15CrMo

15CrMo钢系珠光体组织耐热钢，在高温下具有较高的热强性（δb≥440MPa）和抗氧化性，并具有一定的抗氢腐蚀能力。由于钢中含有较高含量的Cr、C和其它合金元素，钢材的淬硬倾向较明显，焊接性差。

执行标准

GB/T 3077-2006 钢板标准GB/T11251-2009、舞阳企业标准、军工标准。

焊接性

焊接材料

针对15CrMo钢的焊接性的工作特点，根据以往的经验，参照国外提供的焊接工艺卡，我们选择了两种方案进行焊接试验。

方案Ⅰ：焊接预热，采用ER80S-B2L焊丝，TIG焊打底，E8018-B2焊条，焊条电弧焊盖面，焊后进行局部热处理。

方案Ⅱ：采用ER80S-B2L焊丝，TIG焊打底，E309Mo-16焊条，焊条填充电弧焊盖面，焊后不进行热处理。焊丝和焊条的化学成分及力学性能见表1。

试验结果

试验方案 拉伸试验 弯曲试验冲击韧性试验aky（J/cm2）

抗拉强度δb/Mpa 断裂部位 弯曲角度 面弯 背弯 焊缝 熔合线 热影响区(HAZ)

方案Ⅰ 550/530 母材 50。 合格 合格 84.8 162 135.6

方案Ⅱ 525/520 母材 50。 合格 合格 79.4 109.2 96.7

焊接工艺

方案Ⅰ：焊接预热，采用ER80S-B2L焊丝，TiG焊打底。E8018-B2焊条，焊条电弧焊盖面，焊后进行局部热处理。

方案Ⅱ：采用ER80S-B2L焊丝，TiG焊打底。E309Mo-16焊条，焊条填充电弧焊盖面，焊后不进行热处理。焊丝和焊条的化学成分及力学性能见表1。

表1 焊接材料的化学成分和力学性能

型号 C Mn Si Cr Ni Mo S P δb/Mpa δ,% ;

ER80S-B2L≤0.05 0.70.41.2 <0.20.5 ≤0.025 ≤0.025 ≤500 25 ;

E8018-B2 0.070.7 0.3 1.1 0.5 ≤0.04 ≤0.03 550 19 ;

E309Mo-16≤0.12 0.5～2.5 0.9 22.0～25.0 12.0～14.0 2.0～3.0≤0.025≤0.035 550 25 ;

焊前准备

试件采用15CrMo钢管,规格为φ325×25，坡口型式及尺寸见图1。

焊前用角向磨光机将坡口内外及坡口边缘50mm范围内打磨至露出金属光泽，然后用丙酮清洗干净。

试件为水平固定位置，对口间隙为4mm，采用手工钨极氩弧焊沿园周均匀点焊六处，每处点固长度应不小于20mm。焊条按表2的规范进行烘烤。

焊条烘烤规范

焊条型号 烘烤温度 保温时间

E8018-B2 300 ℃ 2h

E309Mo-16 150 ℃ 1.5h

工艺参数

按方案Ⅰ焊前需进行预热，根据Tto-Bessyo等人提出的计算预热温度公式：

To=350√[C]-0.25（℃） 式中，To——预热温度，℃。

[C]=[C]x [C]p [C]p=0.005S[C]x

[C]x=C （Mn Cr）/9 Ni/18 7Mo/90 式中，

[C]x——成分碳当量；

[C]p——尺寸碳当量； S——试件厚度（本文中S=25mm）;

[C]x=C （Mn Cr）/9 7/90Mo=0.361

[C]p=0.045 则To=138℃

因此预热温度选为150℃。采用氧-乙炔焰对试件进行加温，先用测温笔粗略判断试件表面的的温度（以笔迹颜色变化快慢进行估计）， 用半导体点温计测定，测量点至少应选择三点，以保证试件整体均达到所要求的预热温度。

焊接时， 层采用手工钨极氩弧焊打底，为避免仰焊处焊缝背面产生凹陷，送丝时采用内填丝法，即焊丝通过对口间隙从管内送入。其余各层采用焊条电弧焊，共焊6层，每个焊层一条焊道。方案Ⅰ和方案Ⅱ的焊接工艺参数见表3、4。按方案Ⅰ焊

表3 方案Ⅰ的焊接工艺参数

焊道名称 焊接方法 焊接材料 焊材规格/mm 焊接电流/A 电弧电压/V 预热及层间温度 热处理规范

打底层钨板氩弧焊ER80S-B2L φ2.4 110 12

填充层焊条电弧焊E8018-B2 φ3.2 5 85～90 23～25150℃ 715。×75min

盖面层 焊条电弧焊 E8018-B2 φ3.2 5 85～90 23～25

表4 方案Ⅱ的焊接工艺参数

焊道名称 焊接方法 焊接材料 焊材规格/mm 焊接电流/A 电弧电压/V 预热及层间温度 热处理规范

打底层 钨板氩弧焊 ER80S-B2L φ2.4 110 12

填充层 焊条电弧焊 E309Mo-16 φ3.2 90～95 22～24 / /

盖面层 焊条电弧焊 E309Mo-16 φ3.2 90～95 22～24

接时，层间温度应不低于150℃，为防止中断焊接而引起试件的降温，施焊时应由二名焊工交替操作，焊后应立即采取保温缓冷措施。

热处理

采用方案Ⅰ焊接的试件，焊后应进行局部高温回火处理。热处理的工艺为：升温速度为200℃/h，升到715℃保温1小时15分钟，降温速度100℃/h，降到300℃后空冷。具体采用JL-4型履带式电加热器（1146×310）包绕焊缝，用硅酸铝棉层保温，保温层厚度50mm，温度控制采用DJK-A型电加热器自动控温仪。

表面热

热处理是提高与改挛15CrMo合金圆钢性能的极为有效措施，它对于产品的可靠性与经济性均起到十分重要的作用。15CrMo合金圆钢的热处理通常包括普通热处理(退火、正火、淬火、回火)和表面热处理(表面淬火及化学热处理一渗碳、氮化、渗金属等）两大类。
　　在机械工程中，许多机器零件，例如内燃机的曲轴、齿轮、凸轮轴以及重要减速器中的齿轮等，不仅要求心部有足够的韧性、塑性和抗弯强度，且要求表面一定厚度内有高硬度、高耐磨性和高的疲劳强度。前述的各种整体热处理方式难以同时满足上述各项性能要求，采用表面热处理则是同时达到这些性能要求的最有效方法。
　　表面热处理就是通过改变15CrMo合金圆钢表层的组织以改变表面性能的一种热处理方式。
　　表面淬火一一只改变表层组织，而不改变表层化学成分的热处理。它可以用高频、中频或工频电流感应加热方式或用火焰加热方式实现。其共同特点是设法使15CrMo合金圆钢表面迅速加热到淬火温度，而在热量尚未传至零件心部时，随即迅速冷却，使表面硬度高，而心部仍有较高韧性。
　　化学处理一一使15CrMo合金圆钢的表层化学成分与组织均发生改变的热处理方式。化学热处理按照15CrMo合金圆钢表面渗入元素的不同，可分为渗碳、氮化、碳氮共渗、渗金属等方法。它对提高和改善15CrMo合金圆钢的耐磨性、抗腐蚀性、抗疲劳性等是十分有效的。当前来化学热处理发展迅速，新技术的应用甚多。