中信重工機械股份有限公司 （河南洛陽 471039） 劉須收 肖德政 吳建英

1. 概述

30CrNiMo8是前西德引進的鋼種，屬優(yōu)質(zhì)合金鋼，它是在優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼30Cr2Ni2Mo基礎(chǔ)上，適當(dāng)加入一種或幾種合金元素而制成的鋼。按化學(xué)成分分類，30CrNiMo8屬中碳鋼，由于其自身具備的優(yōu)點，故在化工超高壓容器中得到一定的應(yīng)用；而S355JR則為低合金高強鋼。

近年來，我公司將30CrNiMo8進行調(diào)質(zhì)處理，應(yīng)用到焊接齒輪的齒圈中，將S355JR應(yīng)用到焊接齒輪的腹板中。30CrNiMo8與S355JR均屬于歐洲標(biāo)準(zhǔn)牌號，為研究該異種鋼的焊接性，本文通過對其進行焊接性分析，制定合理的焊接工藝，采用ENISO15614標(biāo)準(zhǔn)進行焊接工藝評定，用于指導(dǎo)焊接齒輪的生產(chǎn)。

2. 試驗前期準(zhǔn)備

（1）焊接性分析 試驗?zāi)覆?0CrNiMo8及S355JR的化學(xué)成分和力學(xué)性能如表1所示。

表1 30CrNiMo8及S355JR化學(xué)成分和力學(xué)性能

根據(jù)國際焊接學(xué)會推薦的碳當(dāng)量和冷裂紋敏感指數(shù)計算：30CrNiMo8鋼的Ce、Pcm分別為0.74%、0.44%，S355JR鋼的分別為0.54%、0.37%。兩種鋼的碳當(dāng)量和冷裂紋敏感指數(shù)均分別大于臨界值0.40%和0.20%，具有較高的淬硬和冷裂紋敏感傾向，尤其是30CrNiMo8，淬硬傾向更大，如果工藝不合理，可能在焊接熱影響區(qū)產(chǎn)生大量的馬氏體，導(dǎo)致其嚴(yán)重脆化，從而增大焊接接頭的冷裂傾向。

（2）焊接方法及焊接材料 采用埋弧焊，焊絲牌號為H08MnA，焊劑牌號為HJ431，其力學(xué)性能如表2所示。焊劑焊前400℃烘干，保溫90min。

表2 力學(xué)性能

（3）焊接坡口形式及焊接參數(shù) 焊接接頭采用帶墊板的對接接頭形式，如圖1所示。焊接參數(shù)及焊接順序分別如表3、圖2所示。

圖1 焊接試板

表3 焊接參數(shù)

圖2 焊接順序

3. 焊接難點控制及實際效果

（1）預(yù)熱溫度 由于30CrNiMo8碳當(dāng)量及冷裂紋敏感指數(shù)高，易產(chǎn)生焊接裂紋，因此焊前必須預(yù)熱，其目的是為了降低焊接接頭的冷卻速度，減少馬氏體的產(chǎn)生，從而改善焊接接頭組織，以降低產(chǎn)生冷裂紋的幾率。根據(jù)預(yù)熱溫度經(jīng)驗公式T=碳當(dāng)量×360℃，可知30CrNiMo8預(yù)熱溫度為266℃，為保證焊接接頭不出現(xiàn)焊接裂紋，本次焊接試驗中選擇預(yù)熱溫度為280℃。

（2）堆焊過渡層 為減少由于30CrNiMo8中合金元素稀釋造成的焊接裂紋，采取堆焊過渡層的措施，即在30CrNiMo8坡口上堆焊3層過渡層，如圖3所示，然后進行去應(yīng)力退火，退火后與S355JR焊接，如圖4所示。焊接完畢后，再次進行去應(yīng)力退火。

圖3 堆焊過渡層

圖4 30CrNiMo8與S355JR對接

（3）焊后緩冷 焊后立即用石棉布包敷焊接試板，以降低焊接接頭的冷卻速度，從而減少馬氏體產(chǎn)生的幾率，降低冷裂紋傾向。

（4）實際效果 通過選擇焊絲H08MnA，焊劑HJ431，焊縫成形美觀，未出現(xiàn)氣孔、夾渣、裂紋等缺陷，UT達到BS EN ISO 5817 B級，達到預(yù)期效果。

4. 焊接工藝評定

（1）拉伸試驗 按照ENISO15614標(biāo)準(zhǔn)對焊接接頭進行拉伸試驗，試驗結(jié)果如表4所示，試樣照片如圖5所示。

表4 焊接接頭拉伸試驗

圖5 拉伸試樣

由表4可知，拉伸試樣斷于母材S355JR上，焊接接頭強度高于母材，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）彎曲試驗 按照ENISO15614標(biāo)準(zhǔn)對焊接接頭進行彎曲試驗，試驗結(jié)果如表5所示，試樣照片如圖6所示。

表5 彎曲試驗

圖6 彎曲試樣

由表5和圖6可知，彎曲試樣表面未出現(xiàn)裂紋、氣孔等缺陷，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

（3）夏比沖擊試驗 按照ENISO15614標(biāo)準(zhǔn)對焊接接頭進行夏比沖擊試驗，其結(jié)果如表6所示。

表6 夏比沖擊試驗

由表6可知，焊縫及熱影區(qū)的沖擊吸收能量均高于母材，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

（4）低倍試驗 按照ENISO15614標(biāo)準(zhǔn)對焊接接頭進行低倍試驗，其結(jié)果如圖7所示。

圖7 低倍試樣

由圖7可知，焊縫及熱影響區(qū)未出現(xiàn)裂紋、氣孔、夾渣等缺陷，焊縫熔合良好，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

5. 結(jié)語

（1）采用埋弧焊焊接中碳調(diào)質(zhì)鋼30CrNiMo8與低合金高強鋼S355JR，通過選擇合適的焊接材料，制定合理的焊接工藝，并嚴(yán)格控制熱輸入，獲得了良好的焊接接頭，UT達到BS EN ISO 5817 B級，達到預(yù)期效果。

（2）通過EN ISO15614標(biāo)準(zhǔn)對焊接接頭進行焊接工藝評定，拉伸、彎曲、沖擊、低倍試驗均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，達到了預(yù)期效果。