对轧机铸钢机架补焊焊接残余应力试验研究 .pdf

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1、学兔兔www.xuetutu.com俘掳生产应用轧机铸钢机架补焊焊接残余应力试验研究机械科学研究院哈尔滨焊接研究所(150080)李小字杜兵滕兵彭勇摘要目前，轧机铸钢机架采取整体铸造工艺制造。生产中，铸造缺陷难以完全避免，缺陷以焊接工艺修补。某3．5M轧机铸钢机架的最大缺陷尺寸达到560mm×160mm×300mm，缺陷补焊时拘束度较大，焊后易产生较大的残余应力。试验针对铸钢机架缺陷实际尺寸设计了模拟件，并采用盲孔法对模拟件和实际件焊接接头的残余应力进行测量，分析模拟件焊态和热处理后焊接接头以及铸钢机架补焊后的残余应力分布。试验结果表明：模

2、拟件焊态残余应力较高，经焊后热处理后，应力降低至100MPa以下。并且，铸钢机架补焊后接头应力分布规律与模拟件的应力分布规律有良好的一致性。关键词：残余应力盲孔法拘束度铸钢机架中图分类号：TG404图1所示。材料采用生产铸钢机架相同的材料DANGS0前言一1，表1和表2分别为其化学成分及力学性能。轧机铸钢机架是轧机的关键部件，它支撑轧辊工作，并提供轧制力。铸钢机架的质量直接关系到轧机的安全运行，必须严格保证。轧机铸钢机架采取整体铸造工艺制造，生产中铸钢机架的铸造缺陷难以完全避免，国内某3．5M和5M轧机铸钢机架在制造中均发现铸造缺陷，其中3

3、．5M轧机铸钢机架的最大缺陷尺寸达到560mm×160mmX300mm。目前，铸钢机架的铸造缺陷主要以焊接工艺修补。焊接是不均匀加热和不平衡加热的加工过程，工件焊接后，其焊缝及近缝区存在因焊接加工造成的残余应力，应力的大小受焊接参图1模拟件尺寸示意图数、母材和焊接材料的热物理参数以及接头的拘束度30。等因素影响。由于残余应力的存在，服役过程中与工作应力相叠加，这对构件的安全运行构成潜在危险，特别是有时候构件的某些部位焊接残余应力接近，甚至达到了材料的屈服强度。进行模拟件焊接接头的残余应力试验研究，分析模拟件焊态和热处理后焊接接头以及实际件补

4、焊后的残余应力分布，为补焊构件的安全评定和补焊工艺的优化提供必要的数据支持，从而图2模拟件坡口尺寸不意图对构件安全运行提供保证。1．2模拟件焊接1模拟件焊接实际补焊最大缺陷具有高的拘束度，据有关文献介绍⋯，工程应用中焊接高拘束度R，≥2006(为板1．1模拟件材料及尺寸厚)，有时兄，甚至达到9008。模拟件的拘束度可以用试验针对某3．5M轧机铸钢机架补焊的最大缺陷公式R，=7008计算【lJ。为模拟实际补焊的拘束度，在尺寸和拘束条件，设计了模拟件坡口形式和尺寸，如模拟件的底部又焊接4块肋板，肋板尺寸为850mm×收稿日期：2010—07—0

5、250mm×30mm，4块肋板沿模拟件长度方向均匀分布，462010年第11期学兔兔www.xuetutu.com生产应用俘掳拘束焊缝焊脚尺寸不小于20mm。进炉预热至250oC，出炉后采用适当的加热方法确保焊前对模拟件坡口进行着色探伤方法检测，然后施焊温度和层间温度在180～250oC之间。表1DANGS一1的化学成分(质量分数，％)对模拟件整个坡口面进行过渡层焊接，工艺参数直于坡口长度方向和平行于坡口长度方向。试件共二与铸钢机架实际补焊的工艺参数相同，见表3。首先用件，焊态和热处理各一件，表面状态为焊后未经机械加J507RH(．0mm)

6、焊接2层，然后用J597RH(5．0工。mm)焊接2层，采用J507RH(4,5．0HI．In)对坡口底部区l60一域再焊接l层。坡口面过渡层厚度约为12～16mm。12O一▲880一▲7采用ER50—6焊丝(1．2mm)对模拟件进行填充40▲、、’＼＼＼一、＼＼、＼＼0-5r▲r▲1}1321▲J2A13A1})4A15A)／，／／J‘t及盖面层焊接，工艺参数与铸钢机架实际补焊的工艺／．．／／／／／／／—40▲7一参数相同，见表3。—80—120一▲8一焊接完成后，分别对焊态和热处理态的残余应力—160进行测试，热处理工艺：620℃×30

7、h，升温速度小于30qc／h，炉冷至200oC以下出炉、空冷。图3测点位置不意图表3模拟件焊接工艺参数试验测试用仪器为YJ一26型残余应力测量装置和ZDL测残余应力钻孔装置。测试用钻头直径1．5mm，钻孔深度2．0mm。测试用应变片型号为TJ120～1．5一1．5。应变片的方向与局部坐标系的方向一致。2．1试验结果表4和表5为模拟件焊态和热处理态分别进行残余应力测试的试验结果，图4、图6以及图5、图7分别2模拟件焊接残余应力测试及结果分析为主应力r，和焊缝中心平行于焊缝方向和垂直焊根据被测量的轧机铸钢机架模拟件尺寸和测试的缝方向的分布曲线，

8、其中各点位置分布如图3所示。现场条件，残余应力测试方法选择目前工程运用较为2．2结果分析成熟的盲孔法。盲孔法的基本原理是：在试件上钻一焊态下，模拟件焊缝中心的残余应力，测试结果显