中碳調質鋼30CrNiMo8與S355JR異種鋼的焊接

中信重工機械股份有限公司 （河南洛陽 471039） 劉須收 肖德政 吳建英

1. 概述

30CrNiMo8是前西德引進的鋼種，屬優質合金鋼，它是在優質碳素結構鋼30Cr2Ni2Mo基礎上，適當加入一種或幾種合金元素而制成的鋼。按化學成分分類，30CrNiMo8屬中碳鋼，由于其自身具備的優點，故在化工超高壓容器中得到一定的應用；而S355JR則為低合金高強鋼。

近年來，我公司將30CrNiMo8進行調質處理，應用到焊接齒輪的齒圈中，將S355JR應用到焊接齒輪的腹板中。30CrNiMo8與S355JR均屬于歐洲標準牌號，為研究該異種鋼的焊接性，本文通過對其進行焊接性分析，制定合理的焊接工藝，采用ENISO15614標準進行焊接工藝評定，用于指導焊接齒輪的生產。

2. 試驗前期準備

（1）焊接性分析 試驗母材30CrNiMo8及S355JR的化學成分和力學性能如表1所示。

表1 30CrNiMo8及S355JR化學成分和力學性能

根據國際焊接學會推薦的碳當量和冷裂紋敏感指數計算：30CrNiMo8鋼的Ce、Pcm分別為0.74%、0.44%，S355JR鋼的分別為0.54%、0.37%。兩種鋼的碳當量和冷裂紋敏感指數均分別大于臨界值0.40%和0.20%，具有較高的淬硬和冷裂紋敏感傾向，尤其是30CrNiMo8，淬硬傾向更大，如果工藝不合理，可能在焊接熱影響區產生大量的馬氏體，導致其嚴重脆化，從而增大焊接接頭的冷裂傾向。

（2）焊接方法及焊接材料 采用埋弧焊，焊絲牌號為H08MnA，焊劑牌號為HJ431，其力學性能如表2所示。焊劑焊前400℃烘干，保溫90min。

表2 力學性能

（3）焊接坡口形式及焊接參數 焊接接頭采用帶墊板的對接接頭形式，如圖1所示。焊接參數及焊接順序分別如表3、圖2所示。

圖1 焊接試板

表3 焊接參數

圖2 焊接順序

3. 焊接難點控制及實際效果

（1）預熱溫度 由于30CrNiMo8碳當量及冷裂紋敏感指數高，易產生焊接裂紋，因此焊前必須預熱，其目的是為了降低焊接接頭的冷卻速度，減少馬氏體的產生，從而改善焊接接頭組織，以降低產生冷裂紋的幾率。根據預熱溫度經驗公式T=碳當量×360℃，可知30CrNiMo8預熱溫度為266℃，為保證焊接接頭不出現焊接裂紋，本次焊接試驗中選擇預熱溫度為280℃。

（2）堆焊過渡層 為減少由于30CrNiMo8中合金元素稀釋造成的焊接裂紋，采取堆焊過渡層的措施，即在30CrNiMo8坡口上堆焊3層過渡層，如圖3所示，然后進行去應力退火，退火后與S355JR焊接，如圖4所示。焊接完畢后，再次進行去應力退火。

圖3 堆焊過渡層

圖4 30CrNiMo8與S355JR對接

（3）焊后緩冷 焊后立即用石棉布包敷焊接試板，以降低焊接接頭的冷卻速度，從而減少馬氏體產生的幾率，降低冷裂紋傾向。

（4）實際效果 通過選擇焊絲H08MnA，焊劑HJ431，焊縫成形美觀，未出現氣孔、夾渣、裂紋等缺陷，UT達到BS EN ISO 5817 B級，達到預期效果。

4. 焊接工藝評定

（1）拉伸試驗 按照ENISO15614標準對焊接接頭進行拉伸試驗，試驗結果如表4所示，試樣照片如圖5所示。

表4 焊接接頭拉伸試驗

圖5 拉伸試樣

由表4可知，拉伸試樣斷于母材S355JR上，焊接接頭強度高于母材，符合標準要求。

（2）彎曲試驗 按照ENISO15614標準對焊接接頭進行彎曲試驗，試驗結果如表5所示，試樣照片如圖6所示。

表5 彎曲試驗

圖6 彎曲試樣

由表5和圖6可知，彎曲試樣表面未出現裂紋、氣孔等缺陷，符合標準要求。

（3）夏比沖擊試驗 按照ENISO15614標準對焊接接頭進行夏比沖擊試驗，其結果如表6所示。

表6 夏比沖擊試驗

由表6可知，焊縫及熱影區的沖擊吸收能量均高于母材，符合標準要求。

（4）低倍試驗 按照ENISO15614標準對焊接接頭進行低倍試驗，其結果如圖7所示。

圖7 低倍試樣

由圖7可知，焊縫及熱影響區未出現裂紋、氣孔、夾渣等缺陷，焊縫熔合良好，符合標準要求。

5. 結語

（1）采用埋弧焊焊接中碳調質鋼30CrNiMo8與低合金高強鋼S355JR，通過選擇合適的焊接材料，制定合理的焊接工藝，并嚴格控制熱輸入，獲得了良好的焊接接頭，UT達到BS EN ISO 5817 B級，達到預期效果。

（2）通過EN ISO15614標準對焊接接頭進行焊接工藝評定，拉伸、彎曲、沖擊、低倍試驗均滿足標準要求，達到了預期效果。