加热炉滑块与水梁焊接脱落问题研究

【摘 要】本文针对某轧钢厂加热炉滑块（材质为Ni-Cr合金）和水梁（材质为20g）的焊接脱落问题进行了原因分析，并提出为提高异种钢焊接质量可采取的措施。

【关键词】滑块；水梁；异种钢；焊接；脱落；研究

引言

太钢不锈热轧厂2号加热炉钢板滑道的滑块（材质为Ni-Cr合金），由于常年受高温、冲击、磨擦的作用，常在炉口边缘处被撞落。出现这种情况后，被加热的钢板被卡，不能正常推出，轻则会影响生产的正常进行，严重时会使钢板报废。某年某月某日，岗位人员检查发现，炉口边缘滑块被撞落，钢材被卡不能正常推出，被迫停炉抢修。在抢修中，发现经焊接后的滑块不能与水梁（材质为20g）不能正常联接，常常是还没焊完就自行脱落。

1 滑块与水梁焊接脱落的原因分析

（1）化学成分的不均匀性。加热炉的滑块与水梁属于异种钢，其焊接称之为异种钢焊接。异种钢焊接接头的化学成分不均匀及由此导致的组织和力学性能不均匀的问题极为突出。不仅焊缝与母材的成分往往不同，就连焊缝本身的成分也是不均匀的。这种化学成分的不均匀性对接头的整体性能影响较大。滑块与水梁的结构如图1所示 。

（2）组织和性能的不连续性。焊接接头的化学成分和金相组织的差异，带来了焊接接头不同部位力学性能的不同。在焊接接头的各个区域，其强度、硬度、塑性、韧性、冲击性能、高温蠕变、持久性能等都有很大差别。

（3）焊接热裂纹。大部分镍合金都具有液化裂纹倾向，并且随着合金元素含量的增加而显著增加。液化裂纹产生在近缝区，具有沿晶开裂、从熔合区向母材扩散的特征。

（4）应变时效裂纹。在应变时效处理过程中，熔合区附近会产生一种沿晶界扩展的裂纹，即应变时效裂纹。他的形成与焊接残余应力引起的应变以及时效过程中塑性损失引起的应变时效裂纹有关。不同的焊接工艺，应变时效裂纹敏感性是不同的。

（5）焊缝金属中产生气孔。镍及其合金与钢焊接时，其焊缝处的化学成分主要是铁和镍。在高温下，镍很容易夺氧形成NiO，在结晶时容易形成气孔。此外，镍及其合金对由氢和氧形成的气孔较为敏感。

2 滑块与水梁焊接脱落的应对措施

（1）减小焊接电流，采用较细的焊条。为减少钢的熔化量，使用小电流快速焊接效果会好很多，实际焊接中，可把原焊接电流160A改为130A施焊，以避免接头的热影响区过热和晶粒长大。当焊接位置必须采用立焊时，应采用较细的焊条，电弧应更短，以便能更好地控制熔化的焊缝金属。

（2）在焊接过程中适当摆动。液态镍合金流动性较差，为放止产生未熔合、气孔等缺陷，一般要求在焊接过程中适当摆动，摆动的幅度不能大于焊条直径的2倍。立焊处采用锯齿形运条，平焊处采用斜圆形运条。

（3）调整焊接坡口及焊条的角度。由原焊接坡口40度改为30度角，两边20mm内修摩至金属光泽。由原焊条角度40-50°改为60-70°，使电弧热量稍偏向于水梁一侧，但焊接速度必须快一些。

（4）控制层间温度并对焊缝进行锤击。两边多层多道焊缝要依次焊接，焊接时要控制层间温度小于100℃。多层多道焊缝的层间要相互叠压1/3焊道。焊后对焊缝和热影响区进行适度的锤击，以松弛应力的过分集中。

（5）对母材进行适当预热。为了减少镍与钢的焊接温差和裂纹倾向，可对母材进行适当预热，预热温度一般在100～300℃，焊后应及时进行消除应力处理，以防产生裂纹。收弧时要稍微降低电弧高度，并增大焊接速度以减小熔池尺寸。再引弧时应反向引弧，以利于调整接头处的成形，抑制气孔产生。

（6）加入脱氧元素。为防止气孔在镍及其合金与钢焊接时产生，可向焊缝金属中加入Mn、Mo、Ti、AL等强烈脱氧元素。

3 结论

加热炉滑块和水梁的焊接其实质是异种钢的焊接。为提高焊接质量，应重点关注以下问题：

（1）正确地选用焊材是焊接异种钢的关键，焊接接头的质量和使用性能与所选用的焊材密切相关。 必须按照母材的成分、性能、接头形式和使用要求等来正确选用焊材。

（2）异种钢焊接前，坡口角度的设计应有助于焊缝稀释率的减少，应避免在某些焊缝中产生应力集中。焊接参数的选择应以减少母材金属熔化和提高焊缝的堆积量为主要原则。对于异类异种钢接头，在选择焊接规范时，因设法降低熔合比。为此，应选择小直径焊条或焊丝，尽量选用小电流快速焊。

（3）异种钢焊前的预热主要是为了降低焊接接头的淬火裂纹倾向，当被焊的异种钢中有淬硬钢时必须预热，具体的预热温度应根据焊接性差的钢种来选择。

（4）焊后对焊缝和热影响区进行适度的锤击有利于异种钢的焊接。

（5）向焊缝接入脱氧元素会得到较好的焊接质量。