45钢与42CRMO合金钢焊接工艺

维普资讯 http://www.cqvip.com 《大型铸锻件》　Ｎｏ．４　ＨＥＡＶＹ　ＣＡＳＴＩＮＧ　ＡＮＤ　ＦＯＲＧＩＮＧ　Ｊｕｌｙ　２００８　０：，　》实验研究　—　＝＜　—ｃ０＜＝ｃ、　４５钢与４２　ＣｒＭｏ合金钢焊接工艺　王晋生　王玉梅　（１．太原重工股份有限公司技术中心，山西０３００２４；２．太原重工挖掘焦化设备分公司，山西０３００２４）　摘要：对４５钢和４２ＣｒＭｏ合金钢的焊接性能进行了分析，制订了４５钢与４２ＣｒＭｏ合金钢安全联轴器的焊接　工艺。采用手工电弧焊或ＣＯ　气体保护焊，严格执行焊接工艺，均能得到满足性能要求的焊缝。　关键词：４２ＣｒＭｏ；联轴器；焊接工艺；碳当量　中图分类号：ＴＨ１６４　文献标识码：Ｂ　Ｗｅｌｄｉｎｇ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　ｆｏｒ　４５　Ｓｔｅｅｌ　ａｎｄ　４２ＣｒＭｏ　Ａｌｌｏｙ　Ｓｔｅｅｌ　Ｗａｎｇ　Ｊｉｎｓｈｅｎｇ，Ｗａｎｇ　Ｙｕｍｅｉ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｗｅｌｄｉｎｇ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｏｆ　４５　ｓｔｅｅｌ　ａｎｄ　４２ＣｒＭｏ　ａｌｌｏｙ　ｓｔｅｅｌ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ａｎａｌｙｚｅｄ，ｍｅａｎｗｈｉｌｅ　ｔｈｅ　ｗｅｌｄｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｓａｆｅｔｙ　ｃｏｕｐｌｉｎｇ　ｆｏｒ　４５　ｓｔｅｅｌ　ａｎｄ　４２ＣｒＭｏ　ａｌｌｏｙ　ｓｔｅｅｌ　ａｌｓｏ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｐｒｅｐａｒｅｄ．Ｂｙ　ｍｅａｎｓ　ｏｆ　ａｄｏｐｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｈｉｅｌ—　ｄｅｄ　ｍｅｔａｌ　ａｒｅ　ｗｅｌｄｉｎｇ　ｏｒ　ｔｈｅ　ＣＯ２　ｓｈｉｅｌｄｅｄ　ａｒｅ　ｗｅｌｄｉｎｇ，ａｎｄ　ｓｔｒｉｃｔｌｙ　ｃａｒｒｙｉｎｇ　ｏｕｔ　ｔｈｅ　ｗｅｌｄｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅ　ｗｅｌｄｓ　ｓａｔｉｓｆｉｅｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｃａｎ　ｂｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：４２ＣｒＭｏ；ｃｏｕｐｌｉｎｇ；ｗｅｌｄｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ；ｃａｒｂｏｎ　ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ　我公司某产品上所选配的安全联轴器是由法　方法、焊接材料以及焊接工艺条件，并考虑钢的可　兰外齿轴套以及半联轴器等组成，其材质分别为　焊性。　４２ＣｒＭｏ合金钢与４５钢。安全联轴器是通过法兰　４５钢与４２ＣｒＭｏ合金钢属于中碳、低合金高　外齿轴套与半联轴器采用焊接的方法连接成一个　强度钢，依据其对应的碳当量公式：ＣＥ（ＩＩＷ）＝Ｃ　整体。如果焊缝发生断裂，将会直接影响到整台　＋Ｍｎ／６＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５＋（Ｎｉ＋Ｃｕ）／１５（％）　产品的运行，并造成相当大的质量事故。因此，编　计算得知，４２ＣｒＭｏ合金钢的碳当量为０．８７％，４５　制焊接工艺是安全联轴器制造过程中的一道关键　钢的碳当量为０．６３％。当碳当量大于０．４５％时　工序。　材料的淬硬倾向明显。而４５钢与４２ＣｒＭｏ钢的碳　分析法兰外齿轴套以及半联轴器产生焊接裂　当量如此之高，有相当大的淬硬性，冷裂倾向增　纹的性质，查找焊接裂纹产生的原因，提出避免焊　大。可见，４５钢、４２ＣｒＭｏ合金钢的焊接性很差。　接裂纹的有效措施，是提高机器产品质量的必要　在焊缝及接头的熔合区容易产生焊接冷裂纹，这　保证。为此，首先需要解决４２ＣｒＭｏ合金钢与４５　就对安全联轴器焊缝的焊接质量提出了更高的要　钢的焊接问题。　求。能否有效避免４５钢与４２ＣｒＭｏ合金钢安全联　轴器之问的焊接裂纹，是４２ＣｒＭｏ合金钢与４５钢　１　母材焊接性能分析　能否应用于安全联轴器的关键。　资料显示，４２ＣｒＭｏ钢与４５钢影响母材焊接　１．２焊接工艺与焊接性能　性能的主要因素有：钢材的化学成分、力学性能、　焊接工艺对焊接性能的影响体现在焊接热输　焊接性能、焊接工艺、结构设计以及使用的条件。　入和冷却速度对焊接性能的影响。由于母材含碳　１．１　４５钢与４２ＣｒＭｏ合金钢的焊接性能　量和合金元素较多，有相当大的淬硬性。因而在　钢的可焊性，一般指钢在某种焊接方法下得　焊接热影响区的过热区内很容易产生脆化倾向，　到优质焊接接头的能力。常把钢在焊接时形成裂　也增大了焊缝及热影响区产生热裂纹的可能性。　纹和在焊缝区产生脆性的倾向作为衡量钢的可焊　２焊接工艺　性的主要指标。钢的可焊性是相对的，它主要决　定于钢的化学成分。　综上所述，制定合理的焊接工艺，选择合适的　设计时，必须注意焊件结构形状、刚度、焊接　焊接材料和焊接工艺参数尤为重要。焊接时要严　格执行所编制的焊接工艺参数，并注意施焊环境　收稿日期：２ＯＯ８—Ｏ６—２７　要保持清洁。焊缝外表面应无裂纹、气孔、夹渣、　１　维普资讯 http://www.cqvip.com

Ｎｏ．４　《大型铸锻件》　Ｊｕｌｙ　２００８　ＨＥＡＶＹ　ＣＡＳＴＩＮＧ　ＡＮＤ　ＦＯＲＧＩＮＧ　咬边等缺陷，焊后焊缝表面与基体金属齐平。　低氢的焊接方法。ｃ０　焊接的合金过度系数大于　２．１接头与坡口形式　手工电弧焊。选用　１．２　ｍｍ焊丝，焊丝牌号为　依据ＧＢ／Ｔ　９８５—１９９８（（气焊、焊条电弧焊及气　Ｈ０８Ｍｎ２ＳｉＡ。熔敷金属屈服强度为３８０　ＭＰａ，韧　体保护焊焊缝坡１５基本形式与尺寸》设计焊接坡　性储备较高，抗裂性能强。　５１形式。两条焊缝均为Ｖ型坡１５，坡口角度６０。　焊前焊条烘焙３５０￣Ｃ，保温２　ｈ。　７０。，装配间隙０　ｍｍ～２　ｍｍ。坡１５应采用机械　层间温度≥１５０￣Ｃ，可选用点燃火焰喷炬的方　加工方法加工，以保证装配精度，并避免由于热切　法来维持工件的层间温度。　割引起坡口处产生淬火组织。组装前，要用砂轮　２．３焊接工艺　仔细清理坡口处的油、锈、铁、磷等杂物。　４２ＣｒＭｏ钢的化学成分和力学性能见表１和　２．２焊接材料　表２。　（１）手工电弧焊　’　焊接工艺参数见表３及表４。　依据安全联轴器对焊缝的要求，手工电弧焊　表１　４２ＣｒＭｏ钢的化学成分（质量分数，％）　可以选用抗裂性能较好的Ｊ５０６、Ｊ５０７（或Ｊ６Ｏ７）低　Ｔａｂｌｅ　１　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　氢钠型药皮的低合金高强度钢焊条。所选焊条的　４２ＣｒＭｏ　ｓｔｅｅｌ（ｍａｓｓ　ｆｒａｃｔｉｏｎ，％）　抗拉强度统属一个级别，并且有着良好的抗裂性　Ｃ　Ｃｒ　Ｍｏ　Ｓｉ　Ｍｎ　能以及低温冲击韧性的保证值，出现焊接裂纹的　１０．３８～０．４５　０．９０～１．２　０．１５～０．２５　０．１７～０．３７　０．５～０．８　情况将会大为减少。　（２）ＣＯ　气体保护焊　表２　４２ＣｒＭｏ钢的力学性能（调质）　焊机可选用ＫＲ一５００松下系列焊机。　Ｔａｂｌｅ　２　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｏｆ　ＣＯ，气体保护焊的冶金特点：ＣＯ　气体保护　４２ＣｒＭｏ　ｓｔｅｅｌ（ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ　ａｎｄ　ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ）　Ｒ　／ＭＰａ　Ｒ　／ＭＰａ　焊在冶金方面对于油、锈敏感性较低，焊缝金属扩　＞／８５０　≥１００Ｏ　散氢的含量只有（０．１４～１．０）ｍｌ／１００ｇ，是一种超　表３手工电弧焊焊接工艺参数　Ｔａｂｌｅ　Ｗｅｌｄｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｏｆ　ｓｈｉｅｌｄｅｄ　ｍｅｔａｌ　ａｒｃ　ｗｅｌｄｉｎｇ　焊条　直径／ｍｍ　焊接电流／Ａ　电弧电压／Ｖ　预热温度／２２　焊接速度　（ｃｍ·ｒａｉｎ　）　层间温度／２２　电源极性　Ｊ６０７　４　１１Ｏ～１３０　２５～３Ｏ　３５０　１１～１３　３４０～３８０　直流反接　表４　ＣＯ　气体保护焊焊接工艺参数　Ｔａｂｌｅ　４　Ｗｅｌｄｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｏｆ　ＣＯ２　ｓｈｉｅｌｄｅｄ　ａｒｃ　ｗｅｌｄｉｎｇ　焊丝　直径　焊接电流／Ａ　电弧电压／Ｖ　焊丝伸出长度　焊接速度　气体流量　电源极性　／ｍｍ　／ｃｍ．ｍｉｎ一　／Ｌ．ｍｉｎ～　Ｈ０８Ｍｎ２ＳｉＡ　１．２　２８０～３２０　２３～３８　１２～１５　２５～３５　２０～２５　直流反接　２．４焊前预热　温度低所造成的不利影响，是保证焊接质量的重　焊前预热可以减慢焊缝及热影响区的冷却速　要工艺措施。　度，有利于避免产生淬火组织，有助于焊接区氢的　要确保焊缝两侧至少１００　ｍｍ的后热温度达　逸出，防止产生焊接裂纹。需采用的最低预热温　到３５０￣Ｃ，保温２．５　ｈ，然后用石棉被密闭封盖缓　度与被焊钢材的碳以及合金的含量、焊后的热处　冷至室温。　理条件有关。所以将预热温度定为３５０￣Ｃ，升温　速度８５￣Ｃ／ｈ，保温２　ｈ。预热区域以焊缝为中心，　３检验　两侧至少为１００　ｍｍ。　为了确保焊接的可靠性，应进行１００％磁粉　２．５焊后热处理　探伤，未发现焊缝表面有裂纹、气孔等缺陷；采用　如果焊后不进行热处理极易产生冷裂纹。　ｘ射线１００％探伤，焊缝达到ＪＢ　４６３０—９４标准的　对于材质淬火倾向大的焊件，焊后进行保温、　Ⅱ级要求。　缓冷处理有利于弥补焊前预热温度不足以及层间　（下转第５页）　２　维普资讯 http://www.cqvip.com 《大型铸锻件》　Ｎｏ．４　ＨＥＡＶＹ　ＣＡＳＴＩＮＧ　ＡＮＤ　ＦＯＲＧＩＮＧ　Ｊｕｌｙ　２００８　笺嚣　查４议的要求。强度及冲击功均不符合订货技术协　３分析讨论　３．１冲击功不合格原因　影响材料冲击功高低主要有４个因素：化学　成分、显微组织、晶粒度及夹杂物数量。从实际理　化检验结果看，冲击功不合格的１＃样与冲击功合　格的２＃样相比，显微组织均是正常的回火索氏　体，晶粒度大小相同，夹杂物数量差别不大，化学　成分均符合订货技术协议的要求Ｏ因此，按技术　协议的规定，材料自身冶金质量因素不是造成中　压汽缸冲击功不合格的原因。　根据回火脆性试验结果，结合断口形貌观察　判断，１＃样具有明显的回火脆性特征。另外，从第　Ｆｉｇｕｒｅ　６　Ｆｒａｃｔｕｒｅ　ｃａｖｉｔｙ　ａｆｔｅｒ　次和第二次补充试验结果看，冷却速度对４　以　ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ　ｔｅｓｔ（Ｆｉｒｓｔ　ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ　ｔｅｓｔ）×１０００　值的影响明显，冷速越慢，４　以值越低，从另一方面　表３　１抖样所在工件的Ａ试验余料力学性能测试结果　验证了中压汽缸冲击功不合格的原因是回火脆　Ｔａｂｌｅ　３　Ｔｅｓｔｅｄ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｆｏｒ　Ａ　ｔｅｓｔ　ｒｅｍａｉｎ　ｍａｔｅｒｉｌａ　ｏｎ　１＃ｓａｍｐｌｅ　ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ　性。　测试项目　Ｒ　／ＭＰａ　Ｒ　／ＭＰａ　Ａｆ％　Ｚｆ％１　Ａ№／．Ｉ　３．２预防措施　回火脆性主要与回火后的冷却速度有关，因　１２４　测试结果　４６５　６４５　２７　６９　１２６　此，避免回火脆性的主要措施是尽可能的提高回　１２６　火冷却速度，以防因冷却速度过低，钢中的有害元　技术协议要求Ｉ　ｐ０　ｚ≥４ｏ０　５９０～７４０　≥１８　≥２８　４０　素在晶界富集而降低材料韧性。　因此，建议Ｂ５７Ｊ—Ｖ中压汽缸回火后空冷。鉴　表４　１栉样所在工件的Ｂ试验余料力学性能试验结果　于空冷后工件内残余应力较大，可在４００％附近　Ｔａｂｌｅ　４　Ｔｅｓｔｅｄ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｆｏｒ　增加消应力退火。　Ｂ　ｔｅｓｔ　ｒｅｍａｉｎ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｏｎ　１＃ｓａｍｐｌｅ　ｗｏｒｋｐｉｅｅｅ　测试项目　Ｒ　／ＭＰａ　Ｒ　／ＭＰａ　Ａｆ％、　Ｚｆ％、　ＡｋＶ２／．ｉ　４结论　３６　测试结果　３１Ｏ　５２５　３１　５９　２２　Ｂ５７Ｊ—Ｖ中压汽缸冲击功不合格的原因是回　２２　火脆性。建议回火后空冷，并在４００￣Ｃ附近增加　技术协议要求　ＲＤ０　２Ｉ＞４００　５９０～７４０　≥１８　≥２８　４０　消应力退火。　责任编辑邓玉　（上接第２页）　性能所进行的以上分析，以及制定的焊接工艺和　４结论　措施，经过多次的实践未出现一起焊缝断裂事故，　解决了生产中的实际问题。　４５钢和４２ＣｒＭｏ异种钢安全联轴器的焊接，　参考文献　可以采用手工电弧焊或ＣＯ　气体保护焊。焊前　预热，焊后进行热处理。所制订的焊接工艺合理，　［１］　王文翰．焊接技术手册．郑州：河南科学技术出版社，１９９７．　［２］李恒，等．气保护药芯焊丝熔滴过渡的形成及特点．焊接学　效率高，焊接接头质量好，强度、韧性满足图纸设　报，２０００，２１（１）：１３～１６．　计及使用的要求。采用点燃火焰喷炬或煤气环形　［３］殷树言，邵清廉．ｃ０：焊接技术及应用．哈尔滨：哈尔滨工　的加热方法进行预热或焊后热处理的工艺经济、　业大学出版社，１９９２：４．　安全、可靠，操作简便。　责任编辑龙礼建　针对４５钢与４２ＣｒＭｏ异种钢安全联轴器焊接　５