一种超厚铸钢件的焊接方法与流程

本发明属于焊接技术领域，具体是一种超厚铸钢件的焊接方法。

背景技术：

铸钢件由于其形状及尺寸设计灵活，通常用于大型船舶的艉轴管、挂舵臂、舵承、锚唇等部位，而近年来，随着船舶及海工行业的大型化发展，铸钢件尺寸也随之增加，超大型矿砂船及集装箱船的铸钢件焊接位置的最大厚度为150mm，对此类超厚铸钢件的焊接，如采用现有工艺，将会出现以下问题：

（1）焊接性差，极易产生焊接裂纹；

（2）焊接量大，焊接变形难以控制，且后续变形难以校正；

（3）焊接应力大，影响焊接接头稳定承载的能力。

技术实现要素：

本发明提供一种超厚铸钢件的焊接方法，无焊接缺陷，且焊接变形和应力较小。

本发明的目的是这样实现的：一种超厚铸钢件的焊接方法，包括以下步骤：

步骤s1、接头准备，采用x型坡口，正面坡口角度55°±5°，坡口深度为板厚/2+(5~7)mm，反面坡口角度60°±5°，坡口深度为板厚/2-(5~7)mm，钝边0~2mm，接头间隙2~3mm；

步骤s2、预热，将铸钢件待焊部位正反面均贴上电阻陶瓷加热片，加热片的表面覆盖保温棉，设定预热温度150~160℃，加热速率不超过100℃/h，当坡口根部、表面、1/4板厚深度至少3点温度不低于150℃时预热完成；

步骤s3、打底焊，预热完成后采用药芯焊丝气保焊打底，打底焊道热输入不大于15kj/mm，焊接3层，层间温度在150℃~250℃，对于打底焊缝，每道焊缝焊接完成后作烤火去应力处理，烤火温度不高于550℃；

步骤s4、反面气刨，反面气刨清根，并用砂轮机打磨2~3mm深，确保完全去除渗碳层；

步骤s5、反面打底焊，反面气刨清根后，按照步骤2所述方法使铸钢件达到预热温度后，打底3层，打底焊道热输入不大于15kj/mm，层间温度在150℃~250℃，每道焊缝焊接完成后作烤火去应力处理；

步骤s6、填充、盖面焊接，正反面各采用一名焊工同时进行对称焊接，焊接热输入不大于18kj/mm，每层焊缝焊道焊完后逐层锤击，减小焊接残余应力，当正反面的焊缝总厚度达到板厚的一半时，后续预热温度降至不低于120℃；

步骤s7、焊接完成后立即进行550℃*2h去应力后热处理，温度控制要求如下：从常温加温至550℃的加温速率不高于100℃/h，550℃保温2小时，550℃降温至300℃的降温速率不高于100℃/h，300℃后覆盖保温棉缓冷。

作为优选，步骤s2中，预热采取断续加热，加热约20分钟后，暂停5~10分钟。

作为优选，步骤s1在装配前对母材表面的水分、油脂、杂志及金属氧化膜进行仔细清理。

本发明具有如下优点：

（1）优化坡口形式，优化坡口角度，如坡口角度过大，焊接量大，增加焊接变形；如坡口角度过小，铸钢件不易于熔合，容易产生焊接缺陷，另外，正反面坡口深度具有不对称的特征，正面坡口深度比反面坡口深度大10~15mm，以利用中性层平面减少焊接角变形；

（2）铸钢件厚度大，内部应力较大，通过控制预热速率，且采取断续加热的方式，可以有效避免因为预热温度不均产生的热应力，改善铸钢件内部的应力状态；

（3）由于超厚铸钢件采取x型坡口，其根部焊道焊接时的应力最大，对根部焊道进行烤火去应力处理，相当于根部焊道进行一次高温回火处理，可以有效消除焊接残余应力；

（4）对除打底层的其余焊层进行锤击处理，是通过延展焊缝及其周围的压缩塑性变形区金属，达到消除焊接变形和调整残余应力的目的，通过此项方法，可以有效改善因焊接量大产生的焊接残余应力；

（5）焊后立即进行550℃*2h后热去应力处理，对整个焊接接头进行去应力处理，消除焊接应力，同时控制升温及降温速率，避免因厚板升温、降温不均匀导致的热应力。

本发明通过优化坡口设计、控制预热速率、对根部焊道烤火去应力处理、其余焊层均进行锤击处理、焊后进行后热去应力处理等工艺方法，可显著减少焊接应力及焊接变形，大大降低了铸钢件出现焊接裂纹的几率，对附带焊接试板进行力学性能试验，试验结果表明，焊接接头的屈服强度、抗拉强度、冲击韧性等力学性能均能满足标准要求，通过本发明提供的超厚铸钢件的焊接方法，与常规焊接方法相比，可显著减少焊接应力及焊接变形，大大降低了铸钢件出现焊接裂纹的几率，本发明可用于大型船舶的艉轴管、挂舵臂、舵承、锚唇等部位的超厚铸钢件的焊接。

附图说明

图1是本发明方法的流程图；

图2是本发明焊接接头的坡口形状。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照图1至图2描述的本发明实施例的一种超厚铸钢件的焊接方法，包括以下工艺参数及步骤：

步骤s1、接头准备，采用x型坡口，正面坡口角度55°±5°，坡口深度t/2+(5~7)mm（t为板厚），反面坡口角度60°±5°，坡口深度t/2-(5~7)mm，钝边0~2mm，接头间隙2~3mm，装配前对母材表面的水分、油脂、杂质及金属氧化膜进行仔细清理，接头正反面坡口深度具有不对称的特征，正面坡口深度比反面坡口深度大10~15mm，以利用中性层平面减少焊接角变形；

步骤s2、预热，将铸钢件待焊部位正反面均贴上电阻陶瓷加热片，加热片的表面覆盖保温棉，设定预热温度150~160℃，加热速率不超过100℃/h，加热时保持较小的温度梯度，防止铸钢件因受热不均产生较大的热应力，当坡口根部，表面，1/4t深度至少3点温度不低于150℃时预热完成；为进一步保证铸钢件均匀预热，加热时可采取断续加热，即加热约20分钟后，暂停5~10分钟；采用此预热方式可以有效避免因为预热温度不均产生的热应力，改善铸钢件内部的应力状态；

步骤s3、打底焊，预热完成后采用药芯焊丝气保焊打底，打底焊道热输入不大于15kj/mm，焊接3层，层间温度在150℃~250℃，严格控制焊接热输入，减小焊接变形，而且防止热裂纹的产生；同时，打底焊的层数不宜过少，防止产生应力裂纹，对于打底焊缝，每道焊缝焊接完成后作烤火去应力处理，烤火温度不高于550℃；

步骤s4、反面气刨，反面气刨清根，并用砂轮机打磨2~3mm深，确保完全去除渗碳层；

步骤s5、反面打底焊，反面气刨清根后，按照步骤2所述方法使铸钢件达到预热温度后，打底3层，打底焊道热输入不大于15kj/mm，层间温度在150℃~250℃。每道焊缝焊接完成后作烤火去应力处理；

步骤s6、填充、盖面焊接，正反面各采用一名焊工同时进行对称焊接，焊接热输入不大于18kj/mm，每层焊缝焊道焊完后逐层锤击，减小焊接残余应力，当正反面的焊缝总厚度达到板厚的一半时，后续预热温度可降低至不低于120℃；

步骤s7、焊接完成后立即进行550℃*2h去应力后热处理，以防止焊接冷裂纹的产生，后热处理的温度控制要求如下：常温~550℃加温速率不高于100℃/h，550℃保温2小时，550℃~300℃降温速率不高于100℃/h，300℃后覆盖保温棉缓冷。

本发明具有如下优点：

（1）优化坡口形式，优化坡口角度，如坡口角度过大，焊接量大，增加焊接变形；如坡口角度过小，铸钢件不易于熔合，容易产生焊接缺陷，另外，正反面坡口深度具有不对称的特征，正面坡口深度比反面坡口深度大10~15mm，以利用中性层平面减少焊接角变形；

（2）铸钢件厚度大，内部应力较大，通过控制预热速率，且采取断续加热的方式，可以有效避免因为预热温度不均产生的热应力，改善铸钢件内部的应力状态；

（3）由于超厚铸钢件采取x型坡口，其根部焊道焊接时的应力最大，对根部焊道进行烤火去应力处理，相当于根部焊道进行一次高温回火处理，可以有效消除焊接残余应力；

（4）对除打底层的其余焊层进行锤击处理，是通过延展焊缝及其周围的压缩塑性变形区金属，达到消除焊接变形和调整残余应力的目的，通过此项方法，可以有效改善因焊接量大产生的焊接残余应力；

（5）焊后立即进行550℃*2h后热去应力处理，对整个焊接接头进行去应力处理，消除焊接应力，同时控制升温及降温速率，避免因厚板升温、降温不均匀导致的热应力。

本发明通过优化坡口设计、控制预热速率、对根部焊道烤火去应力处理、其余焊层均进行锤击处理、焊后进行后热去应力处理等工艺方法，可显著减少焊接应力及焊接变形，大大降低了铸钢件出现焊接裂纹的几率，对附带焊接试板进行力学性能试验，试验结果表明，焊接接头的屈服强度、抗拉强度、冲击韧性等力学性能均能满足标准要求，通过本发明提供的超厚铸钢件的焊接方法，与常规焊接方法相比，可显著减少焊接应力及焊接变形，大大降低了铸钢件出现焊接裂纹的几率，本发明可用于大型船舶的艉轴管、挂舵臂、舵承、锚唇等部位的超厚铸钢件的焊接。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。