孫丙巖；康昊杰；汪星

（中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司，常州213011）

0 引言

本文對重型礦山卡車輪邊減速器產(chǎn)品的埋弧焊焊接工藝進(jìn)行研究。由于重型礦山卡車輪邊減速器產(chǎn)品運(yùn)行過程中承受重載，使用工況比較惡劣，因而其產(chǎn)品的性能要求較高。重型礦山卡車輪邊減速器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計均采用40～60mm 中厚板，通過焊接方式進(jìn)行連接而成。因而焊接工藝的合理性將關(guān)系到產(chǎn)品的最終質(zhì)量。

目前中厚板焊接基本采用埋弧焊焊接方式，埋弧焊這種方法具有很多優(yōu)點(diǎn)，如效率高、質(zhì)量穩(wěn)定、焊接過程中電無弧光輻射等。焊接接頭性能對產(chǎn)品的質(zhì)量及性能起決定性作用。一般產(chǎn)品的強(qiáng)度及性能基本上是由焊縫的強(qiáng)度決定的。因而通過分析60mm 厚度的25CrMo4 調(diào)質(zhì)鋼的埋弧焊焊接工藝及焊縫的性能對產(chǎn)品的性能及質(zhì)量的穩(wěn)定性具有重要意義。

1 母材化學(xué)成分、力學(xué)性能及焊接性分析

25CrMo4 是德國的鋼材牌號，材料編號為1.7218，屬低合金調(diào)質(zhì)鋼材料，標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行DIN17176 或 EN10083。20CrMo4 材料具有良好的高溫強(qiáng)度和低溫沖擊韌性，可以用于高溫工況，也可應(yīng)用于低溫工況。該材料屬于鉻鉬鋼，抗拉強(qiáng)度較高，淬硬性較強(qiáng)，在焊接過程中容易產(chǎn)生裂紋，因此應(yīng)采取一定的工藝措施來防止焊接裂紋的產(chǎn)生。因此在選用焊接材料和焊接工藝時應(yīng)根據(jù)其25CrMo4 的化學(xué)成分及力學(xué)性能來制定合理的焊接工藝保證焊接質(zhì)量。25CrMo4 的化學(xué)成分及產(chǎn)品要求的力學(xué)性能見表1、表2[1]。

表1 25CrMo4 化學(xué)成分

根據(jù)國際焊接學(xué)會碳當(dāng)量計算公式：

計算得出25CrMo4 最大Ceq=0.74%。根據(jù)國際焊接協(xié)會推薦當(dāng)碳當(dāng)量大于0.45 時，該鋼的焊接性較差。因而焊接過程中必須采取預(yù)熱、緩冷及焊后熱處理，避免焊接過程中產(chǎn)生裂紋。

表2 力學(xué)性能

2 焊接工藝試驗

2.1 焊接材料

為滿足25CrMo4 產(chǎn)品的性能要求，采用等強(qiáng)度選擇原則，選用CHW-S10 及CHF101 焊劑。焊絲化學(xué)成分及力學(xué)性能見表3、表4。

表3 化學(xué)成分（%）

表4 力學(xué)性能

CHF101 焊劑使用前必須經(jīng) 300-350℃烘焙 1～2 小時，焊絲應(yīng)妥善保存，注意防銹和防蝕[2]。

2.2 試件準(zhǔn)備

埋弧焊試件尺寸為500×300×60。坡口形式采用U 形坡口，坡口形式見圖1。試板起弧和收弧處分別點(diǎn)焊引弧、熄弧板。焊接前需檢查坡口區(qū)域有無缺陷等，機(jī)械打磨清理坡口表面及坡口兩側(cè)各100mm 范圍內(nèi)的鐵銹、油污、氧化皮等。

2.3 預(yù)熱、層間溫度及焊后熱處理

試件需整體充分預(yù)熱，預(yù)熱溫度為250 至300℃。充分預(yù)熱后均勻選取3 處坡口位置，用測溫儀測量溫度，要求焊縫坡口及周邊100mm 區(qū)域溫度不小于250℃。同時為了避免焊接過程中過熱造成焊縫內(nèi)部組織過熱，焊接過程中控制焊縫層間溫度不高于250℃。焊接完成后對焊縫進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，以滿足產(chǎn)品性能要求。

圖1 坡口示意圖

2.4 焊接工藝參數(shù)

試板正面焊縫焊接前，需要?dú)獗：冈诤缚p背面焊接打底層焊縫。打底層焊縫焊接完成后用埋弧焊焊接正面焊縫。焊縫焊接過程參數(shù)見表5。

表5 焊接工藝參數(shù)

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 無損檢測

焊接完成后對焊縫表面進(jìn)行外觀檢測，焊縫表面成型均勻、致密、無焊瘤、弧坑和咬邊等表面缺陷存在。焊接完成24h 后對焊縫表面按照ISO23278 進(jìn)行磁粉檢測，磁粉檢測結(jié)果表面焊縫表面無裂紋、未熔合、未焊透等缺陷。

3.2 焊縫宏觀及微觀金相分析

焊縫宏觀金相照片見圖2，根據(jù)圖2 分析焊縫內(nèi)部未見裂紋、未焊透、夾渣、氣孔等缺陷，試驗結(jié)果滿足ISO 17639 標(biāo)準(zhǔn)要求。焊縫微觀組織見圖3、圖4。

圖2 焊縫宏觀金相照片

圖3 100X 焊縫金相組織

圖4 500X 焊縫金相組織

根據(jù)焊縫微觀金相分析可知，焊縫內(nèi)部組織為索氏體+鐵素體。焊縫內(nèi)部組織均勻，無淬硬組織出現(xiàn)[3-4]。

3.3 力學(xué)性能分析

焊接試板按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)試樣制備及拉伸、硬度性能檢測。其中試樣拉伸強(qiáng)度在701～719MPa 且斷裂位置為母材，試驗滿足ISO 15614-1 標(biāo)準(zhǔn)要求。試驗結(jié)果見表6。

表6 試樣抗拉強(qiáng)度

焊縫硬度（HV10）結(jié)果見表7。試樣最大硬度值為229，試驗結(jié)果滿足ISO 15614-1 標(biāo)準(zhǔn)要求。

表7 焊縫硬度檢測結(jié)果

4 結(jié)論

①根據(jù)25CrMo4 母材的化學(xué)成分計算其最大碳當(dāng)量在0.74%，因而焊接時應(yīng)采取預(yù)熱及焊后緩冷來避免焊接裂紋的產(chǎn)生。

②根據(jù)等強(qiáng)原則選用CHW-S10 焊絲及CHF101 焊劑可以滿足60mm 板厚試件焊接。焊后對試板進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。試樣抗拉強(qiáng)度、硬度值均滿足ISO 15614-1 要求。