ZG270-500ZG270-500 的焊接性及焊缝裂纹修补的焊接性及焊缝裂纹修补摘要摘要ZG270-500 的碳当量约为 0.45%，从碳当量上看焊接性尚可但 由于其制作是通过铸造而来，其显微组织和性能有别于普通的碳素 结构钢，铸锭的组织中存在裂纹、偏析等缺陷，使焊接过程比普通 碳钢复杂一些，尤其是焊接裂纹和偏析在焊缝及热影响区中极易出 现本文针对 ZG270-500 焊接时长出现的缺陷，从其成分和显微组 织进行分析，最后总结出一套完整 的焊接参数和焊接工艺另外真 对已出现的裂纹根据前面焊接性的分析，整理出一套裂纹的修补工 艺提关键词关键词 ZG270-500；焊接性；裂纹补焊目录目录摘要…… I 第 1 章 绪论1 1.1 课题背景.1 第 2 章 ZG270-500 的焊接性分析2 2.1 ZG270-500 成分与焊接性2 2.1.1 ZG270-500 和 ZG275-485H 的成分 .2 2.1.2 ZG270-500、ZG275-485H 及 Q345 的力学性能.2 2.1.3 ZG270-500 焊接性分析.2 2.2 ZG270-500 的组织与焊接性3 2.2.1 铸锭的组织3 2.2.2 ZG270-500 的焊接性分析.4 第 3 章 ZG270-500 焊接接头的组成及缺陷5 3.1 焊接接头的组成.5 3.2 ZG270-500 的熔合区5 3.3 ZG270-500 的热影响区5 3.4 焊接接头的常见裂纹.6 3.4.1 焊接热裂纹6 3.4.2 焊接冷裂纹6 第 4 章 ZG270-500 的焊接工艺7 4.1 焊接方法的选择.7 4.2 焊接材料的选择及保存.7 4.3 焊接参数的选择.7 4.4 坡口清理.8 4.5 焊前预热.8 4.6 层间温度.8 4.7 焊接操作注意事项.9 4.8 焊后热处理.9 第 5 章 ZG270-500 焊接接头裂纹的修补10 5.1 裂纹的确认.10 5.2 裂纹的清除.10 5.3 坡口的清理.10 5.4 焊接方法及焊接材料的选择.10 5.5 焊接操作.11 5.6 焊后热处理.115.7 对补焊的焊缝进行超声波检测.12 结论14 参考文献15 附录16第第 1 章章 绪论绪论1.1 课题背景课题背景在生产中，铸钢是重要的金属结构材料，具有良好的综合机械 性能和化学物理性能。
与铸铁相比，铸钢具有较高的强度、韧性、 塑性和良好的焊接性与普通的碳钢相比，铸件是通过铸造工艺制 作，可以制作外形比较复杂的工件，且制造的工艺比较简单，成本 较低，在性能上没有锻件的各向异性另外，在铸钢中加入某些合 金元素，还可以获得特殊性能因此在工业生产中应用十分的广泛 尤其是碳素铸钢，有良好的综合机械性能和铸造性能，且对原料的 要求不高，合金元素消耗少，成本低，熔炼和铸造工艺容易掌握， 在各部门应用很广 在铸钢的铸造过程中，为保证其有足够的强度、塑性和韧性， 含碳量在 0.15%～0.60%间由于铸钢的浇铸温度比钢锭的浇铸温度 高，铸件的形状也比较复杂，其凝固条件的控制比钢锭困难的多， 而且之后不经过锻压加工，一般情况下，铸钢件的结晶比较粗大， 热节处和枝晶间的疏松难以避免，因此，铸钢的性能往往比成分相 近的钢要差，在焊接性能上也是焊接时极易出现裂纹和偏析等缺 陷 华东重工有限公司是专门生产大型数控机床的公司，机床的导 轨要求较高的强度和冲击韧性，对于结构简单的工件可以使用 16Mn 制作，但是对于结构复杂的导轨，使用铸铁无法满足其性能的要求， 因此选用铸钢件，但是由于车间正处于起步阶段，对铸钢的焊接没 有一套完整的焊接工艺指导焊接生产，致使焊件出现严重的缺陷， 尤其以裂纹最常出现。
如图1-1，图1-2所示图 1-1 工件端部裂纹 图 1-2 渗透探伤检测裂纹第第 2 章章 ZG270-500 的焊接性分析的焊接性分析由于铸钢需要较高的强度和韧性,同时又要具备较好流动性,所以 其在制作的过程中,加入很多的合金元素,使其成分与性能相近的碳钢 的成分相差很多,首先从其成分上分析其焊接性,并与 ZG275-485H 和 Q345 进行比较之后通过显微组织对其焊接性进行分析2.1 ZG270-500 成分与焊接性成分与焊接性2.1.1 ZG270-500 和和 ZG275-485H 的成分的成分 ZG270-500、ZG275-485H 及 Q345 的成分如表2-1所示[3]表 2-1 元素的最高含量/%(质量分数)牌号CSiMnSP ZG270-5000.400.500.900.040.04 ZG275-485H0.250.501.20.040.04 Q3450.200.551.00-1.600.040.042.1.2 ZG270-500、、ZG275-485H 及及 Q345 的力学性能的力学性能 ZG270-500、ZG275-485H 及 Q345 的力学性能如表2-2所示 表 2-2 元素的最高含量/%(质量分数)牌号ΣsσbδψAk ZG270-500270500182520 ZG275-485H275485203522 Q345345////2.1.3 ZG270-500 焊接性分析焊接性分析 使用国际焊接学会（IIW）推荐的碳当量计算公式：ZG270-500 的碳当量约为 0.45%，ZG275-500 的碳当量约为 0.46%。
一般情况下，当碳当量的值大于 0.4%时，材料的冷裂敏感性增大， 其焊接时主要问题是焊接热影响区易产生低塑性的淬硬组织，这种 淬硬组织随着钢含碳量的增加而增大另外，铸钢铸锭的冷却速度 缓慢，结构复杂，成分不均匀，完成后又不经过压力加工过程，所 以组织较粗大，存在严重的偏析和夹杂，使其塑性和韧性降低，焊(%)1556CuNiVMoCrMnCEC接性比普通的碳素钢差当焊接材料选择不当、焊接规范不合适时 容易产生裂纹因此在焊接时需要预热和层间保温，以降低热影响 区的冷却速度，以防止产生马氏体，减少裂纹的产生另外多层焊 的第一层焊缝由于和母材接触，母材融合到焊缝中的比例较高，使 焊缝的含碳量及硫和磷杂质的含量增加，也产生热裂纹因此对焊 材的选用和焊缝坡口的制备也提出了要求，考虑用低氢的焊接方法 同时还要进行焊后热处理，最好是焊后立即进行消除应力退火 通过以上对 ZG270-500 和 ZG275-485H 成分及焊接性的分析， 从碳当量分析，其焊接性相似，但是其成分存在很多的差异， ZG275-485H 减少了碳的含量增加了锰的含量，从组织和合金元素上 说其焊接性优于 ZG270-500。
另外，ZG275-485H 是在 1000-1100℃ 范围内加热得到单一的奥氏体组织，具有良好的韧性，在受到高的 冲击载荷和高压的情况下，表面迅速产生加工硬化，从而产生耐磨 的表面层，而内部保持良好的冲击性，适合制作受冲击载荷的导轨， 所以在设计机床导轨是可考虑用 ZG275-485H 代替 ZG270-500 但 ZG275-485H 的成本要远远高于 ZG270-500，且 ZG270-500 的性能又能满足设备要求，所以很多工厂处于成本考虑还是选用 ZG270-500 制作机床导轨设备2.2 ZG270-500 的组织与焊接性的组织与焊接性2.2.1 铸锭的组织铸锭的组织 ZG270-500 的含碳量为 0.4%，属于亚共析钢，其在室温的组织 为铁素体和珠光体，与成分相似的锻压成形的碳钢的组织是相同的， 不同点就是晶粒的形态，在此主要是从晶粒的形态和组织的偏析来分析 ZG270-500 的焊接性 铸钢是通过铸造的工艺制作得到，由于铸锭的冷却过程缓慢，工 件较大，因此了解铸锭各部分的组织和性能有助于焊接过程的进行， 提高焊接质量[1]铸锭组织如图3-1所示（1） 、表层细晶粒区（2） 、中心粗大晶粒区 图 3-1 铸锭组织 （3） 、中心粗大等轴晶粒区2.2.2 ZG270-500 的焊接性分析的焊接性分析 铸锭表层细晶粒区的组织致密，力学性能好，但该区很薄，故 对铸锭性能影响不大。
柱状晶粒区的组织比中心等轴晶粒区致密， 但晶粒间常存在非金属夹杂物和低熔点杂质而形成脆弱面，在焊接 时极易引起裂纹中心粗大等轴晶粒无脆弱面，但组织疏松，杂质 较多，力学性能较低，焊接时应尽量避开此区域[4] 在铸锭中，除组织不均匀外，还存在成分偏析、气孔、缩松、 夹杂、裂纹等缺陷，给焊接过程带来困难第第 3 章章 ZG270-500 焊接接头的组成及缺陷焊接接头的组成及缺陷3.1 焊接接头的组成焊接接头的组成焊接接头是连接母材的部分，接头质量的好坏直接影响焊件的 使用性能，只有充分的了解了焊接接头的组成及各部分的性能和接 头常见到缺陷，才能在焊接工艺的制定、焊接过程中避开缺陷的产 生，得到一个好的焊接接头 焊接接头有三部分组成[2]： （1） 、焊缝 焊接熔池凝固后形成的固体区域 （2） 、熔合区 由填充材料和部分熔化的母材组成的区域 （3） 、 热影响区 受到焊接热影响，但未熔化，组织和性能发生 变化的区域 因为母材的组织和成分增加了铸钢焊接的难度，在华东重工最 常用的是 ZG270-500，因此在此对 ZG270-500 的熔合区和热影响区 进行分析3.2 ZG270-500 焊接接头的组织焊接接头的组织3.2.1 ZG270-500 的熔合区的熔合区由于 ZG270-500 的含碳量较高，且杂质元素较多，在焊接的过 程中，母材中的杂质元素易向焊缝中过渡，在熔合区引起结晶裂纹 和再热裂纹。
为减少合金元素的过渡，应尽量减小熔合比，减小坡 口，采用多层多道焊的工艺，减少热输入量，减缓合金元素的扩散3.3 ZG270-500 的热影响区的热影响区因为 ZG270-500 中含碳量为 0.40%，属于中碳钢，热影响区由 完全淬火区、不完全淬火区组成 （1） 、完全淬火区 完全淬火区相当于低碳钢的过热区和正火区两部分过热区的 部分晶粒严重长大，奥氏体的均匀化程度高，增加了淬硬倾向，易 形成粗大的马氏体，该区域的塑性韧性较低正火区部分得到细小 的马氏体和少量的贝氏体，力学性能优良 （2） 、不完全淬火区相当于低碳钢的不完全重结晶区，铁素体基本不变但有所长大， 组织为马氏体、铁素体和中间体，硬度较高，脆性较大3.4 焊接接头的常见裂纹焊接接头的常见裂纹3.4.1 焊接热裂纹焊接热裂纹 热裂纹一般是指在较高温度下产生的裂纹大部分热裂纹在固、 液相线温度区间产生结晶裂纹，也有少量在低于固相线温度时产生 产生的位置多数在焊缝中，有时也产生在热影响区其裂口是贯穿 表面并且断口是被氧化的，裂纹宽度约为 0.05～0.5mm，比冷裂纹 的 0.001～0.01mm 大几十倍，裂纹末端略呈圆形常见热裂纹有结 晶裂纹。
产生原因是在焊缝结晶后期，由于低熔点共晶形成的液态 薄膜削弱了晶粒间的结合，在拉应力的作用下产生裂纹最常出现 的位置是焊缝中，裂纹沿着奥氏体晶界对应的材料有杂质较多的 碳钢、低中合金钢、奥氏体钢及镍基合金[5]3.4.2 焊接冷裂纹焊接冷裂纹 焊接冷裂纹是相对于热裂纹来说的，一般是指在较低温度下产 生的裂纹产生的原因是拘束应力、淬硬组织和氢共同作用产生 的位置是在焊接接头中，尤其是焊接热影响区，个别情况下冷裂纹 也产生在焊缝金属上常见到冷裂纹是延迟裂纹 延迟裂纹出现的位置是焊缝，少量在热影响区裂纹沿奥氏体 晶界或穿过晶粒对应材料有中、高碳钢，低、中合金钢，钛合金 中第第 4 章章 ZG270-500 的焊接工艺的焊接工艺4.1 焊接方法的选择焊接方法的选择为保证焊件的焊接质量，打底时选用手工电弧焊；为保证生产 效率填充使用 CO2 气体保护焊4.2 焊接材料的选择及保存焊接材料的选择及保存因为铸钢的含碳量较高，晶粒粗大，存在较严重的偏析，焊接 时容易产生裂。