[发明专利]一种延长高强度金属壳体使用寿命的焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种焊接方法，尤其是一种延长高强度金属壳体使用寿命的焊接方法。

背景技术

随着国内综合采煤机械化水平的不断提高，对大功率采煤机的可靠性要求也越来越高，尤其是对采煤机箱体和摇臂壳体的材料及其力学性能提出了新的要求。然而现有大功率壳体类（摇臂）所使用的大多是ZG25MnNi、ZG270-500普通强度钢，这两种材料的综合机械性能虽然比较好，但它们正火的硬度都比较低，强度也不高，在现行的高强度采煤和恶劣的工况条件越来越显得不相适应，尤其是壳体焊接部位在使用不久后容易出现裂纹、漏水、漏油现象，严重的壳体（摇臂）部位甚至发生变形、耳部扭脱等质量问题，使采煤机壳体使用寿命大大缩短。

并且以往使用的焊接工艺参数不佳，焊材强度不够，焊接电流偏大等原因，常引起焊缝裂纹、夹渣、咬边等缺陷。

针对以上情况，申请人对高强度耐磨钢铸钢CrNiMo的性能进行研究，通过理论与实践相结合，对铸钢CrNiMo试验材料进行系统的工艺试验，确定了铸钢CrNiMo是适合当前壳体类零件使用的材料，并研究出一套较为完善的热处理方案及焊接工艺，使其得到的各项性能指标能较好满足大功率煤机壳体用材料的使用条件。

发明内容

发明目的：针对现有技术的不足，我们经过长期的实践探索，发明了一种延长高强度金属壳体使用寿命的焊接方法。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：一种延长高强度金属壳体使用寿命的焊接方法，采用高强度耐磨钢CrNiMo作为焊接基材，所述焊接方法包括以下七道工序：

第一道工序，焊接前准备：

采用热切割方法将焊接基材的焊接端切割成单边V型坡口焊件，具体为首先进行垂直平行切割，再对正、反坡口加工，所述单边V型坡口焊件的坡口角度的允差为±5°，钝边高±2mm；

焊接前仔细清除焊丝及焊件表面的油污、锈蚀及水渍，减少焊缝中含氢量，检查CO₂焊机送丝顺畅情况和气体流量情况，焊条使用前利用放烘箱烘干，拿出后放入保温桶，带到施工现场。

第二道工序，点固焊：

焊前对母材局部加热，焊接板材时用焊丝将板材点焊固定在母材上，每隔一定距离点焊一个位置，对称物件从中央向首尾方向点焊，并左右方向对称点焊。

第三道工序，焊件预热：

对第二道步工序件进行时长为30分钟的恒温预热，预热温度范围在300℃到400℃之间。

第四道工序，焊接施工：

对第三道工序件采用手工CO₂气体保护焊沿焊缝中部向两头行走，先焊里口后焊外口，焊接方向由中间向两边施焊，当遇到纵横交叉的焊缝，先焊端焊缝后焊边焊缝，当焊件长度超过一米时，采用分中对称焊或逐步退焊法；当焊件上平角焊和立角焊同时存在时，应先焊立角焊后焊平角焊，先焊短焊缝后焊长焊缝。如果是采用焊丝进行焊接的时候，采用焊丝CHT711药芯焊丝。

焊接施工过程中使用CO₂保护气，所述CO₂保护气由80％的CO₂和20％的Ar混合而成。每焊完一道将焊渣清理干净，并检查焊缝中有无气孔、裂纹，有气孔、裂纹时，将其彻底清除后，再继续焊接下一道焊缝，焊接结束前进行收弧操作。

第五道工序，打磨：

焊接完成后，用角磨机对焊缝边缘及周边基体进行圆滑过渡打磨，去除焊接过程中产生的焊丝药皮飞溅物，并将相邻表面修磨光滑。

第六道工序，消氢处理和热处理：

冷裂纹是焊接高强度钢的主要问题，在高强度钢焊接裂纹缺陷形成中热裂纹一般仅占10%，而冷裂纹占到了90%。引起冷裂纹的主要原因是材料的淬硬组织和含氢量，所以要进行消氢处理和热处理。

焊接完成之后，焊缝的温度还处于100℃以上，为了加速焊接接头中氢的逸出，防止冷裂纹产生，对于高强度钢尤为重要首先将第五道工序件置于300-400℃的温度环境下，时间范围为2-6h，进行消氢；然后将工件放置于恒定温度为500-600℃的环境里，时间范围为4-6h，进行热处理，最后进行缓慢冷却。

第七道工序，无损检测：

对第六道工序件的焊缝进行着色或磁粉探伤检验，焊缝经探伤检验如果发现缺陷，则对缺陷部位进行修补，采用手工焊对缺陷部位进行修补，用碳弧气刨对缺陷部位批槽，形状为中间缺陷部位较深，两端渐浅逐渐向内表面过渡，然后用砂轮机打磨除去坡口处的碳化物，经着色或磁粉探伤检查确认无缺陷后，再按上述工艺进行补焊，焊接完毕。