一種離心鑄造球鐵管件的焊接方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種離心鑄造球鐵管件的焊接方法，包括如下步驟：(1)以球磨鑄鐵管件的弧形板材為基材，焊接采用對接接頭，沿弧形板材內(nèi)側(cè)或外側(cè)開直Y型坡口；(2)焊前對焊接接頭處進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為100～150℃；(3)采用CO2氣體保護(hù)焊施焊，在弧形板材坡口處焊接第一道焊縫，連續(xù)施焊；背部焊縫采用分段退焊法施焊；(4)焊后保溫，緩慢冷卻至室溫。本發(fā)明采用CO2氣體保護(hù)焊方法在低溫預(yù)熱條件下焊接新型離心鑄造球鐵管板件，與傳統(tǒng)焊條電弧焊方法相比，簡化焊接工藝，降低生產(chǎn)成本，顯著增加了焊接效率。
【專利說明】
一種離心鑄造球鐵管件的焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種離心鑄造球鐵管件的焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的推廣，國內(nèi)風(fēng)電裝機(jī)容量不斷增加，我國已成為世界上規(guī)模 較大的風(fēng)電市場和風(fēng)能設(shè)備制造大國。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一般由葉片、發(fā)電機(jī)艙、塔架、控制系 統(tǒng)等部分組成，塔架類型主要有桁架式和管塔式兩種。桁架式塔架造價低廉，但維護(hù)不便。 管塔式塔架可采用鋼板卷制焊接而成，形成上部小下部大的圓錐管筒結(jié)構(gòu)，內(nèi)部裝設(shè)扶梯 直通機(jī)艙。管塔式塔架具有結(jié)構(gòu)緊湊、安全可靠、維護(hù)方便、外形美觀等特點，被世界各國廣 泛采用。在城鎮(zhèn)輸電線路工程的建設(shè)中，架空線路布置與城市建設(shè)規(guī)劃要求之間的矛盾日 益突出，由于受地形及建筑物的約束，城市內(nèi)架空線路基本采用鋼管桿。目前，輸電鋼管桿 均采用碳素鋼結(jié)構(gòu)和熱鍍鋅防腐處理，熱鍍鋅鋼結(jié)構(gòu)桿塔生產(chǎn)和應(yīng)用過程中存在如下問 題：（1)自身結(jié)構(gòu)缺陷導(dǎo)致重量大，工程造價升高；（2)耐蝕性差，防腐處理工藝復(fù)雜、成本高 和污染環(huán)境，在沿海地區(qū)和工業(yè)污染區(qū)尤為突出；（3)日常運行維護(hù)費用高。
[0003] 目前管塔式的風(fēng)塔塔架主要使用的材料為Q345D或Q345E低合金鋼，具有焊接性 好、力學(xué)性能好等優(yōu)點，但也存在耐蝕性差，長期服役條件下塔身腐蝕和老化嚴(yán)重等不足， 而且經(jīng)濟(jì)成本較高。
[0004] 球磨鑄鐵是一種高強(qiáng)度鑄鐵材料，通過球化和孕育處理得到球化石墨，有效的提 高了鑄鐵的了力學(xué)性能，特別是提高了塑性和韌性。將離心鑄造技術(shù)生產(chǎn)的球墨鑄鐵管材 結(jié)構(gòu)替代傳統(tǒng)Q345低合金鋼結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電塔身制造，可以提高塔身的綜合力學(xué)性 能，同時降低了經(jīng)濟(jì)成本。但是，在球磨鑄鐵管材的焊接過程中，傳統(tǒng)的焊條電弧焊效率較 低，焊縫成形差，而且需要使用鑄鐵專用焊條，焊接材料的成本較高，焊后效果不理想;鑄鐵 中碳含量高，S、P等雜質(zhì)含量較多，傳統(tǒng)的焊條電弧焊過程中容易出現(xiàn)白口、裂紋、氣孔等缺 陷，焊接過程中通常要進(jìn)行400~700°C預(yù)熱，必要時還要進(jìn)行焊后退火或正火處理。因此， 球墨鑄鐵管材的焊接工藝復(fù)雜，焊接成本高，這嚴(yán)重制約了球磨鑄鐵管材在風(fēng)力發(fā)電中的 應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的目的提供一種離心鑄造球鐵管件的焊接方法。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0007] -種離心鑄造球鐵管件的焊接方法，包括如下步驟：
[0008] (1)以球磨鑄鐵管件的弧形板材為基材，焊接采用對接接頭，沿弧形板材內(nèi)側(cè)或外 側(cè)開直Y型坡口；
[0009] (2)焊前對坡口處進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為100~150°C;通過預(yù)熱可以降低焊接應(yīng) 力，以及焊接應(yīng)變速率，有利于避免產(chǎn)生焊接裂紋，預(yù)熱溫度不僅與鋼材和焊條的化學(xué)成分 有關(guān)，還與焊接結(jié)構(gòu)的剛性、焊接方法和環(huán)境溫度等有關(guān)，常規(guī)的鑄鐵焊接過程需要350~ 600°C預(yù)熱，本發(fā)明對預(yù)熱溫度進(jìn)行了優(yōu)化，在上述較低低溫預(yù)熱條件（100~150°C)下，不 僅能有效減少焊縫裂紋，還簡化了焊接工藝。
[0010] (3)采用C02氣體保護(hù)焊施焊，在弧形板材坡口處焊接第一道焊縫，連續(xù)施焊，焊后 不等到冷卻下來直接清理焊縫背部焊根;背部焊縫采用分段退焊法施焊;通過上述操作，可 有效防止出現(xiàn)裂紋。
[0011] (4)焊后保溫，緩慢冷卻至室溫。
[0012] 優(yōu)選的，步驟⑴中，所述弧開多板材的厚度為6~10mm;優(yōu)選為8mm。
[0013] 步驟（1)中，所述Y型坡口的坡口角單面30°，留鈍邊2~3mm。本發(fā)明對坡口角度進(jìn) 行了優(yōu)化考察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用上述坡口形式，可以最大程度減少焊縫金屬的熔敷量，避免產(chǎn) 生根部裂紋，有利于焊接操作。
[0014] 優(yōu)選的，步驟(2)中，預(yù)熱采用氧-乙炔火焰加熱。
[0015] 優(yōu)選的，步驟⑶中，C02氣體保護(hù)焊的焊接工藝條件為:焊接電壓18~22V，焊接電 流105~140A，焊絲干伸長度10~15mm，送絲速度5~8m/min，焊接速度12~30cm/min，C〇2氣 體純度99.9%，氣體流量12~20L/min。
[0016] 步驟(3)中，C02氣體保護(hù)焊所采用的焊絲為實心焊絲，實心焊絲的化學(xué)成分如下：
[0017] 以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計，C 0.06~0· 15%，Mn 1.40~1.85%，Si 1.50~2.00%，P彡 0.025%，S彡0.025%，Ni 1.60~4.0%，(Χ0·015%，Mo彡0.015%，V彡0.03%，Cu彡 0.50%，F(xiàn)e余量。
[0018] 步驟(3)中，連續(xù)施焊的焊縫層間溫度控制在90~110 °C，優(yōu)選為100 °C。
[0019] 步驟(3)中，所述分段退焊法具體為:分為2~3段，每段焊縫長度8~15cm。通過分 段施焊可以減小熱輸入，有效減小了應(yīng)力集中。
[0020] 所述球磨鑄鐵管件為離心鑄造工藝生產(chǎn)的鐵素體基球墨鑄鐵，球化率大于80 %， 球墨級別7級。所述球磨鑄鐵管件的化學(xué)成分為：
[0021] 以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計，C 3.5~3.7%，Si 2.1 ~2.3%，Mn 0.27%，P 0.061%，S 0.008 ~0.010%，Mg 0.050%，F(xiàn)e余量。
[0022] 上述球磨鑄鐵的力學(xué)性能為:抗拉強(qiáng)度460MPa，伸長率16%。
[0023]本發(fā)明的有益效果：
[0024] (1)本發(fā)明采用⑶2氣體保護(hù)焊方法在低溫預(yù)熱條件下焊接新型離心鑄造球鐵管 板件，與傳統(tǒng)焊條電弧焊方法相比，簡化焊接工藝，降低生產(chǎn)成本，顯著增加了焊接效率。
[0025] (2)本發(fā)明所采用的實心焊絲中富含Mn、Si元素，增加焊縫金屬的合金過渡，凈化 熔池，改善焊縫顯微組織和力學(xué)性能。焊絲富含Ni元素，提高焊縫熔敷金屬韌性，降低焊接 裂紋傾向。
[0026] (3)本發(fā)明采用低焊接熱輸入和分段焊接的工藝，優(yōu)化了焊接接頭的顯微組織，降 低了焊接接頭白口傾向，減小應(yīng)力集中，有利于獲得組織性能良好的焊接接頭。
【附圖說明】
[0027]圖1:球鐵弧形板氣體保護(hù)焊的接頭形式；
[0028]圖2a:實施例1中離心鑄造球墨鑄鐵的內(nèi)側(cè)焊縫形貌；
[0029]圖2b:實施例1中離心鑄造球墨鑄鐵的背面焊縫形貌；
[0030]圖3:焊接接頭顯微組織特征，其中：（a)焊縫區(qū)(b)熔合區(qū)（c)熱影響區(qū)；
【具體實施方式】
[0031]結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，應(yīng)該說明的是，下述實施例說明僅是為了 解釋本發(fā)明，并不對其內(nèi)容進(jìn)行限定。
[0032] 實施例1:
[0033]被焊材料:離心鑄造工藝生產(chǎn)的鐵素體基球墨鑄鐵管件一段的弧形板材，規(guī)格為： 板厚8mm，弧面長25cm，寬度15cm。該球鐵化學(xué)成分(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))為:C 3.5~3.7%，Si 2.1 ~2·3%，Μη 0·27%，Ρ 0.061%，S 0.008~0.010%，Mg 0.050%，F(xiàn)e余量。力學(xué)性能為:抗 拉強(qiáng)度460MPa，伸長率16%。
[0034] 焊接工藝如下：
[0035] (1)焊接采用對接接頭，沿25cm X 6mm的弧形板截面內(nèi)側(cè)開直Y型坡口，單面坡口角 30°，留鈍邊2mm。對接接頭形式如圖1所示。
[0036] (2)焊前采用氧-乙炔火焰預(yù)熱，將球鐵弧形板坡口處預(yù)熱到100°C。
[0037] (3)采用⑶2氣體保護(hù)焊施焊，焊絲化學(xué)成分如下（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）：C 0.08%，Mn 1.80% ,Si 2.00% ,P^0.025% ,S^0.025% ,Ni 3.20% ,Cr^0.015% ,M〇^0.015% 0.03%，Cu彡0.50%，F(xiàn)e余量。焊絲直徑(pi.2mm，實心焊絲。
[0038] 球鐵弧形板內(nèi)側(cè)焊縫連續(xù)施焊，采用焊接參數(shù)如下:焊接電壓19V，焊接電流115A， 焊絲干伸長度l〇mm，焊接速度18cm/min，C0 2氣體純度99.9%，氣體流量121711^11。
[0039]焊后立即用砂輪角磨機(jī)清理背部焊根，用氧-乙炔火焰加熱接頭處，控制層間溫度 約為100°C。
[0040]背部焊縫采用分段退焊，采用焊接參數(shù)如下:焊接電壓20V，焊接電流120A，焊絲干 伸長度l〇mm，焊接速度15cm/min，C02氣體純度99.9%，氣體流量151711^11。第一段焊縫長度 12cm，由焊道中間向右側(cè)施焊。第二段焊縫長13cm，由焊道中間向左側(cè)施焊。
[0041 ] (5)焊后將球鐵試板放置于硅酸鋁中保溫，緩慢冷卻至室溫。
[0042]焊后進(jìn)行焊縫形貌觀察及顯微組織檢測。圖2所示為球鐵弧形板內(nèi)側(cè)焊道及背面 焊道的宏觀形貌，經(jīng)檢驗發(fā)現(xiàn)，焊縫成形良好，無裂紋、氣孔缺陷。沿焊縫橫截面切取金相試 樣，經(jīng)拋光和腐蝕后進(jìn)行微觀組織檢測，圖3為焊接接頭的顯微組織特征。如圖所示熔合區(qū) 附近有一定程度的白口化區(qū)，但該焊接工藝下白口區(qū)寬度只有300~500μπι，對焊接接頭的 綜合性能影響不明顯。焊縫區(qū)域組織均勻，未出現(xiàn)明顯的石墨聚集現(xiàn)象。
[0043] 實施例2:
[0044] 球墨鑄鐵板兩副，規(guī)格如下:板厚6mm，寬度20cm，弧面長10cm。沿20cmX6mm的截面 內(nèi)側(cè)開直Y型坡口，坡口角單面30度，鈍邊2mm。采用直徑Φ 1 · 2mm實心焊絲的⑶2氣體保護(hù) 焊。
[0045] 所用焊絲化學(xué)成分質(zhì)量百分比如下：C 0.08%，Mn 1.80%，Si 2.00%，P彡 0.025% ,S^0.025% ,Ni 3.20% ,Cr^0.015% ,M〇^0.015% ,V^0.03% ,Cu^0.50% ,Fe 余量。
[0046] (1)焊前采用氧-乙炔火焰預(yù)熱，將球磨鑄鐵板坡口處預(yù)熱到100°C。
[0047] (2)內(nèi)側(cè)焊縫采用C02氣體保護(hù)焊連續(xù)施焊，采用焊接參數(shù)為:焊接電壓20V，焊接 電流110A，焊絲干伸長度10mm，焊接速度16cm/min，C02氣體純度99.9%，氣體流量16L/min·
[0048] (3)焊后用角磨機(jī)砂輪片清理背部焊根，氧-乙炔火焰加熱控制層間溫度為100°C。
[0049] (4)背部焊縫分段焊接，采用焊接參數(shù)如下:焊接電壓20V，焊接電流115A，焊絲干 伸長度l〇mm，焊接速度18cm/min，C0 2氣體純度99.9%，氣體流量18L/min。分為兩段施焊，第 一段焊縫長度l〇cm，由焊道左側(cè)向中間施焊。第二段焊縫長10cm，由焊道中間向右側(cè)施焊。
[0050] (5)焊后將試板放置于硅酸鋁材料中保溫緩冷，使焊接件緩慢冷卻至室溫。
[0051] 焊接后的球墨鑄鐵焊接接頭外觀形態(tài)進(jìn)行焊縫形貌觀察，經(jīng)檢驗焊縫成形良好， 無裂紋等缺陷，能滿足其使用性能要求。
【主權(quán)項】
1. 一種離心鑄造球鐵管件的焊接方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 以球磨鑄鐵管件的弧形板材為基材，焊接采用對接接頭，沿弧形板材內(nèi)側(cè)或外側(cè)開 直Y型坡口； (2) 焊前對坡口處進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為100~150 °C ; (3) 采用C02氣體保護(hù)焊施焊，在弧形板材坡口處焊接第一道焊縫，連續(xù)施焊;背部焊縫 采用分段退焊法施焊； (4) 焊后保溫，緩慢冷卻至室溫。2. 如權(quán)利要求1所述的焊接方法，其特征在于，步驟（1)中，所述弧形板材的厚度為6~ 10mm;優(yōu)選為8mm。3. 如權(quán)利要求1所述的焊接方法，其特征在于，步驟（1)中，所述Y型坡口的坡口角單面 30°，留鈍邊2~3mm。4. 如權(quán)利要求1所述的焊接方法，其特征在于，步驟(3)中，C02氣體保護(hù)焊的焊接工藝條 件為：焊接電壓18~22V，焊接電流105~140A，焊絲干伸長度10~15mm，送絲速度5~8m/ min，焊接速度12~30cm/min，C〇2氣體純度99.9%，氣體流量12~20L/min。5. 如權(quán)利要求1所述的焊接方法，其特征在于，步驟(3)中，C02氣體保護(hù)焊所采用的焊絲 為實心焊絲。6. 如權(quán)利要求5所述的焊接方法，其特征在于，所述實心焊絲的化學(xué)成分如下： 以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計，C 0.06~0·15%，Μη 1.40~1.85%，Si 1.50~2·00%，Ρ彡0.025%， 5彡0.025%，附1.60~4.0%，0彡0.015%，]?〇彡0.015%，￥彡0.03%，〇1彡0.50%，余量為 Fe〇7. 如權(quán)利要求1所述的焊接方法，其特征在于，步驟(3)中，連續(xù)施焊的焊縫層間溫度控 制在90~110°C，優(yōu)選為100°C。8. 如權(quán)利要求1所述的焊接方法，其特征在于，步驟(3)中，所述分段退焊法具體為:分 為2~3段，每段焊縫長度8~15cm。9. 如權(quán)利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述球磨鑄鐵管件為離心鑄造工藝生產(chǎn) 的鐵素體基球墨鑄鐵，球化率大于80%。10. 如權(quán)利要求9所述的焊接方法，其特征在于，所述球磨鑄鐵管件的化學(xué)成分為： 以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計，C 3.5~3.7%，Si 2.1 ~2.3%，Mn 0.27%，P 0.061%，S 0.008~ 0.010%，Mg 0.050%，余量為Fe。
【文檔編號】B23K9/23GK106077908SQ201610479447
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月27日
【發(fā)明人】金麗勇, 李亞江, 徐子軍, 劉洪亮
【申請人】國網(wǎng)山東省電力公司淄博供電公司, 國家電網(wǎng)公司