CN116000423A - 一种Q355B与42CrMo超高强重载偏心轴组件的焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Q355B与42CrMo超高强重载偏心轴组件的焊接方法，该焊接方法如下：偏心轴组件两端分别穿入相应的焊接变位工装，调整偏心轴组件环焊缝位于立向上位置；焊前采用电磁感应电缆将偏心轴组件焊缝区两侧预定区域均匀预热；采用断弧打底、填充，连续焊盖面，保证层间温度不低于预热温度，焊接过程通过工件自重和工装刚性约束限制偏心轴组件焊接变形；焊后立即在工件外包裹保温棉，焊缝两侧预定区域螺旋式缠绕电磁感应电缆进行后热消氢处理；焊接保温结束后放置预定时间进行磁粉探伤。本发明焊接方法具有焊接工艺装备成本投入低、操作简单便捷、焊接质量稳定的的优点，可实现异种超高强重载偏心轴组件环焊缝在爬立焊位置的高效、高质量焊接。

Description

一种Q355B与42CrMo超高强重载偏心轴组件的焊接方法

技术领域

本发明属于焊接方法技术领域，特别适用于异种超高强重载偏心轴组件的焊接生产。

背景技术

42CrMo作为工程机械常用的超高强度钢，具有比强度和硬度高、淬透性大的特点，尤其调质处理+表面淬火后具有较高的疲劳极限和抗多次冲击能力，适用于制造截面尺寸较大和机械性能要求较高的重要零部件，但其碳当量高达0.89%，可焊性较差，焊后热影响区极易产生低塑性的脆硬马氏体组织进而引发冷裂纹，因此42CrMo材料焊接需严格执行预热、保温工序以减缓焊后冷却梯度，降低钢材的脆硬倾向。

以某大型露天矿山钻孔设备-牙轮钻机为例，其后轴组件由42CrMo大圆轴和Q355B支撑座构成重载偏心结构形式（重量超过2吨，长度大于4.8m），整机装配时与两侧行走履带梁通过精密装配形式连接，共同支撑上方箱型平台及整机重量，具有焊后同轴度要求高、承受静载荷冲击要求高、疲劳寿命要求高的特点。

Q355B与42CrMo构成的异种超高强重载偏心轴组件在焊接制造过程主要存在以下四项技术难题：一是大圆轴横截面尺寸较大，预热温度难以保证均匀一致。如采用传统火焰方式局部加热，虽然圆轴表面瞬时温度可以达到焊前预热温度要求，但圆轴内部温度较低，尤其在室温低于零下时焊后有极大概率出现冷裂纹，工件返修费时费力。如采用加热炉进行整体预热，虽然可以保证圆轴截面加热温度的均匀一致，但对加热炉空间尺寸要求较高（圆轴长度超过4.8m），设备成本投入大，且在实际作业过程重载圆轴工件加热后吊装转运不便。二是偏心轴组件重量大（重量超过2吨），不易连续翻转位置焊接。尤其是周圈环焊缝全位置焊接，不仅对工人技能水平要求高且不易保证焊接质量。如利用变位机或滚轮架翻转，受限于偏心结构形式，对现有设备兼容性要求高且一次成本投入大，不适应多品种、小批量的离散化生产模式。三是后轴组件为开放式结构形式，在大热输入多层连续焊接条件下焊接变形较大，需在拼焊过程有效控制焊接变形。另外，由于重载偏心结构形式在旋转过程存在较大偏心弯矩，限制了圆轴预留工艺余量、焊后整体车削加工以保证同轴度的作业方式。四是超高强重载偏心轴组件环焊缝爬立焊如采用常规连续电弧焊接，大电流焊接时由于熔池温度过高，焊道熔深较大，在重力作用下铁水容易下淌，焊缝成型难以控制；小电流焊接时整体热输入较小，容易沿热影响区的淬硬区产生冷裂纹，不易保证焊接质量。

因此迫切需要一种焊接工艺装备成本低、操作简单便捷、焊接质量稳定的焊接方法来减轻工人劳动强度，在同时满足预热温度均匀一致、工件快速翻转、焊接变形有效控制、焊后质量高可靠性前提下，实现超高强重载偏心轴组件高效、高质量焊接。

发明内容

本发明提供一种Q355B与42CrMo超高强重载偏心轴组件的焊接方法，用以解决现有技术中存在的不足。

本发明按以下技术方案实现：

一种Q355B与42CrMo超高强重载偏心轴组件的焊接方法，，包括以下步骤：

a) 工件翻转：偏心轴组件两端分别穿入相应的焊接变位工装，调整偏心轴组件环焊缝位于立向上位置；

b)预热：焊前采用电磁感应电缆将偏心轴组件焊缝区两侧预定区域均匀预热；

c) 偏心轴焊接：采用断弧打底、填充，连续焊盖面，保证层间温度不低于预热温度，焊接过程通过工件自重和工装刚性约束限制偏心轴组件焊接变形；

d）后热消氢处理：焊后立即在工件外包裹保温棉，焊缝两侧预定区域螺旋式缠绕电磁感应电缆进行后热消氢处理；

e）磁粉探伤：焊接保温结束后放置预定时间进行磁粉探伤。

在一些实施例中，在步骤b中，焊前采用中高频电磁感应电缆将偏心轴组件焊缝区两侧150mm区域均匀预热至250～300℃，升温速率150℃/h，预热保温时间2h。

在一些实施例中，在步骤d中，焊后立即在工件外包裹厚度约40mm的保温层保温棉，焊缝两侧150mm螺旋式缠绕中高频电磁感应电缆进行后热消氢处理，后热温度200～300℃，后热保温时间6h。

在一些实施例中，螺旋缠绕感应加热电缆长度需大于20m，否则不能全功率输出，长出的感应电缆，需要在非金属区域螺旋盘绕。

在一些实施例中，在步骤c中，断弧打底焊电流250～300A，焊缝厚度4～5mm，焊丝直线运动；断弧填充焊电流250～300A，焊缝厚度4～5mm，焊丝小月牙摆动；连续盖面焊电流180～200A，采用锯齿状摆动，焊接过程始终保持短弧，在焊道中心快速移动，但在坡口两侧稍加停留，将坡口两侧边缘熔化1-2mm，收弧时回烧填满弧坑。

在一些实施例中，步骤c中采用熔化极气体保护焊，电流极性为直流反接，焊接位置为爬立焊，焊丝采用φ1.2mm的ER50-6焊丝，保护气体选用80%Ar+20%CO₂,气体流量15～20L/min。

在一些实施例中，在步骤d中，焊接保温结束后放置48h进行磁粉探伤。

在一些实施例中，在步骤a中，使用吊带分别捆绑圆轴两端，使圆轴一端先缓慢穿入焊接变位工装，再挪动位置捆绑圆轴另一端缓慢穿入另一侧焊接变位工装，待两侧焊接变位工装均到达指定位置后，缓缓放置在工作平台上；使用行车辅助翻转偏心轴组件，使其在定位工装轴套内自由转动，并用拉筋辅料固定于工作平台上，使环焊缝处于指定焊接位置。

本发明有益效果：

实践表明，采用本发明超高强重载偏心轴组件焊接方法，设备一次性投入小，工件翻转简单便捷，焊接预热温度均匀一致，焊接变形可控，对工人焊接技能水平要求不高，焊接质量稳定，提高了生产效率和一次焊接合格率，降低了制造成本，有效解决异种超高强重载偏心轴组件在简易条件下极易出现焊接裂纹及焊接质量不稳定的难题。

附图说明

附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

在附图中：

图1为本发明的超高强重载偏心轴组件翻转示意图；

图2为本发明的超高强重载偏心轴组件左视图；

图3为本发明的超高强重载偏心轴组件焊接示意图（①打底焊，②填充焊，③盖面焊）。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。在附图中，自始至终相同或类似的符号表示相同或类似的原件或具有相同或类似功能的原件。所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。下图通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围，下图结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

如图1所示，一种Q355B与42CrMo超高强重载偏心轴组件的焊接方法，包括以下步骤：

a) 工件翻转：偏心轴组件两端分别穿入简易焊接变位工装，调整偏心轴组件环焊缝位于立向上位置；

b) 预热：焊前采用中高频电磁感应电缆将偏心轴组件焊缝区两侧150mm区域均匀预热至250～300℃，升温速率150℃/h，预热保温时间2h；

c) 偏心轴焊接：采用断弧打底、填充，连续焊盖面，保证层间温度不低于预热温度，焊接过程通过工件自重和工装刚性约束限制偏心轴组件焊接变形；

d）后热消氢处理：焊后立即在工件外包裹厚度约40mm的保温层保温棉，焊缝两侧150mm螺旋式缠绕中高频电磁感应电缆进行后热消氢处理，后热温度200～300℃，后热保温时间6h；

e）磁粉探伤：焊接保温结束后放置48h进行磁粉探伤。

以下给出上述焊接方法的具体步骤：

第一步，工件翻转至指定焊接位置：使用吊带分别捆绑圆轴两端，使圆轴一端先缓慢穿入焊接变位工装，再挪动位置捆绑圆轴另一端缓慢穿入另一侧焊接变位工装，待两侧焊接变位工装均到达指定位置后，缓缓放置在工作平台上。使用行车辅助翻转偏心轴组件，使其在定位工装轴套内自由转动，翻转至图1所示位置，并用拉筋等辅料固定于工作平台上，使环焊缝处于指定焊接位置。

第二步，偏心轴组件焊前预热：在焊缝两侧150mm区域分别捆绑缠绕中高频感应电缆，用于环焊缝预热。加热升温速率150℃/h，在加热温度达到250～300℃后，保温2h以使大圆轴截面加热温度达到均匀一致，如图2所示。

第三步，偏心轴组件焊接：采用直流反接的熔化极气体保护焊焊接偏心轴组件。焊材选用Φ1.2mm规格的ER50-6焊丝，保护气体选用80%Ar+20%CO2的富氩混合气。断弧打底焊电流250～300A，焊缝厚度4～5mm，焊丝直线运动；断弧填充焊电流250～300A，焊缝厚度4～5mm，焊丝小月牙摆动；连续盖面焊电流180～200A，采用锯齿状摆动，焊接过程始终保持短弧，在焊道中心快速移动，但在坡口两侧稍加停留，将坡口两侧边缘熔化1-2mm，收弧时回烧填满弧坑，如图3所示，需要说明的是，断弧与起弧间隔时间较短，不超过1秒，避免焊道产生夹渣。相邻两焊波重叠30%～40%，形成密集鳞片状，确保焊缝成型美观。

第四步，后热消氢处理：焊后立即在工件外包裹厚度约40mm的保温层保温棉，然后圆周焊缝区域缠绕中高频感应电缆，保持后热温度200～300℃，并保温6h，以加速焊缝及热影响区中氢的逸出，进一步减少冷裂纹产生几率，螺旋缠绕感应加热电缆长度需大于20m，否则不能全功率输出，长出的感应电缆，需要在非金属区域螺旋盘绕。

第五步，磁粉探伤检验：焊接保温结束后水平放置48h 进行磁粉探伤。

由上可知，实践表明，采用本发明超高强重载偏心轴组件焊接方法，设备一次性投入小，工件翻转简单便捷，焊接预热温度均匀一致，焊接变形可控，对工人焊接技能水平要求不高，焊接质量稳定，提高了生产效率和一次焊接合格率，降低了制造成本，有效解决异种超高强重载偏心轴组件在简易条件下极易出现焊接裂纹及焊接质量不稳定的难题。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包含的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合同样意味着处于本发明的保护范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的实施例中，本领域技术人员能够根据获知的技术方案和本申请所要解决的技术问题，以组合的方式来使用。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (8)

1.一种Q355B与42CrMo超高强重载偏心轴组件的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

a) 工件翻转：偏心轴组件两端分别穿入相应的焊接变位工装，调整偏心轴组件环焊缝位于立向上位置；

b)预热：焊前采用电磁感应电缆将偏心轴组件焊缝区两侧预定区域均匀预热；

c) 偏心轴焊接：采用断弧打底、填充，连续焊盖面，保证层间温度不低于预热温度，焊接过程通过工件自重和工装刚性约束限制偏心轴组件焊接变形；

d）后热消氢处理：焊后立即在工件外包裹保温棉，焊缝两侧预定区域螺旋式缠绕电磁感应电缆进行后热消氢处理；

e）磁粉探伤：焊接保温结束后放置预定时间进行磁粉探伤。

2.根据权利要求1所述的一种Q355B与42CrMo超高强重载偏心轴组件的焊接方法，其特征在于：

在步骤b中，焊前采用中高频电磁感应电缆将偏心轴组件焊缝区两侧150mm区域均匀预热至250～300℃，升温速率150℃/h，预热保温时间2h。

3.根据权利要求1所述的一种Q355B与42CrMo超高强重载偏心轴组件的焊接方法，其特征在于：

在步骤d中，焊后立即在工件外包裹厚度约40mm的保温层保温棉，焊缝两侧150mm螺旋式缠绕中高频电磁感应电缆进行后热消氢处理，后热温度200～300℃，后热保温时间6h。

4.根据权利要求3所述的一种Q355B与42CrMo超高强重载偏心轴组件的焊接方法，其特征在于：

螺旋缠绕感应加热电缆长度需大于20m，否则不能全功率输出，长出的感应电缆，需要在非金属区域螺旋盘绕。

5.根据权利要求1所述的一种Q355B与42CrMo超高强重载偏心轴组件的焊接方法，其特征在于：

在步骤c中，断弧打底焊电流250～300A，焊缝厚度4～5mm，焊丝直线运动；断弧填充焊电流250～300A，焊缝厚度4～5mm，焊丝小月牙摆动；连续盖面焊电流180～200A，采用锯齿状摆动，焊接过程始终保持短弧，在焊道中心快速移动，但在坡口两侧稍加停留，将坡口两侧边缘熔化1-2mm，收弧时回烧填满弧坑。

6.根据权利要求1所述的一种Q355B与42CrMo超高强重载偏心轴组件的焊接方法，其特征在于：

步骤c中采用熔化极气体保护焊，电流极性为直流反接，焊接位置为爬立焊，焊丝采用φ1.2mm的ER50-6焊丝，保护气体选用80%Ar+20%CO₂,气体流量15～20L/min。

7.根据权利要求1所述的一种Q355B与42CrMo超高强重载偏心轴组件的焊接方法，其特征在于：

在步骤d中，焊接保温结束后放置48h进行磁粉探伤。

8.根据权利要求1所述的一种Q355B与42CrMo超高强重载偏心轴组件的焊接方法，其特征在于：

在步骤a中，使用吊带分别捆绑圆轴两端，使圆轴一端先缓慢穿入焊接变位工装，再挪动位置捆绑圆轴另一端缓慢穿入另一侧焊接变位工装，待两侧焊接变位工装均到达指定位置后，缓缓放置在工作平台上；使用行车辅助翻转偏心轴组件，使其在定位工装轴套内自由转动，并用拉筋辅料固定于工作平台上，使环焊缝处于指定焊接位置。

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