均较高。5 l$ F- N6 [9 K! U o3 u/ P' ]
按照国际焊接学会(IIW)的碳当量公式计算： 按照经验，碳当量低于0.4%时，钢的可焊性良好。碳当量在0.4%以上时，钢的淬硬倾向逐渐明显，冷裂倾向也随之增加，可焊性较差。从计算得出此钢种的碳当量已达0.99%，其可焊性很不理想。必须采用严格的工艺措施，严格控制线能量、预热及后热温度等来防止因淬硬倾向严重引起的冷裂现象。# [8 K; n/ l: k, @
延迟裂纹也是冷裂纹中的一种现象。该钢种中的C、Si、Mn等元素含量较高，氢也是延迟裂纹产生的主要因素之一。; C8 A6 H% e/ f' L- k
根据实验，氢在含碳量为0.54%的中碳钢和低碳钢中的扩散系数如下：
) v7 F% Y7 }, C1 C) r5 `20℃ 100℃ 低碳钢 1.5×10-5(cm2/s) 4.4×10-5(cm2/s)& X/ X4 b s, J0 Z: Z, E
中碳钢 3.2×10-7(cm2/s) 1.5×10-5(cm2/s) 由此可见，氢在低碳钢中的扩散速度很快；而在中碳钢、高碳钢、低、中合金钢中，其扩散速度小，溶解度也小，极易在局部地区聚集而产生延迟裂纹。但在适当的预热温度、层间温度和后热温度的控制下，会较明显地缓解这种现象。所以选择合适的预热温度，后热温度，控制层间温度是至关重要的。 j" x: d7 u" z. [. ^
(3)选择合理的预热温度
: ]: E( _( E: J 在焊接过程中采用焊前预热，焊后后热缓冷的措施来适当的延长冷却时间，就能降低冷裂倾向。/ {5 ^) R& V& n) t0 n. K# ^
预热温度按式(1)计算：; r0 V8 \% b/ v3 V. s
TP=1440PC-392(℃) (1) 式中：TP——预热温度；
* g. `; C% `. z. d% ?* E$ L PC——钢材焊接冷裂纹敏感系数。5 W$ u: X! ]7 u7 o, h0 ~
而PC的计算公式是： 代入各数值，其中h值取所补焊厚度20mm(缺陷深度)；H值取2.22ml/100g。6 f" f+ b; }) ~) c
计算得出：PC=0.5084* v3 v1 I' U3 y3 u) v
代入(1)式得：TP=340℃' ^2 \ `" Z& x. ?
通过计算得出，焊补过程中的预热温度在340～350℃之间。但钢轨道叉是在自由状态下焊补，其拘束度不太大，故采用小规范，小电流，小的线能量时，其预热温度可适当调整至300～350℃之间。 2 工艺方案7 ?( i8 g) k/ `: K- @/ u5 \0 K
(1)选择焊材
! V+ A$ u+ q1 K+ v: X; ~ 根据以上各方面的分析，按照母材力学性能，应选择结107焊条或结107Cr焊条，但该类焊条购不到，根据现场条件及实际情况，我们选用自贡焊条厂生产的CHE857(结857)焊条。
+ o5 j, j- T, b' q) q; c/ Z, L CHE857焊条熔敷金属化学成分和力学性能见表2和表3。5 u* `$ f/ c( i- U
表2 熔敷金属化学成分 % |
| 元素 | C | Mn | Si | S | P | Mo | | 含量 | 0.15
3 T" a( e" A' I, G2 S& c6 i# J≤0.10 | ≥1.0
& l# Y( @' C4 z2 m( r ]8 o- \1.60 | 0.40～
+ g' M0 H5 ?4 P' r0.80 | ≤0.035! w+ p: t$ e& {1 g7 ?
0.010 | ≤0.0359 A# c$ G( Y* D: F! i
0.020 | 0.60～2 E+ Z6 M/ S9 o2 [
1.20 |
| σbMPa | σ0.2MPa | δ5% | AKVJ | | ≥830～900 | ≥740～780 | ≥12～18 | 80 |
(2)确定工艺参数
5 A: A0 z6 `6 Q* }6 X 考虑到减少热输入，规定用4mm直径的焊条，采用小规范焊接。同时考虑到避免延迟裂纹的产生，对焊补前坡口的清理、保持焊接过程中的层间温度、焊条的烘干及焊条运条方式等均做了明确的规定：) h, J2 X/ ~; ?% I8 E7 d
1)焊前须清理干净缺陷，采用砂轮打磨，打磨时温度不能过高，以防止裂纹缺陷继续延伸；# d* A+ e; U7 ], g$ @% A
2)打磨前的缺陷长度约50mm，打磨时加宽加深。为防止打磨时缺陷延伸，先将缺陷两端打磨出一条垂直于缺陷走向的断隔槽，然后仔细打磨缺陷，直至肉眼检查看不见为止；& f0 b/ l$ @( Y/ U$ Y7 B7 S
3)采用PT进行检验，确认无缺陷时，即可以开始用氧乙炔焊炬在缺陷清理后焊补区周围100mm范围内均匀预热；
3 ?1 `0 s/ m9 X" f |" n 4)采用测温笔检测温度达到350℃时开始施焊。
8 N- F V* A, U- G/ U 5)焊条施焊前需经350～400℃烘烤1h后才能使用，随烘随用。
8 L* A2 W' d- M3 W/ I; q% Z 焊接电流140～160A，焊接电压21～23V，焊条直径4mm；
% ]& N" Z0 D! U8 I% l. J1 n 6)采用窄道焊，焊条不允许横向摆动，收弧时注意填满弧坑，每焊完一层要用圆锥形手锤进行锤击，以减少焊接应力；' X! d2 p% W/ s8 `/ {
7)第二层焊道起弧时要与前一层焊道的方向相反；
; i% Y1 a8 i) ]+ _* d* A! X 8)层间温度要控制在280～320℃之间；
: P5 x5 \/ R& S6 V9 }# N 9)焊后立即进行后热，温度控制在300～350℃之间，保持2h后缓冷，打磨后进行PT探伤检查。 3 焊补结果
1 p; n4 `; [: m3 O; A 对奥贝钢的焊补工作，是在地处京广线上的主干道上。道叉不能卸下来，只能在火车运行间隙中进行清理和焊补工作。列车每2～3min一列，时速为150～170km/h，这样给清理缺陷和焊补工作带来了种种不便。但也正由于这样，恰好达到了小的线能量和小的热输入要求。同时因列车经过时产生的震动，无疑是对焊缝最好的锤击。所以整个焊接过程较为顺利，PT探伤合格，一次补焊成功，用户对此深表满意。若是选用结107或结107Cr焊条，焊后强度会更好，延伸率、冲击值和硬度都比结857焊条高，综合性能更接近母材力学性能。
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发表于 2007-4-29 12:47:06
发表于 2007-5-7 12:36:39