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锻焊结构齿轮的焊接制造技术

2017-04-27苏联发

环球市场 2017年8期
关键词:调质贝氏体堆焊

苏联发

广东明阳风电产业集团有限公司

锻焊结构齿轮的焊接制造技术

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广东明阳风电产业集团有限公司

随着科学技术的发展,锻焊结构齿轮得到了普遍使用。现已成为世界上工业发达国家制造大齿轮的一种生产手段,并将逐步淘汰目前大型齿轮制造中沿用的整体铸造结构齿轮,基于铸造齿轮存在生产周期长、耗料多,从而导致整个大齿轮的报废,加上铸件淬火易出现问题,延长生产周期和造成经济损失。本文分析了锻焊结构齿轮的焊接制造技术。

锻焊结构齿轮;焊接制造;技术

近年来,锻焊结构齿轮的出现,已成为世界上工业发达国家制造大齿轮的一种生产手段,并将逐步淘汰目前大型齿轮制造中沿用的整体铸造结构齿轮。根据现场焊接齿轮上裂纹的形态及走向,认真了解了工人具体的施焊情况,查明了产生焊接裂纹的原因。通过修改设计方案及选用新的焊接工艺,找出了控制产品焊接裂纹产生的方法,重新加工施焊,使该齿轮一次焊接成功。焊后的产品完全满足设计要求。

一、焊接性分析

中碳调质钢由于含碳量高、合金元素多、钢的淬硬倾向大、Ms点又低,因而在淬火区产生大量脆硬的马氏体,导致严重脆化,焊接焊前为调质状态的钢材时,热影响区被加热到超过调质处理时回火温度的区域,将出现强度、硬度低于母材的软化区。如果焊后不再进行调质处理,该软化区可能成为降低接头强度的薄弱区。中碳调质钢的淬硬倾向大,近缝区所出现的马氏体组织,增大了焊接接头的冷裂倾向。在焊接中常见的低合金钢中,中碳调质钢具有最大的冷裂敏感性。为了提高抗裂性,应尽量降低焊接接头中的含氢量,并采用焊前预热和焊后及时热处理。中碳调质钢的碳及合金元素含量高,焊缝凝固结晶时,结晶温度区间大,偏析倾向也较大,因而焊接时具有较大的热裂纹,要求采用低碳焊丝。(一般焊丝中含碳量限制在0.15%以下,最高不超过0.25%)中碳调质钢不允许焊接接头有未焊透、咬边等缺陷。35CrMo属于CrMo系统,它是在Cr钢基础上发展起来的一些中碳调质钢。Cr钢中加入少量Mo(0.15%~0.25%),可以消除Cr钢的回火脆性,提高淬透性并使钢具有较好的强度和韧性匹配,同时Mo还能提高钢的高温强度。但是,这类钢的含碳量较高、淬透性较大,因此焊接性较差,根据碳当量公式和35CrMo的化学成分,得出它的碳当量为0.82%(各成分均按最大值),已远远>0.45%,可见35CrMo的焊缝冷裂倾向较为严重,并且随着碳含量的增加,合金元素的增加,冷裂纹的敏感性也就更大。

二、焊接工艺评定

1.缩截面拉伸试验。按照国际标准制作缩截面板状拉伸试样,并采用ASTMA370进行拉伸试验。试样照片如图2所示。

2.金相分析。对焊接接头(焊缝、热影响区及母材)分别进行金相组织分析,母材Q345D室温组织为珠光体+铁素体双相组织,其中铁素体为白色块状,黑色为珠光体,铁素体比例约占80%,晶粒度为8级。母材Q345D侧热影响区组织分布不均匀,其中粗晶区组织为贝氏体+铁素体,贝氏体形态为羽毛状,属于上贝氏体,它是由许多从奥氏体晶界向晶内平行生长的条状铁素体和在相邻铁素体条间存在的断续的、短杆状的渗碳体组成,铁素体为块状,晶粒度为8级;热影响区细晶区组织为珠光体+铁素体,晶粒非常细小,晶粒度达到10级。母材42CrMo室温组织为回火索氏体+贝氏体,晶粒度为7级。42CrMo侧热影响区组织分布不均匀,其中粗晶区组织为回火索氏体+贝氏体,晶粒度达到5级,细晶区组织为回火索氏体+贝氏体,晶粒度达到10级。焊缝组织为贝氏体+铁素体,其中贝氏体形态与Q345D侧热影响区粗晶区不同,属于下贝氏体。

3.堆焊过渡层。对这样的大型焊接件,任何细小的未熔合、咬边等缺陷的存在以及焊缝突然向母材过渡,可能成为裂纹或脆性断裂的裂源。因此为了使焊缝向母材圆滑过渡,以防止在焊接辐板时不会因冷裂纹将齿圈和轴套的母材拉伤,改善齿圈和轴套与辐板的焊接质量,我们在齿圈与轴套上堆焊一层低碳的过渡层。需注意以下几点:一是在齿圈和轴套与辐板相接处,加工深5mm,宽80mm的圆环。二是齿圈和轴套整体入炉消应力预热,预热温度在250~300。三是因为埋弧焊的焊接电流大,焊接速度高,焊接质量稳定,以采用埋弧焊堆焊,焊丝用10Mn2(wC<0.12%)。堆焊过程中,用丙烷加热器不断加热,使堆焊过程温度一直与预热温度相同。堆焊完后立即入炉消除应力。当有1mm加工量时,对堆焊处进行PT检查,确保堆焊处无裂纹,影响焊缝质量。

4.装焊辐板。一是装配左侧和中间的辐板,焊接牢固后,发往热处理车间。整体预热,开始焊辐板,焊接过程中,不断用丙烷加热器加热,保证焊接过程中温度保持不变。二是焊完后入炉整体消除应力。对焊缝作着色检查,确保焊缝无裂纹。按以上工艺装焊右侧的辐板。装焊加强钢管。入炉消除应力。

三、焊接难点控制

1.预热温度的确定。由于钢的碳当量及冷裂纹敏感指数高,易产生焊接裂纹,因此焊前必须预热,其目的是为了降低焊接接头的冷却速度,减少马氏体产生的几率,从而改善焊接接头组织,以降低产生冷裂纹的几率。根据预热温度经验公式T=碳当量×360℃可知,42CrMo预热温度为241~317℃,为保证焊接接头不出现焊接裂纹、降低工人劳动强度,本次焊接试验选择预热温度为250℃。

2.焊后缓冷。焊后立即用石棉布包裹焊接试样,以降低焊接接头的冷却速度,从而减少马氏体产生的几率,降低冷裂纹倾向。

3.焊接效果。采用焊丝和焊剂对试样进行焊接,焊缝成形美观,未出现气孔、夹渣、裂纹等缺陷,UT、MT检测满足AWSD1.1:2010标准要求,达到了预期效果。

本文对锻焊结构齿轮的焊接制造技术进行分析。焊缝及热影响区均未出现马氏体、魏氏组织等异常组织,焊接工艺及热输入合理,达到了预期效果。

[1]袁玉杰.大型锻焊齿轮的焊接工艺研究[J].一重技术,2015(2/3):80-81.

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