焊网通标识上网做生意,首选焊网通会员 | | RSS订阅
商务中心
商务中心
发布信息
发布信息
排名推广
排名推广
 
当前位置: 首页 » 技术 » 技术文章 » 正文

30CrMo主油缸焊接工艺研究

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-10-19   来源:中信重工机械股份有限公司   作者:党朝阳 刘须收 吴建英 程涛 王永卫 田治理 马涛涛
本文通过对特殊材质30CrMo进行焊接性分析,采用效率较高的埋弧自动焊进行焊接工艺评定,通过试验结果确定合理的预热温度及焊接工艺参数,形成焊接工艺指导书WPS,用于指导车间焊接生产,并取得成功。
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。

      我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1 30CrMo化学成分(%)
材料
C
Si
Mn
Cr
Mo
30CrMo
0.26~0.34
0.17~0.37
0.40~0.70
0.80~1.10
0.15~0.25

 

表2 30CrMo力学性能

材料
抗拉强度
σb/MPa)
屈服点σs/MPa)
断后伸长率δ5/%)
断面收缩率ψ/%)
冲击吸收功Aku2/J)
布氏硬度
HB)
30CrMo
≥620
≥410
≥16
≥40
≥49
196~240

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。

表3 GHM70+GM70熔敷金属化学成分(%)

GHM70焊丝+GM70焊剂
C
Mn
Si
S
P
Cr
Mo
Ni
0.04
1.6
0.5
0.035
0.035
 
0.3
1.5

表4 GHM70+GM70熔敷金属力学性能

 
屈服强度MPa
抗拉强度MPa
延伸率%
AkV(J)-40℃
GHM70焊丝+
GM70焊剂
605
735
18
60

 
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。

     

  附图 焊接试板     
                 
表5 焊接规范 

 焊道
焊接
方法
填充金属
电流
电压(V)
焊接速度
mm/min)
型号
直径(mm)
极性
电流(A)
打底焊
SAW
GHM70
4
DCEP
470
29
380
填充焊
SAW
GHM70
4
DCEP
500~620
28~32
300~360
盖面焊
SAW
GHM70
4
DCEP
500~620
28~32
300~360


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。

表6 拉伸试验结果

试样号
宽度
(mm)
厚度
(mm)
面积
mm2
极限载荷
 (MPa)
抗拉强度
 (MPa)
断裂位置
结果
1
21.40
42.50
909.50
633.9
697
焊缝,韧性断裂
合格
2
21.40
41.30
883.82
637.3
717
焊缝,韧性断裂
合格

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。
 

表7 弯曲实验结果

试样号
弯曲类型
结果
备注
3
4
5
6
侧弯
合格
压头半径R=19mm,弯曲角180°

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。
 

表8 冲击实验

试样号
位置
试样尺寸
mm)
试验温度(℃)
冲击吸收功(J)
平均值
J)
7
焊缝
10×10×55
室温
163
173
8
10×10×55
室温
180
9
10×10×55
室温
178
10
热影响区
10×10×55
室温
116
127
11
10×10×55
室温
167
12
10×10×55
室温
100

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。
 

 
 
[ 技术搜索 ]  [ ]  [ 告诉好友 ]  [ 打印本文 ]  [ 关闭窗口 ]  [ 返回顶部 ]

 
0条 [查看全部]  相关评论

 
推荐图文
推荐技术
点击排行