几种常见铸钢件缺陷的补焊方法和经验

几种常见铸钢件缺陷的补焊方法和经验 2011年12月10日 09:40 点击数：306核心提示：本文介绍了常见阀门铸钢件的缺陷及补焊方法，铸钢件缺陷的科学补焊,是一项节能的再制造工程技术。本文就缺陷处理判断，剔除作了详细讲解。本文介绍了常见阀门铸钢件的缺陷及补焊方法，铸钢件缺陷的科学补焊,是一项节能的再制造工程技术。本文就缺陷处理判断，剔除作了详细讲解。对补焊的方法，次数，补焊后的处理经验给予解答。总结了缺陷补焊中经济、有效的实用经验。1、缺陷处理缺陷剔除在工厂里一般可采用碳弧气刨吹去铸造缺陷,然后用手提角磨机打磨缺陷部位至露出金属光泽。但生产实践中更多的是直接用碳钢焊条大电流除去缺陷,并用角磨机磨出金属光泽。一般铸件缺陷剔除,可用4mm-J422焊条,160180A电流,将缺陷除干净,角磨机将缺陷口打磨成U形,减少施焊应力。缺陷清除的彻底,补焊质量好。缺陷判断在生产实践中,有些铸件缺陷不允许补焊,如贯穿性裂纹、穿透性缺陷(穿底)、蜂窝状气孔、无法清除的夹砂夹渣和面积超过65cm2的缩松等,以及双方合同中约定的其他不能补焊的重大缺陷。在补焊前应判断缺陷的类型。缺陷部位预热碳素钢和奥氏体不锈钢铸件,凡补焊部位的面积65cm2,深度65cm2的铸件,深度铸件壁厚20%或25mm的铸件,ASTMA217/A217M-2007中均认为是重要补焊。对此种重要补焊A217标准中提出,都应进行去应力处理或完全再加热处理,而这种去应力处理或完全再加热处理,必须用经审定合格的方法进行,即重要补焊需制订补焊工艺。ASTMA352/A352M2006中规定,重要补焊后的去应力或焊后热处理是强制要求。与A217/A217M相对应的我国行业标准JB/T5263-2005中将重要补焊定义为“重缺陷”。但事实上,除铸件毛坯可以完全再加热处理外,许多缺陷往往是在精加工过程中才发现的,已无法再完全热处理。因此,生产实践中,通常是由有经验的持有压力容器焊接证书的焊工在现场用有效的方法解决。消除应力精加工后发现的缺陷补焊后,已无法做整体消除应力回火处理,一般可采用缺陷部位氧-乙炔火焰局部加热回火方法。采用大号割炬中性火焰来回缓慢摆动,将铸件加热到表面出现目视可见暗红色(约740),保温(2min/mm,但不少于30min)。消除应力处理后应立即在缺陷处盖上石棉板。珠光体钢阀门通径上的缺陷,补焊时还应在通径内腔填塞石棉板,使之缓冷。此种操作,既简便又经济,但要求焊工有一定实践经验。不锈钢铸件在补焊后一般不作处理,但应在通风处施焊,使补焊区快冷。除非补焊后表明已引起奥氏体组织的改变,或属于重缺陷。在合同和条件许可下,应重做固溶化处理。缺陷面积过大过深的碳钢铸件和各种珠光体铸件,处于铸件清整阶段和虽进入粗加工、但留有精加工余量的,应在补焊后实施消除应力处理。碳钢消除应力回火温度可设为600650,ZG15Cr1Mo1V和ZGCr5Mo回火温度均可设为700740,ZG35CrMo回火温度设为500550。所有钢种的铸件,其消除应力回火的保温时间均不少于120min,并随炉冷却到100以下出炉。无损检测对于阀门铸件的“重缺陷”和“重要补焊”,ASTMA217A217M-2007标准中规定,如铸件生产符合S4(磁粉检查)补充要求的规定,补焊要采用检查铸件同一质量标准的磁粉检验来检查。如铸件生产符合S5(射线照相检查)补充要求的规定,对于水压试验渗漏的铸件、或准备补焊的任何凹坑深度超过壁厚的20%或1in1(25mm)的铸件以及准备补焊的任何凹坑面积约大于10in2(65cm2)的铸件的补焊,都要采用检查铸件同一标准的射线检验进行检查。JB/T5263-2005标准中规定,重缺陷补焊后应进行射线或超声检测。即对于重缺陷和重要补焊,必须要进行有效的无损检查,证明合格后方能使用。等级评定对于补焊区域无损检查缺陷报告的等级,JB/T3595-2002中规定,对于电站阀的铸钢件阀门坡口和补焊部位应按GB/T5677-1985进行评定,三级合格。阀门对接焊缝应按GB/T3323-1987进行评定,二级合格。JB/T644-2008中对铸件中同时存在二种不同等级缺陷也给出了明确规定,在评定区同时存在两类或两类以上且等级不同的缺陷时,取其中最低等级定为综合评定等级。同时存在两类或两类以上且等级相同的缺陷时,其综合等级应降低一级。对于补焊区缺陷的夹渣、未溶合和未焊透,JB/T6440-2008中规定,可看作铸造缺陷的夹渣来评定,补焊区缺陷的气孔可看作铸造缺陷的气孔评定。一般工况阀门的订货合同中不标注阀门铸件等级,更少在合同中注明缺陷补焊后的合格等级,这往往给阀门的生产、检验和销售带来诸多矛盾。根据我国目前铸钢件的实际质量水平和多年经验,补焊区域评定的等级一般认为不应低于GB/T5677-1985中的三级,即ASMEE446b标准规定的级。耐酸耐蚀管线工况的铸钢阀门和高压铸钢阀门的壳体承压部位,一般应达到ASMEE446b级或以上标准。射线检查结果表明,经符合标准程序和规范补焊的缺陷区域,熔敷过程中生成的缺陷,比铸件本身还要少,级别更高。总之,补焊作为制造过程的一部分,不可掉以轻心。硬度检测补焊区虽经无损探伤检查合格,但如需机加工时,应该再检查一下补焊区的硬度,这也是对消除应力处理效果的检查。如果回火温度不够,或时间不足,会引起补焊区域的熔敷金属强度高,塑性差,机加工时焊区域会很硬,容易导致刀具崩裂。母材和熔敷金属性能不一致,还容易造成局部应力集中,出现补焊过渡交界的明显痕迹。因此,补焊区域需要用硬度值来鉴定和检测。用手提砂轮机轻轻磨平补焊区域,采用便携式布氏硬度计锤击三个点,将补焊区硬度值与铸钢件本身硬度值进行比较。如果二个区域的硬度值相近,则说明氧-乙炔回火基本成功。如果补焊区硬度值大于铸钢件硬度20以上,建议返工,直至硬度与母材接近。承压铸钢件经热处理后的硬度一般设计为160200HB,硬度太低或太高都不利于机加工作业。补焊区硬度太高,会使其塑性下降,降低阀门壳体承载的安全性能。在工业管线的承压阀门中,铸钢阀门由于其成本的经济性和设计的灵活性,受到广泛运用。但是缺陷判别和制订合理、经济、实用及可靠的补焊工艺来确保补焊后的阀门符合质量要求已成为阀门冷热加工共同关注的问题。 文章来源：密封技术网 /单件小批量铸钢件检验单件小批量铸钢件多为不定型单件生产，没有铸造工艺验证环节，而铸造工艺的合理编制， 实践经验是很重要的依据。加之铸钢其含碳量低(C0。23)，浇注温度高(可达 1560 吧)， 因此在砂型铸造生产中铸钢件或多或少地存在一些铸造缺陷。技术、检测能力强、传奇私服 发布网生产条件好的企业铸造质量能够得到自行控制， 但差一些的企业生产铸钢件的质量就 需要我们在检验中特别注意。 1 典型缺陷目视特征和主要形成原因 单件小批量铸钢件常见的缺陷有：裂纹、气孔、夹砂、夹杂、缩孔、疏松、内冷铁未熔合、 泥芯撑未熔合等。 1，热裂纹 裂缝为不规则曲线，内表面比较粗糙且呈氧化铁黑褐色。冷裂纹：裂纹线条较 直、 裂缝内表面洁净且呈金属光泽。 产生的原因属于钢水在凝固过程中铸件的收缩应力造成。 铸钢件根部上表面打磨后内部热裂纹目视特征为夹砂引起的热裂纹， 产生的原因为合箱时型 砂掉人型腔而未清除，浮砂所致。铸钢件筋板连接根部热裂纹，产生的原因为铸件凝固收缩 时受型砂的阻力所致。铸钢件表面龟裂，其目视特征为裂纹分布如龟壳花纹。产生的原因主 要是开箱过早、 快冷所致。 铸造工艺拉筋与工件交接处易产生热裂纹主要为工艺拉筋尺寸不 当或者开箱过早所致。 2气孔、缩孔 铸钢件轴毂上表面气孔缺陷目视特征呈圆形、内壁光滑有氧化色。产生的 原因很多， 此件产品为浇注系统中的金属液流裹携着气泡进入型腔所致。 铸钢件底部缩孔其 目视特征为形状不规则且内表面呈氧化铁黑褐色的空洞。 产生的原因主要是浇注时钢水液面 高度不够，或者是浇注速度过快所致。 3夹渣、砂眼 铸钢件加工后上表面夹渣缺陷，其目视特征为低熔点的氧化夹杂物和玻璃 状的硅酸盐夹杂物。 主要形成原因为底注式浇包浇注过程中， 包内钢水中的非金属夹杂未来 得及上浮或者是浇注系统卷人产生二次夹杂进入铸型， 铸件凝固过程中夹杂物上浮至铸件上 表面所致。 铸钢件上表面砂眼缺陷其目视特征为缺陷中存在小团状未熔型砂。 主要形成原因 为型腔未清理干净浇注系统中带人型砂或者铸型缺实度不均匀浇注过程中钢水冲刷型腔所 致。 4铸造应力未消除、冷隔、预热不当 ABS 检验中铸钢件跌落试验断裂情况，其目视特征 为脆性断口。 主要形成原因为热处理时铸件放置位置不合理， 热处理温度未达到要求或者保 温时间不够或者受热不均匀使其铸态组织未能完全消除， 存在残余铸造内应力。 铸钢件过渡 部位冷隔，其目视特征为“裂纹”状缝隙，但缝隙带有圆角的棱边。主要形成原因为钢水冲型 时由于型腔温度低或者浇注温度低， 流在前面的钢水液冷却快， 两股液流流头汇合处产生了 固相壳堵塞。 预热不当产生的裂纹， 其目视特征属于冷裂纹产生于铸造缺陷焊补时预热不均 匀、预热方法不当所致。 2 铸钢件产品质量检验与控制 依据日本 JCSS 铸钢件检查标准制定的思考方法，铸钢件受弯曲应力的支配，其高应力的部 位都在外表面和近表面，而不是在材料厚度的中间部位。因此，检验中除了铸钢件的材料应 符合规范要求外，对表面和近表面的缺陷应特别注意。1审查铸造工艺、了解生产过程 重要铸件检验前应熟悉所检产品的铸造工艺、审查熔炼 浇注记录、热处理记录、缺陷修复记录等影响铸钢件质量的重要工艺文件和过程控制记录， 了解所检产品生产过程中的控制情况。 熟悉所检产品的铸造工艺， 可以此关注所检产品易出 现铸造缺陷的部位。铸件轴向水平浇注，其大端放置半环形内冷铁，5 道内浇口集中于大端 内冷铁上部。内冷铁的尺寸和表面处理工艺上要求是很严格的，如果生产过程中控制不当， 铸件就会产生严重缺陷。该工艺方案重点关注的部位：小端上表面、浇冒口根部及大圆锥形 上表面。 这是 CCS 因为浇注过程中内冷铁所带来的负面影响随钢水流动方向移至上述部位， 若浇注温度偏低不能保证内冷铁熔化，上述缺陷也可能在铸件下部分产生，甚至出现裂纹， 检验时要特别注意。 事实证明该铸件上述部位打磨后出现大面积密集型气孔及夹渣， 难以清 除， 最后该铸件未能通过某船级社验船师的检验。 该铸件最佳的铸造工艺方案应为直立大端 面向上，取消内冷铁，冒口位于大端面，底注式内浇口。这样不但有利于钢水补缩，也有利 于气体杂质浮至冒口排除，从而保证轴毂等重要部位的铸造质量。 2外观质量目视和磁粉探伤检查 现场检验中，对容易产生铸造缺陷的部位我们要重点关 注。根据检验中的体会，如结构用铸钢件重点关注的部位有：所有圆弧部位、浇冒口根部、 铸造工艺拉筋处、夹渣夹砂部位、有气割和碳弧气刨痕迹处、焊补修复处、使用中有可能承 受高应力部位等。高应力区域应作目视和磁粉探伤检查，夹砂和裂纹性缺陷不允许存在。影 响产品使用性能的其他缺陷(如密集型气孔、夹渣、缩孔、冷隔等)也不允许存在。目前磁粉 探伤执行的标准为 GB944488，规范和批准图纸几乎都没有明确磁粉探伤验收级别，参考 有关资料， 在批准图纸技术要求不明确的情况下， 建议按照表面粗糙度等级可将验收级别定 为：粗加工面及重要部位不得低于 2 级验收，其他铸造表面不得低于 3 级验收。磁粉探伤时 应仔细观察，不能放过可疑的磁痕。有些缺陷隐藏在皮下，若不经反复磁化仔细察看磁痕是 不易被发现的。 特别是在检验中磁粉探伤环节非常重要， 这是因为铸钢锚后续不再机械加工、 铸件形状很不规则、圆弧曲面较多，其近表面缺陷难于被发现。为了保证结构用铸钢件的质 量，建议这类铸钢件重要部位检验状态为粗加工状态，为了使缺陷充分显露，粗加工时尽可 能少留加工余量。这是因为有些铸造缺陷存在于皮下，目视和磁粉探伤检测均难于发现，铸 造毛坯表面粗糙度及其近场区影响超声波探伤的耦合和判定。 粗加工后近表面的铸造缺陷得 以显露， 产品验船师可以在制造企业对这些缺陷进行判定处理， 这样不仅减轻验船师的工作 量，也可以不影响建造周期，重要的是保证了产品的质量。 3内在质量超声波检查 目前参照我国制定的铸钢件超声波探伤方法和评级标准 (CB723387)对铸钢件内在质量进行验收。该标准将被探工件厚度分为三层，即外表层、内 表层、中间层内、外表层厚度分别为 30mm，或者厚度的 13，二者之中取小值。参考我 国某大型国企的验收标准：不允许裂纹类型缺陷存在。在表层 3mm 当量以下单个缺 陷不计允许有 5mm 当量的单个分散的夹杂类型缺陷存在。中间层小于 6mm 当量的单 个分散缺陷不计，不允许有 3600mm2 面积缺陷存在，其最大边长不得大于 100mm。铸钢件 高应力的部位都在外表面和近表面， 而不是在材料厚度的中间部位， 本人认为铸钢件应根据 不同的部位用不同的灵敏度定级验收。按照 GBT72331987 评级方法，参照上述企业标 准，在批准图纸中无明确超声波探伤要求的情况下，建议将各层验收级别定为：外层用 4 当量灵敏度，不得低于 2 级；内层用 6 当量灵敏度，不得低于 3；外层和内层均不允许有 裂纹类型缺陷存在。 工件表面和底面应符合超声波探伤要求。 若内层为铸钢件结构中某些厚 大部位，这些部位本可设计为空心部位(如减轻孔等)，但为了满足铸造结构和铸造工艺的需 要而设计为实心部位存在的缺陷， 只要不影响使用， 建议这些部位的超声波探伤验收级别可放宽一些， 甚至可以不作超声波探伤要求。 超声波探伤中若出现无低波或者低波衰减严重而 被确定为晶粒粗大，允许重新热处理，重新热处理后超声波探伤情况依然则判为不合格。据 有关资料介绍， 由于纵波直探头存在局限性， 因此对于探测铸钢件近表层一定深度范围的缺 陷建议采用双晶探头检查。 4缺陷的修复 结构铸钢件与一般铸钢件不同，其含碳量较低焊接性能较好，有缺陷的部 位允许焊补。焊补过程的控制主要与铸件材料的碳当量、焊补区域面积、缺口深度、使用的 焊条等有关，更重要是与生产企业的修复能力有关。对于铸钢件缺陷修复质量的检验控制， 应从以下几个方面着手： 1)铸钢件生产企业应进行铸钢件缺陷修复工艺认可。 此项工艺认可应作为对铸钢件生产企业 进行工厂认可和对其生产的铸件开展检验工作的必要条件之一，否则应视为企业能力不足。 原因如上所述， 铸钢件不可避免地存在或多或少的一些铸造缺陷， 如果铸钢件缺陷修复质量 不能保证，应视为铸钢件质量不能保证。 2)将缺陷分为轻微缺陷和严重缺陷，均应有相应的修复工艺报船级社审核批准。 3)重要部位焊补过程控制， 对其重要环节应进行见证。 如坡口质量： 缺陷一定要清除干净， 表面呈金属光泽，坡口尺寸便于焊补。预热：使用气体火焰时，火焰不得集中，应由外围 向焊补中心区域均匀加热， 预热面积应不小于焊补区域面积的两倍。 预热区内温度梯度应平 缓，以避免局部急剧加热而产生裂纹。层间温度和层间焊补质量。特别是采用 C02 气体 保护焊，既要防止连续焊补层间温度过高，又要防止电流过大产生裂纹。检验中曾经发现 C02 气体保护焊焊补过程中因电流过大，收弧时焊缝产生发丝状裂纹。 4)修复后的铸件再次探伤检查和热处理：轻微缺陷可在修复冷却 24 小时后再次进行磁粉探 伤检查，合格后的铸件若其碳当量未超过 0.41(Ceq=C+)可不进行热处理；严重缺陷应 在修复保温冷却 48 小时后再次进行磁粉探伤检查，合格后还应进行消除应力回火或者完全 退火(视缺陷的严重程度)。结构用铸钢件热处理后是否还应进行超声波探伤，应视其焊补过 程控制和焊后热处理状态而定。铸钢件的CO2气体保护堆焊修复铸钢件堆焊修复是生产中不可缺少的工艺方法，过去都是采用手工电弧焊的方法进行堆焊修复，工作量大。为了改善劳动条件，提高经济效益，采用CO2气体保护堆焊修复可获得良好的效果，特别是大型铸钢件，效益更加明显。某厂650电机座材质为ZG230-450 铸钢，质量1.7t 最大壁厚处为 84 形状复杂。制造浇注时出现长度420、宽度250、深60的夹砂缺陷。通过堆焊方法修复的工艺措施如下。1焊接修复工艺采用CO2气体保护堆焊修复，焊接电源为NBC-400 型CO2气体保护焊机。采用立向堆焊工艺，选用直径1.2的H08MnSiA 焊丝，共堆焊68 层 。焊接修复的工艺步骤如下：用碳弧气刨或氧乙炔割炬修正铸钢件缺陷边缘，清除残存的夹砂层，并用扁铲铲去氧化渣砂瘤。采用多层多道焊工艺，堆焊底层时，当发现有夹砂混入熔池时，应及时将夹砂清除出熔池。注意对焊接熔池的保护，防止喷嘴过热和堵塞CO2气体保护焊的焊渣很薄，层间不必清渣，但应注意焊道之间的熔合情况，防止层间夹渣。堆焊盖面层时，焊接工艺参数不宜过大，焊枪不作横向摆动，焊道不宜过厚或过宽，注意气体对焊缝的保护和防止焊缝组织过热。凡有棱角处军营堆焊出棱角，放置在其后的机械加工后无棱角而重新补焊。堆焊修复上述铸钢缺陷时消耗焊丝20公斤，CO2气体3瓶，所需工时（包括辅助工时）为8 小时2修复效果手工电弧焊时，为防止层间夹渣，必须层层清渣，辅助劳动量大，工作条件差。CO2气体保护焊不需清渣，可连续施焊，大大减少了辅助时间，降低了劳动强度。手工电弧焊为防止夹渣，对操作者的技术水平要求较高。而CO2气体保护焊的熔渣很少，熔池便于观察，焊缝成型容易控制，对操作者的技术水平要求不高。堆焊修复同样大小的铸钢缺陷，CO2气体保护焊所用的焊丝为手弧焊的1/1.75，工时为手弧焊的1/6 ，可节电60%左右，提高了功效，降低了材料消耗。铸钢件焊接铸钢件的工程性能耐磨性 铸钢的耐磨性与类似成分和形态的锻钢相似。 耐腐蚀性能 铸钢的耐腐蚀性能与相当成分的锻钢相似。已公布的各种状态下的锻造碳钢和 低合金钢的耐腐蚀性能数据都可用于铸钢。 耐热性能 当温度高于 480-540时， 碳钢和低合金钢氧化迅速， 形成的氧化皮不能保护氧 化皮下面的金属不进一步氧化。 如果这些钢长期被直于这样的高温下， 它们就会被逐渐变成氧化物。 为了有效抗击高温下的 氧化现象，必须使用高合金钢。 可机加工性 对铸钢件进行广泛的车削和钻削试验表明，只要强度、硬度和显微组织相当， 不同熔炼工艺生产的钢， 其可机加工性没什么重大的区别， 而且锻钢和铸钢间的可机加工性 也没什么重大区别。 砂型铸件表面或表皮常常迅速磨损切削刀具， 这可能是因为摩擦材料粘 附在铸件上造成的。所以，第一次切削时，进刀应足够深，以便能切到表皮以下，或者是切 削速度可以降低至母材金属推荐切削速度的 50%。 显微组织对铸钢可机加工性有相当大的影响。通过正火、调质或退火，有时可使铸钢件可机 加工性提高 100%。 焊接性能 铸钢件的焊接性能与同样成分的锻钢相似， 焊接铸钢件考虑的因素与锻钢件相同。 使用小焊条焊接大断面时会产生剧烈的淬火效应，这种效应会在紧邻焊缝的金属母材金属 （在热影响区）上形成马氏体。这种效应甚至在低碳钢上也会发生，它会使热影响区的延展 性减少。最大含碳量为 0.2,含锰量为 0.5 的铸钢,这种效应通常要小一些。但是，很重要的 一点是所有碳钢(含碳量在 0.20%以上)和空冷淬硬钢,在用标准推荐温度焊接之前， 必须预 热，保持适当的层间温度，然后，焊接以后进行热处理，以使其产生足够的延展性。 为了防止碳钢和低合金钢产生裂纹，焊珠的硬度不应超过 HV350，焊接后只产生压应力的 那些地方除外。对于限制条件比较苛刻的那些形状而言，这一数值可能还不够低。 所有铸件，在焊接后，基本上都进行消除应力的处理，甚至在把铸钢件焊接到锻钢上这样的 复合制作工艺也是如此 。 工业界对易焊铸钢件规定的成分方面的最大限制是 0.35 碳,0.70 锰,0.30 铬,0.25 钼(最大) 加钨,按照铸钢行业广泛使用的消除应力处理的情况，不理想元素的总量为 1.00%.碳含量 每比规定的最大含量少 0.01%时,多数技术规范都允许锰含量比规定的最大含锰量可增加 0.04%,最后可增加至 1.00%(ASTM A27, A216, A217, A352, A487, A643 以及A757。有关焊缝质量的控制规范是 ASTME164 和 E390。 许多焊缝之所以发生破断，其原因并不在焊缝本身，而在紧邻焊缝的区域。在焊缝形成时， 这一区域瞬时被加热至熔化温度。距焊缝距离越远，温度越低。这种加热引起材料结构方面 的变化，同时使邻近焊缝熔敷金属的区域变得硬而脆，因而使这一部分的韧性下降，在冷却 过程中和冷却以后常常发生开裂现象。除碳以外的某些其它合金元素，如镍、钼和铬，同样 也会使母材产生空气硬化。正是因为这些原因，所采用的合金元素数量必须有一定的限制， 除非采取一些特殊措施，如使用材料预热到 150-315。对焊接铸件进行焊后热处理，或 者在 650-675的温度使焊接铸件加热一定时间，可以消除热影响区的硬度。这样的处理 亦可消除焊接件里的应力。 采用电弧焊焊接铸钢件时，一般最好使用优质厚药皮焊条（AWS E7018 型），粒状焊剂 或 CO2 保护气氛。这些焊药里很少或根本没有可燃材料。矿物药皮常常用来使氢吸收控制 在最低水平上， 因而可以限制焊道下的裂纹。 焊道数量及焊接条件的选择与锻钢的焊接实践 类似。 铸件焊缝可以采用 或 x 射线法进行射线探伤，以便确定焊接部分的均匀性程度。最通常 的缺陷是未焊透、夹渣和气泡。在探测表面裂纹和近表面裂纹方面，磁粉探伤已是非常有用 的方法。 就机械性能而言，将铸钢与锻钢联结起来的焊缝，同将锻钢与锻钢联结起来的焊缝相比，是 一样的。通过焊缝加工制成的多数拉伸试样将在焊缝外面，在热影响区发生断裂。这并不意 味着焊缝比铸件的基本金属强度更高一些。 为了防止在热影响区产生脆性， 需要有严加控制 的焊接技术和消除应力处理。 相关标签: 铸钢件焊接 看你是什么材质的铸钢件，如果是 GS20Mn5，和 A3 板对接，我们用的是 J507，E5015使用 JM-56（ER50-6）就可以了 重型铸钢件的焊接修复赵颖陕西省西安市号信箱室（）摘要研究了 铸铜件（粉碎 头）产生裂纹、夹砂、气孔等缺陷的原因并提出修复方案，进行了最佳 工艺参数选择试验结果表 明：补焊后的焊缝和母材具有同等性能关键词重型铸钢 件，裂纹，修复铸钢件在生产过程中由于 各种原因，往往会出现裂纹、夹砂、气孔等 缺陷，给铸件造成致命的破坏而报废。采用补焊的方法 往往可以使之得到修复，并且 能达到产品的各项性能要求。粉碎头是本厂为美国公司生 产的产品，其材 质美国牌号为：，级，国内与之相近牌号为 。 本文在研究了粉碎头的化学成分、 机械性能及缺陷产生原因的基础上， 采用“ 小铁研”抗裂试验，为该类钢的补焊提供了依据。试验材料和试验方法试 验材料基本材料 为厚的板，其机械性能（调质） 为 ， ， ， 。 试验方法试板尺寸如图所示。采用 手工焊，焊条焊接工艺规范参数 为：焊接电流，焊接电源直流反接，焊接 速度：打底焊 ，其余各层，焊接顺序见图 。接头性能试验及 结果焊后经退火处理，试样加工成 圆棒，做机械性 能试验， 结果为：， ， 面弯无裂纹，焊缝硬度，母材硬度。 钻孔取样 化学分析结果：， ， ，其余。金相组织分析结果为：焊缝：块状 铁素体十奥氏体分解产物；热影响 区：块状铁素体十回火索氏体十少量针状铁素体； 母材：铁素体十回火索氏体：宏观检查结果：焊 接及热影响区未发现裂纹、未熔合、 夹渣、气孔等缺陷。讨论分析由于本厂第一批粉碎头采用了 焊条焊接，该 焊条成分中含有铬，导致焊缝变硬（含有碳化铬） ，有一部分粉碎头焊后局 部产生了裂 纹，质量达不到外商要求，外商在进行返修后，将返修费用从货款中扣回，使本厂蒙受 了巨大损失。第二批粉碎头由笔者负责补焊工艺工作，对该钢种可焊性进行了分析，并 预先计算了 焊接工艺参数，规定了严格的操作程序。可焊性分析根据国际焊接 学会（）推荐的碳 当量计算公式计算出的碳当量为： （下限）， （上限），取其平均值 为（平均）。由此可知该 钢属于高淬硬倾向的钢种，而粉碎 头最小壁厚大于，属于大厚板三维应力状态，焊后拘束 应力很大。因此， 可焊性很差，在补焊过程中必须采取焊前预热，焊后 消除应 力的措施。焊接材料的选择铸钢件补焊区及热影响区的组织及性能在很大程度上 取决 于焊接材料。为了保证焊缝的力学性能与母材匹配，焊缝成分力求与母材相近， 但为了防止焊缝有 较大的热裂倾向，焊缝含碳量应比母材稍低一些。参阅有关资料后， 决定采用手工电弧焊工艺方法 ，选用 高韧超低氢焊条。该焊 条熔敷金属的化学成分和机械性能为： ， ， ， ：， ，。扩散氢 在熔敷金属中易产生白点，形成裂纹源，采用超低氢焊条，严格控制 了熔敷金属中的 扩散氢含量（） ，避免了白点产生。焊接工艺参数的 确定 （）和预热温度的确定据有关文献介绍，低合金高强钢不产生裂纹 的冷却 时间下限值为。考虑到实际预热温度的偏差、焊件厚度、导热 能力、拘束度以及在 焊接过程中防止出现裂纹等因素，应将提高至。 另据文献介绍，板厚在 时，预热温度下限值为，而据重型 行业标准中推荐的公式： （）计算，得。考虑到将工件由炉内吊至施焊现场有一 段时间，这段时间内有 温降。因此，取。 （）焊接电流、电压、焊速的确定根 据前西德钢 铁学会年公布的钢铁材料技术指导文件进行计算，假设埋弧焊热效率 ， 则在三维传导条件下，有：式中的冷却时间， 焊接方法 中相对于埋弧焊的相对热效率线能量，施焊时的预 热温度， 焊缝形状系数相对热效率为：埋弧焊 ，碱性焊条手工 焊 ，钛型焊条手工焊 ，气保护焊 。焊缝形 状系数的取值见下表。本产品取 ， ，代入（）式后得， 。众所周 知：对于 焊条，取； ， 取；代入（）式，则焊接速度。所以 的焊接工艺参数为： ， ， 。补焊工艺方案焊前准备（）焊前通过磨削或 机械加工等方法将缺 陷清除，若采用碳弧气刨或气割清除，则铸件预热左右， 补焊区应修磨平整，并彻底清除 坡口及其周围以内的粘砂、油、水、锈等脏 物。 （）为防止裂纹扩展，可在裂纹两端钻 直径不小于的孔后再开坡口，坡 口形式为形或圆形，见图（， ）（）整体预 。 热至，并在距补焊区处进行测温。 （ ）禁止在空气对流的 场所进行补焊，环境温度不低于。 （）焊条用 用前经 烘焙，或按焊条说明书烘焙，焊条烘焙后放在恒温箱 中 保温，随用随取。补焊由有经验的焊工进行操作，尽可能在水平位置施焊， 防止未焊透及 弧坑裂纹产生。补焊连续进行，不得不中断时，应采取保温措施。 焊接电流：平焊时 ，立焊及仰焊时，焊接电源直 流反接。补焊时，焊条不应摆动 过大，缺陷较大时应分段、交错焊接，采用短 弧、窄焊道、多层焊，焊完各层的每道焊缝后，应用 风铲（圆平头）或榔头进行锤击 以减少焊接应力。补焊过程中若发现裂纹等缺陷，应彻底清 除后方可继续补焊。 同一部位的补焊次数不能多于三次，调质处理后的补焊次数不应多于两 次，超 过上述规定，须经有关部门认可方可进行补焊。焊后将焊缝打磨平整。焊后热 处理 及检验粉碎头焊后应进行消除应力热处理，热处理工艺曲线见图。焊后对焊缝 进行宏观检查，不 得有裂纹、未焊透、未熔合等缺陷，否则应返修，直至合格。首批 样件按和 第三章逐件进行磁粉探伤，不 允许线状和圆状显示， 其值不大于 （ ） 深度不大于 ， （） 。超声波探伤按 。进行，结果 均合格。结论（）采用计算确定的焊接工艺规范参数补焊， 所焊、的产品质量均 合格。 （）用补焊可使焊缝性能 与母材相 同，而用焊条则不行。参考文献周顺深低合金耐热钢上海人民出版 社 ，张文钺金属熔焊原理及工艺（上） 机械工业出版社， 周振丰金 属熔焊原理及工艺（下） 机械工业出版社，曾乐焊接工程学新时代出版社， 焊接材料产品样本机械工业出版社， 铃木春义焊接金属学 机械工业 出版社，焊工手册机械工业出版社， 中部焊接振兴会现场焊接技术 ，河北人民出版社，重型铸 钢件的焊接修复赵颖重型铸钢件，裂纹，修复研究了铸铜 件（粉碎头）产生裂纹、 夹砂、气孔等缺陷的原因并提出修复方案，进行了最佳工艺参数选择试 验结果表明： 补焊后的焊缝和母材具有同等性能周顺深低合金耐热钢上海人民出版社， 张文钺 金属熔焊原理及工艺 （上） 机械工业出版社， 周振丰 金 属熔 焊原理及工艺（下） 机械工业出版社，曾乐焊接工程学新时代 出版社， 焊接材料产品样本 机械工业出版社， 铃木春义 焊 接金属学机械工业出版 社，焊工手册机械工业出版社， 中部焊接振兴会现场焊接技术，河 北人民出版社， 代入（）式后得，。 众所周知：对于 焊条， ，取；，取 ；代入（） 式，则焊接速度。所以 的焊接 工艺参数为： ， ， 。 补焊工艺方案焊前准备（）焊前通过磨削或机械加工等方法将缺陷清除，若 采用碳弧 气刨或气割清除，则铸件预热左右，补焊区应修磨平整，并彻底清 除坡口及其周围 以内的粘砂、油、水、锈等脏物。 （）为防止裂纹扩展，可 在裂纹两端钻直径不小于 的孔后再开坡口，坡口形式为形或圆形，见图 （，）（）整体预热至，并在距补焊区 。 处进行测温。 （）禁止在空气对流的场所进行补焊，环境温度不低于 。 （）焊条用 用前经烘焙，或按焊条 说明书烘焙，焊条烘焙后放在恒温箱中保温，随用随取。国家体育场(方案)钢结构工程、焊接工艺评定方案编号：CJNC001 国家体育场钢结构工程、 国家体育场钢结构工程、 焊接工艺评定方案 批准： 批准： 审核： 审核： 编制： 编制： 北京城建精工钢结构有限公司国家体育场项目部 二 00 五年三月十六日1国家体育场（方案）钢结构工程、 国家体育场（方案）钢结构工程、焊接工艺评定方案 国家体育场钢结构工程现场焊接工艺评定具有技术要求高、复杂、工作量大 的特点，是一项典型的系统工程，由于焊接工艺评定的地位特殊，是焊接工程十 分重要的技术环节。 一、编制依据和基本规定 （1）JGJ812002建筑钢结构焊接技术规程 （2） 国家体育场钢结构招标图 （3） 国家体育场钢结构工程施工组织设计 （4）GB 50205-2001 - 建筑钢结构工程施工质量验收规范 （5）GB/T1591-94 - 低合金高强度结构钢 （6）YB 4104-2000 - 高层建筑结构用钢板 （7）GB/T5315-85 - 厚度方向性能钢板 国际规范 a. DIN17182 - 高焊接性能铸钢(德国) （8）绝大多数的钢构件为钢板焊接成的箱型截面，钢板的最大厚度不大于 100mm； 除特别注明外， 钢板厚度 34mm时， 采用Q345钢材； 钢板厚度 36mm 时，采用Q345GJ钢材。 厚度分布： 组合钢柱除少量棱形柱底部和顶部为 90100mm，其余为 5080mm，另外两根方形 斜柱板厚绝大多数为 30、25、20mm。 桁架上弦杆个别段为 50mm 外，其余均在 40mm 以下，大多数为 30、25、20mm。 桁架下弦杆个别段为 50、42mm 外，其余绝大多数为 20mm。 腹杆为 20、14、10mm，多数为 10mm。 次结构板厚最大36mm，绝大部分为20mm以下。 （9）选用钢材性能应满足下例要求:当以上规范不能函盖地方，参考以下 钢材冲击韧性要求 钢材厚度方向性能要求2（10）铸钢机械性能符合下表规定 钢号 GS 16Mn5 （正火） GS 20Mn5 （正火） 厚度或 直径（） 50 50100 50 50100 100160 160 GS 20Mn5 （调质） 50 50100 100160 屈服强度 s(KN/) 260 230 300 280 260 240 360 300 280 极限强度 b(KN/) 430660 430660 500650 500650 480630 450600 500650 500650 500650 抗拉、 抗压或抗 弯 f(KN/) 234 207 270 252 234 216 324 270 252 24 24 22 70 50 40 延伸率 5% 25 25 22 22 20 冲击功 AK（J） 65 45 55 40 35（11）除特别注明外，所有焊接均采用全熔透对接焊缝。 （12）除特别注明外，手工焊接所采用焊条的质量标准须符合现行国家规范 GB/T5117及GB/T5118的规定，对Q345级钢材须采用E50级焊条，对Q345GJ钢材 须采用E55级焊条。 （13）除特别注明外，自动或半自动焊接所采用的焊条、焊丝及焊剂须与主体金 属强度相适应， 其质量标准须符合现行国家规范GB/T14957或GB/T14958的规定。 （14）除特别注明外，钢结构焊接程序和施工要求应遵从规程 JGJ81-2002：建筑 钢结构焊接规程。 二、焊接工艺评定的工艺流程 根据 JGJ81-2002建筑钢结构焊接技术规程的有关规定，国内首次用于钢接 构工程的钢材（包括钢材的牌号于标准相符但微合金强化元素类别不同和供货状 态不同或国外钢号国内生产）的必须进行焊接工艺评定。有部份 Q460、S460ML 首次使用，因此严格按规程要求进行了全面的焊接工艺评定，并根据工艺评定试 验结果，编制了详细的焊接工艺规程，确保了工程施工焊接质量。试验程序如下 图。 编制焊接 工艺指导 书 焊接加工 试件 理化试 验 试验结 果评定 Y 编制焊接 工艺评定 报告N 编制工 程焊接 规程3三、焊接工艺评定的指导方案 所用钢材大部分为 Q345D、Q345E，部分采用 Q460、S460ML 或铸钢件。 部分钢柱钢板厚度 90mm 和 100mm。 1、主要焊接工艺评定项目如下： 编号 2004-14 规格 30X300X800 2件 80100X300X 800 2件 30X300X800 2件 80100X300X 800 2件 30X300X800 2件 80100X300X 800 2件 接头型式 板对接 V型坡口+背垫 板对接 V型坡口+背垫 板对接 V型坡口+背垫 板对接 V型坡口+背垫 板对接 V型坡口+背垫 板对接 V型坡口+背垫 焊接位置 平焊 焊接方法 GMAW 焊接材料 ER50-6,7或E50 2004-15平焊FCAW-G ER50-6,7或E50 2004-16立焊FCAW-G ER50-6,7或E50 2004-17立焊GMAW ER50-6,7或E50 2004-18仰焊SMAW E5015 2004-19仰焊SMAW E5015 2、焊接参数 焊接材料 标准型号 ER50-6,7 ER55-6,7 E50 E55 规格 (mm) 1.2 电流(A) 焊接工艺参数 电压(V) 气流量(L/min) 备注 焊接 方法GMAW 实 心焊丝 FCAW 药 性焊丝260320 3034 50801.2 3.2 260300 90120 160180 200240 3034 2226 2426 2628 5080 / / / SMAW E5015， E55154 5 43、焊材匹配与选用 焊材的选用遵循“等强匹配”原则。 母材 设计采用 Q345D 或 Q345GJD 结构钢(局部采用 Q460、S460ML 钢)，其厚度 方向性能须符合设计及 GB5313-85 中规定的 Z 向性能的要求。 根据以往工程经验，铸钢件建议使用 GS20Mn5V（DIN17182） 。铸钢 GS 20Mn5V 的化学成分与 Q345D 相近，其碳当量极限值为 0.42，与 Q345D 钢材 的可焊性较好。 焊材 根据母材及焊缝性能， 钢结构安装焊接主要采用半自动二氧化碳气体保护焊 ，焊接位置困难之处如仰焊采用手工电弧焊（SMAW） 。焊材选用见 （GMAW） 表一 。 焊材选用 焊接材料 序号 母材 GMAW或FCAW-G 标准强度保证值 标准型号 s ER50-6,7 1 Q345D E50 ER50-6,7 2 Q345GJD GS20Mn5V 3 +Q345D、 4 S460MLS460ML S460ML 5 Q345D E50 400 480 E55 ER50-6,7 470 420 550 500 E5015 390 490 E50 ER55-6,7 400 470 480 550 E5515 440 540 E50 ER50-6,7 400 420 480 500 E5015 390 490 400 420 480 500 E5015 390 490 420 b 500 E5015 390 490 标准型号 s b SMAW 标准强度保证值5现场的焊接工艺评定必须严格遵守 JGJ81-2002建筑钢结构焊接技术规程 的有关规定。 国内首次用于钢结构工程的钢材 （包括钢材的牌号与标准相符但微合金强化 元素类别不同和供货状态不同或国外钢号国内生产）的必须进行焊接工艺评定。 国内首次用于钢结构的焊接材料必须进行焊接工艺评定。 设计规定的钢材类别、焊接材料、焊接方法接头形式、焊接位置、焊后热处 理制度以及施工单位所采用的焊接工艺参数为施工企业首次采用的， 必须进行焊 接工艺评定。 安装单位根据所承担钢结构的设计节点形式、钢材级别、规格，采用的焊接 方法、焊接位置等制定焊接工艺评定方案，拟定相应的焊接工艺评定指导书、施 焊试件、切取试样，并由具有国家技术质量监督部门的认证资质的检测单位进行 检测试验。 焊接工艺评定试验完成后， 由评定单位根据检测机构签发的检测报告做出焊 接工艺评定报告，连同焊接工艺评定指导书、评定记录，评定试样检查结果一起 报工程质量监督部门和有关单位审查备案。 焊接工艺评定结束后现场的焊接作业指导书如发生改变，应按 JGJ81-2002 建筑钢结构焊接技术规程的有关内容进行判定，重新进行焊接工艺评定。 四、国家体育场钢结构工程现场具体常规焊接工艺评定 1、评定的钢材：Q345、Q345GJ、Q345DGJ