李存修

一、问题的提出

中国煤炭地质总局第二水文地质队,是一支从事水文地质、工程地质、环境地质的专业队伍, 地质钻探是该队的

主要业务,而扩孔钻头是钻探中常用的钻头工具.水文二队的扩孔钻头一般是自制件.主要原因是:外购件价格较高和扩孔钻头品种较多,加大了费用。

但在过去扩孔钻焊接中,采用的是J506焊条在常温下焊接,在焊接中经常出现裂纹现象,废品率较高,在工程施工中,扩孔钻也常出现断裂现象,影响了正常生产,因此,如何提高焊接质量,避免裂纹出现,是提高扩孔钻头质量的关键。

水文二队的扩孔钻头的直径从380毫米到1米不等,如图是其中一种扩孔钻头, Ф178是圆管，常用的材料是钻铤,在钻铤上焊翼板和圆盘,翼板和圆盘都是厚40mm的Q235钢板.圆盘上焊216牙轮掌, 翼板上镶焊大八角合金,由于中间的钻杆需承受较大的动荷载和冲击荷载,因此材料选用35CrMo合金结构钢,而35CrMo焊接工艺差,要解决裂纹问题,必须对焊条和焊接环境重新考虑.

我们知道,在焊接中产生裂纹的主要原因是:

1.焊缝及热影响区收缩后产生的应力

2.母材含淬硬组织较多,冷却后易产生裂纹

3.焊缝中有相当高的氢浓度.

经过多次试验,我们选中了J506,J107Cr,A102 三种牌号焊条,均能满足要求。

二、与焊接相关的焊接参数

母材一 35CrMo化学成分(表1)

35CrMo机械性能(表2)

母材二 Q235化学成分(表3)

机械性能(表4)

选用焊条参数

焊条一 牌号J506 型号 E5016 低氢钾型 机械性能 σb≥490Mpa σ0.2≥400Mpa δ5≥22% Akv≥47J

焊条二 牌J107Cr 型号E1000015-G低氢钠型, 直流反接，机械性能σb≥980Mpa σ0.2≥880Mpa δ5≥12%

焊条三 牌号A102 型号 E308-16钛钙型,化学成分(表5)

机械性能 σb≥550Mpaδ5≥23%

从以上数据可以看出,选用的焊条机械性能都在Q235和35CrMo性能之间,因此能满足使用要求.

三、焊接方法

方法1 焊条选用J107Cr,焊前烘干,150℃左右,1小时,电弧焊,直流焊机,圆盘和翼板与钻杆施焊处用机加工办法开坡口,用4KW电热管,放进钻杆孔中进行预热，预热温度250℃左右,热输入宜采用较低的热输入,焊后立即进行消除应力热处理.

方法2 焊条选用A102,焊条焊前烘干, 150℃左右,1小时,电弧焊,用机加工办法开坡口,采用小电流,快速焊.

方法3 焊条选用J506,焊前焊条烘干,电弧焊,用机加工方法开坡口.

仔细清除焊接表面上的油,污,锈,垢等,焊接第一道焊缝时,应尽量采用小的焊接电流,快速焊,在焊接中,轻敲击焊接金属表面,以减少焊接残余应力,细化晶粒,收尾时,电弧慢慢拉长,将弧坑处填满,防止收尾处裂纹,焊后缓冷,并立即进行消除应力处理.

四、焊接方法比较

以上三种焊法,采用的是三种不同的焊条只要按操作工艺进行焊接,都能满足使用要求,没有裂纹发生,第一种和第三种方法操作工艺要求较高,我们进行了简化,取消了预热和焊后处理,但都没有满足要求,都出现裂纹.显然预热和焊后热处理不能取消。

A102焊条,也就是铬镍奥氏体不锈钢焊条,由于此焊条的焊缝金属的塑性好,可减少焊接部位的应力,避免热影响区的裂纹产生,因此,不进行预热和焊接热处理,也能满足要求,在实际运行中,也未发现裂纹,断裂现象,但A102焊条价格较贵.

J506焊条,价格较低,焊接工艺要求较高,

J107Cr焊条,由于用量较少,市场上没有,只能从厂家邮购,也造成了成本较高。

五、结论

A102 ,J506. J107Cr三种焊条,都能满足使用要求,可根据实际情况,采用不同的方法.

1.小批量单件生产,现场焊接,可采用A102焊条

2.大批量生产,工厂设备齐全,热处理设备齐全,可采用J506焊条

3.大批量生产,工厂设备齐全,热处理设备齐全,对焊接强度要求高,可采用J107Cr焊条。

以上结论是从实际情况，对工艺要求和产品性能要求进行综合考虑得出的。

六、结束语

当今时代,新材料,新工艺层出不穷,发展迅速,本人对焊接技术摸索几年,只是略知皮毛,了解甚少,望各位同仁批评指正,并提出宝贵意见和宝贵经验。

作者单位：中煤总局第二水文地质队