15CrMo的焊接工艺

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），最后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，第一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。

15CrMo钢系珠光体组织耐热钢，执行标准：GB/T 3077-2015

15CrMo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。

15CrMo主要应用于内燃机的曲轴、齿轮、凸轮轴以及重要减速器中的齿轮等部件。

15CrMo化学成分如下图：

5CrMo合金结构钢标准：GB/T 3077-1988
●15CrMo合金结构钢特性及适用范围：有良好的工艺性能和焊接性能，在500～550℃下有较高的持久强度。温度超过 550℃时，抗氧化性能变差，蠕变强度显著降低。长期处在 500～550 ℃时，钢的热强性降低，强度降低。用于制造523℃的高、中压蒸汽导管、集箱以及管壁温度为550℃的过热器及锻件。
●15CrMo合金结构钢化学成分：碳 C ：0.12～0.18硅 Si：0.17～0.37锰 Mn：0.40～0.70硫 S ：允许残余含量≤0.035磷 P ：允许残余含量≤0.035铬 Cr：0.80～1.10镍 Ni：允许残余含量≤0.030铜 Cu：允许残余含量≤0.030钼 Mo：0.40～0.55
●15CrMo合金结构钢力学性能：
抗拉强度 σb (MPa)：≥440(45)
屈服强度 σs (MPa)：≥295(30)
伸长率 δ5 (％)：≥22
断面收缩率 ψ (％)：≥60
冲击功 Akv (J)：≥94
冲击韧性值 αkv (J/cm2)：≥118(12)
硬度 ：≤179HB试样尺寸：试样毛坯尺寸为30mm
●15CrMo合金结构钢热处理规范及金相组织：热处理规范：淬火900℃,空冷；回火650℃,空冷。金相组织：铁素体+珠光体+少量贝氏体
●15CrMo合金结构钢交货状态：以热处理（正火、退火或高温回火）或不热处理状态交货，交货状态应在合同中注明。

15CrMo焊接工艺详解
材料特性
15CrMo是一种珠光体耐热钢，主要用于高温、高压环境下的设备和部件制造，如石油化工设备、火电锅炉、压力管道等。其焊接性较差，易产生冷裂纹，需严格把控焊接工艺。
核心焊接工艺
1. 焊接方法选择
手工电弧焊（SMAW）：
焊条选择：R307等低氢型耐热钢焊条，药皮类型为低氢钠型，防止氢气孔。
适用场景：小型容器或结构复杂部位。
埋弧焊（SAW）：
焊丝/焊剂：H13CrMoA焊丝+SJ101焊剂，熔深大，焊缝质量好。
适用场景：厚板焊接，如平板拼接、筒体纵缝和环缝。
气体保护焊（GMAW/MAG）：
焊丝选择：ER80S-B2耐热钢焊丝，富氩混合气体（如80%Ar+20%CO₂）保护。
适用场景：薄板或对焊接变形控制要求高的场景。
2. 预热与层间温度控制
预热温度：
推荐范围：150-200℃（部分规范建议200-300℃）。
目的：降低焊缝冷却速度，防止冷裂纹。
层间温度：
要求：不低于预热温度。
控制方法：红外测温仪监测，避免晶粒粗化或冷裂纹。
3. 焊接材料选择
焊条/焊丝：
成分匹配：选择与母材成分接近的焊接材料，如E8018-B2焊条、ER80S-B2L焊丝。
烘烤规范：焊条使用前需烘烤（如E8018-B2焊条300℃×2h）。
焊接参数：
电流/电压：根据焊材直径和焊接位置调整，如ER80S-B2L焊丝打底时电流110A，电压12V。
4. 焊后热处理
温度与时间：
推荐范围：680-720℃保温，每25mm壁厚保温1小时，不少于1.5小时。
升温/降温速度：升温≤200℃/h，降温≤260℃/h，冷至300℃后空冷。
设备选择：
加热器：JL-4型履带式电加热器，配合硅酸铝棉保温。
温控仪：DJK-A型自动控温仪，确保温度精确控制。
5. 焊接挑战与解决方案
冷裂纹风险：
措施：预热、焊后热处理降低内应力。
热影响区软化：
措施：控制焊接线能量，避免晶粒粗化。
再热裂纹：
措施：避免在370-565℃区间长期停留，优化热处理工艺。
6. 检验与质量控制
无损检测：
要求：100%射线或超声波探伤，合格级别符合相关标准。
硬度测试：
要求：焊缝及热影响区硬度不超过母材的125%。
典型应用场景
石油化工设备：反应釜、换热器、管道。
火电锅炉：过热器、蒸汽管道。
压力管道：高温高压介质输送管道。