45號調質大齒輪的焊接

宋娜

(大連華銳重工集團股份有限公司裝卸制造事業部,遼寧大連 116031)

45號調質大齒輪的焊接

宋娜

(大連華銳重工集團股份有限公司裝卸制造事業部,遼寧大連 116031)

針對45號鋼調質齒輪焊接時存在焊接裂紋的問題,制定有效合理的焊接工藝,成功地解決了45號鋼調質齒輪焊接性差的難題,為類似的中碳調質鋼焊接提供了參考依據。

45號鋼 調質齒輪 可焊性 焊接工藝

1 前言

我公司為寶鋼設計和制造的混勻堆料機卷揚大齒輪,材質為45號中碳調質鋼,調質硬度HB179～217,齒面表面硬度HRC49～56,大齒輪是堆料機的承載受力重要結構,它的制造質量直接影響堆料機的使用壽命。本文針對45號調質鋼可焊性差,結構剛性差的特點,提出了相應的解決焊接裂紋方案。

2 45號調質大齒輪工藝性分析

2.1 大齒輪的結構形式分析

大齒輪的結構形式見圖1,它是由齒圈、輪幅及輪轂組成的焊接件。

2.2 45號調質齒輪可焊性分析

45號大齒輪其化學成分與力學性能見表1,供焊狀態為調質。

根據國際焊接學會IIW碳當量公式計算碳當量CE

CE—國際焊接協學會推薦的碳當量(%),45號鋼齒輪的碳當量為0.5683(%),45號鋼可焊性較差,在焊接時容易產生脆硬的高碳馬氏體組織,增大了焊接接頭的冷裂傾向。尤其45號齒輪是在調質后焊接,環形焊縫,剛性大,故防止焊接冷裂紋是大齒輪焊接的主要關鍵。

3 45號調質齒輪焊接重要參數選擇

3.1 焊接材料的選用

45號鋼與Q235-B焊接,采用低匹配或等強和低氫的原則,采用焊絲牌號為ER50-6,焊絲直徑為Φ1.2,CO2氣體保護焊。

3.2 預熱溫度的選擇

為防止45號調質鋼產生焊接裂紋,必須焊前預熱,預熱溫度的確定是通過下列各式經驗公式估算預熱溫度

Cp=0.005S Cx=0.005×80×0.5683=0.22732S為工件厚度,S=80mm(含8mm加工量)

按(1)式C=Cx+Cp=0.589+0.22732=0.8162;預熱溫度T0=263.4℃

根據齒輪圓形結構,剛性較大的特點,故預熱溫度選擇265℃～280℃。

圖1

3.3 層間溫度的確定

大齒輪結構為圓形焊接結構,拘束度大,因此控制層間溫度不低于265℃。

3.4 焊接線能量和焊接規范控制

45號調質鋼不易采用大線能量焊接,避免熱影響區加熱或超過調質的回火溫度的區域;若加大線能量在淬火區形成粗大的馬氏體,增大脆化傾向,故應采用小的線能量焊接;焊接選擇為平焊焊接,電流220～260A,電壓24-28V。

4 防止冷裂紋措施

(1)將焊道兩側20mm范圍的油污清除干凈,露出金屬光澤,避免氫逸入焊縫。(2)先將輪幅與法蘭組焊一體,然后將輪轂與輪幅等各件組焊一體。以降低焊接應力,并避免強行組裝,減少焊后的殘余應力。采用合理的焊接順序,多層多道焊接即齒圈和輪幅的環縫焊接其一面厚度的2/3時需翻轉,背面要氣刨清根并打磨露出金屬光澤,并做MT檢測,再焊接另一面,最后將另一面1/3焊完。(3)調質鋼齒輪與Q235B輪幅焊接,預熱溫度應以45號(碳當量較高的母材)選取;將工件放入加熱爐中均勻預熱,預熱溫度按265℃～280℃。(4)齒輪焊縫焊接后,立即進行后熱,溫度300℃±10℃,保溫2小時,以減少焊接接頭的擴散氫含量,提高焊縫接頭的綜合性能。然后用硅酸鋁石棉氈保溫。(5)齒輪焊前為調質狀態,為避免降低接頭強度的薄弱區,故齒輪采用低溫退火,低溫溫度控制在560℃～580℃。(6)45號齒輪退火前、后均進行100%UT和100%MT探傷檢驗,焊縫質量均達到GB11345-89BⅠ級超聲波標準和JB/T4730.4-2005Ⅱ級磁粉探傷標準。

表1 45號鋼化學成分及力學性能

5 結論

(1)45號調質鋼齒輪焊接對其焊縫進行UT、MT無損探傷,各項指標均達到無損檢驗標準要求,證明本技術可行,具備在動載工作條件下的可靠性。(2)45號中碳調質鋼與材質Q235-B低碳鋼焊接,焊接工藝必須按可焊性差的45號調質鋼制定工藝參數,應嚴格控制預熱和焊接層間溫度。焊前齒輪的預熱溫度必須均勻的;這是防止齒輪焊接裂紋的重要措施之一;齒輪焊后后熱且低溫退火,是防止45號調質鋼冷裂紋另一關鍵措施。(3)通過調整焊接線能量和退火溫度,可解決45號調質鋼齒輪熱影響區高溫回火軟化而引起強度下降的問題。

[1]中國機械工程學會焊接學會編,焊接手冊,(第2卷)材料的焊接[M].機械工業出版社.

[2]上海市機械工業工藝管理協會,現代焊接技術手冊.上海科學技術出版社.