D6AC超高強度鋼的焊接工藝研究

劉春峰 胥藶桓 茍強 茍長平

【摘 ?要】分析D6AC超高強度鋼的材料焊接性，采用鎢極氬弧焊焊接方法，進行D6AC焊接工藝試驗研究，制定出合理可行的焊接工藝，并深入探索該材料在焊接過程中易于出現的焊接缺陷及控制措施。

【關鍵詞】D6AC;超高強度鋼;焊接裂紋;CrNiMoV系

隨著我國航空航天工業的不斷發展，行業對于金屬結構件的綜合性能提出了越來越高的要求。特別是針對戰術武器導彈燃燒室殼體部件，強度級別超過1300Mpa的超高強度鋼在這一領域得到了越來越多的應用。而焊接，作為此類產品結構的重要連接方法，焊接工序理所當然成為了此類產品生產過程中最為重要的工序之一。研究超高強度鋼的焊接工藝對于保障產品順利生產具有重要意義。本文以D6AC材料為例，對CrNiMoV系超高強度鋼的焊接工藝進行了探索研究，僅供參考。

一、材料焊接性分析及焊接工藝設計

（一）材料化學成分及裂紋敏感性分析

D6AC鋼，國標對應鋼牌號為45CrNiMoVA，屬航空航天用中碳低合金鋼，焊前熱處理狀態為正火+回火。表1為D6AC鋼母材化學成分的化驗數據。

采用碳當量法，應用常用的評估材料冷裂紋傾向的碳當量公式計算得到Ce大于0.95%，遠大于臨界值，因此，該材料具有明顯的冷裂紋傾向。焊接工藝應考慮預熱、焊后去應力退火以及填充材料對碳含量的稀釋等降低母材冷裂傾向的措施。

（二）焊接材料選擇

通過查閱相關標準，我們選擇了直徑1.6mm，牌號為H04SiMnCrNiMoVA（GJB3323-1996《航天固體火箭發動機用超高強度鋼焊絲規范》）的焊絲，其化學成分見表2。

（三）焊接坡口

根據殼體壁厚和已確定的焊接方法（自動鎢極氬弧焊、單面焊雙面成型）及設備，焊接坡口主要基于以下方面考慮而設計：

1）坡口形式易于加工，因此采用最常用的帶鈍邊V型坡口;

2鈍邊大小適當，太小對工件組隊不利，太大會導致焊透所需的電流增大，增大熱輸入，因此將鈍邊設計為0.5mm;

3坡口角度影響填充、焊縫熔合比，熔合比主要影響焊縫的力學性能，在保證熔合比適當的前提下盡量減小坡口角度以減少填充量。暫將坡口角度設計為60°，后以工藝試驗驗證其是否合理。

（四）TIG焊接電源極性設置

采用直流TIG焊進行焊接，極性為直流正接。鎢極為含有w（ThO2）的釷鎢極，提高電弧穩定性;鎢極端部磨成30°-60°的錐角，尖端磨出一個小平臺，可以提高鎢極的載流能力。

（五）焊接熔池的保護

焊接保護氣體為高純氬（Ar99.999%）），氣體流量為12-14L/min。焊接過程中保證提前供氣滯后停氣，以防止焊接過程結束而熔池金屬未完成冶金反應，接觸空氣被氧化或與空氣中的水蒸氣發生反應，造成焊接接頭質量劣化。

（六）預熱溫度及熱處理方式

采取焊前預熱是防止裂紋的重要措施。預熱溫度越高冷裂紋產生幾率越低，但過高溫度會導致焊縫熱輸入增加，造成焊縫熱影響區晶粒粗大，影響接頭的綜合力學性能。通過冷裂紋敏感指數法和參考焊接手冊推薦的低合金鋼預熱溫度，將預熱溫度值確定為200-250℃。為了提高母材獲得馬氏體的能力，焊前安排對母材進行一次球化退火，焊后立即進行去應力退火，再依次進行正火、淬火、回火。

二、焊接工藝試驗

采用正交試驗法進行焊接工藝參數調試，分兩層施焊。接頭經熱處理后，按QJ175-93標準進行外觀檢查、X光透照以及焊縫力學性能檢測。焊接過程中控制熱輸入在1-2KJ/mm，如公式（1）：

H=0.7×U×I/（1000V）， ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中，H為焊接熔池有效熱輸入，KJ/mm;U為電弧電壓，V;I為焊接電流，A;V為焊接速度，mm/s，0.7為焊接設備工件側發熱量占總熱量比值。

試驗用焊接工藝參數見表3，焊后外觀質量、X光檢測結果及焊縫力學性能檢測結果見表4.表4中各試驗參數于表3相對應。

經試驗驗證，采用1.5KJ/mm左右的焊接熱輸入時，能夠獲得合格的焊縫外觀。并且必須采用焊前預熱和焊后立即去應力退火，否則焊縫易產生氣孔、裂紋缺陷。在采用第5組、第6組工藝參數均所獲得的焊縫接頭外觀、內部質量均合格，其抗拉強度都達到了1300Mpa以上，滿足標準要求。通過數據對比我們了解到，當采用較大電流施焊時，盡管焊縫的強度略有提高，但焊縫的斷面延伸率比較低，塑韌性下降較多。因此，為了使接頭獲得更優的綜合力學性能，采用第6組工藝參數更為合理。

三、結論

（1）由于D6AC超高強度鋼屬中碳調質鋼，經過理論計算，得知該鋼種具有很高的裂紋傾向。

（2）采用自動鎢極氬弧焊焊接D6AC超高強度鋼時，采用合理的焊接工藝參數，特別是焊前預熱，焊后立即去應力退火，可以有效的降低材料的裂紋傾向，獲得符合標準要求的焊縫接頭。

參考文獻：

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[3]中國機械工程學會焊接學會.焊接手冊：第3冊[M].北京：機械工業出版社，2011.

（作者單位：四川航天長征裝備制造有限公司）