焊接工艺课程设计要点

焊接工艺课程设计

题目焊接工艺与控制课程设计

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完成日期2014 年 6 月23 日

三峡大学课程设计任务书

（2014年春季学期）

焊接工艺卡

目录

1. 30CrMoV A钢的性能分析 (6)

1.1 材料： (6)

1.2 化学成分及力学性能： (6)

2. 15 30CrMoV A钢的焊接性能 (7)

2.1 碳当量分析 (7)

2.2 30CrMoV A的焊接性的主要表现 (7)

3 焊接方法的选择和分析 (8)

3.1 焊接方法选择时应考虑的因素 (8)

3.2 焊接方法的选择 (8)

3.3 焊接方法主要特点分析 (9)

4 焊接设备的选择 (9)

4.1 焊接电源的选择 (9)

4.2 焊丝及焊剂的选择....................................................................................................... (9)

4.3、焊枪及喷嘴的选择 (9)

4.4、钨极的选择 (10)

5 焊接工艺参数的选择 (10)

5.1 焊接电流与电压的选择................................................................................................错误！未定义书签。

5.2 焊接速度的选择 (10)

5.3 钨极直径与保护气体流量............................................................ 错误！未定义书签。

6 焊前预热、焊接过程及焊后处理 (11)

6.1 焊前预热 (11)

6.2 焊接过程与焊后处理 (11)

7 焊后检验 (12)

7.1 外观检验 (12)

8 总结 (13)

参考文献 (14)

Mpa

70~5055010/14

=σ

摘要：30CrMoVA 属于Cr-Mo 系统，是在Cr 钢基础上发展起来的中碳调质钢。加入少量Mo(0.15%~0.25%)可以消除Cr 钢的回火脆性，提高淬透性并使钢具有较好的强度和韧性匹配，同时Mo 还可以提高钢的高温强度。V 可以细化晶粒，提高强度，韧性和塑性。增加高温回火稳定性。这类钢一般用于制造动力设备中一些承受较高负荷，截面较大的重要零件，如汽车机叶轮，主轴和发电机转子等。这类钢的含碳量较高，淬透性较大，因此焊接性较差，一般要求焊前预热，焊后热处理等。下面分析了30CrMoVA 钢的焊接性，并在此基础上运用所学的知识制定了30CrMoVA 钢的平板对接工艺，包括材料焊接性能分析，电流选择，焊接速度的制定焊接检验等。本设计所选用焊接方法为埋弧焊。

1. 30CrMoV A 钢的性能分析

1.1 材料：

30CrMoVA 钢两块，规格：－1.5×100×300，平板对接；

1.2 化学成分及力学性能：

30CrMoVA 钢中温强度较高具有一定的抗氢能力，工艺性能良好，蠕变极限： 持久强度

Mo 可以显著提高钢的再结晶温度，并可以强化铁素体，但是会促进石化，所一般在Mo 钢中加入0.5%～1.5%的Cr ，能有效地抑制石墨化过程的进行，还加入W 、V 等强碳化物元素则效果更好。其化学成分见表1，力学性能见表2。

表1 30CrMoV A 化学成分[10][8]

Mpa

45550104

=σ

表 2 30CrMoVA钢力学性能

30CrMoVA钢根据化学成分属于中碳调质钢。中碳调质钢由于含碳量高，合金元素多，钢的淬硬倾向大，Ms点又低，因而在淬火区产生淬硬的马氏体，导致严重脆化。焊接焊前为调质状态的钢材时，热影响区被加热到超过调质处理的回火温度区域，将出现强度，硬度低于母材的软化区。如果焊后不在进行调质处理，该软化区可能成为降低接头强度的薄弱区。

2. 15 30CrMoV A钢的焊接性能

2.1 碳当量分析

按照国际焊接学会推荐的碳当量公式算得30CrMoVA的碳当量

Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15

=0.30+0.55/6+(0.9+0.5+0)/5+(0.3+0)/15

≈0.45

由此可见，30CrMoVA的Ceq值大于0.4%～0.6%，合金元素较多，冷裂纹的敏感性较大，加热后在空气中冷却时淬硬倾向较大，焊接时易在焊缝和热影响区形成对裂纹敏感的淬硬马氏体组织，焊接时需要采取预热、后热等一系列工艺措施。

2.2 30CrMoVA的焊接性的主要表现

30CrMoVA属于中碳调质钢，以加入Cr、Mo、V合金元素为主，合金元素Cr能形成致密的氧化膜，提高钢的抗氧化性能，也能有效组织石墨化过程。Mo是耐热钢中的强碳化物元素，形成碳化物能力比Cr弱，Mo优先溶于固溶体，起到固溶强化的作用。Mo 也能有效组织石墨化，Mo的熔点高达2625℃，固溶后可提高钢的再结晶的温度，有效提高钢的高温强度和抗蠕变能力。Mo还可以减小钢的热脆倾向，同时提高钢的抗锈蚀能力，V可以细化晶粒，提高强度，韧性和塑性。增加高温回火稳定性。

30CrMoVA钢的焊接性与低合金结构钢相近。因为在钢中加入Cr、Mo、V合金元素，使碳当量增加，钢的淬硬倾向增大，提高焊接热影响区的硬度，容易产生焊接冷裂纹。

由于母材与焊缝金属中碳和合金元素含量的差异，当滞后相变的母材热影响发生奥氏体向马氏体转变时，氢一过饱和状态残存在马氏体中，产生氢致裂纹。当焊缝金属的碳当量和合金元素较高时，有可能使母材热影响区先于焊缝发生相变，氢就会从热影响区向焊缝扩散，使焊缝中氢处于过饱和。当焊缝冷却后转变为马氏体组织时，会产生焊缝冷裂纹。因此，在焊接时应进行焊前预热，焊后热处理。

具体说来30CrMoVA焊接时具有以下特点：

(1)淬硬性钢的淬硬性取决于它的碳当量及合金成分含量。30CrMoVA钢中的主要合金元素Cr、Mo都能增大显著提高钢的淬硬性。特别是Mo作用，比Cr 约大50倍。这些合金元素推迟了钢在冷却过程中的转变，提高了过冷奥氏体的稳定性。

(2)消除应力处理裂纹倾向 30CrMoVA钢焊接接头消除应力裂纹倾向只要取决于钢中碳化物形成元素的特性及含量，它常常产生于焊接热影响区的粗晶段。这种裂纹一般在500℃～700℃温度范围内形成。采用焊前预热和焊后合理的热处理工艺，避免在敏感的温度区停留时间过长能防止裂纹的产生。

(3)回火脆性火脆性指钢材及其焊接接头在350～500℃温度区域长期运行过程中发生剧烈脆变的现象。

3 焊接方法的选择和分析

3.1 焊接方法选择时应考虑的因素

（1）各种焊接方法的适用范围；

（2）待焊30CrMoV A耐热钢板的具体情况：钢板的结构类型、厚度，接头形式和焊接位置，母材的物理性能、力学性能、冶金性能；

（3）对焊缝质量的要求：如硬度、强度、塑性、外观，是否变形等。

3.2 焊接方法的选择

30CrMoVA钢的焊接通常采用气体保护焊、手工电弧焊，、埋弧自动焊和点焊等。采用热量集中地脉冲氩弧焊，等离子弧焊及真空电子束焊等方法，有利于缩小热影响区宽度，获得细晶组织，提高焊接接头的力学性能。中碳调质钢宜用小线能量焊接，这样可以降低淬火区的脆化硬度，如同时采用预热后热等措施，还能提高抗冷裂性能，改善淬火区的组织和性能，采用小线能量焊接还有利于缩小软化区，降低软化程度。由于本材质只有1.5mm的厚度，并且对接接头。故采用对接接头单面焊。