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中碳调质钢的焊接工艺特点

时间:June 19, 2019  |   点击: 1674


中碳调质铜的透性很大,因此焊接性较差,焊后的淬火组织是硬脆的高碳马氏体,不仅冷裂纹敏感性大,而且焊后若不经热处理时,热影响区性能达不到原来基体金属的性能。中碳调质钢焊前母材所处的状态非常重要,它决定了焊接时出现的问题性质和应采取的工艺措施,而且对焊接工艺的要求和工艺参数的控制非常严格。

 1,退火或正火状态下焊接

中碳调质钢最好在退火(或正火)状态下焊接,焊后通过整体调质处理获得性能满足要求的焊接接头,这是焊接中碳调质钢的一种比较合理的工艺方案。这时焊接中所要解决的主要是裂纹问题,热影响区和焊缝的性能通过焊后的调质处理来保证。选择焊接材料的要求是不产生冷、热裂纹,而且要求焊缝金属与母材在同一热处理工艺下调质处理,能获得相同性能的焊接接头。

这种情况下对选择焊接方法几乎没有限制,常用的一些焊接方法(焊条电弧焊、埋弧焊、TIGMIG、等离子弧焊等)都能采用。在选择焊接材料时,除了要求保证不产生冷、热裂纹外,还有一些特殊要求,即焊缝金属的调质处理规范应与母材的一致,以保证调质后的接头性能也与母材相同。因此,焊缝金属的主要合金组成应与母材相似,对能引起焊缝热裂倾向和促使金属脆化的元素(如CSSP等)应加以严格控制。

在焊后调质的情况下,焊接参数的确定主要是保证在调质处理之前不出现裂纹,接头性能由焊后热处理来保证,因此可采用很高的预热温度(200-350℃)和层间温度。另外,在很多情况下焊后往往来不及立即进行调质处理,为了保证焊接接头冷却到室温后在调质处理前不致产生延迟裂纹,还须在焊后及时进行一次中间热处理。

这种热处理一般是在焊后等于或高于预热温度下保持一段时间,目的是为了从两方面来防止延迟裂纹:一是起到扩散除氢的作用;二是使组织转变为对冷裂纹敏感性低的组织。当焊后处理温度高时,还有消除应力的作用。例如,在退火状态下焊接厚度30mm30CrMnSiA时,为了防止冷裂纹应将工件预热到250~350℃,并在整个焊接过程中保持该温度。

采用局部预热时,预热的温度范围离焊缝两侧应不小于100mm,焊后若不能及时调质处理应进行680℃回火处理。产品结构复杂和有许多条焊缝时,焊完一定数量的焊缝后应及时进行中间回火处理,这样就能避免等到最后处理时,先焊接的部位已经出现延迟裂纹的问题。中间回火的次数,要根据焊缝的多少和产品结构的复杂程度来决定。对于淬硬倾向更大的30CrMnSiNi2A来说,为了防止冷裂纹的产生,焊后须立即(焊缝处的金属不能冷到低于

250℃)将工件入炉加热到(650±10)℃或680℃回火,然后按规定进行调质处理。

2,调质状态下焊接

如果必须在调质状态下焊接,而且焊后不能再进行调质处理的焊接结构件,这时的主要问题是防止焊接裂纹和避免热影响区软化。除了裂纹外,热影响区的主要问题是:高碳马氏体引起的硬化和脆化,以及高温回火区软化引起的强度降低。高碳马氏体引起的硬化和脆化可以通过焊后的回火处理来解决。但高温回火区软化引起的强度下降,在焊后不能调质处理的情况下是无法弥补的。由于焊后不再进行调质处理,焊缝金属成分可与母材有差别。为了防止焊接冷裂纹,也可以选用塑韧性好的奥氏体焊条。
为了消除热影响区的淬硬组织和防止延迟裂纹的产生,必须适当采用预热、层间温度控制、中间热处理,并应焊后及时进行回火处理。上述工艺过程的温度控制应比母材淬火后的回火温度至少低50℃
为了减少热影响区的软化,从焊接方法考虑,应该是采用热量越集中、能量密度越大的方法越有利,而且焊接热输入越小越好。这一点与低碳调质钢的焊接是一致的。因此气焊在这种情况下是最不合适的,气体保护焊比较好,特别是钨极氩弧焊,它的热输入比较容易控制,焊接质量容易保证,因此常用它来焊接一些焊接性很差的高强度钢。另外,脉冲氩弧焊、等离子弧焊和电子束焊等工艺方法,用于这类钢的焊接是很有前途的。从经济性和方便性考虑,目前在焊接这类钢时,焊条电弧焊还是用得最为普遍。
对于必须在调质状态下焊接,而且焊后不能再进行调质处理的焊接结构件,这时热影响区性能的下降是很难解决的。因此,应采用尽可能小的焊接热输入。
由于焊后不再进行调质处理,选择焊接材料时没有必要考虑成分和热处理规范与母材相匹配的问题。从防止焊接冷裂纹的要求出发,可以采用塑韧性较好的奥氏体铬镍钢焊条或镍基焊条。这时在工艺上应注意到异种钢焊接时的一些特点。例如,在调质状态下焊接30CrMnSiA30CrMnSiNi2A时采用镍基奥氏体焊条,焊后采用250℃×2h或更长时间的低温回火处理。在焊接像30CrMnSiNi2A淬硬倾向很大的钢材时,除了焊后低温回火外,还要采取一定的预热措施,预热温度应低于母材淬火后的回火温度,一般采用的预热和层间温度为200-250℃

3.焊接方法及焊接材料

1焊接方法   中碳调质钢常用的焊接方法有焊条电弧焊、气体保护焊、埋弧焊等。采用热量集中的脉冲氩弧焊、等离子弧焊及电子束焊等方法,有利于减小焊接热影响区宽度,获得细晶组织,提高焊接接头的力学性能。一些薄板焊接多采用气体保护焊、钨极氩弧焊和微束等离子弧焊等。

中碳调质钢应采用尽可能小的焊接热输入,这样可以降低热影响区淬火区的脆化,同时采用预热、后热等措施,还能提高抗冷裂性能,改善淬火区的组织性能。采用小热输入还有利于减小软化区,降低软化程度。

在确定中碳调质钢的焊接参数时,主要应从防止冷裂纹和避免热影响区软化出发。采用较高的预热温度(200~350℃)和层间温度、焊后立即进行热处理等,以达到防止裂纹的目的。

2焊接材料   中碳调质钢焊接材料应采用低碳合金系,降低焊缝金属的SP杂质含量,以确保焊缝金属的韧性、塑性和强度,提高焊缝金属的抗裂性。对于焊后需要热处理的构件,焊缝金属的化学成分应与基体金属相近。应根据焊缝受力条件、性能要求及焊后热处理情况选择焊接材料。

3预热和焊后热处理   预热和焊后热处理是中碳调质钢的重要工艺措施,是否预热以及预热温度的高低根据焊件结构和生产条件而定。除了拘束度小,构造简单的薄壁壳体或焊件不用预热外,一般情况下,中碳调质钢焊接时都要采取预热或及时后热的措施,预热温度一般为200~350℃

常用中碳调质钢焊接的预热温度。
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如果焊接结构件焊后不能及时进行调质处理,须焊后及时进行中间热处理,即在等于或高于预热温度下保温一定时间的热处理,如低温回火或650~680℃高温回火。若焊件焊前为调质状态时,预热温度、层间温度及热处理温度应比母材淬火后的回火温度低50℃。进行局部预热时,应在焊缝两侧100mm内均匀加热。

 

欣冈焊材(模具焊材的专家)·广州2019.06.19




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