[发明专利]一种提高大型钢锭焊接接头热影响区力学性能的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种提高大型钢锭焊接接头热影响区力学性能的方法。

背景技术

大型锻件是重大装备中的关键基础件，但在生产过程中废品率高，生产难度大，且浪费能源，为了节省能源和防止钢锭冷裂，提高成品率，生产厂普遍采用热送钢锭，但是热送钢锭通常在加热和锻造时容易产生裂纹，极难控制和消除，质量稳定性差，经济损失十分严重。

目前，对于大型锻件在锻造中产生的裂纹缺陷可采用焊接方法进行修复。而焊接修复区必然会存在焊接缺陷，尤其是焊接热影响区在熔化焊时集中在焊接热循环的作用下，导致热影响区的组织分布不均匀。熔合区和过热区出现了严重的晶粒粗化，是整个焊接接头的薄弱地带，不能满足性能要求，因此研究改善焊接接头热影响区组织和性能的方法对于大型锻件的焊接修复尤为重要。

另外，目前使用焊接方法修复大锻件在锻造过程中出现的深裂纹缺陷还未见报道，限制其发展的主要问题是修复区的组织性能能否满足使用要求。鉴于这一现状，有必要深入研究提高大型锻件焊接接头热影响区力学性能的方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种提高大型钢锭焊接接头热影响区力学性能的方法，针对大型锻件焊接修复区存在的焊接缺陷，提出在焊后采用镦粗方法，对焊接修复区进行大变形量的压缩变形，破碎焊接修复区热影响区的粗大晶粒，使焊接热影响区的晶粒细化，改善热影响区的力学性能，进而提高修复区的力学性能，提高大型钢锭焊接接头的力学性能。

具体技术方案是：

一种提高大型钢锭焊接接头热影响区力学性能的方法，包括如下步骤：

(1)下料：用机械方法在圆柱形坯料1/2高度处沿圆形边缘开角度α＝40～42°的V型坡口，进行预热处理，当达到预热温度时进行焊接；

(2)加热：将焊接后的坯料在加热炉中加热到锻压温度1100～1250℃，保温2～3小时；

(3)镦粗成形：将加热后的坯料放于锻压机的下砧座，保证镦粗的两端面平整且与轴线垂直，进行镦粗成形；

(4)调质热处理：对上述镦粗成形后的坯料进行调质热处理。

所述步骤(1)所述的预热温度为250～300℃，预热方法为火焰加热。

所述步骤(1)所述的焊接条件如下：焊接电流280～300A，焊接电压30V，气体流量20～25L·min^-1，焊接速度25～35cm·min^-1，焊接线能量11～13KJ/cm，焊接过程中，控制层间温度为250℃，采用混合气体进行保护，保护气体为20％CO₂+80％Ar。

所述步骤(3)所述的镦粗为单道次大变形镦粗。

所述步骤(3)所述的镦粗成形过程如下：采用2.5～4吨的锤击力，上锤头以1～1.3mm/s的速度进行缓慢镦粗，一次镦粗成形，待锻件变形量达到35～50％时，停止镦粗；锻压机参数如下：锤头和下砧座尺寸：1000×1000×100mm，锤头材质：65Mn，温度：室温，锤头硬度：58～60HRC，工件与上锤头的摩擦系数为：0.2。

所述步骤(4)所述的调质热处理工艺如下：淬火温度：850℃，保温时间：300min，淬火介质：机械油，回火温度：520℃，保温时间：120min，冷却方式：油冷。

本方法的优点是：

(1)本发明镦粗过程使钢锭焊接接头热影响区的粗大组织破碎，晶粒得到细化，热影响区力学性能得到改善。

(2)一次大变形镦粗过程使变形渗透到心部，充分破碎钢锭焊接接头热影响区的组织，细化晶粒。

(3)本发明在镦粗成形过程中，进行缓慢镦粗，一次镦粗成形，以使变形逐渐渗透到心部，减少不均匀变形，防止锻件心部和边部的组织、性能差异。

(4)组织的破碎和大量变形带的产生增加了随后调质热处理过程的形核率，从而进一步细化晶粒，使得锻造后的焊接接头性能优良：屈服强度、抗拉强度均高于母材，延伸率≥20％，焊接接头的热影响区疲劳强度和母材相比有所提高。

(5)本发明方法操作过程简单，易实现工业化批量生产。

附图说明

图1为焊接坡口位置及尺寸示意图；

图2为镦粗前40Cr焊接试样热影响区的金相组织形貌；

图3为镦粗后40Cr焊接试样热影响区的金相组织形貌；

图4为镦粗前45钢焊接试样热影响区的金相组织形貌；

图5为镦粗后45钢焊接试样热影响区的金相组织形貌。

具体实施方式