30CrMo焊接工艺研究

30CrMo焊接工艺研究

前言

30CrMo为中碳调质钢，由于其自身具有较高的强度、硬度，且具有一定的冲击韧性，多应用于大型工程机械、压力容器、潜艇制造等。在中型机械制造业中主要用于制造截面较大、在高应力条件下工作的调质零件，如轴、主轴以及受高负荷的操纵轮、螺栓、双头螺栓、齿轮等；在化工工业中用来制造焊接零件、板材与管材构成的焊接结构和在含有氮氢介质中工作的温度不超过250℃的高压导管；在汽轮机、锅炉制造业中用于制造450℃以下工作的紧固件，500℃以下受高压的法兰和螺母，尤其适于制造300大气压、400℃以下工作的导管。

公司生产的重点产品主油缸，其缸体和缸盖均为30CrMo，属于较高载荷的焊接结构件，且工作条件恶劣，承受一定的压力，在使用过程中，由于运动产生强烈摩擦，因此，要求材质必须具有足够的强度和良好的抗疲劳性能，以保证产品的使用寿命。

1 试验前期准备

1.1焊接性分析

30CrMo的化学成分及力学性能如表1、表2所示。

表3 GHM70+GM70熔敷金属化学成分（%）根据国际焊接学会推荐的碳当量计算公式：Ce=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15（1）

根据式（1）及表1可知，30CrMo的碳当量为0.52%～0.73%。随碳当量增加，冷裂纹敏感性增大。当合金元素含量处于下限时，焊接性相对较好，越接近上限淬硬倾向逐渐加大，产生冷裂纹的倾向增大，焊接性逐渐变差。30CrMo合金结构钢又是在调质状态下焊接，热影响区的冷裂倾向会表现得更突出，其焊接性差。如焊接工艺不合理，存在焊接热影响区脆化、热应变脆化及产生焊接延迟裂纹的危险。只有采取合理的焊接工艺措施，才能保证焊接质量。

1.2 焊接方法及焊接材料

本产品拟采用埋弧自动焊进行焊接。参照表3，并结合焊缝与母材等强度、等韧性的原则，选择焊丝GHM70 +GM70，其性能如表4所示。

1.3 焊接坡口型式及焊接规范

按照图纸要求设计焊接坡口，如附图所示，焊接规范参数如表5所示。

2 焊接难点控制

由于30CrMo碳当量及冷裂纹敏感指数高，易产生焊接冷裂纹，拟采取以下措施：

2.1严格控制线能量

为了避免冷裂纹的产生，焊接时必须严格控制线能量，并尽量缩短根部焊接和层间焊接的间隔时间，并保证焊接过程的连续性。同时，应减少工件在高温时的停留时间，以避免奥氏体晶体过热，焊接时应采用较小的线能量，应严格按照焊接工艺的参数施焊，见表5。

2.2合理的预热温度

焊前必须预热，其目的是为了降低焊接接头的冷却速度，减少马氏体产生的几率，从而改善焊接接头组织，以降低产生冷裂纹的几率。根据预热温度经验公式T=碳当量×360℃，可知30CrMo预热温度为187～263℃，为保证焊接接头不出现焊接裂纹、降低工人劳动强度，本次焊接实验中选择预热温度为200℃。

2.3焊后缓冷

焊后立即用石棉布包裹焊接试板，以降低焊接接头的冷却速度，从而减少马氏体产生的几率，降低冷裂纹倾向。

3 焊接工艺评定

3.1拉伸试验

按照AWS D1.1-2010国际标准制作缩截面拉伸试棒，并采用ASTM A370进行拉伸试验。试验结果如表6所示。

由表6可知，焊接接头强度与母材相匹配，且高于母材规定的最低值620MPa，符合标准要求。

3.2弯曲试验

按照AWS D1.1标准对焊接接头进行导向弯曲试验，试验结果如表7所示。

由表7可知，焊接接头弯曲试样表面未出现裂纹、气孔等缺陷，符合标准要求。

3.3冲击试验

按照AWS D1.1-2010标准对焊接接头进行冲击试验，其结果如表8所示。

由表8可知，焊缝及热影响区的冲击吸收功均高于母材规定的最低值49J，符合标准要求。

4 结论

4.1采用埋弧自动焊焊接中碳调质钢30CrMo，通过选择焊接材料GHM70焊丝+GM70焊剂，制定合理的焊接工艺，并严格控制热输入，获得了良好的焊接接头，MT、UT达到AWS D1.1标准要求。

4.2采用埋弧自动焊对中碳调质钢30CrMo焊接接头进行焊接工艺评定，其拉伸、弯曲、冲击试验均满足标准要求。

4.3通过焊接工艺评定，形成了焊接工艺指导书WPS，并成功用于主油缸产品的焊接。