焊接冷裂纹 35CrMo焊接裂纹分析与对策



     随着我厂起重机械产品起重性能的不断提高,作为承受载荷的关键部件,底盘主梁销套由以往的35号钢改为35CrMo,这样在生产过程中遇到了35CrMo与Q345的焊接,其产品结构如图一所示。

 焊接冷裂纹 35CrMo焊接裂纹分析与对策
  我厂以往的产品多为低碳钢或低碳合金钢的焊接,很少接触35CrMo中碳合金钢的焊接,由于35CrMo的焊接性能较差,裂纹倾向较大,加上35CrMo和Q345的强度级别不同,焊前所处的状态也不同,实现这两种钢的焊接存在较大的困难,导致35CrMo在焊接后出现裂纹。由于对该焊缝的质量要求较高,如何采取合理的焊接工艺方法,既满足技术要求又能实现较低的成本,成为生产中迫切需要研究和解决的关键课题。

  1、35CrMo焊接性能分析

  一般来说,随着含碳量的增加,钢的硬度、强度也逐渐增加,相反其塑性和韧性下降,焊接性和可锻性变差,焊裂的趋势也增加,其它合金元素也有类似作用,不过效应小于碳。碳的系数为1,其它合金元素按其对焊接不利影响的大小折合与碳元素的当量,其系数均小于1。因此,碳当量是综合表示碳及合金元素对焊裂趋势的影响,衡量钢的焊接性好坏的指标。国际焊接学会(IIW)采用下列公式计算碳当量:

  CEV=C+MN/6+(Cr+Mo+V)/5+(Mi+Cu)/15

  可见,钢含碳量是影响CEV高低的决定因素,碳当量小钢的焊接性就好,反之亦然。根据大量试验和经验得知,当CEV<0.4%时焊接性好,施焊不必预热;当CEV=0.4~0.6%时,钢的淬硬倾向逐渐明显,要适当预热和控制工艺;当CEV>0.6%时,淬硬倾向强,较难焊接,要较高的预热温度和严格控制工艺。

  根据公式计算得出,35CrMo钢的碳当量值Ceq≈0.72%。由此可见,这种材料的焊接性不良,焊接时其淬硬倾向较大,热影响区热裂和冷裂倾向都会较大,尤其在调质状态下焊接,热影响区的冷裂倾向将会表现得很突出,所以应在选取合适焊接材料、合理焊接方法的基础上,采取较高的焊前预热温度、严格工艺措施和控制适当的层间温度的条件下,才能达到实现产品焊接的目的。

  2、裂纹的产生与防止措施

  我厂35CrMo调质后焊接后出现的裂纹属于焊接冷裂纹,发生部位在35CrMo的热影响区。材料的冷裂敏感性主要取决于它的淬透性倾向,淬透性越大,在焊接热影响区很容易产生硬脆的高碳马氏体,冷却速度越快,生成的高碳马氏体越多,脆化也越严重,冷裂倾向越大。中碳合金钢35CrMo含碳量较高,并含有Cr、Mo等提高淬透性的合金元素,因此冷裂倾向大是该种材料固有的,为了防止焊接冷裂纹的产生,可采用以下主要措施:

  a) 选用低匹配焊条。选择强度级别比母材略低的焊条有利于防止冷裂纹,因强度较低的焊缝不仅本身冷裂倾向小,而且由于它较易塑性变形,从而降低了接头的拘束应力,使焊趾、焊根等部位的应力集中效应相对减小,改善了热影响区的冷裂倾向;

  b)焊前对工件进行预热,可消除零件中的水分、锈迹,减小焊件与焊接熔池间的温差,避免气孔、淬硬层产生;

  c)控制层间温度、缓冷,可减小焊件与焊接熔池间的温差,避免淬硬层产生;

  d)焊后保温,把焊缝区的温度控制在Ms点以上(Ms点为马氏体转变开始温度),减少低温下马氏体的形成量。

  3、对策

  焊前准备。在焊前对35CrMo钢的材料进行复检,严格控制35CrMo的化学成分在标准范围内,将待焊接的焊缝边缘每边30mm范围内的铁锈、毛刺、油污等清除干净,使其漏出钢材金属光泽。

  焊接规范。采用混合气体保护焊,焊丝H08Mn2SiA,焊丝直径φ1.6mm,混合气为80%Ar+20%CO2,气体流量30升/分。焊接电压22~24V,焊接电流240~260A,采用多层多道焊接。

  工艺措施。35CrMo钢的焊接性较差,所以其预热温度的确定非常关键,未经预热的情况下不允许点焊。焊前合理预热有利于焊接接头中扩散氢的逸出,以减少组织的淬硬倾向。为此在焊接过程中采取以下措施:零件焊前预热、控制焊接过程的层间温度、焊后保温等,主要目的和作用是避免和消除过热区的淬硬组织,防止裂纹的产生。针对我厂产品的实际情况,具体措施如下:

  焊前预热:预热温度300~400℃,预热时间0.5~1h;

  控制层间温度:温度控制范围400~500℃;

  焊后保温:保温温度400~500℃,保温时间0.5~1h。

  对按照上述措施进行焊接的35CrMo进行检查和试验,35CrMo热影响区的硬度值因软化有一定的下降,但其硬度值仍高于接头另一侧母材Q345的硬度,对接头影响不大,其它无异常情况发生,产品质量良好。

  对于调质后的中碳合金钢35CrMo的焊接工艺,从理论上经过认真分析,并进行了充分的工艺试验,最终制定了合理可行的焊接工艺,避免了焊接过程中容易出现的质量问题,产品性能达到技术要求,在承重工作条件下具有相当的可靠性,同时在合金钢的焊接工艺方面积累了一定经验,为确保产品质量打下一个良好基础。

  

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