某产品上配套灭火瓶所采用的材料为30Cr-MnSiA，瓶体材料厚度3mm，主要制造工艺为焊接。该灭火瓶承受压力很高，质量要求也很高。焊接工艺的适用性就非常关键，所以为保证公司产品制造顺利进行，需要进行焊接工艺试验，确定合理的焊接工艺来进行质量保证。
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30CrMnSiA的化学成分和力学性能
30CrMnSiA是我国目前应用非常广泛的一种中碳调质钢，W（C）%=0.28%~0.35%，加入Si
可以提高低温回火抗力，这种钢退火状态下组织为铁素体和珠光体，经870~890℃淬火，510
~550℃高温回火为回火索氏体。这种钢的缺点是在300~450℃内出现第一类回火脆性，因此回火时需避开该温度范围。另外，这种钢还有第二类回火脆性，因此高温时需采取快冷措施，否则冲击韧度会显著降低。30CrMnSiA的化学成分及力学性能见表1、表2。
2 30CrMnSiA的焊接性分析
30CrMnSiA钢是一种典型的Cr-Mn-Si系中碳调质钢，碳含量较高（按照国际焊接学会推荐的碳当量公式C当量=[C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni
+Cu)/15]×100%计算，碳当量最高超过0.7%，淬硬倾向较高，增大了焊接接头的冷裂敏感性。这种钢也属于调质钢，热处理强化钢。它的淬硬性比低碳钢高得多，具有很高的硬度和强度,
但韧性相对较低，给焊接带来很大的难度。
30CrMnSiA钢属于中碳调质钢，含碳量较高,
结晶温度区间宽，容易出现偏析，所以这种钢对结晶裂纹比较敏感，焊接时容易在弧坑和焊缝中凹下的部位开裂。为了防止结晶裂纹，在选用焊接材料时应尽量选用含碳量比母材低，硫、磷等杂质少的填充金属。在选用焊接参数时要注意降低熔合比，采用小焊接线能量的焊接规范参数，操作时应注意填满弧坑及保证良好的焊缝成形。
30CrMnSiA的碳及合金元素含量高，熔池的结晶温度区间大，偏析严重，因而具有较大的热裂纹敏感性。此外，30CrMnSiA钢的含碳量较高，其焊接冷裂纹倾向也比较大，碳和硅在钢中容易偏析，特别是存在铜杂质含量较高时，就可能产生焊接热裂纹，对于厚度较大的复杂构件，焊接前需要进行预热处理，这种钢焊后经调质处理能获得较好的力学性能。中碳调质钢的淬硬倾向十分明显，冷裂倾向较为严重，这是因为中碳调质钢的含碳量较高，加入的合金元素也较多，在500℃以下的温度区间过冷奥氏体具有更大的稳定性所致，属于高淬硬倾向钢。所以焊接后应采取及时的热处理工艺。
3 焊接工艺评定试验
根据30CrMnSiA焊接性分析结果可知，30-CrMnSiA的焊接性较差，对冷裂纹较为敏感，而且热影响区的性能也难以保证。因此只有在退火状态下进行焊接，焊后整体结构进行淬火+高温回火处理，才能比较全面的保证焊接接头的性能与母材相匹配。
30CrMnSiA焊接工艺评定试验选用厚度为3mm,
250mm×400mm的试板一副；焊接坡口的加工采用机械加工方法。试板坡口加工示意图见附图。
根据30CrMnSiA的焊接特点以及各种焊接方法的比较，30CrMnSiA的焊接采用脉冲钨极氩弧焊（GTAW）较为合适，有利于缩小热影响区宽度，获得细晶组织，提高焊接接头的力学性能。焊接材料采用低碳合金系材料，并尽量降低焊缝金属的硫、磷杂质含量，以确保焊缝金属的韧性、塑性和强度，提高焊缝金属的抗裂性。30CrMnSiA的热裂倾向较大，因此选用了低碳、低硅的焊接材料H18CrMoA，焊接前对待焊区域两侧20mm范围内彻底清理干净，直至露出金属光泽。并在焊接前将试件送进烘箱，预热到
250℃
左右方可进行焊接；焊接时单丝多道焊，单面焊双面成形，不摆动。焊接后进行后热处理，送入烘箱400℃左右，保温1~2h，并随烘箱冷却。焊接工艺参数见表3。
30CrMnSiA试板焊接完成后，按照《HB5135
-2000结构钢和不锈钢熔焊接头质量检验》，进行100%RT，MT检查合格后，进行调质处理。热处理工艺为：正火910±10℃，保温40~50min油淬；580±10℃高温回火，保温60~70min，水冷。
热处理完毕，按照《HB5135-2000结构钢和不锈钢熔焊接头质量检验》，进行100%RT,
MT检查，焊接接头质量合格，参照公司针对该产品编制的技术文件和国内焊接工艺评定规范,
对试板取样进行了拉伸、弯曲试验，试验结果见表4。
4 结束语
通过对30CrMnSiA焊接性试验，得到了合适的焊接工艺参数，并经受了军工产品严格的技术测试项目，满足了航空技术条件的要求。公司技术部门编制了合理的焊接工艺，在产品制造中得到了广泛应用，保障了该型产品的批量制造，为公司创造了良好的经济效益。
参考文献
[1] 周振丰. 焊接冶金学. 北京: 机械工业出版社．
[2] 邹增大. 焊接材料、工艺及设备手册. 北京: 化学工业出版社．
[3] 陈祝年. 焊接工程师手册[M]. 北京: 机械工业出版社．
[4] 周振丰,张文钺. 金属熔焊原理及工艺[M]. 北京: 机械工业出版社．
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(2015-02-16 23:48:37) 
