一種30CrMnSiNi2A鋼的真空電子束焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到一種30CrMnSiNi2A鋼的真空電子束焊接 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 30CrMnSiNi2A鋼的化學(xué)成分是Ni:1. 40~L80;Cr:0? 90~L20;Mn:1. 00 ~ L20;C:0? 27 ~0? 33;Si:0? 90~L20;P:0? 015;S:0? 01;Fe余量，屬于Cr-Mn-Si-Ni合 金結(jié)構(gòu)鋼系。30CrMnSiNi2A鋼具有較高的強度、較好的延性和韌性、良好的抗疲勞性能和斷 裂韌度、低的疲勞裂紋擴展速率，宜制作高強度連接件和軸類零件等重要受力結(jié)構(gòu)部件，特 別適用于制造承受切應(yīng)力條件下的高強度螺栓及軸類，飛機的起落架支柱，機翼主梁及其 它重要連接件。
[0003] 30CrMnSiNi2A鋼的成分與淬透性，都決定它在快速冷卻時很容易得到對冷裂紋敏 感的淬硬組織。同時含碳量越高，馬氏體的硬度與脆性也越高，對冷裂紋就越加敏感，而且 焊后若不經(jīng)熱處理，將會導(dǎo)致熱影響區(qū)軟化。熱影響區(qū)軟化程度和軟化區(qū)的寬度與焊接熱 輸入、焊接方法等有很大關(guān)系。焊接熱輸入越小，加熱和冷卻速度越快，軟化程度越小，軟化 區(qū)的寬度越窄。
[0004] 此外30CrMnSiNi2A鋼的含碳量較高，結(jié)晶溫度區(qū)間寬，容易出現(xiàn)偏析，所以這類 鋼對結(jié)晶裂紋比較敏感，焊接時容易在弧坑和焊縫中凹下的部分開裂。
[0005] 30CrMnSiNi2A鋼還具有應(yīng)力腐蝕開裂敏感性，這種應(yīng)力腐蝕開裂常發(fā)生在水或高 濕度空氣等弱腐蝕介質(zhì)中。
[0006] 鎢極氬弧焊由于熱輸入較大，焊縫對冷裂紋敏感、熱影響區(qū)組織軟化，焊接質(zhì)量不 佳。
[0007] 尤其是厚度20~120mm的航空用30CrMnSiNi2A鋼多采用開坡口的多層多道焊，焊 接接頭反復(fù)多次經(jīng)歷熱循環(huán)，焊接接頭性能和質(zhì)量穩(wěn)定能性不佳。
[0008] 目前，尚無有關(guān)厚度20~120mm的航空用30CrMnSiNi2A鋼的真空電子束焊接報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 為解決20~120mm航空用30CrMnSiNi2A鋼的焊接問題，本發(fā)明提供了一種 30CrMnSiNi2A鋼的真空電子束焊接方法，該方法將兩待焊的30CrMnSiNi2A鋼置于真空室 中，在設(shè)定的真空度和焊接工藝參數(shù)下對待焊面實施電子束焊接，熱輸入量小，焊接速度 快，真空條件下焊縫純凈度高，焊接變形與殘余應(yīng)力小，焊接接頭強度系數(shù)高，焊縫質(zhì)量滿 足GJB1718-2005I級要求。
[0010] 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案： 一種30CrMnSiNi2A鋼的真空電子束焊接方法，30CrMnSiNi2A鋼的化學(xué)成分是Ni: 1. 40 ~1. 80;Cr:0? 90 ~1. 20;Mn:1. 00 ~1. 20;C:0? 27 ~0? 33;Si:0? 90 ~1. 20;P: 0. 015;S:0. 01 ;Fe余量，30CrMnSiNi2A鋼的厚度控制在20~120mm，焊接過程使用到常規(guī)表 面處理、丙酮、酒精、真空室、電子束，本發(fā)明的特征如下： ① 對兩待焊的30CrMnSiNi2A鋼的待焊面分別進行常規(guī)表面處理，之后在超聲波協(xié)助 下依次用丙酮、酒精對所述待焊面進行清洗并去除油污，所述待焊面干燥后備用； ② 將上述①的兩待焊30CrMnSiNi2A鋼置于真空室中并用夾具固定好，設(shè)好電子束 焊接工藝參數(shù)并將電子束置于焊縫上方，然后對真空室實施抽真空，真空室的抽真空度 彡 103Pa; ③ 聚焦電子束，調(diào)定電子束焊接工藝參數(shù)：焊接速度控制在l〇〇~800mm/min，加速電壓 控制在150kV，聚焦電流控制在2000~2500mA，電子束束流控制在60~400mA，工作距離控制 在200~1000_，電子束從兩所述待焊面的一端開始焊接到另一端為止； ④ 所述待焊面焊接完成后，在抽真空條件下冷卻IOmin再去除真空室的抽真空度，取 出焊好的30CrMnSiNi2A鋼即可，要求焊接接頭的強度系數(shù)彡0. 95。
[0011] 最佳的電子束焊接工藝參數(shù)是：焊接速度500mm/min，加速電壓150kV，聚焦電流 2337mA，電子束束流64mA，工作距離500mm; 上述30CrMnSiNi2A鋼可以是板材、鑄件或鍛件。
[0012] 由于采用如上所述技術(shù)方案，本發(fā)明產(chǎn)生如下積極效果： 接頭拉伸、沖擊綜合性能優(yōu)于采用普通熔化焊接， 1、采用能量集中、熱輸入小、穿透能力強、能量轉(zhuǎn)化率高、可控性好的電子束作為施焊 熱源，使得整個焊接過程時間縮短、熱影響區(qū)減小，焊縫質(zhì)量滿足GJB1718-2005I級要求。 [0013] 2、焊接過程在真空室中進行，避免了大氣中有害氣體對焊接接頭性能的影響，有 效地提高了焊接接頭綜合性能。
[0014] 3、對于厚度20~120mm以上的30CrMnSiNi2A鋼，可實現(xiàn)不開坡口單面焊雙面成形， 焊接效率顯著提高，同時避免多層多道焊接中的接頭性能和質(zhì)量下降問題。
[0015] 4、由于電子束焊熱輸入量小，焊接變形小，可有效控制30CrMnSiNi2A鋼的焊接精 度。
【具體實施方式】
[0016] 本發(fā)明是一種30CrMnSiNi2A鋼的真空電子束焊接方法，主要針對厚度是 20~120mm的30CrMnSiNi2A鋼，要求30CrMnSiNi2A鋼的化學(xué)成分須滿足： Ni:1. 40~L80;Cr:0? 90~L20;Mn:1. 00~L20;C:0? 27 ~0? 33;Si:0? 90 ~L20;P:0? 015;S:0? 01;Fe余量。
[0017] 本發(fā)明利用了電子束具有焊接熱量集中，熱輸入量小，焊接速度快，真空條件下焊 縫純凈度高，焊縫及熱影響區(qū)組織相比普通電弧焊細(xì)小，焊接變形與殘余應(yīng)力小端特點，不 但能提高20~120mm航空用30CrMnSiNi2A鋼的焊接效率，而且顯著提高焊接質(zhì)量及穩(wěn)定性， 30CrMnSiNi2A鋼可以是板材、鑄件或鍛件。
[0018] 本發(fā)明焊接前真空室的抽真空度必須彡10 3Pa，電子束焊接工藝參數(shù)：焊接速度 控制在100~800mm/min，加速電壓控制在150kV，聚焦電流控制在2000~2500mA，電子束束流 控制在60~400mA，工作距離控制在200~1000mm。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明最佳的電子束焊接工藝參數(shù)并結(jié)合鎢極氬弧焊接，其焊接接頭的 性能對比見下表。
[0020] 焊接效率對比見下表，表中工時單位為分鐘。
[0021] 整個焊接工作完成后，利用X射線探傷儀對焊縫進行檢測，焊縫質(zhì)量滿足GJB 1718-2005I級要求。
[0022] 之后再利用金相顯微鏡對焊接接頭進行組織分析，利用電子萬能實驗機進行焊接 接頭的拉伸試驗測試，焊接接頭的強度系數(shù)多〇. 95。
[0023] 本發(fā)明并不局限于20~120mm航空用30CrMnSiNi2A鋼的電子束焊接，對于其它厚 度的30CrMnSiNi2A鋼同樣具有借鑒作用，公開本發(fā)明旨在保護本發(fā)明范圍內(nèi)的一切變化 和改進。
【主權(quán)項】
1. 一種30CrMnSiNi2A鋼的真空電子束焊接方法，30CrMnSiNi2A鋼的化學(xué)成分是Ni : 1. 40 ~1. 80 ;Cr :0? 90 ~1. 20 ;Mn :1. OO ~1. 20 ;C :0? 27 ~0? 33 ;Si :0? 90 ~1. 20 ;P : 0. 015 ;S :0. 01 ;Fe余量，30CrMnSiNi2A鋼的厚度控制在20~120mm，焊接過程使用到常規(guī)表 面處理、丙酮、酒精、真空室、電子束，其特征是： ① 對兩待焊的30CrMnSiNi2A鋼的待焊面分別進行常規(guī)表面處理，之后在超聲波協(xié)助 下依次用丙酮、酒精對所述待焊面進行清洗并去除油污，所述待焊面干燥后備用； ② 將上述①的兩待焊30CrMnSiNi2A鋼置于真空室中并用夾具固定好，設(shè)好電子束 焊接工藝參數(shù)并將電子束置于焊縫上方，然后對真空室實施抽真空，真空室的抽真空度 彡 10 3Pa ; ③ 聚焦電子束，調(diào)定電子束焊接工藝參數(shù)：焊接速度控制在l〇〇~800mm/min，加速電壓 控制在150kV，聚焦電流控制在2000~2500mA，電子束束流控制在60~400mA，工作距離控制 在200~1000_，電子束從兩所述待焊面的一端開始焊接到另一端為止； ④ 所述待焊面焊接完成后，在抽真空條件下冷卻IOmin再去除真空室的抽真空度，取 出焊好的30CrMnSiNi2A鋼即可，要求焊接接頭的強度系數(shù)彡0. 95。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種30CrMnSiNi2A鋼的真空電子束焊接方法，其特征是：最佳 的電子束焊接工藝參數(shù)是：焊接速度500mm/min，加速電壓150kV，聚焦電流2337mA，電子束 束流64mA，工作距離500mm。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種30CrMnSiNi2A鋼的真空電子束焊接方法，其特征是： 30CrMnSiNi2A鋼可以是板材、鑄件或鍛件。
【專利摘要】本發(fā)明是一種30CrMnSiNi2A鋼的真空電子束焊接方法，30CrMnSiNi2A鋼的厚度是20~120mm，將兩待焊的30CrMnSiNi2A鋼置于真空室中，真空室的抽真空度必須≥10-3Pa，在設(shè)定的真空度和電子束焊接工藝參數(shù)下對待焊面實施電子束焊接，焊接時焊接速度控制在100~800mm/min，加速電壓控制在150kV，聚焦電流控制在2000~2500mA，電子束束流控制在60~400mA，工作距離控制在200~1000mm，具有熱輸入量小，焊接速度快，真空條件下焊縫純凈度高，焊接變形與殘余應(yīng)力小，焊接接頭強度系數(shù)高，焊縫質(zhì)量滿足GJB？1718-2005？?級要求。
【IPC分類】B23K103/04, B23K15/06
【公開號】CN105108294
【申請?zhí)枴緾N201510549725
【發(fā)明人】安飛鵬, 熊進輝, 耿永亮
【申請人】中國船舶重工集團公司第七二五研究所
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年8月31日