35CrMo与NM360异种材料焊接工艺技术

35CrMo与 NM360异种材料焊接工艺技术

朱学来

中车永济电机有限公司 山西 永济 044052

摘要：为了解决35CrMo与NM360异种材料焊接时产生冷裂纹的问题，通过对这两种母材的焊接性进行了分析，选择合适的焊接材料、适当的焊接方法和匹配的焊接参数，进行工艺验证，使焊后冷裂纹得到有效控制，获得满意的焊接接头。

关键词 35CrMo；NM360；焊接工艺；冷裂纹

0 引言

某铲板总成是某煤科院研制的一种掘进机前端的采煤装置。由于该设备的作业环境以及使用的需求，其铲尖部分材质采用强度高，耐磨性好的35CrMo高强钢，且与其搭配焊接的另一母材材质也均为耐磨性极佳的NM360耐磨钢，二者均为中碳合金钢，焊接性差。

1.焊接性分析

35CrMo与NM360板材搭接形成塞焊焊缝进行焊接，由于是两种不同材料的焊接，其化学成分和物理性能的差异，对焊接品质有一定的影响。

为充分考虑合金元素对焊接性的影响，根据碳当量来判断母材的焊接性。由于35CrMo钢和NM360钢均属于中碳合金钢，且所用钢板厚度超过20mm,故选用美国焊接学会推荐的碳当量公式计算35CrMo钢的碳当量为0.70%，NM360钢的碳当量为0.549%。结合母材厚度，从表1中查出这两种钢的最佳焊接条件。

表1 不同焊接性等级钢材的最佳焊接条件

由以上可知，这两种钢的焊接性均不良，尤以35CrMo钢更甚，焊接时淬硬倾向较大，且Ms点又低，因而在过热区很容易得到大量的硬脆组织─高碳马氏体，从而导致严重脆化。焊接后容易出现冷裂纹缺陷。

通过母材焊接性分析，并通过放大镜观察产品裂纹，发现裂纹颜色光亮，无氧化色，同时结合裂纹出现的时间点，进一步确认该裂纹为冷裂纹。

2 工艺方案的确定

2.1 焊接材料及焊接方法的选择

综合考虑这两种钢的焊接性，根据工件与接头等强度原则。焊材选择Ø1.2mm ER110S-G焊丝，焊接方法采用MAG焊，保护气体为80%Ar+20%CO_{2 。}

2.2 焊前清理

焊前将坡口表面及周围20mm范围内的铁锈用钢丝刷和砂纸去除干净，直至露出金属光泽，然后用汽油或丙酮清洗已清理的表面，保证将油污、水分等杂质清理干净，防止因焊件表面水分等杂质导致氢致冷裂纹。

2.3 焊前预热

由于35CrMo钢的焊接性较差，所以其预热温度的确定非常关键。焊前合理的预热有利于焊接接头中扩散氢的逸出，以减少组织的淬硬倾向。预热温度的确定，主要与焊缝金属中的扩散氢含量、坡口形式、母材化学成分、焊件的拘束度大小等因素有关。对预热温度的估算，目前主要有Seferain(舍尔夫经验公式)法、裂纹敏感指数法、临界冷却时间法和工艺试验法。据现有资料，关于中碳调质钢预热温度值的估算迄今为止还没有一个可供采纳的公式。因此，由Seferain法、裂纹敏感指数法等得出的预热温度值仅作为参考，再结合焊接工艺试验情况，最终确定预热温度。

由Seferain法对预热温度（T₀）进行计算，确定预热温度在（220±10）℃的范围。

2.4 层间温度的确定

采用氧--乙炔枪对工件进行加热，将层间温度控制在不低于210℃的范围内。焊接整个过程必须连续进行，中途不得中断，力求缩短各层焊缝的焊接间隔时间。并依据ISO 13916（焊缝预热温度、道间温度及预热维持温度的测量指南）标准，使用测温仪监测温度变化。

2.5 焊接工艺参数的确定

焊缝工艺参数见表2。

表42 焊接工艺参数

2.6 焊接方法

为保证焊接时不易产生裂纹，除了选材和预热外，还需从焊接方法上入手，即采用短道焊，使焊缝及热影响区缓慢冷却。焊接长焊缝时，每一道不要焊太长，使被焊的这一段在较短时间内重复受热。根据实际情况应采用分段跳跃法进行施焊，每段焊缝的长度为150～200mm。为减少焊接时间，防止工件温度下降过快，两名焊工可对称焊接，施焊时焊缝应向母材圆滑过渡，不允许焊接接头有未焊透、咬边等缺陷，以避免裂纹或脆性断裂裂源的产生。

2.7 焊后缓冷

为了减少焊缝内应力及焊接变形，防止裂纹产生，焊后将接头处用氧--乙炔枪重新加热至220℃，然后用保温材料覆盖焊缝及热影响区保温缓冷，以消除残余应力并排除扩散氢的影响。

2.8 打磨清理

待完全冷却后，用钢丝刷清理焊缝及焊缝周围的熔渣及飞溅，用风砂轮打磨焊缝外表面光滑及圆弧过渡。

2.9 焊接检验

（1）外观检验 焊缝成形良好，表面无裂纹、焊瘤、气孔、咬边、凹陷及未焊透等缺陷。

（2）内部检查 对试件焊缝截面进行宏观金相试验。检验结果内部无裂纹、未焊透和未融合等缺陷，无超标的夹渣和气孔等缺陷，接头质量达到了国家标准规定的Ⅱ级以上要求。

3 结束语

通过对35CrMo钢的焊接，可以知道碳当量高的中碳钢在焊接时容易产生裂纹。所以，在操作过程中，必须保证适当的预热温度和层间温度。焊后及时进行后热处理，是保证焊接接头获得良好金相组织的关键。

参考文献

[1] 中国机械工程学会焊接学会. 焊接手册［M］. 2版. 北京： 机械工业出版社, 2001.

[2] 焊接手册.中国机械工程学会焊接学会.北京.机械工业出版社.1992.