調(diào)質(zhì)合金鋼30CrMo的切割與焊接工藝

李利霞

（中信重工機(jī)械股份有限公司焊接工藝研究所，河南洛陽471000）

調(diào)質(zhì)合金鋼30CrMo的切割與焊接工藝

李利霞

（中信重工機(jī)械股份有限公司焊接工藝研究所，河南洛陽471000）

根據(jù)30GrMo中碳調(diào)質(zhì)合金鋼的性能及焊接性分析，詳細(xì)闡述了火焰切割裂紋的有效控制方法，以及裂紋對焊縫焊接質(zhì)量的影響。根據(jù)其焊接性，采取預(yù)熱，分步、對稱施焊，焊接過程中及時消除部分焊接應(yīng)力，控制熱輸入和及時后熱、緩冷等措施，防止冷裂紋的產(chǎn)生，獲得了滿足質(zhì)量要求的焊縫，并滿足設(shè)計尺寸公差要求。采用的裝焊工藝已成功應(yīng)用于產(chǎn)品生產(chǎn)中。

預(yù)熱；切割裂紋；焊接工藝

0 前言

合金結(jié)構(gòu)鋼30CrMo通常是在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用，調(diào)質(zhì)使鋼件具有較高的韌性和強(qiáng)度，具有良好的綜合機(jī)械性能，多應(yīng)用于大型工程機(jī)械、壓力容器、潛艇制造等。機(jī)械制造業(yè)中用于較高載荷的焊接結(jié)構(gòu)件，由于工作條件惡劣，要承受壓力和運(yùn)動產(chǎn)生的強(qiáng)烈摩擦，需要有足夠的強(qiáng)度和良好的抗疲勞性能，以保證產(chǎn)品的使用壽命。

1 30CrMo調(diào)質(zhì)鋼板下料

合金結(jié)構(gòu)鋼30CrMo熱處理調(diào)質(zhì)硬度HB200～240，鋼板采用數(shù)控火焰切割方法下料。在以往鋼板切割中，發(fā)現(xiàn)中碳鋼及合金鋼的板越厚越容易產(chǎn)生裂紋，隨鋼板硬度和厚度的增加，鋼板切割邊產(chǎn)生裂紋的傾向越大，有熱裂紋也有延遲性裂紋，有細(xì)小裂紋也有大裂紋，甚至在板厚上出現(xiàn)貫穿性裂紋，嚴(yán)重時使切割零件不能使用。若鋼板帶有裂紋參與部件組裝、焊接，將影響焊縫質(zhì)量，甚至影響到鋼材使用壽命。

厚度10～80mm的30CrMo合金結(jié)構(gòu)鋼調(diào)質(zhì)后變形嚴(yán)重且表面有厚厚的氧化皮、鐵銹等，特別是厚度40mm以下鋼板變形嚴(yán)重、翹曲不平，為防止鋼板切割時產(chǎn)生裂紋，采取以下措施：（1）采用拋丸方法清除鋼板表面的氧化皮、鐵銹、油污等，防止切割面產(chǎn)生缺口和焊接時焊縫出現(xiàn)氫致裂紋；（2）矯平鋼板。在滾床鋪墊的鋼板上多次滾壓矯平，鋼板矯平再切割能使鋼板表面距離焰心控制在2～5 mm，實現(xiàn)順利切割，否則易使切割中斷，如距離太遠(yuǎn)熱量不足會中斷切割，太近使割嘴與鋼板接觸滅火迫使切割中斷，而且切口邊沿易熔化，影響切割質(zhì)量；（3）切割前預(yù)熱鋼板。采用數(shù)控切割機(jī)雙割炬邊加熱邊氣割，

為使切割區(qū)域受熱均勻，雙割炬點火后開啟先空跑程序，對切割帶空跑幾趟進(jìn)行預(yù)熱，用測溫儀在加熱點測試溫度，預(yù)熱溫度達(dá)200℃以上開始?xì)飧睿懊娓罹婕訜幔竺娓罹鏆飧睿瑲飧顣r鋼板溫度不低于130℃，如圖1所示。

圖1 數(shù)控切割機(jī)氣割下料

為保證切割質(zhì)量，防止切割面粗糙、內(nèi)凹、下緣粘渣及切割邊出現(xiàn)裂紋，還要降低切割速度，氣割速度低于氣割相同厚度普碳鋼的氣割速度。切割后鋼板用石棉覆蓋緩冷也有效降低了裂紋的產(chǎn)生幾率。

鋼板切割后打磨氣割面，鋼板的外表面即受拉面打磨去除厚0.5～1 mm的淬硬層，鋼板棱邊打磨出圓滑倒角。然后目測和超聲探傷檢查切割邊及周圍裂紋，沿切割邊周邊100 mm范圍內(nèi)進(jìn)行超聲探傷檢查，符合JB/T4730.3-2005Ⅱ級標(biāo)準(zhǔn)，對切割表面進(jìn)行磁粉探傷檢查，符合JB/T4730.4-2005Ⅱ級標(biāo)準(zhǔn)，鋼板氣割面打磨后MT探傷如圖2所示。

圖2 MT探傷

氣割30CrMo調(diào)質(zhì)合金鋼板時，采取預(yù)熱、雙割炬邊加熱邊氣割、低速切割、割后緩冷以及打磨切割面探傷檢查等一系列措施，是預(yù)防鋼板切割產(chǎn)生熱、冷裂紋最有效的方法之一。

2 焊接工藝制定

2.1 焊接性分析

30CrMo合金結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能分別見表1和表2。

表1 30CrMo化學(xué)成分％

表2 30CrMo力學(xué)性能

根據(jù)國際焊接學(xué)會（IIW）推薦的碳當(dāng)量計算公式，30CrMo碳當(dāng)量為0.52％～0.73％，隨碳當(dāng)量增加，冷裂紋敏感性增大。當(dāng)合金元素含量處于下限時淬硬傾向不明顯，焊接性還好，越接近上限淬硬傾向越大，產(chǎn)生冷裂紋的傾向增大，焊接性逐漸變差，30CrMo合金結(jié)構(gòu)鋼又是在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接，熱影響區(qū)的冷裂傾向表現(xiàn)得更突出，其焊接性極差。如焊接工藝不當(dāng)，存在焊接熱影響區(qū)脆化、熱應(yīng)變脆化及產(chǎn)生焊接裂紋的危險。

2.2 焊接材料及焊接規(guī)范

采用焊絲SM700 φ1.6 mm，CO2氣體保護(hù)焊，對30CrMo調(diào)質(zhì)鋼板試板進(jìn)行焊接工藝評定，制定出的焊接規(guī)范如表3所示。

表3 焊接工藝評定

2.3 工藝措施

為確保每道焊縫質(zhì)量和控制焊接變形，組裝構(gòu)件時，對結(jié)構(gòu)復(fù)雜件的鋼板零件分步組裝、焊接，焊后檢驗焊縫質(zhì)量和尺寸是否在要求的公差范圍內(nèi)，檢查合格后再參與其他零件或組件組裝、焊接，直至構(gòu)件的組裝完成，這樣既尺寸的累積誤差，也避免焊縫不好實施焊接，同時確保了焊縫超聲波探傷和磁粉探傷的實施。

采用CO2氣體保護(hù)焊，選用φ1.6 mm的SM700焊絲，預(yù)熱方式采用天然氣預(yù)熱。焊接預(yù)熱溫度為200℃，層間溫度保持在200℃～240℃。

焊接時適當(dāng)調(diào)整焊接參數(shù)，多層多道、多人對稱交叉焊接，多人對稱施焊，既控制了焊接變形，又減少了矯正工作。焊接時對每層焊縫徹底清渣，每焊一層后用風(fēng)鏟清理焊渣并錘擊焊道，釋放部分焊接應(yīng)力，控制熱輸入量，避免溫度過高使熱影響區(qū)晶粒粗大，降低焊縫強(qiáng)度和低溫沖擊韌性。用碳弧氣刨反面清根，清理焊縫根部焊道至光亮，并外觀檢查是否有裂紋、氣孔、夾渣等焊縫缺陷，一旦發(fā)現(xiàn)，用碳弧氣刨清掉或砂輪打磨掉，檢查合格后方可繼續(xù)焊接，焊接過程中根據(jù)監(jiān)測情況隨時調(diào)整焊接順序，控制焊接變形。

為防止產(chǎn)生焊接裂紋，結(jié)構(gòu)件焊后，焊縫周圍繼續(xù)加熱溫度大于等于200℃，保持溫度2 h以上，石棉覆蓋緩冷，溫度降至室溫后打磨焊縫，進(jìn)行焊縫超聲波探傷檢查和磁粉探傷檢查。超聲波探傷檢查焊縫內(nèi)部是否有缺陷，如果發(fā)現(xiàn)裂紋、氣孔和夾渣等缺陷后用碳弧氣刨清理，再重新預(yù)熱、焊接、后熱及超聲波探傷檢查。焊縫打磨后磁粉探傷檢查，檢查是否有延遲性裂紋，焊縫檢查合格后火焰矯正焊接變形，再進(jìn)行尺寸檢查。

2.4 焊后熱處理

焊接件矯正后尺寸檢查合格，放置退火爐退火，消除焊接殘余應(yīng)力、改善金相組織，以提高焊接接頭的機(jī)械性能和降低硬度。退火溫度低于調(diào)質(zhì)時的回火溫度（570℃），退火工藝曲線如圖3所示。退火后再次進(jìn)行焊縫超聲波探傷檢查和磁粉探傷檢查，經(jīng)檢查均合格。

圖3 退火工藝曲線

3 結(jié)果

為防止30CrMo調(diào)質(zhì)合金鋼產(chǎn)生焊接裂紋，從切割下料開始，保證鋼板零件質(zhì)量，采取焊前預(yù)熱溫度大于等于200℃，并保持同樣的層間溫度，控制焊接熱輸入，降低含氫量，焊后繼續(xù)加熱以加快焊縫及熱影響區(qū)中氫的逸出等措施，以防止焊接冷裂紋的產(chǎn)生，現(xiàn)場如圖4所示。根據(jù)以上焊接工藝方案，焊縫外觀檢查、超聲波探傷檢查和磁粉探傷檢查以及尺寸檢查均達(dá)到圖紙技術(shù)要求，各方面性能滿足設(shè)計要求。

圖4 焊接現(xiàn)場

該制作工藝已應(yīng)用于中信重工機(jī)械公司后期產(chǎn)品的生產(chǎn)，到目前已創(chuàng)造產(chǎn)值810萬元，對于30CrMo調(diào)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼的切割和焊接起到了重要的指導(dǎo)作用，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著。

Cutting and welding process of quenched and tempered alloy steel 30CrMo

LI Lixia
（Welding Technology Institute，CITIC Heavy Industries CO.，Ltd，Luoyang 471000，China）

In this paper，accordingtothe weldingand performance analysis ofcarbon quenched and tempered alloy30GrMosteel，recounts the effective methods to control flame cutting crack，and their influence on the quality of welded seam.According to the welding，take measures such as preheating，step by step，symmetrical welding，eliminating welding stress timely during the welding process，control of heat input and timelyafter heat，slowcooling，in order toprevent the cold crack，obtain the weld that can meet the qualityrequirements，and dimension tolerances meet the design requirements.The fabrication process has been successfully applied to the production of the company's products.

preheating；cutting crack；welding process

TG457.11

B

1001-2303（2016）10-0077-03

10.7512/j.issn.1001-2303.2016.10.16

獻(xiàn)

李利霞.調(diào)質(zhì)合金鋼30CrMo的切割與焊接工藝[J].電焊機(jī)，2016，46（10）：77-79.

2015-05-06；

2016-03-10

李利霞（1984—），女，河南洛陽人，碩士，主要從事焊接工藝方面的技術(shù)研究工作。