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34CrNi3Mo钢制备微裂纹试板

时间: 2011-07-12 09:01 来源: 作者: 点击:

张希川 安振之 王书芳 马学智

  摘 要:制备微裂纹试板以用于着色探伤试验时,由于对微裂纹的宽度和出现区域有严格要求,需要较复杂的焊接艺并经多次试验方可满足要求。而此项焊接试验对中碳高强钢防止焊接中出现裂纹的工艺研究也提供一定的帮助。了工
  关键词:微裂纹;着色探伤;中碳合金钢
  中图分类号:TG441.3  文献标识码:A

Research on preperateon of microcrak test piece of 34CrNi3MoA

ZHANG Xi-chuan1 AN Zhen-zhi
(College of Material Science and Engineering, Shenyang Polytechnic University, Shenyang 110023, China)
WANG Shu fang
(College of Mechanical Engineering, Shenyang Polytechnic University, Shenyang 110023,China)
MA Xun-Zhii
(Welding Equipment Agency, Shenyang Polytechnic University, Shenyang 110023,China)

Abstract:The work piece for micro-crock test, used in the olye penetrant inspecting test, needs complex welding process as well as many experiments to fullfil the strict demands for the width and appearing districts of micro-crack.The welding experiment discussed here will benefit the research of prevention of crack in the welding process of middle carbon steel.
Key words:microcrack; dye penetrant inspection; middle carbon alloyed stee

  34CrNi3Mo钢属Cr-Ni-Mo系调制钢,具有,较高强度、高淬透性、焊后易产生裂纹等特点。如果采用适当工艺,可以避免裂纹的产生。为了科研的需要,需用该种材料制备微裂纹试件,以用着色作探伤教学之样板及分析焊接工艺之依据。因为是微裂纹,要求其裂纹宽度小于0.02mm,用眼睛观察,这样的裂纹是不可见的。而在X光探伤中,这样的裂纹也不易在底片中显现。还要求这种裂纹应出现在指定的焊缝区域内。制备这种试件因裂纹宽度不易控制,没有现成工艺可供参考,因此有较大难度。
  所采用的试板为120mm×80mm×4mm,每两块为一组,长边对接焊。在焊接中由于试板较小,易被前期焊接预热,焊速较慢时完全不产生裂纹,如果焊速较快,因预热差,又会产生较大裂纹。要控制产生裂纹,还要求裂纹用眼睛看不到,其工艺是较为复杂的。

1 焊接材料的选择

  34CrNi3MoA是高强度中碳调制钢,其化学成份见表1.它的抗拉强度在950MPa以上,调质处理后硬度在HB300左右。从表1中看出,该钢种碳含量居中碳位置,铬、镍等合金含量较多,因而具有高淬透性,预热条件不好时,较易出现裂纹。采用该钢种作试板材料,经适当控制,可以出现所要求产生的焊接微裂纹。

表1 34CrNi3MoA钢的化学成份

CMnSiCrNiMoSP0.30.71.21.03.10.35≤0.02≤0.02

  因为试验要求只允许裂纹出现在指定区域,其他区域不允许出现裂纹,所以选择填充材料时可用多种材料分别用于不同区域以满足裂与不裂的要求。
  采用手工电弧焊,试用J422焊条及其它几种电焊条,焊缝皆出现不符合要求的较大裂纹。这是由于手弧焊时,因熔渣覆盖,不易观察熔池情况,再加上所售电焊条无法满足试验要求所致。改用氩弧焊,对熔池可直接观察,而且可以选择填充材料直接熔入熔池,焊接效果要好得多。氩弧焊时采用直流正接焊法,工件接正极。
  经试验,用手工钨极氩弧焊接,配以H20Cr3NiMoA和H20CrMoA焊丝。(由于焊丝成份与母材接近,且试板较薄,预热较容易),焊后不会产生裂纹,适宜焊接不裂区焊缝。选用1Cr18Ni9Ti焊丝也可有效防止产生裂纹。
  焊接裂纹区宜用60号、65Mn、85号等高碳钢丝,其化学成份如表2所示。上述几种焊丝在自然冷却条件下都产生了裂纹。只是85号钢丝产生的裂纹容易出现,也容易控制,成为首选材料。

表2 钢的化学成分

钢号CSiMnSP600.57~0.650.17~0.370.50~0.80<0.04<0.0465+Mn0.62~0.700.17~0.370.90~1.20<0.04<0.04650.82~0.900.17~0.370.50~0.80<0.04<0.04

2 焊接工艺

  两块试板焊接到一起之前应先并列摆好,在两端的间隙处进行点固焊。起点间隙为0,终点间隙为3mm.点固焊点长5~15mm.经试验,采用如表2所列规范时,较易控制微裂纹。

表3 焊接规范板

板厚
mm
接头
形式
间隙
mm
钨极直径
/mm
焊接电流
/A
氩气流量
(L.min-1)
焊接
层数
5  0~226082

  施焊时,应首先焊接无裂纹区,采用H20850.82~0.900.17~0.370.50~0.80<0.04<0.04CrMoA或1Cr18Ni9Ti丝,环境温度较低时应注意预热和保温,待无裂纹区焊缝冷却后再焊接微裂纹区的焊缝。焊接微裂纹区焊缝时采用85号焊丝作补充材料,应对冷却速度作一定的控制。方法就是每一小段焊后,要断弧,用氩气吹拂进行冷却,效果较好。由于冷却速度不同,会出现无裂纹或裂纹较大的情况,这时须用氩气流量的大小来调整冷却速度,以得到预期的微裂纹。
  对试板应进行双面焊接,每面只焊一层焊缝。微裂纹应在第一层焊缝的指定区域中出现,背面的焊缝主要作用是防止先期焊缝的裂纹扩展。由于背面焊缝的收缩作用,先期出现的微裂纹还会被压缩,得到很好的保护。
  试验要求裂纹出现在不同的方向,为了控制各向裂纹,须采用专用夹具。

3 夹具装置

  设计夹具的目的是为了限制焊缝的自由收缩,使试件焊缝中产生拉应力而出现微裂纹,纵向裂纹夹具如图1所示。压板压在预定微裂纹区的两侧,焊前对压板预加较少的压力,待焊过一小段后马上压紧两侧的压板,制造拘束条件。其压紧力应试验进行,主要以所产生的裂纹情况评价依据。实践证明,寻找合适的压紧力以产生所需的微裂纹是可以办得到的。

图1 纵向裂纹夹具

  横向裂纹夹具如图2所示,是参照可调拘束试验方法设计的.夹具由曲率模块、上压板、夹紧螺钉构成.试板一端被压在曲率模块上,焊缝裂纹区对应出现在(段内。F外力是用气动装置加在试板边缘的,在焊接一段的过程中F力突然加载,迫使试板与模块贴合,在试件上表面产生的应变

其中 h为板厚;R为模块曲率半径。应变的大小可以通过更换不同曲率半径的模块来调节,调节即调节横向裂纹的大小,加载速度可达方法设计的。夹具由曲率模块、上压板、夹紧螺钉构成。试板一端被压在曲率模块上,焊缝裂纹区170~230mm/s,加载时间0.05~0.2s.裂纹在熔池后部产生,迅速经低温侧扩展,裂纹产生的大小受工艺参数影响较小。模块曲率半径经试验确定,大约在R=500mm时会出现微裂纹。

图2 横向裂纹夹具

4 着色检验试件

  着色探伤是用渗透剂在裂纹处显现办法显示裂纹。其流程为清洗-渗透-清洗-显示-观察。着色探伤的灵敏度为0.01mm,裂纹深度不小于0.03mm.焊成的试板如果在焊缝处有用眼睛可见的裂纹,说明裂纹较大,这是不可用的。必须是不可见而又在着色探伤中显示出的裂纹才是所要求出现的裂纹。

5 结论

  (1)选用34CrNi3MoA中碳调质钢是制备着色探伤所需要的微裂纹试板的合适材料;
  (2)手工钨极氩弧焊方法容易控制微裂纹以满足试验要求;
  (3)85号焊丝作填充焊缝的材料可获得符
  (4)纵向和横向的微裂纹须依靠夹具的帮助而产生。

作者简介:张希川(1953-),男,山东宁津人,沈阳工业大学高级工程师
作者单位:张希川 安振之 沈阳工业大学材料科学与工程学院,辽宁 沈阳 110023
     王书芳 沈阳工业大学机械工程学院,辽宁 沈阳 110023
     马学智 沈阳工业大学焊接器材经销公司,辽宁沈阳110023

参考文献:
[1]印有胜.金属焊丝缺陷与防止[M].哈尔滨:黑龙江科学技术出版社,1995.
[2]王健安.金属学与热处理[M].北京:机械工业出版社,1985
[3]美国金属学会.金属手册[M].北京:机械工业出版社,1984.

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