45钢与40Cr钢焊接工艺研究

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45钢与40Cr钢焊接工艺研究
王晓贞,田刚领,薛根奇,郑志帅
(河南平高电气股份有限公司,河南平顶山467001)
摘要:着重介绍了45钢与40Cr钢的焊接特点,焊接工艺的选择,试验条件及所采用的焊接工艺,并对试验结果进行了分析。

关键词:焊接;焊接工艺;试验条件
0 引言
由于异种钢的物理性能和化学成分存在差异,而使异种钢的焊接的焊接接头性能变差,45与40Cr钢焊接时在焊缝与45钢母材之间往往会存在一个马氏体组织的熔合区,该区韧性较低,是一个高硬度高脆性的区域,是导致构件失效破坏的薄弱区,它会降低焊接结构的使用可靠性。

1 45钢与40Cr钢物化性能分析
由表一、表二可以看出45、40Cr钢含碳量较高,并含合金元素,钢的淬硬倾向大,并且其机械性能也有很大的差异。

245钢与40Cr钢焊前分析
40Cr与45钢的碳当量含碳较高(0.40~0.45%),淬透性大,焊接性较差,焊接工艺复杂,焊接过程中易产生焊接冷裂纹,为了提高抗裂性应采用低氢型焊丝(条),并采用焊前预热和焊后及时热处理;由于含碳量高,含合金元素,焊缝凝固结晶时,结晶温度区间大,偏析倾向也大,因而焊接时具有较大的热裂纹敏感性,为了防止产生热裂纹,要求采用低碳焊丝(条),在焊接工艺上注意填満弧坑;低合金超强钢还具有应力开裂敏感性,这种应力开裂常发生在水或高湿度空气等弱腐蚀介质中,为了降低焊接接头的应力腐蚀开裂,应用采用热量集中的
焊接方法和小的焊接线能量,并注意避免焊件表面的焊接缺陷和划伤。

345钢与40Cr钢焊接工艺的选择
3.1试验件的选择
本文作者结合公司的实际情况,采用了Φ45×8 的40Cr管与Φ45×8的45钢管进行焊接。

3.2焊接方法和线能量的选择
大部分焊接方法都可以用于异种钢的焊接,在选择焊接方法时既要考虑满足异种钢接的质量要求,又要尽可能考虑效率和经济效益。

在一般生产条件下,手工电弧焊使用最方便,由为焊条和种类多便于选择,适应性强,可以根据不同的异种钢组合,确定适用的焊条。

采用小的线能量焊接有利于减少晶粒淬火区的高温停留时间,降低奥氏体的过热长晶和稳定性,从而降低淬火区的脆化程度,采用小线能量还有利于缩小软化区,降低软化程度。

在焊接的同时采用焊前预热合焊后热处理还能提高焊接接头的抗冷裂性能,改善淬火区的组织性能。

3.3焊接材料的选择
正确选择焊接材料是异种钢焊接的关键,接头质量和性能与焊接材料关系十分密切,异种钢焊接时焊缝和熔合区由于合金材料被稀释和碳迁移等因素的影响存在着一个过渡区段,这里不但化字成分和金相组织不均匀,而且物理性性能也发生了变化,为确保焊缝金属的韧性、塑性和强度,提高焊缝的抗裂性,应采用低氢低碳合金焊接材料,要保证不产生冷裂纹、热裂纹、尽量降低焊缝硫、磷等杂质的含量,对于焊后热处理的构件,焊缝金属中的合金成分应与基本金属相近。

还应用根据焊缝受力情况,对焊缝性能的要求及焊后的处理等情况选择焊接合适的材料。

3.4工艺参数的确定
为降低熔合比,焊接时采用小直径焊条,在可能的情况下,应尽量使用低电流、高电压和快速焊接。

4试验条件及焊接工艺
4.1试验条件
焊机:ZX-5直流焊机
焊接材料:φ3.2 J507(E5015)焊条,(焊前烘干350-400 ℃)
焊件材料:45钢+40Cr钢。

焊件尺寸及坡口型式:φ45×8,坡口角度70度,钝边1mm,间隙2mm,如图一
图一焊件尺寸及坡口型式
4.2焊接工艺
采用大坡口,细焊丝,小电流、快速度、多层焊工艺。

采用手工电弧焊;焊接材料:E5015(J507);预热温度:不预热,焊接后不回火,具体的焊接见焊接工艺参数表三。

5焊后试件试验结果
5.1焊后试件(图二)
图二焊后试件
5.2焊接试验结果及分析
5.2.1X射线探伤,焊缝为Ⅰ级
5.2.3机械性能合格要求:对于异种钢焊接,焊接接头的抗拉强度不低于两种母材中抗拉强度较低材料的最低值允许值,背弯、面弯弯头直径为4倍板厚,弯曲180度,无裂纹或小于长度小于3mm的微裂纹为合格。

通过机械性能试验试件的机械性能合格(图三)。

图三机械性能试验后试件
6结束语
经焊接试验用手工电弧焊采用J507(E5015)焊条焊接45钢与40Cr钢,焊前不预热,经无损检测及机械性能试验,焊接接头的性能达到45钢(退火状态)的机械性能。

参考文献:
焊接冶金学(金属焊接性)吉林工业大学周振丰主编机械工业出版社2000
焊接手册第2卷材料的焊接中国机械工程学会焊接学会编机械工业出版社1993.6。