45号调质大齿轮的焊接

宋娜

(大连华锐重工集团股份有限公司装卸制造事业部,辽宁大连 116031)

45号调质大齿轮的焊接

宋娜

(大连华锐重工集团股份有限公司装卸制造事业部,辽宁大连 116031)

针对45号钢调质齿轮焊接时存在焊接裂纹的问题,制定有效合理的焊接工艺,成功地解决了45号钢调质齿轮焊接性差的难题,为类似的中碳调质钢焊接提供了参考依据。

45号钢 调质齿轮 可焊性 焊接工艺

1 前言

我公司为宝钢设计和制造的混匀堆料机卷扬大齿轮,材质为45号中碳调质钢,调质硬度HB179～217,齿面表面硬度HRC49～56,大齿轮是堆料机的承载受力重要结构,它的制造质量直接影响堆料机的使用寿命。本文针对45号调质钢可焊性差,结构刚性差的特点,提出了相应的解决焊接裂纹方案。

2 45号调质大齿轮工艺性分析

2.1 大齿轮的结构形式分析

大齿轮的结构形式见图1,它是由齿圈、轮幅及轮毂组成的焊接件。

2.2 45号调质齿轮可焊性分析

45号大齿轮其化学成分与力学性能见表1,供焊状态为调质。

根据国际焊接学会IIW碳当量公式计算碳当量CE

CE—国际焊接协学会推荐的碳当量(%),45号钢齿轮的碳当量为0.5683(%),45号钢可焊性较差,在焊接时容易产生脆硬的高碳马氏体组织,增大了焊接接头的冷裂倾向。尤其45号齿轮是在调质后焊接,环形焊缝,刚性大,故防止焊接冷裂纹是大齿轮焊接的主要关键。

3 45号调质齿轮焊接重要参数选择

3.1 焊接材料的选用

45号钢与Q235-B焊接,采用低匹配或等强和低氢的原则,采用焊丝牌号为ER50-6,焊丝直径为Φ1.2,CO2气体保护焊。

3.2 预热温度的选择

为防止45号调质钢产生焊接裂纹,必须焊前预热,预热温度的确定是通过下列各式经验公式估算预热温度

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

按(1)式C=Cx+Cp=0.589+0.22732=0.8162;预热温度T0=263.4℃

根据齿轮圆形结构,刚性较大的特点,故预热温度选择265℃～280℃。

图1

3.3 层间温度的确定

大齿轮结构为圆形焊接结构,拘束度大,因此控制层间温度不低于265℃。

3.4 焊接线能量和焊接规范控制

45号调质钢不易采用大线能量焊接,避免热影响区加热或超过调质的回火温度的区域;若加大线能量在淬火区形成粗大的马氏体,增大脆化倾向,故应采用小的线能量焊接;焊接选择为平焊焊接,电流220～260A,电压24-28V。

4 防止冷裂纹措施

(1)将焊道两侧20mm范围的油污清除干净,露出金属光泽,避免氢逸入焊缝。(2)先将轮幅与法兰组焊一体,然后将轮毂与轮幅等各件组焊一体。以降低焊接应力,并避免强行组装,减少焊后的残余应力。采用合理的焊接顺序,多层多道焊接即齿圈和轮幅的环缝焊接其一面厚度的2/3时需翻转,背面要气刨清根并打磨露出金属光泽,并做MT检测,再焊接另一面,最后将另一面1/3焊完。(3)调质钢齿轮与Q235B轮幅焊接,预热温度应以45号(碳当量较高的母材)选取;将工件放入加热炉中均匀预热,预热温度按265℃～280℃。(4)齿轮焊缝焊接后,立即进行后热,温度300℃±10℃,保温2小时,以减少焊接接头的扩散氢含量,提高焊缝接头的综合性能。然后用硅酸铝石棉毡保温。(5)齿轮焊前为调质状态,为避免降低接头强度的薄弱区,故齿轮采用低温退火,低温温度控制在560℃～580℃。(6)45号齿轮退火前、后均进行100%UT和100%MT探伤检验,焊缝质量均达到GB11345-89BⅠ级超声波标准和JB/T4730.4-2005Ⅱ级磁粉探伤标准。

表1 45号钢化学成分及力学性能

5 结论

(1)45号调质钢齿轮焊接对其焊缝进行UT、MT无损探伤,各项指标均达到无损检验标准要求,证明本技术可行,具备在动载工作条件下的可靠性。(2)45号中碳调质钢与材质Q235-B低碳钢焊接,焊接工艺必须按可焊性差的45号调质钢制定工艺参数,应严格控制预热和焊接层间温度。焊前齿轮的预热温度必须均匀的;这是防止齿轮焊接裂纹的重要措施之一;齿轮焊后后热且低温退火,是防止45号调质钢冷裂纹另一关键措施。(3)通过调整焊接线能量和退火温度,可解决45号调质钢齿轮热影响区高温回火软化而引起强度下降的问题。

[1]中国机械工程学会焊接学会编,焊接手册,(第2卷)材料的焊接[M].机械工业出版社.

[2]上海市机械工业工艺管理协会,现代焊接技术手册.上海科学技术出版社.