Cómo soldar acero fundido?

Como proceso central para conectar y reparar piezas de acero fundido., La soldadura de acero fundido tiene una complejidad técnica debido a las características organizativas únicas y los defectos de fundición de los materiales de acero fundido.. Las piezas de acero fundido a menudo enfrentan desafíos técnicos como el agrietamiento inducido por hidrógeno., Fragilización de la zona afectada por el calor y concentración de tensiones residuales durante la soldadura debido al alto equivalente de carbono., Segregación de elementos de aleación y estructura de grano grueso.. Basado en las características técnicas de cinco procesos de soldadura convencionales., Este artículo analiza sistemáticamente la adaptabilidad del proceso y la ruta de optimización de la calidad de la soldadura de acero fundido en combinación con el control del ciclo térmico., Regulación del comportamiento metalúrgico y análisis de la dinámica del baño fundido.. El estudio proporciona una base teórica y una guía práctica para la selección de procesos de soldadura de acero fundido mediante la optimización del acoplamiento de parámetros., Análisis de mecanismos de operación y verificación de casos de ingeniería..

1. Comparación de características técnicas y análisis de adaptabilidad de procesos de soldadura.
La selección de procesos de soldadura de acero fundido requiere una consideración exhaustiva de la composición del material., características geométricas estructurales y cargas de servicio. Con su flexibilidad de proceso y simplicidad de equipo., soldadura por arco metalúrgico (SMAW) Tiene una ventaja en la reparación de piezas fundidas y en las operaciones in situ.. El núcleo de la tecnología es regular la reacción metalúrgica a través del recubrimiento del electrodo.. Después de hornear, electrodos de bajo hidrógeno (como E5015) Puede reducir eficazmente el contenido de hidrógeno difusible de la soldadura., y la resistencia al agrietamiento se mejora en más de 40% en comparación con electrodos ácidos. Sin embargo, La fluctuación de la entrada de calor causada por la operación manual es fácil de causar defectos como falta de fusión e inclusión de escoria., y las especificaciones de operación de arco corto (longitud del arco ≤ diámetro del electrodo) y el proceso de limpieza entre capas debe seguirse estrictamente.

Soldadura con protección de gas (GMAW/MIG) logra una entrada de calor precisa a través del control de corriente de pulso. Su eficiencia de deposición. (10-15kg/hora) es significativamente mayor que el de la soldadura por arco con electrodo., y es adecuado para soldadura plana y soldadura por lotes de placas medianas y gruesas.. Protección con gas inerte (como Ar puro) Puede aislar la oxidación del aire.. Con el ajuste de la frecuencia del pulso. (50-200Hz) y ciclo de trabajo (40-60%), La pureza y la densidad de la soldadura mejoran significativamente.. Sin embargo, su resistencia al viento es débil (Se requieren medidas auxiliares cuando la velocidad del viento es >2EM), lo que limita su aplicación en operaciones al aire libre.

Soldadura con gas inerte de tungsteno (GTAW/TIG) utiliza electrodos de tungsteno que no se funden y protección de argón para lograr una soldadura con bajo aporte de calor. El ancho de la zona afectada por el calor se puede controlar dentro de 1 mm., que es particularmente adecuado para acero fundido de alta aleación y soldadura de placas delgadas. Su estabilidad del arco y calidad de la formación de soldadura son mejores que otros procesos., pero la tasa de deposición es baja (1-3kg/hora) y la pérdida del electrodo de tungsteno aumenta los costos a largo plazo. Es más adecuado para escenarios de soldadura de precisión, como juntas a tope de placas delgadas de acero fundido o soldadura de raíz..

Soldadura por arco sumergido (SIERRA) se ha convertido en el proceso preferido para soldaduras largas y rectas de piezas fundidas gruesas debido a su alta eficiencia de deposición. (20-50kg/hora). La composición del fundente tiene un efecto significativo en las reacciones metalúrgicas.. La combinación de fundente sinterizado. (como SJ101) y el alambre de soldadura H08MnA es adecuado para acero fundido con bajo contenido de carbono., mientras funde fundente (como HJ431) mejora la resistencia al agrietamiento al mejorar el efecto de desulfuración. Sin embargo, su equipo es voluminoso y se limita a posiciones planas de soldadura, y la precisión del procesamiento de ranuras y la temperatura de la capa intermedia (≤300 ℃) debe ser estrictamente controlado.

Soldadura con núcleo fundente y protección de gas (FCAW) Combina transición de flujo y protección de gas y tiene modos de autoprotección y protección de gas.. Alambre de soldadura autoprotector (como E71T-1) Es adecuado para soldadura en todas las posiciones y tiene una fuerte resistencia al viento. (soporta una velocidad de viento de 5 m/s), Ideal para construcción en exteriores y reparación de estructuras complejas.. Su tenacidad de soldadura es mejor que SMAW., pero las salpicaduras son más extensas, y la formación de soldadura es rugosa. Es necesario mejorar la estabilidad del proceso mediante la optimización de parámetros. (como una longitud de extensión de 15-25 mm).

2.Análisis multidimensional de la estrategia de optimización de procesos.
La optimización de la calidad de la soldadura de acero fundido requiere avances coordinados en tres aspectos: control del ciclo térmico, Regulación del comportamiento del baño fundido y supresión de deformaciones.. El núcleo del control del ciclo térmico es reducir el riesgo de contenido de hidrógeno difusible y fragilización de la HAZ.. Mediante precalentamiento escalonado (150-300℃) combinado con postcalentamiento (200-350℃×2-4h), la tasa de crack se puede reducir en más de 60%. Control de temperatura entre capas (≤400℃) combinado con la medición de temperatura por infrarrojos, el monitoreo en tiempo real puede evitar eficazmente el engrosamiento del grano. Los experimentos muestran que por cada aumento de 50°C en la temperatura de precalentamiento, La resistencia al agrietamiento de la soldadura aumenta en 15%-20%.

El control del comportamiento del baño fundido mejora la fluidez del baño fundido optimizando los parámetros del pulso. (frecuencia 50 200, ciclo de trabajo 40-60%). Controla la geometría del baño fundido con tecnología de oscilación de pistola de soldar. (tal como un “zigzag” forma). Los resultados de la simulación muestran que aumentar la frecuencia del pulso en 100 Hz puede reducir el ancho del baño fundido en 15%, aumentar la profundidad de penetración en 8%, y mejorar significativamente la densidad de la soldadura. Para soldadura multicapa, Se recomienda que el espesor de una sola capa sea ≤4 mm.. El método del martillo se utiliza para eliminar la tensión residual., lo que puede reducir la sensibilidad al agrietamiento en aproximadamente 30%.

El control de la deformación debe combinarse con la optimización de la secuencia de soldadura y las restricciones de fijación.. La secuencia de soldadura simétrica y la soldadura por saltos segmentada pueden reducir la deformación al 40%, and presetting the reverse deformation (taking 50-80% of the deformation) can further improve the accuracy. Finite element simulation shows that rigid fixtures can reduce angular deformation by more than 50%. For complex structures, real-time deformation monitoring and dynamic parameter adjustment strategies are recommended.

3.Engineering application and future development direction
Taking the crack repair of a large cast steel gear (material ZG34CrNiMo) como ejemplo, pulse MIG welding (E71T-GS welding wire, φ1.2mm, current 160A, voltage 20V) was used, combined with 200℃ preheating and segmented jump welding method, the weld tensile strength reached 720MPa, yield strength 580MPa, -40℃ impact energy 85J, fully meeting the service requirements. This case verifies the synergistic effect of process parameters and operating specifications.

En el futuro, cast steel welding technology will develop in the direction of intelligence and precision. Digital welding technology (such as robot welding) combined with visual recognition and big data algorithms can realize online optimization of welding parameters and defect warnings. Al mismo tiempo, the development of new welding materials (such as metal core welding wire) and composite shielding gas (such as Ar+He mixed gas) will further improve weld performance and process efficiency. Through the cooperation of industry, academia and research to promote technological innovation, cast steel welding is expected to achieve a broader range of application breakthroughs in the field of high-end equipment manufacturing.