铸钢节点的热处理工艺过程一般包括三个阶段:加热、保温和冷却。热处理方法包括:退火、正火、正火加回火。三种方法所得机械性能不同,对于一般形状不太复杂,壁厚又不太厚的铸钢节点最常采用的是正火。对形状复杂,容易变形和开裂的铸钢节点,则采用退火比较适宜。正火加回火用于比较厚的碳钢铸件以及低合金铸钢件。回火的目的在于消除铸钢节点的应力,避免铸钢节点变形和开裂。热处理的温度和时间的选择上是关键环节,热处理温度-时间图表是监控热处理合理性的重要资料。热处理按现行国家标准《的规定执行。
铸钢节点的无损检测在热处理后进行,对目视检查以及形状和尺寸检查符合要求的铸钢节点应逐个进行无损检测,铸钢节点不应有裂纹、冷隔、缩孔等缺陷。铸钢节点与其他构件连接的部位,即支管管口的焊接坡口周围150㎜区域,以及耳板上销轴连接四周150㎜区域,应该进行100%超声波、磁粉探伤检测。铸钢节点本体的其他部位具备无损探伤条件时,也应进行100%的超声波、磁粉探伤检测。检测依据按现行国家标准《铸钢件超声波探伤及质量评级方法》GB/T7233-87;《铸钢件磁粉检测》GB/T9444-2007;《铸钢节点应用技术规程》CECS235:2008;《钢结构超声波探伤及质量分级法》JGT203-2007的规定执行。
该工程铸钢节点无损检测质量控制分四级检测:厂方几何尺寸校正、无损自检---第三方无损检测---第四方无损终测---第四方内部质量控制抽检。
检测设备使用美国派克DA400S磁轭探伤仪;灵敏度A型试片15/50;宏达FC-5反差增强剂;宏达HD-BO磁悬液对铸钢件的表面质量进行磁粉检测。使用GE德国KK-USM35超声波探伤仪;对比试块选用材质、铸造工艺与铸钢件相同的ZGZ系列对比试块一套,ZGS对比试块一块;探头选用汕头SIUI牌1.25Z20N直探头,2.5Z20FG20N、30N双晶聚焦探头,2.5Z20×20A45、60斜探头,耦合剂使用化学浆糊对铸钢件内部质量进行超声波检测。
铸钢节点检测过程中常见的缺陷有:裂纹、夹砂、夹渣、气孔、缩孔、疏松、冷隔、型芯撑未熔合、内冷铁未熔合等。对发现缺陷的数据、位置、性质和厂方铸造、焊接工程师、工人进行了探讨分析,总结了如下资料以供学习参考:
1、裂纹是铸钢件缺陷中最需要引起注意的。当铸钢件的各个部位冷却速度不同时,就会产生内应力。当内应力超过该温度下的承受能力时,便会造成铸钢件的撕裂而变形成裂纹。铸钢件中的裂纹细划分可以分为热裂纹(Hot tear)、缩孔性裂纹(Shrinkage crack)和冷裂纹(Cold crack)三种,其中后两种是铸钢件中最危险的缺陷。
热裂纹是在温度降到1300℃左右时产生的,这种裂纹一般在铸钢件的表面或者近表面层,一头尖,一头顿,通过喷丸或者手砂轮打磨大部分可以清除。其形成过程:在1200~1400℃时,是钢水开始凝固的温度,当铸钢件刚凝固时,由于晶界上的夹杂物是脆性,在晶间拉伸应力的作用下而产生热裂纹。铸钢件设计不合理,铸型不好、涂料不好与热裂纹的产生有一定关系。这种裂纹容易产生在铸钢件的后凝固区域、圆角部位,内应力不大,裂纹潜伏于表面,沿晶界分布,呈龟裂状,有的呈树枝状。在铸钢件由于热裂纹是产生在钢水由液态向固态转化的时期,故始端往往带有尖角,而末端则是钝头的。铸钢件根部上表面打磨后内部热裂纹目视特征为夹砂引起的热裂纹,产生的原因为合箱时型砂掉人型腔而未清除,浮砂所致。铸钢件筋板连接根部热裂纹,产生的原因为铸件凝固收缩时受型砂的阻力所致。铸钢件表面龟裂,其目视特征为裂纹分布如龟壳花纹。产生的原因主要是开箱过早、快冷所致。铸造工艺拉筋与工件交接处易产生热裂纹主要为工艺拉筋尺寸不当或者开箱过早所致。
缩孔性裂纹是在厚壁处和过渡区容易产生缩孔的部位,因此不能完全承受其他部位的收缩力而产生的收缩裂纹。
当温度下降到260℃左右以冷却应力为主要原因的而产生的裂纹即为冷裂纹,这是一种最危险的缺陷。其产生过程:在200~400℃的范围内,在金相上是奥氏体向马氏体转变的温度范围,除了收缩以外,还有很大的组织应力,造成穿晶断裂。这种裂纹一般较深,两端都带尖角,磁粉密度浓,绝大多数产生在应力集中区,有的出现在表面,也有的只存在于铸钢件内部。选择超声波探伤冷裂纹可以得到相当强的缺陷反射波,底面反射波下降严重,可采用直探头、斜探头并用的探伤方法。
2、夹砂和夹渣在浇口设计部当时出现,其周围会附有很多气孔。另外,浇铸速度快时金属容易充满型腔,并减少氧化,但速度过快时,会造成金属熔液对铸型的冲击加剧,产生冲砂。夹砂的主要原因是由于铸件表面的砂粒和高温的溶液接触,剥离后混入钢中形成的,所以叫冲砂。这两种缺陷都是由于砂子渗入铸件内部而产生,当砂型的夯实程度松紧不均匀时,砂型受钢水冲击,砂型未清理干净都会产生夹砂。钢熔液中混入熔渣后又将钢水注入铸型中,熔渣没有完全浮上来,形成夹渣。采用开内浇口的办法,控制金属液的流速和方向,使浇口充满,充分注意撇渣和除渣。这两种缺陷的形态都比气孔略有棱角。超声波探伤时和气孔的反射近似,反射波相对较弱。
3、气孔是钢溶液中的气体没有浮上来而残留在钢中的,或者是铸型和型芯产生的气体浸入钢溶液中形成的,多数情况下是和型砂一起呈现在铸钢件的上部和表面层,有时也会产生在中心位置。另外附着在型芯撑子和插入物等处的水份和杂质有时也会形成针孔和气孔。其主要成份是H2、O2和N2,其形状为圆形分散存在。其产生原因包括:吸附在铁水包、铸型、型芯撑和内冷铁上的水份分解而产生,这种气孔多发生在吸附物的附近,形成空洞的气体有CO、N2、O2等;铁水和砂型涂料发生化学反应生成的气体、型芯撑和内冷铁有绣或镀层质量不好产生气孔,其位置存在于气体发生源的附近;表面被氧化的气孔是由于浇铸时渗入了空气,这种气孔多半是由于浇口位置不妥而产生;与砂或者渣共存的气孔多数是由于浇铸温度过低,气体未能向外溢出而产生。也有时因为夹杂了铸型涂料石墨、云母粉而产生。气孔接近于球形,超声波反射较弱。
4、缩孔或疏松是在凝固过程中熔液供给不足时产生的,缩孔分为集中缩孔(Shrinkage cavity)和中心缩孔(Center-line shrinkage),集中缩孔是在某一个地方产生较大的空洞,中心缩孔是沿着铸件的中心轴形成的多孔性组织。集中缩孔是由于质量大的部分在最后凝固时周围供给熔液不足产生的。在工艺上多采用底部浇铸和加高冒口的金属液是防止产生此种缩孔的有效措施。多孔性的中心缩孔是在薄壁铸件中,由于厚度方向的温度梯度随部位而异,引起熔液供给不足而产生。超声波探伤时,其缺陷反射波相对比较分散,能准确定缩孔的埋藏深度。
5、冷隔是一种在同一铸件中一次浇铸或者两次浇铸时由于温度偏低,金属液体没有充分融合在一起。其边界形成带有氧化层的隔层。在大型铸钢件中,相对于铸钢件体积较薄的部位容易产生这种缺陷。这与浇铸温度、浇铸速度、内浇口的位置大小,型砂的性质、水分、透气性、液体金属的流动性有关系。超声波探伤有很强的反射回波。
6、型芯撑未融合和冷铁未融合,这两种缺陷也是铸钢件中常见的缺陷。这种缺陷是残留在铸钢件内的型芯撑未完全融化或为增加凝固速度而放入的内冷铁未完全融化所致。如果融合不良,则形成材料的不连续,其性质和铸钢件内部存在的片状缺陷是一样的。当型芯撑和内冷铁上的涂料不适当或者潮湿时,也会出现这种缺陷。对于这一类缺陷各国标准要求不一致。型芯撑未熔和内冷铁未熔在ISO标准、ASTM标准中属不允许存在缺陷。我国标准不允许存在,但是其严重程度而定。由于型芯撑在目视检查时极易发现,建议在目视检查环节就将其刨除焊补、使型芯撑未融合的缺陷返修在热处理之前进行。