中碳调质钢30CrNiMo8与S355JR异种钢的焊接

中信重工机械股份有限公司 （河南洛阳 471039） 刘须收 肖德政 吴建英

1. 概述

30CrNiMo8是前西德引进的钢种，属优质合金钢，它是在优质碳素结构钢30Cr2Ni2Mo基础上，适当加入一种或几种合金元素而制成的钢。按化学成分分类，30CrNiMo8属中碳钢，由于其自身具备的优点，故在化工超高压容器中得到一定的应用；而S355JR则为低合金高强钢。

近年来，我公司将30CrNiMo8进行调质处理，应用到焊接齿轮的齿圈中，将S355JR应用到焊接齿轮的腹板中。30CrNiMo8与S355JR均属于欧洲标准牌号，为研究该异种钢的焊接性，本文通过对其进行焊接性分析，制定合理的焊接工艺，采用ENISO15614标准进行焊接工艺评定，用于指导焊接齿轮的生产。

2. 试验前期准备

（1）焊接性分析 试验母材30CrNiMo8及S355JR的化学成分和力学性能如表1所示。

表1 30CrNiMo8及S355JR化学成分和力学性能

根据国际焊接学会推荐的碳当量和冷裂纹敏感指数计算：30CrNiMo8钢的Ce、Pcm分别为0.74%、0.44%，S355JR钢的分别为0.54%、0.37%。两种钢的碳当量和冷裂纹敏感指数均分别大于临界值0.40%和0.20%，具有较高的淬硬和冷裂纹敏感倾向，尤其是30CrNiMo8，淬硬倾向更大，如果工艺不合理，可能在焊接热影响区产生大量的马氏体，导致其严重脆化，从而增大焊接接头的冷裂倾向。

（2）焊接方法及焊接材料 采用埋弧焊，焊丝牌号为H08MnA，焊剂牌号为HJ431，其力学性能如表2所示。焊剂焊前400℃烘干，保温90min。

表2 力学性能

（3）焊接坡口形式及焊接参数 焊接接头采用带垫板的对接接头形式，如图1所示。焊接参数及焊接顺序分别如表3、图2所示。

图1 焊接试板

表3 焊接参数

图2 焊接顺序

3. 焊接难点控制及实际效果

（1）预热温度 由于30CrNiMo8碳当量及冷裂纹敏感指数高，易产生焊接裂纹，因此焊前必须预热，其目的是为了降低焊接接头的冷却速度，减少马氏体的产生，从而改善焊接接头组织，以降低产生冷裂纹的几率。根据预热温度经验公式T=碳当量×360℃，可知30CrNiMo8预热温度为266℃，为保证焊接接头不出现焊接裂纹，本次焊接试验中选择预热温度为280℃。

（2）堆焊过渡层 为减少由于30CrNiMo8中合金元素稀释造成的焊接裂纹，采取堆焊过渡层的措施，即在30CrNiMo8坡口上堆焊3层过渡层，如图3所示，然后进行去应力退火，退火后与S355JR焊接，如图4所示。焊接完毕后，再次进行去应力退火。

图3 堆焊过渡层

图4 30CrNiMo8与S355JR对接

（3）焊后缓冷 焊后立即用石棉布包敷焊接试板，以降低焊接接头的冷却速度，从而减少马氏体产生的几率，降低冷裂纹倾向。

（4）实际效果 通过选择焊丝H08MnA，焊剂HJ431，焊缝成形美观，未出现气孔、夹渣、裂纹等缺陷，UT达到BS EN ISO 5817 B级，达到预期效果。

4. 焊接工艺评定

（1）拉伸试验 按照ENISO15614标准对焊接接头进行拉伸试验，试验结果如表4所示，试样照片如图5所示。

表4 焊接接头拉伸试验

图5 拉伸试样

由表4可知，拉伸试样断于母材S355JR上，焊接接头强度高于母材，符合标准要求。

（2）弯曲试验 按照ENISO15614标准对焊接接头进行弯曲试验，试验结果如表5所示，试样照片如图6所示。

表5 弯曲试验

图6 弯曲试样

由表5和图6可知，弯曲试样表面未出现裂纹、气孔等缺陷，符合标准要求。

（3）夏比冲击试验 按照ENISO15614标准对焊接接头进行夏比冲击试验，其结果如表6所示。

表6 夏比冲击试验

由表6可知，焊缝及热影区的冲击吸收能量均高于母材，符合标准要求。

（4）低倍试验 按照ENISO15614标准对焊接接头进行低倍试验，其结果如图7所示。

图7 低倍试样

由图7可知，焊缝及热影响区未出现裂纹、气孔、夹渣等缺陷，焊缝熔合良好，符合标准要求。

5. 结语

（1）采用埋弧焊焊接中碳调质钢30CrNiMo8与低合金高强钢S355JR，通过选择合适的焊接材料，制定合理的焊接工艺，并严格控制热输入，获得了良好的焊接接头，UT达到BS EN ISO 5817 B级，达到预期效果。

（2）通过EN ISO15614标准对焊接接头进行焊接工艺评定，拉伸、弯曲、冲击、低倍试验均满足标准要求，达到了预期效果。