45号钢的焊接性的研究

45号钢的焊接性的研究

电机公司与日本三菱公司合作的核电项目中，汽轮发电机机座的吊攀的母材采用的是45号钢。另外，在韩国党津的水轮机也采用45号钢作为大轴主要材料。此研究主要从45号钢与Q235B的焊接；45号钢作为基体母材，堆焊ER316焊材，两个方向来研究45号钢的焊接性。

标签：45号钢；焊接性；研究

1 45钢与Q235B、堆焊ER316的焊接性分析

碳钢的焊接性优良主要取决于冷裂纹的敏感性，接头的韧性等。冷裂纹的敏感性主要取决于母材和熔覆金属的化学成分，焊缝中溶解氢的含量和拘束度等条件；接头韧性也与母材的成分，焊接热过程，以及热处理情况有关。

从表1（45号钢与Q235B及ER316的化学成分及主要性能）中可以看出45号钢的含碳量为0.42%-0.50%，而它的碳当量CE为0.50%-0.60%，如此高的含碳量和碳当量带来的主要问题就是在焊接热影响区，容易出现淬硬组织，带来的强度提高，脆化和硬化，冷裂纹敏感性明显增大。因此，此研究主要的目的就是得到合理的工艺参数，以避免在焊接过程中产生冷裂纹，以及提高接头韧性，以获得优质焊缝。

表1

当45号钢与ER316两种化学成分差别很大的材料焊接在一起时，碳的迁移就是比较特殊的问题。在堆焊过程中，长时间的高温会使奥氏体钢界面附近发生反应扩散使碳迁移，结果在45号钢一侧形成脱碳层，奥氏体一侧形成增碳层。由于两侧性能相差悬殊，接头受力时可能引起应力集中，降低接头的持久强度和塑性。

2 焊接工艺参数的选择

2.1 焊接方法及焊材的选择

结合公司产品实际情况，此课题优先选择GMAW方法进行试验。而且，GMAW焊接方法也具有很多特点：GMAW方法能进行全位置焊接，电弧熔敷率较其他方法高。而选择匹配的焊材也是异种钢焊接的关键，吊攀的焊接选用的焊材为AWS A5.18 ER70S-6。而以45号钢为基体母材，堆焊ER316的焊接时，将采用ER309为过渡焊材，ER316为敷面焊材。

2.2 预热及层间温度

预热，是防止冷裂纹的有效措施。焊前合理的预热有利于焊缝中扩散氢的逸

出，避免产生氢至裂纹，同时降低焊接接头的冷却速度，防止焊缝及热影响区域产生淬硬的马氏体组织。经小铁研试验得出结论，当预热温度低于80℃时，小铁研试件断面及底部均有裂纹，当预热温度达到100℃时，小铁研试件断面及底部均未发现裂纹。焊接过程中要求层间温度不低于预热温度，有利于降低焊缝中氢的含量，保证每层焊缝的质量。

2.3 热输入对冷裂纹敏感性的影响

热输入对抗裂性的影响主要取决与对扩散氢的作用，为了避免大的焊接电流造成接头初始氢含量的提高以及局部过热造成的热影响区硬化区域变宽，热输入值应控制在适当的范围。

2.4 焊接工艺参数

45号钢与Q235B焊接时，焊接材料为AWS A5.18 ER70S-6，焊前预热100℃，层间温度为240℃。焊后热处理温度为600℃，保温4h。具体焊接工艺参数见表2。

表2

当以45号钢为基体母材，堆焊ER316耐腐蚀金属时，选用焊接材料ER309堆焊过渡层，然后采用焊材ER316堆焊，焊前预热100℃，层间温度为160℃，并尽量降低加热温度和缩短高温停留时间。具体工艺参数见表2。

3 焊后试验件的实验结果分析

3.1 宏观检测及无损检测

45号钢与Q235B对焊后的试板进行RT探伤检测，执行标准ASME ⅨQW-191，结果判定为合格。对45号钢为基体母材，堆焊ER316耐腐蚀金属的试件进行宏观检测，执行标准ASME ⅨQW-183，母材与堆焊焊材完全熔合，无开裂，结果判定为合格。

3.2 力学性能实验

力学性能是决定一个构件使用安全性的主要因素之一。对于焊接结构件来说，其安全性主要取决于焊接接头，特别是焊接热影响区的组织和性能。焊后的试板取样图参照ASME ⅨQW-463.1（b）执行，试板的切取采用机械冷加工方法。拉伸试样尺寸参照QW-462.1（a）执行。两组拉伸试验试样的断裂位置均为母材Q235B一侧，根据ASME ⅨQW-153拉伸试验标准判定的结果为合格。

横向侧弯试验尺寸参照QW-462.2执行，即d=4a，弯曲角度为180°。根据ASME ⅨQW-163弯曲试验标准判定，弯曲试验结果为合格的。详见图1（45号钢堆焊ER316的弯曲试样），图2（45号钢与Q235B焊接弯取试样）。

图1 图2

3.3 金相组织

观察图3图4相圖，焊缝组织为贝氏体和马氏体的混合组织，但是其中的马氏体含量较少。金相图中的热影响区明显的分为两个部分：完全淬火区和不完全淬火区。

图3 图4

热影响区中的完全淬火区是指热影响区中峰值温度达到AC3以上的区域，由于该区内所有金属在加热过程中都经历了奥氏体化，在焊接结束后快速冷却后，形成淬火组织。不完全淬火区是指焊接热影响区中峰值温度处AC1-AC3的区域，在焊接过程中，铁素体基本不发生变化，只有珠光体等转化为含碳量较高的奥氏体。在随后的冷却过程中，奥氏体转变为马氏体。

4 结束语

用焊丝ER70S-6焊接45号钢与Q235B，通过控制工艺参数。使得焊缝接头性能可以达到异种钢母材的机械性能，能够满足生产技术要求。而且，45号钢与Q235B的焊接也已应用于的汽轮发电机的吊攀的焊接生产中。

以45号钢为基体母材，在表面堆焊ER316奥氏体不锈钢焊材，结构稳定，能改善原表面的性能。满足产品关于堆焊层的耐腐蚀性要求。

参考文献

[1]刘俊，戴毅，文雨生，等.45钢焊接接头组织和性能的定量分析[J].维普资讯，2002.

[2]全国热处理标准技术委员会.金属热处理标准应用手册（第二版）[M].北京：机械工业出版社，2005.