30CrMnSiA鋼的焊接性能與工藝的研究

1、目錄目錄.1前言.2第一章 合金調(diào)質(zhì)鋼的分類(lèi)及應(yīng)用.3第二章 30CrMnSiA鋼化學(xué)成分、基本性能、應(yīng)用.4第三章30CrMnSiA鋼的焊接性分析.9第四章30CrMnSiA鋼的焊接工藝.13第五章 防止鋼裂紋的措施.1651 結(jié)晶裂紋產(chǎn)生的原因.175. 2 冷裂紋的防止措施1953嚴(yán)格控制氫的來(lái)源.2054 焊前預(yù)熱.2055 焊后熱處理.22第六章30CrMnSiA鋼焊接質(zhì)量檢驗(yàn)方法.23畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié).26致謝27參考文獻(xiàn)28前 言本文在設(shè)計(jì)要求上立足于大專(zhuān)內(nèi)院校的課程內(nèi)容，重點(diǎn)在與培養(yǎng)學(xué)生對(duì)綜合性問(wèn)題的思考能力。對(duì)于較深的理論沒(méi)要過(guò)多的要求。本文在設(shè)計(jì)過(guò)程中貫穿大學(xué)三年的所學(xué)基礎(chǔ)課程

2、。本文共分為六章：前兩章系統(tǒng)的介紹了合金調(diào)質(zhì)鋼的分類(lèi)與30CrMnSiA鋼化學(xué)成分、基本性能、應(yīng)用；第三章介紹30CrMnSiA鋼的焊接工藝，并對(duì)這種鋼的焊接工藝的影響因素做了一定的分析；第四章介紹了30CrMnSiA鋼的焊接性，并對(duì)30CrMnSiA鋼在各種熱處理狀態(tài)的性能與熱處理的緣由做出了分析；第五章詳細(xì)的介紹了防止焊接裂紋的產(chǎn)生與防止措施，對(duì)焊接熱裂紋、冷裂紋、焊前預(yù)熱、焊后熱處理做出詳明的分析；第六章介紹了30CrMnSiA的焊接檢驗(yàn)與相應(yīng)的檢驗(yàn)方法和有關(guān)檢驗(yàn)方法的改善。在完成設(shè)計(jì)過(guò)程中，參閱了參考文獻(xiàn)中的相關(guān)章節(jié)等有關(guān)資料，并得到了指導(dǎo)老師的幫助與大力支持，再次誠(chéng)摯致謝。由于本人所

3、學(xué)內(nèi)容有限與對(duì)相關(guān)內(nèi)容的理解不到位，文中有不足之處在所難免，懇請(qǐng)老師批評(píng)指正。第一章 合金調(diào)質(zhì)鋼的分類(lèi)及應(yīng)用合金調(diào)質(zhì)鋼的分類(lèi)1 低碳調(diào)質(zhì)鋼低碳調(diào)質(zhì)鋼的s=441980MPa，C0.25，在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下供貨和使用，屬于熱處理強(qiáng)化鋼。這類(lèi)鋼不僅強(qiáng)度高，而且有良好的塑性和韌性，可直接在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接，焊后不需再進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。在焊接結(jié)構(gòu)制造中，低碳調(diào)質(zhì)鋼越來(lái)越受到重視，是具有廣闊的發(fā)展前途的一類(lèi)鋼。低碳調(diào)質(zhì)鋼中合金元素的主要作用是提高鋼的淬透性，通過(guò)調(diào)質(zhì)處理得到低碳馬氏體或貝氏體，不但提高了強(qiáng)度，而且保證了塑性和韌性。對(duì)同一級(jí)別的鋼來(lái)說(shuō)，調(diào)質(zhì)鋼比正火鋼的合金元素低，從而有更好的韌性和焊接性。新發(fā)展的s4

4、90MPa的CF鋼，就屬于含碳量極低（C=0.040.09）的微合金化調(diào)質(zhì)鋼。低碳調(diào)質(zhì)鋼的缺點(diǎn)是：生產(chǎn)工藝復(fù)雜，成本高，進(jìn)行熱加工（成形、焊接等）時(shí)對(duì)工藝參數(shù)限制比較嚴(yán)格。2 中碳調(diào)質(zhì)鋼 這類(lèi)鋼由于含碳量比較高(C0.3), s=8801170MPa，也是熱處理強(qiáng)化鋼。與低碳調(diào)質(zhì)鋼相比，其合金系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單。含碳量高可有有效地提高了調(diào)質(zhì)處理后的強(qiáng)度，但塑性、韌性相應(yīng)下降，而且惡化了焊接性。一般需要在退火狀態(tài)下進(jìn)行焊接，焊后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。這類(lèi)鋼主要用于制造大型機(jī)械器上的零件和要求強(qiáng)度較高而自重小的構(gòu)件。第二章 30CrMnSiA鋼化學(xué)成分、基本性能、應(yīng)用低碳調(diào)質(zhì)鋼的強(qiáng)度受到含碳量的限制，要求s88

5、0MPa，則必須提高含碳量。為了保證鋼的塑性、韌性不致過(guò)低，中碳調(diào)質(zhì)鋼的含碳量限制在C=0.250.45的范圍。由于碳可以同時(shí)提高鋼的強(qiáng)度和淬透性，這類(lèi)鋼的合金系統(tǒng)比某些低碳調(diào)質(zhì)鋼簡(jiǎn)單。含碳量的提高，造成焊接性惡化，因此焊接工藝復(fù)雜，只有在退火狀態(tài)下焊接，焊后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理才能保證焊接質(zhì)量。表21 30CrMnSiA鋼的化學(xué)成分表21 30CrMnSiA鋼的化學(xué)成分牌號(hào)CMnSiCrNiMoVSP30CrMnSiA0.250.350.81.10.91.20.81.10.30.0300.035這種鋼都是在淬火+回火調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用。淬火厚得到馬氏體組織，經(jīng)過(guò)不同溫度的回火，得到回火索氏體或回火馬氏體

6、。與低碳調(diào)質(zhì)的差別是，后語(yǔ)含碳量提高，馬氏體的形態(tài)由板條狀轉(zhuǎn)變?yōu)槠瑺?，屬于硬脆組織。合金調(diào)質(zhì)鋼的最終性能決定于回火溫度。一般采用500-650回火。通過(guò)選擇回火溫度，可以獲得所要求的性能。為防止第二類(lèi)回火脆性，回火后快冷（水冷或油冷），有利于韌性的提高。見(jiàn)圖21 所示圖21 30CrMnSiA鋼經(jīng)不同溫度回火后的機(jī)械性能(直徑D=12mm, 油淬)這種鋼的純度對(duì)焊接性有極明顯的影響。硫會(huì)增加焊縫金屬的結(jié)晶裂紋敏感性；磷使金屬的塑性韌性降低，導(dǎo)致焊縫和熱影響區(qū)金屬的冷裂紋敏感性增大。即使鋼中硫和磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為0.02仍有焊接裂紋敏感性，因此要求對(duì)硫、磷嚴(yán)加控制。對(duì)于調(diào)質(zhì)后s可達(dá)到1400MPa

7、的鋼，要求s、p均0.015，母材與填充金屬均需采用真空熔煉工藝生產(chǎn)。這種鋼的力學(xué)性能見(jiàn) 表22 ，這種鋼薄鋼板退火或回火狀態(tài)下的力學(xué)性能見(jiàn) 表23表22 合金結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能牌 號(hào)試樣毛坯尺寸/mm熱處理力學(xué)性能淬火回火抗拉強(qiáng)度b/MPa屈服強(qiáng)度s/MPa伸長(zhǎng)率5/斷面收縮率/溫度冷卻劑溫度/冷卻劑第一次淬火第二次淬火不小于30CrMnSi25880油520水、油1080885104530CrMnSiA25880油540水、油10808851045力學(xué)性能鋼材退火或高溫回火供應(yīng)狀態(tài)布氏硬度（HBS 100/3000）不大于沖擊功（沖擊值）Akv/J不小于3922939229抗拉強(qiáng)度b/MPa

8、(Kgf/mm2)伸長(zhǎng)率10/ 不小于490735（5075）16表23 30CrMnSi/30CrMnSiA薄鋼板退火或回火供應(yīng)狀態(tài)的力學(xué)性能（YB/T513293）30CrMnSiA鋼的特性30CrMnSiA是高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼，具有很高的強(qiáng)度和韌性，淬透性較高，冷變形塑性中等，切削加工性能良好，有回火脆性傾向，橫向的沖擊韌度差，焊接性能較好，但厚度大于3mm時(shí)，應(yīng)預(yù)熱到150，焊后需熱處理，一般調(diào)質(zhì)后使用。30CrMnSiA鋼的用途舉例30CrMnSiA是飛機(jī)制造業(yè)中使用最廣的一種調(diào)質(zhì)鋼，用于制造飛機(jī)重要鍛件，機(jī)械加工件和焊接件，如起落架，螺栓，對(duì)接接頭，緣條，天窗蓋，冷氣瓶等；也有制造渦

9、輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的葉片盤(pán)和中框匣導(dǎo)向葉片。30CrMnSiA屬中碳調(diào)質(zhì)鋼，強(qiáng)度高，焊接性能較差。30CrMnSiA調(diào)質(zhì)后有很高的強(qiáng)度和足夠的韌性，淬透性也好。調(diào)質(zhì)后該材料做砂輪軸，齒輪，鏈輪都可以。30CrMnSiA具有良好的加工性，加工變形微小，抗疲勞性能相當(dāng)好。用于軸類(lèi)、活塞類(lèi)零配件等。用于汽車(chē)、飛機(jī)各種特殊耐磨零配件等。應(yīng)用實(shí)例齒輪的結(jié)構(gòu)分析圖21焊接齒輪的輻板式結(jié)構(gòu)焊接齒輪的輻板式結(jié)構(gòu)，它在一塊20mm,厚的輪輻板間設(shè)置輻射狀隔板，其厚度為30mm，構(gòu)成一個(gè)剛性很強(qiáng)的箱格結(jié)構(gòu)，然后與250mm,厚的輪緣和160mm,厚的輪轂焊成一體，以利于通風(fēng)； 輻板和肋板之間的焊縫受力不大，為

10、角焊縫，焊腳尺寸為16mm，輪輻和輪轂之間的焊接接頭受力較大，故輻板開(kāi)坡口焊接，以便焊透焊縫根部。坡口形式見(jiàn)圖。輻板坡口形式如按常規(guī)整體組焊，輪轂與輪輻之間的焊縫以及輪輻和輪緣之間的焊縫都處于剛性拘束條件下，條環(huán)縫焊完時(shí)會(huì)造成兩塊輪輻板的溫度顯著升高，而輪緣和輪轂焊后溫度不高，整個(gè)結(jié)構(gòu)在焊接過(guò)程中，特別是在焊后冷卻過(guò)程中，靠近輪轂環(huán)縫中產(chǎn)生的巨大的壓應(yīng)力是有利的；而近輪緣環(huán)縫中產(chǎn)生的巨大的拉應(yīng)力分布極不均勻，在力的作用點(diǎn)附近環(huán)縫的工作應(yīng)力相當(dāng)高，而且是脈動(dòng)的。另外，由于輪體整體剛性大，焊后消除應(yīng)力較小，所以若不采取措施就會(huì)在受拉區(qū)產(chǎn)生嚴(yán)重的裂紋，為此必須調(diào)整焊接裝配順序，以減小環(huán)縫中的殘余應(yīng)力

11、。1 先焊輪轂與輪輻之間焊縫，輪轂預(yù)熱至100后與輻板、肋板點(diǎn)焊在一起。輻板大且厚，因剛性大，輪轂的環(huán)形焊縫拘束度較高，所以采用分段跳焊方法。通過(guò)窗口先焊內(nèi)側(cè)焊縫，再氣刨清除焊根焊外側(cè)，焊外側(cè)時(shí)每焊完一道焊縫應(yīng)立即錘擊，以釋放應(yīng)力，焊至距表面5mm，利用焊炬對(duì)焊縫回火一次，然后填滿整個(gè)環(huán)縫。2 在加熱爐中輪緣預(yù)熱至250，輪緣受熱后周長(zhǎng)增加，相應(yīng)直徑增大，環(huán)焊縫間隙加大，焊后就可以使環(huán)縫的焊接應(yīng)力大大減小，甚至變?yōu)閴簯?yīng)力，這對(duì)避免焊縫、熱影響區(qū)的裂紋和降低殘余應(yīng)力非常有利，出爐后用履帶式加熱板加熱，同時(shí)利用熱電偶控制輪緣及焊縫的層間溫度，焊接的層間溫度不低于200，通過(guò)扇形窗口先焊內(nèi)側(cè)焊縫。采

12、用多道多層焊，焊道彼此重疊，重疊焊道不小于焊道寬度的13，同時(shí)每焊一道焊縫用小圓弧面的風(fēng)槍或小手錘擊焊縫區(qū)，使焊縫得到延伸，從而降低內(nèi)應(yīng)力，錘擊應(yīng)保持均勻、適度，避免錘擊過(guò)份產(chǎn)生裂紋。第三章 30CrMnSiA鋼的焊接性分析30CrMnSiA鋼是一種典型的Cr-Mn-Si系中碳調(diào)制鋼，鋼種碳含量較高，也屬于調(diào)制鋼，熱處理強(qiáng)化鋼。它的淬硬性比低碳鋼高的多，具有很高的硬度和強(qiáng)度，但韌性此相對(duì)較低，給焊接帶來(lái)很大的困難，這類(lèi)鋼常用于強(qiáng)度要求很高的產(chǎn)品或部件。目前，飛機(jī)上的鋼制零件如發(fā)動(dòng)機(jī)架，機(jī)身加強(qiáng)隔框、接頭、支座、起落架以及一些重要的螺栓等大都用它制造。據(jù)統(tǒng)計(jì)，起用量約占飛機(jī)上的鋼制零件的80%。

13、在航天發(fā)動(dòng)機(jī)上，30CrMnSiA鋼也被大量應(yīng)用，如壓氣機(jī)葉片、壓氣機(jī)盤(pán)焊縫中的結(jié)晶裂紋30CrMnSiA鋼屬于中碳調(diào)質(zhì)鋼，含碳量較高，結(jié)晶溫度區(qū)間寬，容易出現(xiàn)偏析，所以這種鋼對(duì)結(jié)晶裂紋比較敏感，焊接時(shí)容易在弧坑和焊縫中凹下的部位開(kāi)裂。為了防止結(jié)晶裂紋，在選用焊接材料是應(yīng)盡量選用含碳量比母材低，硫磷等雜質(zhì)少的填充金屬。在選用焊接參數(shù)是要注意降低熔比合，操作時(shí)應(yīng)注意填滿弧坑及保證良好的焊接成形。中碳調(diào)質(zhì)鋼的屈服點(diǎn)可達(dá)到880-1176Mpa，但焊接性較差，主要表現(xiàn)在： (1)焊接熱影響區(qū)的脆化和軟化首先，由于中碳調(diào)質(zhì)鋼的含碳量高、合金元素多，鋼的淬硬傾向大，在熱影響區(qū)的淬火區(qū)會(huì)產(chǎn)生大量的馬氏體，

14、導(dǎo)致嚴(yán)重脆化。其次，熱影響區(qū)被加熱到超過(guò)調(diào)質(zhì)處理時(shí)回火溫度的區(qū)域，將出現(xiàn)強(qiáng)度、硬度低于母材的軟化區(qū)。 (2)裂紋傾向嚴(yán)重-中碳調(diào)質(zhì)鋼的淬硬傾向大,熱影響區(qū)產(chǎn)生的馬氏體組織,增大了焊接接頭的冷裂傾向。 此外，中碳調(diào)質(zhì)鋼的碳及合金元素含量高，熔池的結(jié)晶溫度區(qū)間大，偏析嚴(yán)重，因而具有較大的熱裂紋敏感性。 冷裂紋這種鋼的成分與淬透性，都決定了它在快速冷卻時(shí)很容易得到對(duì)冷裂紋很敏感的淬硬組織。C的增加還使Ms點(diǎn)下降，而沒(méi)有“自回火”效應(yīng)。而且C越高馬氏體的硬度與脆性越高，對(duì)冷裂紋就越敏感。為此在焊接時(shí)，為了防止冷裂紋，必須提高預(yù)熱溫度，并在焊后及時(shí)進(jìn)行消除應(yīng)力退火。表31 碳當(dāng)量對(duì)焊接性能的影響CE冷冽

15、傾向焊接性工藝措施0.4小良好不需預(yù)熱和其他工藝措施0.40.6明顯較差需預(yù)熱或其他工藝措施0.6嚴(yán)重差需預(yù)熱或其他嚴(yán)格的工藝措施熱影響去性能的變化這種鋼的過(guò)熱區(qū)脆化的主要原因是，在冷速較大時(shí)很容易形成硬脆的高碳M，而且冷速越高，M越多，脆化越嚴(yán)重。因此，為了減少過(guò)熱區(qū)的脆化，應(yīng)盡量降低800500溫度范圍內(nèi)的冷卻速度。但如果僅僅依靠加大線能量來(lái)降低冷速，不但難以抑制M的形成，而且還會(huì)因A晶粒粗化而更趨穩(wěn)定，以致形成粗大的M，脆化反而更加嚴(yán)重。為此，為防止脆化應(yīng)采取預(yù)熱、緩冷和適當(dāng)加大線能量相配合的措施，從而即可減少A在相變溫度以上停留時(shí)間，又可降低在共析轉(zhuǎn)變溫度范圍內(nèi)的冷卻速度，獲得韌性較高

16、的組織。當(dāng)中碳調(diào)質(zhì)鋼必須在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接時(shí)，還必須考慮熱影響區(qū)軟化問(wèn)題。軟化的程度與鋼的強(qiáng)的和線能量有關(guān)。調(diào)質(zhì)鋼的強(qiáng)度越高，軟化越嚴(yán)重；焊接線能量越大，軟化也越嚴(yán)重，同時(shí)軟化區(qū)的寬度越大。圖31 為30CrMnSiA鋼在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下用不同的焊接方法焊接時(shí)，接頭軟化的情況。用焊條電弧焊時(shí)，熱影響區(qū)最低抗拉強(qiáng)度為8801030MPa，而用氣焊時(shí)只有590685MPa。因此，采用集中的焊接熱源，有利于降低熱影響區(qū)的軟化程度。 a)圖b)圖圖31 調(diào)質(zhì)狀態(tài)的30CrMnSiA鋼焊接接頭的強(qiáng)度分布（單位MPa） a）電弧焊 b）氣焊需要指出，中碳調(diào)質(zhì)鋼在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接時(shí)，防止冷裂紋、脆化和軟化的措施是相互

17、有矛盾的，只能在防止冷裂紋的前提下精良降低軟化程度，焊接質(zhì)量受到一定影響。30CrMnSiA鋼的焊接特性30CrMnSiA鋼是一種低合金高強(qiáng)的結(jié)構(gòu)鋼，在不同的熱處理?xiàng)l件下具有不同的顯微組織，因而得到不同的力學(xué)性能；在退火狀態(tài)下為鐵素體+珠光體；在淬火狀態(tài)下為馬氏體或屈氏體+馬氏體；在淬火回火后可得到屈氏體組織；在焊接熱循環(huán)作用下，熱的組織變化復(fù)雜，還可能產(chǎn)生過(guò)熱的魏氏體組織。30CrMnSiA鋼的含碳量較高，其焊接冷裂紋傾向比18MnCrMoBA鋼大，硅和碳在鋼中容易偏析，特別是存在銅雜質(zhì)含量較高時(shí)，可能產(chǎn)生焊接熱裂紋，對(duì)于厚度較大的復(fù)雜構(gòu)件，需要預(yù)熱焊接，這種鋼焊后經(jīng)調(diào)制處理能獲得較好的力學(xué)

18、性能，但熱處理時(shí)零件變形較大；30CrMnSiA鋼可以進(jìn)行焊條電弧焊、埋弧焊、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊、原子氫焊或氬弧焊其焊接性好，薄板氧乙炔焊是容易產(chǎn)生裂紋，可以采用微束等離子弧焊代替；30CrMnSiA鋼也可以進(jìn)行等離子弧焊、熔化極脈沖氬弧焊。30CrMnSiA鋼是航空工業(yè)中應(yīng)用最廣的一種高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼，用于制造飛機(jī)起落架、發(fā)動(dòng)機(jī)架、座艙骨架、高壓氣瓶、連接支點(diǎn)等重要焊接件。手工電弧焊時(shí)選用HTJ3 堿性低氫焊條，若鋼板較薄或接頭強(qiáng)度要求不高時(shí)，也可選用HTJ5 焊條；二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊時(shí)選用H08Mn2SiA焊絲，焊后接頭強(qiáng)度略低于焊條電弧焊；埋弧焊自動(dòng)焊選用H18CrMnA的焊絲和焊劑431；

19、等離子弧焊時(shí)可不選用填充金屬。第四章 30CrMnSiA鋼的焊接工藝這種鋼主要用于要求高強(qiáng)度而對(duì)塑性要求不很高的場(chǎng)合，其在焊接結(jié)構(gòu)制造中應(yīng)用范圍遠(yuǎn)不如熱軋及正火鋼或低碳調(diào)質(zhì)鋼那么廣泛。由于中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性較差，對(duì)冷裂紋很敏感，而且熱影響區(qū)的性能也難以保證。因此只有在退火狀態(tài)下進(jìn)行焊接，焊后整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行淬火+回火處理，才能比較全面的保證焊接接頭的性能與母材相匹配。中碳調(diào)質(zhì)鋼的淬硬傾向十分明顯，冷裂傾向較為嚴(yán)重，這是因?yàn)橹刑颊{(diào)質(zhì)鋼的含碳量較高，加入的合金元素也較多，在500以下的溫度區(qū)間過(guò)冷奧氏體具有更大的穩(wěn)定性所致如圖所示由于點(diǎn)較低，在低溫下形成的馬氏體難于產(chǎn)生“自回火”效應(yīng)，使中碳調(diào)質(zhì)鋼淬硬

20、傾向比低碳調(diào)質(zhì)鋼大。屈服強(qiáng)度在833Mpa以上碳當(dāng)量超過(guò)了0.6%，屬于高淬硬傾向鋼。焊接中碳調(diào)質(zhì)鋼時(shí)，為了防止冷裂紋，應(yīng)盡量降低焊接接頭的含氫量，除了采取預(yù)熱措施外，焊后須及時(shí)進(jìn)行回火處理。此外，中碳調(diào)質(zhì)超高強(qiáng)鋼還具有應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感性。這種應(yīng)力腐蝕常發(fā)生在水和高濕度空氣等弱腐蝕性介質(zhì)中。為了降低焊接接頭的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂傾向，應(yīng)采取熱量集中的焊接方法和較好的焊接線能量，避免焊件表面的焊接缺陷和劃傷 。圖41 30CrMnSiA鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線在退火狀態(tài)下進(jìn)行焊接，主要的問(wèn)題是防止冷裂紋，而接頭性能則由焊接材料與焊后熱處理來(lái)保證。因此，選擇焊接材料的原則是保證焊縫在熱處理后能達(dá)到與母材相等的性能

21、，在編制焊接工藝時(shí)，需要采取必要的措施防止開(kāi)裂。為此，中碳調(diào)質(zhì)鋼在退火狀態(tài)下的焊接工藝要點(diǎn)如下：1） 在焊接方法選用上，由于不強(qiáng)調(diào)線能量對(duì)焊接接頭性能的影響，因而基本上不受限制。2） 由于不必顧慮回火區(qū)的軟化，可以采用較大的線能量并適當(dāng)?shù)奶岣哳A(yù)熱溫度，從而可有效地防止冷裂紋。一般的預(yù)熱溫度及層間溫度可控制在250300之間。3） 為了保證焊縫與母材在相同的熱處理?xiàng)l件下獲得相同的性能，焊接材料應(yīng)保證熔敷金屬的成分與母材基本相同。同時(shí)，為了防止焊縫產(chǎn)生裂紋，還應(yīng)對(duì)雜質(zhì)和促進(jìn)金屬脆化元素限制更加嚴(yán)格，如采用C、S都低于母材p+s0.025的焊絲等。對(duì)淬硬傾向特別大的材料，為防止裂紋或脆斷，必要時(shí)要犧

22、牲一些強(qiáng)度，采用低強(qiáng)度填充金屬，如可用H08CrMoA焊接32SiMnMoV鋼，常用焊接材料見(jiàn)表41 表41 30CrMnSiA鋼焊接材料舉例牌號(hào)焊條電弧焊氣體保護(hù)焊埋弧焊?jìng)渥O2焊絲Ar弧焊焊絲焊絲焊劑30CrMnSiAE8515GE10015GHT1(H08A焊芯)HT1（H08CrMoA焊芯HT3(H08A焊芯)HT3（H18CrMoA焊芯HT4 （HGH41焊芯）HT4（HGH30焊芯）H08Mn2SiMoAH08Mn2SiAH18CrMoAH20CrMoAH18CrMoAHJ431HJ431HJ260HT型焊條為航空用牌號(hào)。HT4 （HGH41）和HT4（HGH30）為用于調(diào)質(zhì)狀態(tài)

23、下焊接的鎳基合金焊條4）為防止延遲裂紋，焊后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行熱處理。若及時(shí)進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理有困難，可進(jìn)行中間退火或在高于預(yù)熱的溫度下保溫一段時(shí)間，以排除擴(kuò)散氫并軟化熱影響區(qū)組織。中間退火還有消除應(yīng)力的作用。30CrMnSiA鋼具有回火脆性，這類(lèi)鋼焊后回火溫度應(yīng)避開(kāi)火脆性的溫度范圍(250400)，一般采用淬火+高溫回火，并在回火時(shí)注意快冷，以避免第二類(lèi)回火脆性。在強(qiáng)度要求較高，并可以犧牲一些韌性時(shí)，可進(jìn)行淬火+低溫回火處理。在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接，要全面保證焊接質(zhì)量比較困難。因?yàn)橥瑫r(shí)解決冷裂紋、熱影響區(qū)脆化及軟化三方面的問(wèn)題，需采用的工藝措施相互有較大的矛盾，因此，只能是在保證不產(chǎn)生裂紋的前提下盡量保證接頭的

24、性能。在調(diào)制狀態(tài)下焊接的工藝要點(diǎn)如下：1） 預(yù)熱溫度、層間溫度及焊后回火溫度均應(yīng)低于焊前回火溫度50一下。2） 采用熱量集中、能量密度高的焊接熱源，在保證焊透的條件下盡量用小的線能量，以減小熱影響區(qū)的軟化。選用氬弧焊或等離子弧焊、電子束焊效果較好。3） 因焊后不再進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，焊接材料成分可與母材有較大差別。為了防止冷裂紋，可以用奧氏體不銹鋼焊條或鎳基焊條。第五章 防止30CrMnSiA鋼裂紋的措施在焊接應(yīng)力及其它致脆因素共同作用下，焊接接頭中局部地區(qū)的金屬原子結(jié)合力遭到破壞而形成的新界面所產(chǎn)生的縫隙，叫做焊接裂紋。它具有尖銳的缺口和大的長(zhǎng)寬比的特征。裂紋是危害最嚴(yán)重的焊接缺陷。這主要是因?yàn)榱?/p>

25、紋兩端的缺口效應(yīng)造成了嚴(yán)重的應(yīng)力集中，很容易擴(kuò)展而形成宏觀開(kāi)裂或整體斷裂。因此，在焊接生產(chǎn)中，裂紋一般是不允許存在的。所以要嚴(yán)格控制產(chǎn)生裂紋的因素，以保證較好的焊接質(zhì)量。焊接裂紋的分類(lèi)1.焊接熱裂紋在焊接過(guò)程中，焊縫和熱影響區(qū)金屬冷卻到固相線附近的高溫區(qū)產(chǎn)生的焊接裂紋，叫做焊接熱裂紋。2. 焊接冷裂紋焊接接頭冷卻到較低溫度下（相對(duì)鋼來(lái)說(shuō)在Ms溫度以下）時(shí)產(chǎn)生的裂紋，叫做冷裂紋。3. 消除應(yīng)力裂紋焊件焊后在一定溫度范圍再次加熱時(shí)，由于高溫及殘余應(yīng)力的共同作用而產(chǎn)生的晶間裂紋，叫做消除應(yīng)力裂紋。4. 層狀撕裂層狀撕裂是指焊接時(shí)，在焊接構(gòu)件中沿鋼板軋層形成的呈階梯狀的一種裂紋。中碳調(diào)質(zhì)鋼的淬硬傾向大

26、,熱影響區(qū)產(chǎn)生的馬氏體組織,增大了焊接接頭的冷裂傾向，又碳及合金元素含量高，熔池的結(jié)晶溫度區(qū)間大，偏析嚴(yán)重，因而具有較大的熱裂紋敏感性。所以說(shuō)易產(chǎn)生冷裂紋與焊接熱裂紋。 5.1結(jié)晶裂紋產(chǎn)生的原因焊縫金屬在結(jié)晶后期出現(xiàn)開(kāi)裂，原因來(lái)自于兩方面：焊縫金屬在結(jié)晶后期抗裂能力（以伸長(zhǎng)率代表）下降和拉伸應(yīng)變的形成。焊接時(shí)金屬材料的塑性變化見(jiàn)圖5.11 圖5.11 高溫時(shí)金屬材料塑性的變化結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生式由于在焊縫凝固后期存在了液態(tài)薄膜，并受到拉應(yīng)力的作用的結(jié)果當(dāng)min時(shí)不會(huì)開(kāi)裂；=min時(shí)處于臨界狀態(tài)；只有min時(shí)才會(huì)產(chǎn)生裂紋。圖5.12 中的曲線1、2、3分別表示上述三種情況。圖5.11 焊接時(shí)產(chǎn)生結(jié)晶

27、裂紋的條件（Tl液相線溫度 Ts固相線溫度）防止結(jié)晶裂紋的措施主要從冶金和工藝兩方面著手，其中冶金措施更為重要。1） 控制焊縫中硫、磷、碳等有害元素的含量。2） 調(diào)整熔渣的堿度。焊接熔渣的堿度越高，熔池中脫硫、脫氧越完全。3） 調(diào)整焊接參數(shù)已得到抗裂能力較強(qiáng)的焊縫成形系數(shù)。4） 調(diào)整冷卻速度。冷速越高變形增長(zhǎng)率越大，結(jié)晶裂紋傾向也越大。5） 調(diào)整焊接順序降低拘束應(yīng)力。接頭剛性越大，焊縫金屬冷卻收縮時(shí)受到的拘束應(yīng)力也越大。52冷裂紋的防止措施冷裂紋產(chǎn)生的主要因素：一是 鋼中含有的磷雜質(zhì)以Fe2P和Fe3P的形式存在，F(xiàn)e3P能與鐵形成低熔點(diǎn)共晶，聚集于晶界消弱晶粒建的結(jié)合力，使鋼在低溫或常溫下變

28、脆，造成冷裂紋；二是 焊接過(guò)程中由于化學(xué)反應(yīng)，空氣或水的分解等因素，焊縫中溶解了一定量的氫，氫能向焊縫缺陷出流動(dòng)富集形成氫脆，甚至形成“氫至延遲裂紋”這是冷裂紋中最嚴(yán)重也是最危險(xiǎn)的問(wèn)題；三是 焊縫中存在氮、氧原子或化合物也能使金屬變脆，引起冷裂紋；四是 淬火傾向大的鋼或厚板剛性大的焊接由于沒(méi)有采取預(yù)熱或緩冷的措施，冷卻速度快造成較大的內(nèi)應(yīng)力和焊接殘余應(yīng)力，這個(gè)應(yīng)力超過(guò)了材料所能承受的力就會(huì)產(chǎn)生裂紋。53嚴(yán)格控制氫的來(lái)源氫是形成冷裂紋的一個(gè)重要因素，在形成冷裂紋的過(guò)程中的作用于其溶解度和擴(kuò)散規(guī)律有關(guān)。由于氫在金屬各相中的溶解度不同，其就以過(guò)飽和的形式殘留于馬氏體或貝氏體中，并擴(kuò)散到應(yīng)力中或晶格缺

29、陷處結(jié)合成分子，形成較高的局部應(yīng)力，再加上熱應(yīng)力、組織應(yīng)力的共同作用就可能造成開(kāi)裂。氫致裂紋的延遲，氫逐漸向開(kāi)裂部位擴(kuò)散集中，結(jié)合成分子并形成一定的壓力的過(guò)程。焊縫中氫的平均濃度越高，則遷移的氫數(shù)量越多，遷移速度也越高。 圖5.31 延遲斷裂時(shí)間與應(yīng)力的關(guān)系綜上所述氫是形成冷裂紋以及斷裂的重要因素，因此，從焊接材料、焊接方法以及工藝等方面嚴(yán)格控制氫的來(lái)源，選用低氫鈉型、低氫鉀型焊條，嚴(yán)格清理待焊處兩側(cè)20mm之內(nèi)的油污等雜質(zhì)。對(duì)焊絲、焊條、焊劑在干燥條件下使用，焊絲徹底清理表面的油污等雜質(zhì)，焊條依照工藝保證烘干（在嚴(yán)格的烘干溫度與保溫時(shí)間內(nèi)）5.4焊前預(yù)熱30CrMnSiA鋼含碳量與合金元素的

30、含量較高，淬硬傾向較大，焊前應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱，這樣可以有效地降低冷卻速度，從而改善接頭的組織，降低拘束應(yīng)力，并有利于氫的析出，可有效地防止冷裂紋的產(chǎn)生。鋼的強(qiáng)度與預(yù)熱問(wèn)的關(guān)系見(jiàn)圖5.41 圖5.41 鋼種強(qiáng)度與預(yù)熱溫度的關(guān)系在選擇線能量時(shí)必須防止熱區(qū)因沉淀強(qiáng)化相得溶解而造成脆化，故線能量不宜過(guò)大。大的線能量對(duì)含碳及合金元素較多的鋼，還需要考慮防止冷速過(guò)大而出現(xiàn)淬火組織或冷裂紋，因而線能量也不宜過(guò)小。線能量對(duì)冷速的調(diào)節(jié)范圍是很小的，所以要同時(shí)防止過(guò)熱和冷裂紋兩方面的問(wèn)題，這時(shí)還必須預(yù)熱或后熱措施，從而既防止了冷裂紋，又避免了過(guò)熱脆化，接頭韌性的以保證。圖54 為過(guò)熱區(qū)焊接熱循環(huán)示意圖圖5.42 過(guò)熱區(qū)

31、焊接循環(huán)示意圖1 小線能量 2大線能量3 采用預(yù)熱的理想情況5.5焊后熱處理焊后進(jìn)行不同的熱處理，可以分別起到起到消除擴(kuò)散氫、降低和消除殘余應(yīng)力、改善組織或降低硬度等作用。焊后常用的熱處理制度有消氫處理、消除應(yīng)力退火、正火和淬火（或淬火+回火）在焊接過(guò)程中，由于加熱和冷卻的不均勻性，以及構(gòu)件本身產(chǎn)生拘束或外加拘束，在焊接工作結(jié)束后，在構(gòu)件中總會(huì)產(chǎn)生焊接應(yīng)力。焊接應(yīng)力在構(gòu)件中的存在，會(huì)降低焊接接頭區(qū)的實(shí)際承載能力，產(chǎn)生塑性變形，嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件的破壞。30CrMnSiA鋼材料在焊接以后，其焊接接頭會(huì)出現(xiàn)淬硬組織，使材料的機(jī)械性能變壞。此外，這種淬硬組織在焊接應(yīng)力及氫的作用下，可能導(dǎo)致接頭的破

32、壞。如果經(jīng)過(guò)熱處理以后，接頭的金相組織得到改善，提高了焊接接頭的塑性、韌性，從而改善了焊接接頭的綜合機(jī)械性能。常用的方法有兩種：一是整體高溫回火，即把焊件整體放入加熱爐內(nèi)，緩慢加熱到一定溫度，然后保溫一段時(shí)間，最后在空氣中或爐內(nèi)冷卻。用這種方法可以消除80%-90%的焊接應(yīng)力。另一種方法是局部高溫回火，即只對(duì)焊縫及其附近區(qū)域進(jìn)行加熱，然后緩慢冷卻，降低焊接應(yīng)力的峰值，使應(yīng)力分布比較平緩，起到部分消除焊接應(yīng)力的目的。第六章 30CrMnSiA鋼焊接質(zhì)量檢驗(yàn)方法焊接缺陷在焊縫中位置的不同，可分為外部缺陷與內(nèi)部缺陷兩大類(lèi)。外部缺陷位于焊縫區(qū)的外表面，用肉眼或低倍放大鏡即可觀察到。焊縫尺寸不符合要求、

33、咬邊、焊瘤、弧坑、燒穿、下榻、外部氣孔、表面裂紋等。內(nèi)部缺陷位于焊縫的內(nèi)部：未焊透、未熔合、夾渣、夾雜物、氣孔、焊接裂紋等。外部缺陷可以用低倍放大鏡與焊接檢驗(yàn)尺進(jìn)行檢驗(yàn)，焊接尺寸的檢驗(yàn)主要檢驗(yàn)焊接完成后零件的外形尺寸，焊縫的外形尺寸（焊縫的余高、寬度）表61 焊縫目測(cè)檢驗(yàn)的項(xiàng)目檢驗(yàn)項(xiàng)目檢驗(yàn)部位質(zhì)量要求備注清理質(zhì)量所有焊縫及其邊緣無(wú)焊渣、飛濺及阻礙檢驗(yàn)的附著物幾何形狀焊縫與母材相連處焊縫完整，不得有焊漏，連接處應(yīng)圓滑過(guò)渡可用焊接檢驗(yàn)尺測(cè)量焊縫形狀和尺寸急劇變化的部位焊縫高低、寬窄及結(jié)晶焊波應(yīng)均勻焊接缺陷1. 整條焊縫和熱影響區(qū)附近2. 重點(diǎn)檢查焊縫的接頭部位、收弧部位、幾何形狀和尺寸突變部位1.

34、 無(wú)裂紋、夾渣、焊瘤燒穿等缺陷2. 外部氣孔、咬邊應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定接頭部位易產(chǎn)生焊瘤、咬邊等缺陷收弧部位易產(chǎn)生弧坑、裂紋等缺陷傷痕補(bǔ)焊裝配拉肋板拆除部位無(wú)缺肉及遺留焊疤母材引弧部位無(wú)表面氣孔、夾渣、裂紋、疏松等缺陷母材機(jī)械劃傷部位劃傷部位不應(yīng)有明顯棱角和溝槽，傷痕深度不超過(guò)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定30CrMnSiA鋼在進(jìn)行熱處理后零件變形較大，所以在焊后檢驗(yàn)時(shí)應(yīng)認(rèn)真檢測(cè)。對(duì)于焊接內(nèi)部缺陷的要用射線照相法探傷進(jìn)行檢驗(yàn),檢驗(yàn)時(shí)應(yīng)正確的選擇射線方向與功率。觀察底片上產(chǎn)生黑色的缺陷痕跡，來(lái)確定內(nèi)部缺陷的形狀尺寸、位置等。對(duì)于缺陷位于或接近工作表面時(shí)，也可用磁粉探傷進(jìn)行檢驗(yàn)。這些缺陷存在時(shí)，則磁力線不但在工件內(nèi)部

35、產(chǎn)生彎曲，而且還會(huì)還會(huì)穿過(guò)工件表面漏到缺陷附近空氣中形成一個(gè)微小的局部磁場(chǎng)，如果把磁粉的懸浮液噴灑在工件表面上，磁粉將在缺陷處被吸附，形成與缺陷形狀相應(yīng)的磁粉聚集線，以便觀察缺陷。 由于30CrMnSiA鋼在為防止冷裂紋的產(chǎn)生，焊接時(shí)選用了不銹鋼焊條，A為面心立方晶格，所以沒(méi)有磁性不能進(jìn)行磁粉探傷。為此，選用滲透探傷，這種探傷的原理是在被檢工件表面上涂敷含有著色劑或熒光物質(zhì)且有高度滲透能力的滲透液，在液體對(duì)固體表面的濕潤(rùn)作用和毛細(xì)管作用下，滲透液將深入被檢工件表面開(kāi)口缺陷中，然后用水或其他清洗液將工件表面多余的滲透液清洗干凈，待工件干燥后再在工件表面涂上一層顯像劑，將缺陷中的滲透液在毛細(xì)作用下重新吸附到工件