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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。6 l, E0 Q/ A$ J; c$ 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
$ n! Z3 t% {( [2 X1 J; w" `6 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。2 W& H2 F6 j4 E
表1 化学成分 % |
| 元素 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Mo | | 含量 | 0.15 ～
: G& o, D! k3 m/ y% k$ x0.35 | 1.0
" i% k8 R! P6 }6 g; {5 x6 p3 z7 u4 o～. J2 ]' ~8 J. |0 _
2.0 | 1.5
0 W& ^" ^3 K0 j9 u0 H～" l! B4 n4 _1 h
2.5 | ≤, R. ^5 p1 E" D; h0 }1 n1 Z
0.035 | ≤/ @ x) W* F2 k
0.025 | 1.0
, t$ d* H- R% k% r) E$ |' m% M" b5 {' G～
8 f# Z- V3 G+ g" D0 ^1.8 | 0.4
, C$ Y" }/ P; Y' X6 d$ H& @0 |7 \～7 S6 s7 F$ x& b% [$ j- P. b1 I. k
1.0 | 0.4/ K* P$ g, V- N8 n4 J+ F
～' E$ e% W X4 Y: ~& _
1.0 |
(2)冷裂倾向的分析
' O/ U0 d5 r" z* W 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。4 G" _8 C7 c( E- Z0 }
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。
) D1 ], J: Z4 v/ b+ `. ~ 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。
) L8 ?1 r/ L* h% N b 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： * O3 z" H) V$ B0 D) \
20℃ 100℃ 低碳钢 1.5×10-5(cm2/s) 4.4×10-5(cm2/s). p( ~8 [0 [' _8 o/ F, |
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。' Y v0 J F* I4 I( `
(3)选择合理的预热温度
; v+ Z; }, z. f$ C+ W5 X8 V- x- W2 f+ F6 ] 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。0 }7 |- R' X# N5 D. f
预热温度按式(1)计算：6 W" z8 c9 \, v) ^+ D
TP=1440PC-392(℃) (1) 式中：TP——预热温度；
' T1 v% ~6 @* L& V PC——钢材焊接冷裂纹敏感系数。
! t+ O' w' p2 d+ G. T4 r* J7 l5 a, ? 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。
1 B+ Z8 X0 I& M g- p& { 计算得出：PC=0.5084
: O% z. _4 ^" N" o+ ~( j 代入(1)式得：TP=340℃
* T- F, M/ n, W% A* ` 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
0 z1 B t. ~: z+ M* k+ E9 C (1)选择焊材
+ @* j5 S$ V# d5 J$ W 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。' o4 S' R. J" }* g0 X4 E- @- M' ]
CHE857焊条熔敷金属化学成分和力学性能见表2和表3。
/ U9 a9 i+ P+ z* E7 _; X表2 熔敷金属化学成分 % |
| 元素 | C | Mn | Si | S | P | Mo | | 含量 | 0.15( F7 N( S \& J A7 J- j. j
≤0.10 | ≥1.0. u+ _) w3 |5 y( B1 D) O! m, d
1.60 | 0.40～: q) j) V3 z1 I0 Y# m4 o
0.80 | ≤0.035
9 v) ?5 A# E; w5 T9 F- g, V7 C0.010 | ≤0.035
# L/ h9 _3 T8 L8 m: a: H$ S0.020 | 0.60～0 ]: L. n' V( |! p5 M( [7 G
1.20 |
| σbMPa | σ0.2MPa | δ5% | AKVJ | | ≥830～900 | ≥740～780 | ≥12～18 | 80 |
(2)确定工艺参数
! }: K; m v6 {% C& ` 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：
& `9 t3 U" a9 n& Q 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；
5 @& C$ }( H' ?; m 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；
+ _0 o6 }, \8 o& q% |8 F+ e k 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；: ?$ S& [" b' @5 f+ n# B
4)采用测温笔检测温度达到350℃时开始施焊。* A* L- G- u' B- W6 R
5)焊条施焊前需经350～400℃烘烤1h后才能使用，随烘随用。+ f+ J; E0 a$ a: L2 v, ~5 e
焊接电流140～160A，焊接电压21～23V，焊条直径4mm；
1 [3 C* N( ^0 J$ m% G# L 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；
2 v% s& J9 j) D 7)第二层焊道起弧时要与前一层焊道的方向相反；" W) h) m) ]& C
8)层间温度要控制在280～320℃之间；
3 u @- [) `4 B" j6 W: N _# P9 u7 t 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
9 v" h: R, G) c7 B& i; b% S" c/ k 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