42CrMo與Q345B焊接工藝的制定及焊接性能分析

周凱

摘要對Q345B與42CrMo合金鋼的焊接性能進行了研究分析。以中間罐小車提升部件為例，進行了Q345B與42CrMo的焊接性研究及試驗，并制訂了合理的焊接工藝措施。采用A506打底，ER55-6填充的組合焊接方法，配合合理的工藝方法及工藝參數，獲得了性能優良的焊接接頭

關鍵詞42CrMo；焊接性；焊接裂紋；焊接工藝

中圖分類號：TG441 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）12-0026-02

本公司為SMS DEMAG公司生產的中間罐小車提升柱部件，結構圖如下。軸頭材料為調質后的42CrMo合金鋼，筒身材料為Q345B。該部件的工作環境溫度較高，并且需要承受較大的沖擊載荷，軸頭需要承受交變應力。焊縫需符合GB/T11345-1989標準的Ⅱ級要求，因此合理地選擇焊接材料及焊接工藝是保證焊縫具有優良力學性能的關鍵。

1母材的焊接性能分析

1.1 Q345B的焊接性分析

表1Q345B的化學成分（%）

C Si Mn S P V Nb Ti Al

0.15 0.32 1.48 0.011 0.003 0.02~0.15 0.015~0.060 0.02~0.20 0.032

Q345B碳當量Ce=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15=0.49＞0.45

經計算合金鋼Q345B具有一定的淬硬傾向，在焊接需要前對工件進行適當的預熱，即可可有效地防止了裂紋的產生。因此在工藝制定時應主要考慮中碳調質鋼42CrMo的焊接工藝。

1.2 42CrMo的焊接性分析

42CrMo碳當量Ce=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15=0.9117

42CrMo熱裂紋敏感系數Hcs=C*（S+P+Si/25+Ni/100）*1000/（3Mn+Cr+Mo+V）=9.56

42CrMo中的合金元素含量高，焊道在凝固結晶的時候，結晶溫度區間跨度大，偏析傾向嚴重，容易在焊縫金屬中形成熱裂紋。結合計算的42CrMo熱裂紋敏感系數Hcs=9.56，得出結論42CrMo具有較強的熱裂紋傾向。

42CrMo鋼的Ms點低，在母材的熱影響區易產生淬硬組織，并且工件愈厚，淬硬傾向愈大，在工件冷卻過程中淬硬區易產生冷裂紋。結合計算的42CrMo的碳當量=0.9，得出結論42CrMo具有較強的冷裂紋傾向。

42CrMo與Q345B的焊接處為坡口較大的環焊縫，兩種材料的線膨脹系數也不同，造成焊縫拘束度較高，焊接后焊縫中存在較高的殘余應力。這樣就容易在焊根、焊趾等應力集中區域形成缺陷。

由此推斷，調質鋼42CrMo在焊接時易產生熱裂紋和冷裂紋等缺陷，在制定焊接工藝的時候要特別注意避免產生這些缺陷。

242CrMo和Q345B 焊接工藝的制定

根據上述兩種母材的焊接性分析，42CrMo具有高淬硬傾向，焊接冷、熱裂傾向嚴重。并且Ms較低，焊接時較易形成含碳量高、硬度大的馬氏體組織，導致過熱區出現脆化現象。而Q345B綜合力學性能良好，塑性和焊接性良好。基于以上分析，選材的原則如下：所選焊接材料的焊接性應以滿足42CrMo的焊接為主，焊接材料的強度高于Q345B的強度即可。

2.1 焊接方法及材料的選擇

提升柱筒身內部空間狹小，坡口為雙面坡口，為保證筒身內部的焊縫根部能夠焊透，減小近縫區的應力集中。對打底焊道采用奧氏體不銹鋼焊條A507進行焊接，保證焊縫根部形成塑性及韌性較好的奧氏體焊縫組織。中間填充及蓋面焊縫采用ф1.2的ER55-G焊絲，形成韌性較強的，抗冷裂型較好的焊縫組織。

2.2 工藝方案的制定

1）焊接前清除焊接區的水、銹、油污等雜質。

2）焊接前對軸頭區域進行預熱300~350℃。充分預熱1小時，有效的減慢焊縫及熱影響區的冷卻速度，加速焊接區氫的逸出。

3）打底焊接采用Ф3.2直徑的奧氏體不銹鋼焊條A507，焊前烘干250~300℃。采用直流反接，焊接電流90~110 A，電壓20~25 V，焊接時候采用單道焊，不需擺動。

4）填充和蓋面焊接采用80%CO2+20%Ar氣體保護焊。電流230~280 A，電壓28~38 V，層間溫度控制在300℃。采用多層多道焊，每層焊道厚度要盡可能的薄。焊道與焊道之間過渡應平緩。焊道的引弧、收弧處錯開30 mm以上。

5）焊后立即進行退火處理600~650℃，時間4小時。通過及時的退火處理可以避免42CrMo在焊后冷卻的時候，在熱影響區產生溶氫能力極差的馬氏體。防止在熱影響區聚集成“富氫”帶，從而形成氫致冷裂紋。

2.3 焊接工藝驗證

按以上方案制作工藝試塊，并進行力學性能試驗，試驗結果如下。

表342CrMo與Q345B 焊接接頭拉伸試驗結果

試樣編號 σs / MPa σb / MPa 斷裂位置

1 345 510 母材（Q345B側）

2 350 518 母材（Q345B側）

表442CrMo與Q345B焊接接頭橫向側彎試驗結果

試樣編號 試驗類型 試驗結果

3 橫向側彎，180° 無裂紋，合格

4 橫向側彎，180° 無裂紋，合格

5 橫向側彎，180° 無裂紋，合格

6 橫向側彎，180° 無裂紋，合格

檢測結果表明，焊縫的抗拉強度高于力學性能較低的Q345B母材。彎曲試樣在彎曲180°的情況下均為合格。這說明焊縫質量可靠，擬定的焊接工藝合理有效。

2.4 實際應用

按上述工藝制作的提升柱，焊接完24小時后進行表面100%磁粉探傷，未發現焊縫表面有裂紋、氣孔等缺陷；采用超聲波100%探傷，焊縫符合GB/T11345-1989 標準的Ⅱ級要求。得到了西馬克公司的認可。

3結束語

對于42CrMo與Q345B的焊接， 通過填充高韌性的A506焊條和高強度ER55-6焊絲，可有效的降低了焊縫金屬的氫致裂紋敏感性，確保了焊縫的強度。通過采取焊前預熱、焊后及時熱處理的方法，加速了焊接區域氫的逸出，有效的避免了焊接區域的硬化、脆化及冷裂紋等問題。通過以上的相關措施使得整個焊接區域的缺陷得到有效的控制。從而獲得了力學性能優良的焊接接頭。

參考文獻

[1]陳祝年.焊接工程師手冊（第2版）[M].北京：機械工業出版社，2009：927-999.

[2]王晉生，王玉梅.45鋼與42CrMo合金鋼焊接工藝[J].大型鑄鍛件，2008（4）：1-5.

[3]張金庫，張偉強，王大偉，等.42CrMo鋼與16Mn鋼焊接工藝研究[J].

[4]寧志敏.異種鋼焊縫中熔合區裂紋的防止[J].焊接技術，2000（4）：14-16.

[5]惠玲，王翠翠.35CrMo合金鋼調整套本體焊縫裂紋原因分析及解決措施[J].現代焊接，2012（1）：50-52.

endprint

摘要對Q345B與42CrMo合金鋼的焊接性能進行了研究分析。以中間罐小車提升部件為例，進行了Q345B與42CrMo的焊接性研究及試驗，并制訂了合理的焊接工藝措施。采用A506打底，ER55-6填充的組合焊接方法，配合合理的工藝方法及工藝參數，獲得了性能優良的焊接接頭

關鍵詞42CrMo；焊接性；焊接裂紋；焊接工藝

中圖分類號：TG441 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）12-0026-02

本公司為SMS DEMAG公司生產的中間罐小車提升柱部件，結構圖如下。軸頭材料為調質后的42CrMo合金鋼，筒身材料為Q345B。該部件的工作環境溫度較高，并且需要承受較大的沖擊載荷，軸頭需要承受交變應力。焊縫需符合GB/T11345-1989標準的Ⅱ級要求，因此合理地選擇焊接材料及焊接工藝是保證焊縫具有優良力學性能的關鍵。

1母材的焊接性能分析

1.1 Q345B的焊接性分析

表1Q345B的化學成分（%）

C Si Mn S P V Nb Ti Al

0.15 0.32 1.48 0.011 0.003 0.02~0.15 0.015~0.060 0.02~0.20 0.032

Q345B碳當量Ce=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15=0.49＞0.45

經計算合金鋼Q345B具有一定的淬硬傾向，在焊接需要前對工件進行適當的預熱，即可可有效地防止了裂紋的產生。因此在工藝制定時應主要考慮中碳調質鋼42CrMo的焊接工藝。

1.2 42CrMo的焊接性分析

42CrMo碳當量Ce=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15=0.9117

42CrMo熱裂紋敏感系數Hcs=C*（S+P+Si/25+Ni/100）*1000/（3Mn+Cr+Mo+V）=9.56

42CrMo中的合金元素含量高，焊道在凝固結晶的時候，結晶溫度區間跨度大，偏析傾向嚴重，容易在焊縫金屬中形成熱裂紋。結合計算的42CrMo熱裂紋敏感系數Hcs=9.56，得出結論42CrMo具有較強的熱裂紋傾向。

42CrMo鋼的Ms點低，在母材的熱影響區易產生淬硬組織，并且工件愈厚，淬硬傾向愈大，在工件冷卻過程中淬硬區易產生冷裂紋。結合計算的42CrMo的碳當量=0.9，得出結論42CrMo具有較強的冷裂紋傾向。

42CrMo與Q345B的焊接處為坡口較大的環焊縫，兩種材料的線膨脹系數也不同，造成焊縫拘束度較高，焊接后焊縫中存在較高的殘余應力。這樣就容易在焊根、焊趾等應力集中區域形成缺陷。

由此推斷，調質鋼42CrMo在焊接時易產生熱裂紋和冷裂紋等缺陷，在制定焊接工藝的時候要特別注意避免產生這些缺陷。

242CrMo和Q345B 焊接工藝的制定

根據上述兩種母材的焊接性分析，42CrMo具有高淬硬傾向，焊接冷、熱裂傾向嚴重。并且Ms較低，焊接時較易形成含碳量高、硬度大的馬氏體組織，導致過熱區出現脆化現象。而Q345B綜合力學性能良好，塑性和焊接性良好。基于以上分析，選材的原則如下：所選焊接材料的焊接性應以滿足42CrMo的焊接為主，焊接材料的強度高于Q345B的強度即可。

2.1 焊接方法及材料的選擇

提升柱筒身內部空間狹小，坡口為雙面坡口，為保證筒身內部的焊縫根部能夠焊透，減小近縫區的應力集中。對打底焊道采用奧氏體不銹鋼焊條A507進行焊接，保證焊縫根部形成塑性及韌性較好的奧氏體焊縫組織。中間填充及蓋面焊縫采用ф1.2的ER55-G焊絲，形成韌性較強的，抗冷裂型較好的焊縫組織。

2.2 工藝方案的制定

1）焊接前清除焊接區的水、銹、油污等雜質。

2）焊接前對軸頭區域進行預熱300~350℃。充分預熱1小時，有效的減慢焊縫及熱影響區的冷卻速度，加速焊接區氫的逸出。

3）打底焊接采用Ф3.2直徑的奧氏體不銹鋼焊條A507，焊前烘干250~300℃。采用直流反接，焊接電流90~110 A，電壓20~25 V，焊接時候采用單道焊，不需擺動。

4）填充和蓋面焊接采用80%CO2+20%Ar氣體保護焊。電流230~280 A，電壓28~38 V，層間溫度控制在300℃。采用多層多道焊，每層焊道厚度要盡可能的薄。焊道與焊道之間過渡應平緩。焊道的引弧、收弧處錯開30 mm以上。

5）焊后立即進行退火處理600~650℃，時間4小時。通過及時的退火處理可以避免42CrMo在焊后冷卻的時候，在熱影響區產生溶氫能力極差的馬氏體。防止在熱影響區聚集成“富氫”帶，從而形成氫致冷裂紋。

2.3 焊接工藝驗證

按以上方案制作工藝試塊，并進行力學性能試驗，試驗結果如下。

表342CrMo與Q345B 焊接接頭拉伸試驗結果

試樣編號 σs / MPa σb / MPa 斷裂位置

1 345 510 母材（Q345B側）

2 350 518 母材（Q345B側）

表442CrMo與Q345B焊接接頭橫向側彎試驗結果

試樣編號 試驗類型 試驗結果

3 橫向側彎，180° 無裂紋，合格

4 橫向側彎，180° 無裂紋，合格

5 橫向側彎，180° 無裂紋，合格

6 橫向側彎，180° 無裂紋，合格

檢測結果表明，焊縫的抗拉強度高于力學性能較低的Q345B母材。彎曲試樣在彎曲180°的情況下均為合格。這說明焊縫質量可靠，擬定的焊接工藝合理有效。

2.4 實際應用

按上述工藝制作的提升柱，焊接完24小時后進行表面100%磁粉探傷，未發現焊縫表面有裂紋、氣孔等缺陷；采用超聲波100%探傷，焊縫符合GB/T11345-1989 標準的Ⅱ級要求。得到了西馬克公司的認可。

3結束語

對于42CrMo與Q345B的焊接， 通過填充高韌性的A506焊條和高強度ER55-6焊絲，可有效的降低了焊縫金屬的氫致裂紋敏感性，確保了焊縫的強度。通過采取焊前預熱、焊后及時熱處理的方法，加速了焊接區域氫的逸出，有效的避免了焊接區域的硬化、脆化及冷裂紋等問題。通過以上的相關措施使得整個焊接區域的缺陷得到有效的控制。從而獲得了力學性能優良的焊接接頭。

參考文獻

[1]陳祝年.焊接工程師手冊（第2版）[M].北京：機械工業出版社，2009：927-999.

[2]王晉生，王玉梅.45鋼與42CrMo合金鋼焊接工藝[J].大型鑄鍛件，2008（4）：1-5.

[3]張金庫，張偉強，王大偉，等.42CrMo鋼與16Mn鋼焊接工藝研究[J].

[4]寧志敏.異種鋼焊縫中熔合區裂紋的防止[J].焊接技術，2000（4）：14-16.

[5]惠玲，王翠翠.35CrMo合金鋼調整套本體焊縫裂紋原因分析及解決措施[J].現代焊接，2012（1）：50-52.

endprint

摘要對Q345B與42CrMo合金鋼的焊接性能進行了研究分析。以中間罐小車提升部件為例，進行了Q345B與42CrMo的焊接性研究及試驗，并制訂了合理的焊接工藝措施。采用A506打底，ER55-6填充的組合焊接方法，配合合理的工藝方法及工藝參數，獲得了性能優良的焊接接頭

關鍵詞42CrMo；焊接性；焊接裂紋；焊接工藝

中圖分類號：TG441 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）12-0026-02

本公司為SMS DEMAG公司生產的中間罐小車提升柱部件，結構圖如下。軸頭材料為調質后的42CrMo合金鋼，筒身材料為Q345B。該部件的工作環境溫度較高，并且需要承受較大的沖擊載荷，軸頭需要承受交變應力。焊縫需符合GB/T11345-1989標準的Ⅱ級要求，因此合理地選擇焊接材料及焊接工藝是保證焊縫具有優良力學性能的關鍵。

1母材的焊接性能分析

1.1 Q345B的焊接性分析

表1Q345B的化學成分（%）

C Si Mn S P V Nb Ti Al

0.15 0.32 1.48 0.011 0.003 0.02~0.15 0.015~0.060 0.02~0.20 0.032

Q345B碳當量Ce=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15=0.49＞0.45

經計算合金鋼Q345B具有一定的淬硬傾向，在焊接需要前對工件進行適當的預熱，即可可有效地防止了裂紋的產生。因此在工藝制定時應主要考慮中碳調質鋼42CrMo的焊接工藝。

1.2 42CrMo的焊接性分析

42CrMo碳當量Ce=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15=0.9117

42CrMo熱裂紋敏感系數Hcs=C*（S+P+Si/25+Ni/100）*1000/（3Mn+Cr+Mo+V）=9.56

42CrMo中的合金元素含量高，焊道在凝固結晶的時候，結晶溫度區間跨度大，偏析傾向嚴重，容易在焊縫金屬中形成熱裂紋。結合計算的42CrMo熱裂紋敏感系數Hcs=9.56，得出結論42CrMo具有較強的熱裂紋傾向。

42CrMo鋼的Ms點低，在母材的熱影響區易產生淬硬組織，并且工件愈厚，淬硬傾向愈大，在工件冷卻過程中淬硬區易產生冷裂紋。結合計算的42CrMo的碳當量=0.9，得出結論42CrMo具有較強的冷裂紋傾向。

42CrMo與Q345B的焊接處為坡口較大的環焊縫，兩種材料的線膨脹系數也不同，造成焊縫拘束度較高，焊接后焊縫中存在較高的殘余應力。這樣就容易在焊根、焊趾等應力集中區域形成缺陷。

由此推斷，調質鋼42CrMo在焊接時易產生熱裂紋和冷裂紋等缺陷，在制定焊接工藝的時候要特別注意避免產生這些缺陷。

242CrMo和Q345B 焊接工藝的制定

根據上述兩種母材的焊接性分析，42CrMo具有高淬硬傾向，焊接冷、熱裂傾向嚴重。并且Ms較低，焊接時較易形成含碳量高、硬度大的馬氏體組織，導致過熱區出現脆化現象。而Q345B綜合力學性能良好，塑性和焊接性良好。基于以上分析，選材的原則如下：所選焊接材料的焊接性應以滿足42CrMo的焊接為主，焊接材料的強度高于Q345B的強度即可。

2.1 焊接方法及材料的選擇

提升柱筒身內部空間狹小，坡口為雙面坡口，為保證筒身內部的焊縫根部能夠焊透，減小近縫區的應力集中。對打底焊道采用奧氏體不銹鋼焊條A507進行焊接，保證焊縫根部形成塑性及韌性較好的奧氏體焊縫組織。中間填充及蓋面焊縫采用ф1.2的ER55-G焊絲，形成韌性較強的，抗冷裂型較好的焊縫組織。

2.2 工藝方案的制定

1）焊接前清除焊接區的水、銹、油污等雜質。

2）焊接前對軸頭區域進行預熱300~350℃。充分預熱1小時，有效的減慢焊縫及熱影響區的冷卻速度，加速焊接區氫的逸出。

3）打底焊接采用Ф3.2直徑的奧氏體不銹鋼焊條A507，焊前烘干250~300℃。采用直流反接，焊接電流90~110 A，電壓20~25 V，焊接時候采用單道焊，不需擺動。

4）填充和蓋面焊接采用80%CO2+20%Ar氣體保護焊。電流230~280 A，電壓28~38 V，層間溫度控制在300℃。采用多層多道焊，每層焊道厚度要盡可能的薄。焊道與焊道之間過渡應平緩。焊道的引弧、收弧處錯開30 mm以上。

5）焊后立即進行退火處理600~650℃，時間4小時。通過及時的退火處理可以避免42CrMo在焊后冷卻的時候，在熱影響區產生溶氫能力極差的馬氏體。防止在熱影響區聚集成“富氫”帶，從而形成氫致冷裂紋。

2.3 焊接工藝驗證

按以上方案制作工藝試塊，并進行力學性能試驗，試驗結果如下。

表342CrMo與Q345B 焊接接頭拉伸試驗結果

試樣編號 σs / MPa σb / MPa 斷裂位置

1 345 510 母材（Q345B側）

2 350 518 母材（Q345B側）

表442CrMo與Q345B焊接接頭橫向側彎試驗結果

試樣編號 試驗類型 試驗結果

3 橫向側彎，180° 無裂紋，合格

4 橫向側彎，180° 無裂紋，合格

5 橫向側彎，180° 無裂紋，合格

6 橫向側彎，180° 無裂紋，合格

檢測結果表明，焊縫的抗拉強度高于力學性能較低的Q345B母材。彎曲試樣在彎曲180°的情況下均為合格。這說明焊縫質量可靠，擬定的焊接工藝合理有效。

2.4 實際應用

按上述工藝制作的提升柱，焊接完24小時后進行表面100%磁粉探傷，未發現焊縫表面有裂紋、氣孔等缺陷；采用超聲波100%探傷，焊縫符合GB/T11345-1989 標準的Ⅱ級要求。得到了西馬克公司的認可。

3結束語

對于42CrMo與Q345B的焊接， 通過填充高韌性的A506焊條和高強度ER55-6焊絲，可有效的降低了焊縫金屬的氫致裂紋敏感性，確保了焊縫的強度。通過采取焊前預熱、焊后及時熱處理的方法，加速了焊接區域氫的逸出，有效的避免了焊接區域的硬化、脆化及冷裂紋等問題。通過以上的相關措施使得整個焊接區域的缺陷得到有效的控制。從而獲得了力學性能優良的焊接接頭。

參考文獻

[1]陳祝年.焊接工程師手冊（第2版）[M].北京：機械工業出版社，2009：927-999.

[2]王晉生，王玉梅.45鋼與42CrMo合金鋼焊接工藝[J].大型鑄鍛件，2008（4）：1-5.

[3]張金庫，張偉強，王大偉，等.42CrMo鋼與16Mn鋼焊接工藝研究[J].

[4]寧志敏.異種鋼焊縫中熔合區裂紋的防止[J].焊接技術，2000（4）：14-16.

[5]惠玲，王翠翠.35CrMo合金鋼調整套本體焊縫裂紋原因分析及解決措施[J].現代焊接，2012（1）：50-52.

endprint