42CrMo焊接工艺

142CrMo钢冲压操控性分析

42CrMo钢系中碳mieu武艺高强钢，钢的Ceq值高达 0.893%，模量较差。虽然助焊剂合金中电阻率高，在冲压操作过程中，助焊剂合金的一小部分要熔化到沟槽合金中去，致使焊层合金电阻率增高，沟槽凝结沉淀时，沉淀环境温度区段大，偏析偏激也非常大，加之含氧杂质和气孔的负面影响，难在焊层合金中引起热裂缝。特别是在前半段处，裂缝更为敏感。热裂缝的特征是裂缝垂直于沟槽球盖波浪，呈现不明显的螺旋形，但也有沿沟槽合金与碳纳米管合金交界处发展造成。为避免造成热裂缝，要求选用盒形塞雷县，通常塞雷县中电阻率在0.15%下列。

42CrMo钢淬硬偏激性大，助焊剂合金热负面影响区难造成低塑性的淬硬组织，Ms点又低，因而在退火区造成大批脆硬的纤维状，导致严重差排，工件愈厚，则淬硬偏激愈大。该焊件刚性大，若铜焊或冲压工艺技术换用不当，在焊件加热至300℃下列时，难沿热负面影响区的淬硬区造成冷裂缝。42CrMo钢的冲压冷裂缝通常是在焊后加热操作过程中，在Ms点附近或200～300℃的环境温度区段造成的。冷裂缝的起源多发生在具有缺口效应冲压热负面影响区或有物理化学不均匀的氢聚集的局部地带。冷裂缝有时候焊后立即再次出现，有时候经过一段天数才再次出现。而延后裂缝的危害性更为严重，实践证明，钢种的淬硬偏激、冲压接点的氢浓度及其分布，和冲压接点的拘束应力状况是造成延后裂缝的五大主要就因素。冲压接点的淬硬偏激主要就取决于钢种的化学成分，其次是结构形式，冲压工艺技术和加热前提等。能采取焊后后热和缓冷等办法来调整加热天数。适度缩短零点加热天数C′f ，可减少钢的淬硬偏激。

2冲压工艺技术

2.1 冲压金属材料的优先选择

武艺高强钢冲压接点的含碳量越高，则裂缝偏激越大。当局部地区的含碳量达到某一零点值时，开始再次出现裂缝；之后随含碳量的增加，裂缝尺寸和数量也在不断增加。造成延后裂缝时的零点含碳量与紧接著环境温度、刚度前提和加热前提等有关。

冲压时，冲压金属材料中的水份，焊件坡口表面的渗漏、硫化铁、和空气湿度等都是沟槽合金大连友谊氢的主要就原因。通常情况下助焊剂和塞雷县中氢量极少，能忽略不计。铜焊药皮中水份越高，则沟槽中的扩散氢浓度越高。在冲压操作过程中，虽然静电的高温作用，氢分解为原子或离子状况，并大批溶解在硝酸锶中。在随后加热凝结的操作过程中，虽然溶解度急剧减少，一小部分氢极力向外溢出，而仍有一小部分氢残留在沟槽内部，使沟槽中的氢处于过饱和状况。沟槽中的氢浓度与铜焊的类型、烘干前提及焊后的加热速率等有关。电阻率较高的钢种对裂缝和敏化有非常大的敏感性，所以沟槽合金的电阻率通常应高于助焊剂，使沟槽的裂缝偏激高于助焊剂。针对42CrMo钢的冲压操控性及座圈的工作特点，换用J507铜焊，直径为5mm。J507铜焊气压虽有些不足，但选用这种低匹配铜焊施焊，对减少冲压时冷裂偏激是有利的，而且J507铜焊的气压与原图纸要求材质35CrMo的气压相当。

2.2 紧接著及层间环境温度的优先选择

为了有效地避免42CrMo高气压钢冲压冷裂缝的造成，紧接著是非常必要的。紧接著能减缓冲压接点的加热速率，适度缩短800～500℃的加热天数，从而减少或避免退火组织，同时也有利于氢的逸出。

紧接著环境温度的确定，主要就与沟槽合金中的扩散氢浓度、坡口形式、助焊剂化学成分、冲压构件的拘束度大小等因素有关。对紧接著环境温度To的估算有多种：

由碳当量法公式：

To=360·Ceq (1)

求得To为321℃。

由中碳钢紧接著公式：

To=550·(C-0.12)+0.4h (2)

式中C——助焊剂电阻率，％

h——助焊剂厚度，mm。

求得To为206℃。

由下列公式：

To=324 Pcm+17.7[H]+0.14σb+4.72h-214 （3）

式中 Pcm——化学成分的冷裂缝敏感指数，％，

Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10=0.585；

[H]——熔敷合金中扩散氢浓度，mL/100g；

σb——助焊剂抗拉气压，MPa。

求得To为258℃。

参照以上求出的紧接著环境温度，最后确定选用整体紧接著(应用车间井式加热炉)，紧接著环境温度为400℃。

有的部分选用多层焊时，虽然次层对前层有消氢作用，能改善前层沟槽和热负面影响区的淬硬组织。但如果不严格控制后热和层间环境温度，则会因氢量的逐层累积导致延后裂缝的偏激更大。为了满足不致造成裂缝的施工前提，即冲压层的实际加热天数t100应大于造成裂缝的零点加热天数tcr。在整个施焊操作过程中，用履带式加热器进行保温，使层间环境温度控制在(350±20)℃的范围内。

2.3 后热环境温度的确定

焊后及时进行热处理可减少或消除冲压残余内应力，改善焊层的显微组织，并可加速沟槽中的氢向外扩散。

后热对中碳mieu钢的热负面影响区和沟槽组织还具有韧化效果。为了使沟槽合金中扩散氢加速逸出，减少沟槽和热负面影响区中的氢浓度，工件通常应在焊后立即进行消氢处理。在实际冲压生产中常选用较高环境温度的去应力退火处理，可使焊层和热负面影响区的扩散氢浓度及内应力降至很低的水平，从而达到避免再次出现延后裂缝的目的。为此，优先选择及时进行600～650℃的焊后去应力退火处理工艺技术。

2.4 冲压工艺技术的评定

为了验证上述工艺技术参数是否合适，以该42CrMo座圈的mieu夹头作试件，进行堆焊裂缝试验。紧接著环境温度为400℃，焊后进行600～650℃去应力退火处理试验，试件放置48h后进行磁粉探伤检查，未发现裂缝。依据GB2652-89堆焊合金拉伸试验法，在mieu夹头上截取拉伸试样，测得σb为95MPa，σs为90MPa；依据GB2654-89堆焊合金硬度试验法，在mieu夹头上将焊层表面磨光，测得硬度为HB200。上述力学操控性数据，与原图纸要求材质35CrMo的气压相当，证明所选工艺技术参数是合理的。

2.5 冲压操作过程应注意的问题

(1)焊前严格清除工件表面的渗漏、硫化铁、水渍和毛刺。

(2)将工件整体装入井式加热炉中紧接著，紧接著环境温度为400℃，升温速率80℃/h，保温4h。

(3)铜焊使用前经350～400℃烘干，保温2h，然后放入保温筒内，随用随取。

(4)选用直流反接(即工件接负极)，冲压电流180～220A，电流电压23～25V，冲压速率180～190mm/min。

(5)在施焊操作过程中选用履带式加热器保温，由两名焊工在两侧对称施焊，整个冲压操作过程连续进行，中途不得中断，并力求缩短各层(道)沟槽的冲压间隔天数，换用灵敏度高、精度好的测量仪监测环境温度变化，控制层间环境温度在(350±20)℃的范围内。在不造成裂缝的情况下，每个焊层尽量簿，通常不大于铜焊直径，每条焊道的引弧、收弧处要错开，收弧时填满弧坑。对每层焊道进行认真检查，对已造成的气孔、裂缝等缺陷须彻底清除后，再重新进行冲压。

(6)为了减小冲压应力，用锤头圆角为1.0～1.5mm的风铲逐层锤击焊道表面，相邻两焊层间的锤击方向要相反。

(7)整个工件堆焊完毕后，在工件加热至350℃以前置于400℃的井式炉中，升温至600～650℃，保温4h，随炉加热至150℃后取出空冷。升温速率为80℃/h。去应力退火工艺技术如图2所示。

(8)去应力退火后,对堆焊表面进行磁粉探伤检查,未发现裂缝等缺陷,机械加工后也未发现裂缝。

图2 焊件去应力退火工艺技术曲线

3结 论

3.1选用手工静电焊方法对42CrMo中碳mieu钢进行堆焊，首先要优先选择合适的冲压金属材料。实践证明，换用力学操控性综合指标均较助焊剂力学操控性指标低的铜焊，能够获得较为理想的结果。选用合理的冲压工艺技术施焊，能使堆焊质量达到原设计要求。

3.2为避免42CrMo钢的冷裂缝，焊前应进行紧接著，控制好层间环境温度和后热处理是工艺技术的关键。为了保证冲压层具备一定的冲击韧性值，应优先选择合适的冲压线能量。

3.3对中碳mieu钢紧接著环境温度的估算，借用公式进行计算，只能作为参考。在实际冲压操作过程中，要作一些工艺技术试验和修正，使紧接著环境温度和层间环境温度不得高于计算值；后热处理的关键在于及时进行。