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碳调质钢的焊接方法及注意事项

【摘要】:中碳调质钢焊接中的主要问题是冷裂纹、过热区的脆化及焊接热影响区的软化等。

中碳调质钢中碳的质量分数为0.25%~0.5%,并加入了适量合金元素(Mn、Si、Cr、Ni、B、Mo、W、V、Ti等)以保证钢的淬透性,通过调质处理以获得较好的综合性能。中碳调质钢的屈服强度可达到880~1176MPa。常用的牌号有30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A、40CrMnSiMoVA、35CrMoA、35CrMoVA、34CrNi13MoA、40CrNiMoA等。中碳调质钢焊接中的主要问题是冷裂纹、过热区的脆化及焊接热影响区的软化等。

1.冷裂纹敏感性

中碳调质钢焊接时出现冷裂纹的主要原因是:中碳调质钢含碳量较高,淬硬倾向大,焊缝和热影响区易形成马氏体组织,增大了焊接接头的冷裂倾向;在焊接接头中过高的拘束应力和扩散氢含量,则会促使冷裂纹产生。后者取决于结构和焊接工艺,前者则取决于材料的淬硬倾向,材料对冷裂纹的敏感性,与碳当量有关,碳当量越高,冷裂倾向越大。碳当量的计算有很多经验公式,其适用范围略有差异,使用时应注意。

2.过热区脆化问题

由于中碳调质钢中碳及含合金元素含量较高,有相当高的淬硬性,因而在焊接热影响区的过热区内产生大量脆性的马氏体组织。且冷却速度越大,生成的马氏体组织越多,脆化越严重。

3.热影响区的软化问题

中碳调质钢焊接时,在热影响区中加热温度超过调质处理的回火温度的区域,将会出现一个强度、硬度低于母材的软化带。采用不同的焊接工艺,可以改变软化带的宽度和软化程度,但并不能消除软化现象。

4.中碳调质钢的焊接工艺

(1)预热及后热处理 中碳调质钢淬硬倾向大,为了防止产生冷裂纹,常采取焊前预热、焊后缓冷等措施。预热不仅能降低冷却速度,防止产生冷裂纹,还可降低热影响区的硬度,改善焊接接头的塑性;后热有助于降低冷却速度,消除焊接残余应力和改善接头性能,降低焊接接头冷裂纹倾向。预热温度为200~350℃,后热温度为300℃左右。若焊件处于退火状态,焊后不能即时进行调质处理,则必须在焊后进行中间热处理,在等于或高于预热温度下进行保温一段时间的热处理,如低温回火或650~680℃高温回火。若焊件焊前处于调质处理状态,其预热温度、层间温度及热处理温度都应比母材淬火后的回火温度低50℃。对于小型焊件,也可以利用散焦电子束对焊缝进行局部扫描加热,代替整体预热或后热处理。

(2)焊接材料 若需添加填充材料,为了防止产生裂纹,宜采用低碳焊丝,焊丝中的碳的质量分数应控制左0.15%以内,最高不超过0.25%,并且严格控制硫、磷的质量分数,使其小于0.035%。

(3)真空度 真空度不小于2×10-2Pa。相同功率下,真空度越高,电子束越不易散射,束流的能量密度越集中,焊缝的热影响区越窄。

(4)提高加速电压 增加加速电压Ua,进一步提高电子束焦点的功率密度,使能量更为集中,从而使热影响区的软化带宽度更窄。

(5)选择合适的焊接速度 为避免焊接冷裂纹和过热区的脆化,焊接速度不宜太快,为减小热影响区的软化程度,也不能选用太慢的焊接速度。

(6)热输入 中碳调质钢宜采用小热输入焊接,以有利于减少淬火区的高温停留时间,降低奥氏体的晶粒长大,从而降低淬火区的脆化程度。热输入取决于加速电压U、电子束电流I和焊接速度v比值,Q=UI/v