一种30CrMnSiNi2A钢的真空电子束焊接方法

文档序号:9387912阅读:912来源:国知局
一种30CrMnSiNi2A钢的真空电子束焊接方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于焊接技术领域,尤其涉及到一种30CrMnSiNi2A钢的真空电子束焊接 方法。
【背景技术】
[0002] 30CrMnSiNi2A钢的化学成分是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,属于Cr-Mn-Si-Ni合 金结构钢系。30CrMnSiNi2A钢具有较高的强度、较好的延性和韧性、良好的抗疲劳性能和断 裂韧度、低的疲劳裂纹扩展速率,宜制作高强度连接件和轴类零件等重要受力结构部件,特 别适用于制造承受切应力条件下的高强度螺栓及轴类,飞机的起落架支柱,机翼主梁及其 它重要连接件。
[0003] 30CrMnSiNi2A钢的成分与淬透性,都决定它在快速冷却时很容易得到对冷裂纹敏 感的淬硬组织。同时含碳量越高,马氏体的硬度与脆性也越高,对冷裂纹就越加敏感,而且 焊后若不经热处理,将会导致热影响区软化。热影响区软化程度和软化区的宽度与焊接热 输入、焊接方法等有很大关系。焊接热输入越小,加热和冷却速度越快,软化程度越小,软化 区的宽度越窄。
[0004] 此外30CrMnSiNi2A钢的含碳量较高,结晶温度区间宽,容易出现偏析,所以这类 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分开裂。
[0005] 30CrMnSiNi2A钢还具有应力腐蚀开裂敏感性,这种应力腐蚀开裂常发生在水或高 湿度空气等弱腐蚀介质中。
[0006] 钨极氩弧焊由于热输入较大,焊缝对冷裂纹敏感、热影响区组织软化,焊接质量不 佳。
[0007] 尤其是厚度20~120mm的航空用30CrMnSiNi2A钢多采用开坡口的多层多道焊,焊 接接头反复多次经历热循环,焊接接头性能和质量稳定能性不佳。
[0008] 目前,尚无有关厚度20~120mm的航空用30CrMnSiNi2A钢的真空电子束焊接报道。

【发明内容】

[0009] 为解决20~120mm航空用30CrMnSiNi2A钢的焊接问题,本发明提供了一种 30CrMnSiNi2A钢的真空电子束焊接方法,该方法将两待焊的30CrMnSiNi2A钢置于真空室 中,在设定的真空度和焊接工艺参数下对待焊面实施电子束焊接,热输入量小,焊接速度 快,真空条件下焊缝纯净度高,焊接变形与残余应力小,焊接接头强度系数高,焊缝质量满 足GJB1718-2005I级要求。
[0010] 为实现上述发明目的,本发明采用如下技术方案: 一种30CrMnSiNi2A钢的真空电子束焊接方法,30CrMnSiNi2A钢的化学成分是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钢的厚度控制在20~120mm,焊接过程使用到常规表 面处理、丙酮、酒精、真空室、电子束,本发明的特征如下: ① 对两待焊的30CrMnSiNi2A钢的待焊面分别进行常规表面处理,之后在超声波协助 下依次用丙酮、酒精对所述待焊面进行清洗并去除油污,所述待焊面干燥后备用; ② 将上述①的两待焊30CrMnSiNi2A钢置于真空室中并用夹具固定好,设好电子束 焊接工艺参数并将电子束置于焊缝上方,然后对真空室实施抽真空,真空室的抽真空度 彡 103Pa; ③ 聚焦电子束,调定电子束焊接工艺参数:焊接速度控制在l〇〇~800mm/min,加速电压 控制在150kV,聚焦电流控制在2000~2500mA,电子束束流控制在60~400mA,工作距离控制 在200~1000_,电子束从两所述待焊面的一端开始焊接到另一端为止; ④ 所述待焊面焊接完成后,在抽真空条件下冷却IOmin再去除真空室的抽真空度,取 出焊好的30CrMnSiNi2A钢即可,要求焊接接头的强度系数彡0. 95。
[0011] 最佳的电子束焊接工艺参数是:焊接速度500mm/min,加速电压150kV,聚焦电流 2337mA,电子束束流64mA,工作距离500mm; 上述30CrMnSiNi2A钢可以是板材、铸件或锻件。
[0012] 由于采用如上所述技术方案,本发明产生如下积极效果: 接头拉伸、冲击综合性能优于采用普通熔化焊接, 1、采用能量集中、热输入小、穿透能力强、能量转化率高、可控性好的电子束作为施焊 热源,使得整个焊接过程时间缩短、热影响区减小,焊缝质量满足GJB1718-2005I级要求。 [0013] 2、焊接过程在真空室中进行,避免了大气中有害气体对焊接接头性能的影响,有 效地提高了焊接接头综合性能。
[0014] 3、对于厚度20~120mm以上的30CrMnSiNi2A钢,可实现不开坡口单面焊双面成形, 焊接效率显著提高,同时避免多层多道焊接中的接头性能和质量下降问题。
[0015] 4、由于电子束焊热输入量小,焊接变形小,可有效控制30CrMnSiNi2A钢的焊接精 度。
【具体实施方式】
[0016] 本发明是一种30CrMnSiNi2A钢的真空电子束焊接方法,主要针对厚度是 20~120mm的30CrMnSiNi2A钢,要求30CrMnSiNi2A钢的化学成分须满足: 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] 本发明利用了电子束具有焊接热量集中,热输入量小,焊接速度快,真空条件下焊 缝纯净度高,焊缝及热影响区组织相比普通电弧焊细小,焊接变形与残余应力小端特点,不 但能提高20~120mm航空用30CrMnSiNi2A钢的焊接效率,而且显著提高焊接质量及稳定性, 30CrMnSiNi2A钢可以是板材、铸件或锻件。
[0018] 本发明焊接前真空室的抽真空度必须彡10 3Pa,电子束焊接工艺参数:焊接速度 控制在100~800mm/min,加速电压控制在150kV,聚焦电流控制在2000~2500mA,电子束束流 控制在60~400mA,工作距离控制在200~1000mm。
[0019] 根据本发明最佳的电子束焊接工艺参数并结合钨极氩弧焊接,其焊接接头的 性能对比见下表。
[0020] 焊接效率对比见下表,表中工时单位为分钟。
[0021] 整个焊接工作完成后,利用X射线探伤仪对焊缝进行检测,焊缝质量满足GJB 1718-2005I级要求。
[0022] 之后再利用金相显微镜对焊接接头进行组织分析,利用电子万能实验机进行焊接 接头的拉伸试验测试,焊接接头的强度系数多〇. 95。
[0023] 本发明并不局限于20~120mm航空用30CrMnSiNi2A钢的电子束焊接,对于其它厚 度的30CrMnSiNi2A钢同样具有借鉴作用,公开本发明旨在保护本发明范围内的一切变化 和改进。
【主权项】
1. 一种30CrMnSiNi2A钢的真空电子束焊接方法,30CrMnSiNi2A钢的化学成分是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钢的厚度控制在20~120mm,焊接过程使用到常规表 面处理、丙酮、酒精、真空室、电子束,其特征是: ① 对两待焊的30CrMnSiNi2A钢的待焊面分别进行常规表面处理,之后在超声波协助 下依次用丙酮、酒精对所述待焊面进行清洗并去除油污,所述待焊面干燥后备用; ② 将上述①的两待焊30CrMnSiNi2A钢置于真空室中并用夹具固定好,设好电子束 焊接工艺参数并将电子束置于焊缝上方,然后对真空室实施抽真空,真空室的抽真空度 彡 10 3Pa ; ③ 聚焦电子束,调定电子束焊接工艺参数:焊接速度控制在l〇〇~800mm/min,加速电压 控制在150kV,聚焦电流控制在2000~2500mA,电子束束流控制在60~400mA,工作距离控制 在200~1000_,电子束从两所述待焊面的一端开始焊接到另一端为止; ④ 所述待焊面焊接完成后,在抽真空条件下冷却IOmin再去除真空室的抽真空度,取 出焊好的30CrMnSiNi2A钢即可,要求焊接接头的强度系数彡0. 95。2. 根据权利要求1所述一种30CrMnSiNi2A钢的真空电子束焊接方法,其特征是:最佳 的电子束焊接工艺参数是:焊接速度500mm/min,加速电压150kV,聚焦电流2337mA,电子束 束流64mA,工作距离500mm。3. 根据权利要求1所述一种30CrMnSiNi2A钢的真空电子束焊接方法,其特征是: 30CrMnSiNi2A钢可以是板材、铸件或锻件。
【专利摘要】本发明是一种30CrMnSiNi2A钢的真空电子束焊接方法,30CrMnSiNi2A钢的厚度是20~120mm,将两待焊的30CrMnSiNi2A钢置于真空室中,真空室的抽真空度必须≥10-3Pa,在设定的真空度和电子束焊接工艺参数下对待焊面实施电子束焊接,焊接时焊接速度控制在100~800mm/min,加速电压控制在150kV,聚焦电流控制在2000~2500mA,电子束束流控制在60~400mA,工作距离控制在200~1000mm,具有热输入量小,焊接速度快,真空条件下焊缝纯净度高,焊接变形与残余应力小,焊接接头强度系数高,焊缝质量满足GJB?1718-2005??级要求。
【IPC分类】B23K103/04, B23K15/06
【公开号】CN105108294
【申请号】CN201510549725
【发明人】安飞鹏, 熊进辉, 耿永亮
【申请人】中国船舶重工集团公司第七二五研究所
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年8月31日
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