李存修

一、問(wèn)題的提出

中國(guó)煤炭地質(zhì)總局第二水文地質(zhì)隊(duì),是一支從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)的專業(yè)隊(duì)伍, 地質(zhì)鉆探是該隊(duì)的

主要業(yè)務(wù),而擴(kuò)孔鉆頭是鉆探中常用的鉆頭工具.水文二隊(duì)的擴(kuò)孔鉆頭一般是自制件.主要原因是:外購(gòu)件價(jià)格較高和擴(kuò)孔鉆頭品種較多,加大了費(fèi)用。

但在過(guò)去擴(kuò)孔鉆焊接中,采用的是J506焊條在常溫下焊接,在焊接中經(jīng)常出現(xiàn)裂紋現(xiàn)象,廢品率較高,在工程施工中,擴(kuò)孔鉆也常出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象,影響了正常生產(chǎn),因此,如何提高焊接質(zhì)量,避免裂紋出現(xiàn),是提高擴(kuò)孔鉆頭質(zhì)量的關(guān)鍵。

水文二隊(duì)的擴(kuò)孔鉆頭的直徑從380毫米到1米不等,如圖是其中一種擴(kuò)孔鉆頭, Ф178是圓管，常用的材料是鉆鋌,在鉆鋌上焊翼板和圓盤(pán),翼板和圓盤(pán)都是厚40mm的Q235鋼板.圓盤(pán)上焊216牙輪掌, 翼板上鑲焊大八角合金,由于中間的鉆桿需承受較大的動(dòng)荷載和沖擊荷載,因此材料選用35CrMo合金結(jié)構(gòu)鋼,而35CrMo焊接工藝差,要解決裂紋問(wèn)題,必須對(duì)焊條和焊接環(huán)境重新考慮.

我們知道,在焊接中產(chǎn)生裂紋的主要原因是:

1.焊縫及熱影響區(qū)收縮后產(chǎn)生的應(yīng)力

2.母材含淬硬組織較多,冷卻后易產(chǎn)生裂紋

3.焊縫中有相當(dāng)高的氫濃度.

經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn),我們選中了J506,J107Cr,A102 三種牌號(hào)焊條,均能滿足要求。

二、與焊接相關(guān)的焊接參數(shù)

母材一 35CrMo化學(xué)成分(表1)

35CrMo機(jī)械性能(表2)

母材二 Q235化學(xué)成分(表3)

機(jī)械性能(表4)

選用焊條參數(shù)

焊條一 牌號(hào)J506 型號(hào) E5016 低氫鉀型 機(jī)械性能 σb≥490Mpa σ0.2≥400Mpa δ5≥22% Akv≥47J

焊條二 牌J107Cr 型號(hào)E1000015-G低氫鈉型, 直流反接，機(jī)械性能σb≥980Mpa σ0.2≥880Mpa δ5≥12%

焊條三 牌號(hào)A102 型號(hào) E308-16鈦鈣型,化學(xué)成分(表5)

機(jī)械性能 σb≥550Mpaδ5≥23%

從以上數(shù)據(jù)可以看出,選用的焊條機(jī)械性能都在Q235和35CrMo性能之間,因此能滿足使用要求.

三、焊接方法

方法1 焊條選用J107Cr,焊前烘干,150℃左右,1小時(shí),電弧焊,直流焊機(jī),圓盤(pán)和翼板與鉆桿施焊處用機(jī)加工辦法開(kāi)坡口,用4KW電熱管,放進(jìn)鉆桿孔中進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度250℃左右,熱輸入宜采用較低的熱輸入,焊后立即進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理.

方法2 焊條選用A102,焊條焊前烘干, 150℃左右,1小時(shí),電弧焊,用機(jī)加工辦法開(kāi)坡口,采用小電流,快速焊.

方法3 焊條選用J506,焊前焊條烘干,電弧焊,用機(jī)加工方法開(kāi)坡口.

仔細(xì)清除焊接表面上的油,污,銹,垢等,焊接第一道焊縫時(shí),應(yīng)盡量采用小的焊接電流,快速焊,在焊接中,輕敲擊焊接金屬表面,以減少焊接殘余應(yīng)力,細(xì)化晶粒,收尾時(shí),電弧慢慢拉長(zhǎng),將弧坑處填滿,防止收尾處裂紋,焊后緩冷,并立即進(jìn)行消除應(yīng)力處理.

四、焊接方法比較

以上三種焊法,采用的是三種不同的焊條只要按操作工藝進(jìn)行焊接,都能滿足使用要求,沒(méi)有裂紋發(fā)生,第一種和第三種方法操作工藝要求較高,我們進(jìn)行了簡(jiǎn)化,取消了預(yù)熱和焊后處理,但都沒(méi)有滿足要求,都出現(xiàn)裂紋.顯然預(yù)熱和焊后熱處理不能取消。

A102焊條,也就是鉻鎳奧氏體不銹鋼焊條,由于此焊條的焊縫金屬的塑性好,可減少焊接部位的應(yīng)力,避免熱影響區(qū)的裂紋產(chǎn)生,因此,不進(jìn)行預(yù)熱和焊接熱處理,也能滿足要求,在實(shí)際運(yùn)行中,也未發(fā)現(xiàn)裂紋,斷裂現(xiàn)象,但A102焊條價(jià)格較貴.

J506焊條,價(jià)格較低,焊接工藝要求較高,

J107Cr焊條,由于用量較少,市場(chǎng)上沒(méi)有,只能從廠家郵購(gòu),也造成了成本較高。

五、結(jié)論

A102 ,J506. J107Cr三種焊條,都能滿足使用要求,可根據(jù)實(shí)際情況,采用不同的方法.

1.小批量單件生產(chǎn),現(xiàn)場(chǎng)焊接,可采用A102焊條

2.大批量生產(chǎn),工廠設(shè)備齊全,熱處理設(shè)備齊全,可采用J506焊條

3.大批量生產(chǎn),工廠設(shè)備齊全,熱處理設(shè)備齊全,對(duì)焊接強(qiáng)度要求高,可采用J107Cr焊條。

以上結(jié)論是從實(shí)際情況，對(duì)工藝要求和產(chǎn)品性能要求進(jìn)行綜合考慮得出的。

六、結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)今時(shí)代,新材料,新工藝層出不窮,發(fā)展迅速,本人對(duì)焊接技術(shù)摸索幾年,只是略知皮毛,了解甚少,望各位同仁批評(píng)指正,并提出寶貴意見(jiàn)和寶貴經(jīng)驗(yàn)。

作者單位：中煤總局第二水文地質(zhì)隊(duì)