異種鋼復合部件在狹小空間的焊接工藝保證

摘要：異種鋼焊接為了能獲得滿意的焊接接頭質量，往往要采取比同種鋼焊接更為復雜的工藝措施來保證，如果異種鋼焊接環境再置于狹小操作空間，在焊接工藝的制定上，就要兼顧考慮在獲得滿意的接頭質量的同時，采取合理的焊接順序，減小焊接變形，從而最終保證零件的整體制造質量。本文以不壓井修井機的一個部件為例來闡述異種鋼復合部件在狹小空間的焊接工藝保證。

關鍵詞：異種鋼 狹小空間 焊接性 焊接工藝

前言

SBY系列不壓井修井機是中石化石油工程機械有限公司第四機械廠為油田實現高效，節能，環保的帶壓作業需求而開發的專業設備，由于特殊作業條件及施工空間的需要，構成該修井機支腿總成的一個重要部件在材料上采用了高強鋼（Q550D）與中碳鋼（45）的組配，因受制于施工條件，零件結構空間設計相對狹小，給產品焊接制造提出了很高要求。

1.產品的工藝加工性分析

1.1.從產品采用材料看，該零件采用了高強鋼（Q550D）與中碳鋼（45）的異種鋼組焊形式，由于異種鋼母材的化學成分，金相組織，物理性能及力學性能都有較大的差異，兩者焊接需要選擇合理的焊縫金屬填充熔合，采取一定的特殊工藝措施才能獲得滿意合格的焊接接頭，滿足設計需要。考慮異種鋼焊接工藝時必須根據特定的條件來確定焊接方法，焊接材料，工藝參數以及其它措施。

1.2.從產品結構角度看，該零件為箱型結構，內部設計有多個加強筋板，焊縫數量多，相鄰焊縫距離近，坡口角度大，焊接熱量集中，產品極易產生變形；由于受現場施工條件限制，產品內部設計操作空間位置狹小，不利于有效施焊。在制定整體焊接工藝時，要兼顧考慮在獲得滿意接頭質量的同時，有效設計多個工藝操作視孔，擴大焊接操作空間，同時采取合理的焊接順序，減小焊接變形，才能達到最終保證部件整體制造質量的目的。

2. Q550D與45焊接工藝制定

2.1. Q550D焊接性分析

參考Q550D的化學成分，得出此類鋼的碳當量Cep>0.45%， 焊接時有淬硬傾向，焊前應適當預熱。為保證受熱均勻，零件裝配、點焊后，應用采取整體預熱的方式，預熱溫度150-200℃，以防止裂紋的產生，減少應力。預熱后應及時進行焊接，層間溫度控制在150-170℃。焊后為消除焊接內應力，提高構件穩定性，應進行焊后熱處理。

2.2. 45號鋼焊接性分析

由于45號鋼含碳量高，焊接易產生裂紋傾向，一般在焊接前應進行預熱處理，在焊接后應進行消除焊接應力的熱處理。

通過對兩種材料的焊接性分析，結合單位現有的幾種焊接方法，選用了幾種焊接材料進行多項焊接工藝評定，確定了兩鋼種以下焊接工藝：

表1 Q550D+45工藝參數

3.產品整體焊接工藝制定

3.1. 先將部件按要求半整體組對成框架結構（上方蓋板先不組對），組對過程中將需點固的位置先用氧槍在點焊部位母材周圍100mm范圍內預熱160℃（冬季溫度可適當加高，用以補償熱量損失）后點焊，用紅外線測溫儀隨時檢測溫度。

3.2. 在保證異種鋼接頭質量的同時，采取合理的焊接順序，減小焊接變形，從而最終保證部件的整體制造質量。

3.2.1.由于部件內部1處位置形成整體框架后不易施焊，需在封蓋前用氧槍對同類位置的1處焊縫母材預熱160℃后進行焊接，焊接完成后封點組對上蓋板。

圖1 焊接順序圖

3.2.2.將整體點完后的部件送入熱處理爐中整體預熱160℃+20，出爐后平放置焊接架上，開始對同類位置的2（Q550D+45），3（Q550D+Q550D）焊縫進行焊接；兩個位置的焊縫完成后，將部件90度翻轉，對同類位置焊縫8進行焊接，完成后再次90度翻轉，對同類位置4，5焊縫進行焊接，整個焊接過程采用對稱交叉焊接，以減小熱量的不均勻分布，對軸套處（45鋼）焊縫完成后需立刻用石棉布蓋住進行保溫緩冷，防止焊接裂紋的產生。

3.2.3.由于完成同類位置2-5焊縫后，部件溫度已降低，需二次進爐整體預熱160℃+20，出爐后快速依次對同類位置焊縫6，7進行焊接，焊接順序采取左右，上下對稱焊接。

3.2.4.焊后熱處理 為了改善接頭的組織和性能，消除部分焊接殘余應力，并促進焊縫金屬中的氫逸出，防止焊接裂紋的產生，提高部件穩定性，部件焊后需及時進爐進行焊后保溫及去應力處理。

3.2.5. 對焊縫進行磁粉探傷，合格后轉入下道工序。

4.結語

通過制定合理的焊接工藝方案，產品質量在加工過程中得到了保證，產品質量穩定，全面滿足質量及生產進度要求，為不壓井修井機整機質量提供了有力保證，為“石油四機”品牌贏得了很好的市場信譽度。

參考文獻：

[1]《焊接手冊》. 中國機械工程學會焊接學會. 2001. 第二版. 第2卷.

[2] 楊道和. 液壓支架Q550D低合金結構鋼的焊接. 煤碳技術. 26卷第10期.

[3] 張昕.李良. 柱異種材料焊接的工藝研究. 《金屬加工（熱加工）》. 2010年14期.