齐齐哈尔二机床（集团）有限责任公司 邢芳
摘要：本文通过对30CrMnSiA钢焊接性的分析，制定了合理的焊接工艺，取得了良好的焊接质量，对中碳调质类高强钢的焊接具有一定的指导和借鉴作用。
我公司与航天211所合作制造的Z6350-373型环缝总装焊接系统，其结构如图1所示，从图中可知，该件采用大量的环形零件，多数直径在φ5050-φ6050左右，很多环体板厚在80-120mm之间。 其中关键件5-1-2-0环体，其结构抛面图如图2所示，其材质为中碳调质钢30CrMnSiA，下料和焊接都非常困难，因此，30CrMnSiA的焊接接头性能以及合理的装焊顺序将直接影响到该环缝总装焊接系统的整机性能和使用寿命。
图2. 5-1-2-0环体结构抛面图
1、实验材料
实验采用的母材为30CrMnSiA中碳调质钢，其化学成分和力学性能如表1-1和表1-2所示。
表1-1 材料化学成分(质量分数，%)私有化
材料 | C | Si | Mn | S | P | Cr | Ni |
30CrMnSiA | 0.28-0.35 | 0.9-1.2 | 0.8-1.1 | ≤李叔同的传奇人生0.030 | ≤0.035强捻纱 | 0.8-1.1 | ≤0.30 |
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表1-2 30CrMnSiA的力学性能
材料 | 屈服强度/Mpa | 抗拉强度/Mpa | 伸长率/% | 冲击功/ J |
30CrMnSiA | ≥835 | ≥1080 | ≥10 | ≥39 |
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2、焊接设备及工具
CO2气体保护焊焊机为唐山公司生产的松下KRⅡ500型，手工电弧焊焊机为OTC的VR400Ⅱ，远红外测温仪ST20，TBQ-800 型碳弧气刨机，以及角磨机。
3、30CrMnSi的可焊性分析
根据碳钢及合金结构钢的碳当量经验公式： C=[C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15]*100% 把表1-1的化学含量带入上式可得，30CrMnSiA的碳当量上限为0.81。当碳当量小于0.4%时，钢材在焊接时无淬硬倾向，焊接性良好，不需要预热，除钢板厚度很大和环境温度很低等情况外；当碳当量大于0.5%时，则焊接接头淬硬倾向大，焊后可能出现冷裂纹。30CrMnSiA钢的碳当量值高0.81%，焊接淬硬倾向，冷裂倾向较大，极易产生冷裂纹。30CrMnSiA钢含碳量较高的高强钢，它的马氏体点Ms为250℃，马氏体难以产生自回火效应。马氏体中含碳量高，碳原子以间隙原子存在晶格之中，使铁原子偏离平衡位置，晶格发生较大的畸变，致使组织处于硬化状态，对冷裂纹的敏感性就比较大。所以，需要较高的预热温度，而且焊后应立即进行后热处理。根据反复实践可知，焊接30CrMnSiA所需的预热温度大约在250℃。 4、30CrMnSi的卷筒拼焊工艺
由图2可知：其结构单件多数为直径在5000mm以上的圆筒，由于直接下料较困难，因此其可采用拼焊方式完成，但焊缝要求必须焊透，其焊缝处的坡口形式如图3所示：
图3. 30CrMnSiA钢卷筒拼焊焊缝坡口示意图
马蒂斯剪纸其采用焊条电弧焊打底，MAG焊填充和盖面的组合焊接方式，其熔敷金属力学性能如表4-1所示：
表4-1焊接材料熔敷金属的力学性能
焊材型号 | 抗拉强度/MPa | 屈服强度/MPa | 风流变形记伸长率/% | 冲击功/J |
107Cr | 980 | 880 | 12 | 56 |
ER70-G | 758 | 675 | 21.6 | 88 |
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5、焊接工艺及注意事项：
焊接顺序：圆周上的焊缝由6名焊工均匀分布、对称焊接（工位间设置遮孤板），以减少变形、改善应力分布和避免整体温度下降过快；
采用多层多道焊焊接，层间温度为：250℃-300℃；
焊接翻转时必须采用拉筋等对环体进行加固的措施，提高环体的刚度；
焊接时不许使用线能量高的焊接规范；
不许有裂纹、未焊透等焊接缺陷；
焊接过程中随时对焊接变形进行监控，确保焊后加工余量。
6、结论：
采用以手工电弧焊打底和MAG焊填充和盖面的焊接方式，配合相应的高强度107Cr 焊条和ER70-G焊丝，经过多次的可焊性试验和焊接工艺评定，以及研制专用的焊接工装，采用
半圆切割分体组焊，严格预热和焊后缓冷、消氢处理等工艺措施，经焊后检测其焊接性能良好，满足其使用要求。
希望通过本文的研究，能解决30CrMnSiA等此类中碳调质高强钢的焊接中存在的实际问题，为实际工程应用提供有价值的参考。
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