劉建偉， 帥玉峰， 周文浩， 周金旭

（山西北方機(jī)械制造有限責(zé)任公司， 山西 太原 030003）

35CRMoV中碳低合金鋼焊材適應(yīng)性研究

劉建偉， 帥玉峰， 周文浩， 周金旭

（山西北方機(jī)械制造有限責(zé)任公司， 山西 太原 030003）

針對母材35CRMoV中碳低合金鋼與自制的SP-1焊條以及CrMnMoV、CrMnNiMo焊條的適應(yīng)性和力學(xué)性能進(jìn)行研究，分析在不同的熱處理情況下的微觀組織、力學(xué)性能，以此來判斷35CRMoV中碳低合金鋼與各焊條的匹配關(guān)系，以便在焊接過程當(dāng)中找到合適的焊材來匹配鉆挺的材料，使其達(dá)到所需要的力學(xué)性能，保證鉆挺在工作過程中能夠平穩(wěn)工作。

鉆挺 適應(yīng)性 焊條 力學(xué)性能

根據(jù)工廠實際生產(chǎn)需要對母材35CRMoV中碳低合金鋼與自制的SP-1焊條以及CrMnMoV、CrMnNiMo焊條適應(yīng)性和力學(xué)性能進(jìn)行研究，可提高產(chǎn)品的性能，解決鉆挺的焊接問題。本次試驗分四個步驟進(jìn)行，焊接了五對接頭，分析了在不同的熱處理情況下的微觀組織、力學(xué)性能，以此來判斷35CRMoV中碳低合金鋼與各焊條的匹配關(guān)系[1]。

1 試驗分析

1.1 母材成分（見表1）

1.2 預(yù)熱溫度

由公式“碳當(dāng)量 =w（C）+w（Mn）/20+w（Ni）/15+[w（Cr）+w（Mo）+w（V）]/10+w（Si）/24+w（S）+w（P）”計算得碳當(dāng)量在0.554～0.707之間預(yù)熱溫度按公式T=碳當(dāng)量×360℃算得約199.0～254.4℃之間。

1.3 焊接接頭

焊接接頭形式如圖1所示。

表1 母材成分%

圖1 接頭形式（單位：mm）

2 焊接過程與結(jié)果分析

第一、二次焊接，均采用山西北方機(jī)械制造有限責(zé)任公司（以下簡稱我廠）生產(chǎn)的Φ3.2 mm SP-1電焊條，第三次采用新配制的焊條CrMnMoV，焊條直徑Φ4.0 mm，新配制的焊條CrMnNiMo，焊條直徑Φ4.0 mm。焊前預(yù)熱溫度均在400℃以上，因為生產(chǎn)過程中施工現(xiàn)場溫度低，所以提高了預(yù)熱溫度。

2.1 第一次試驗情況

第一次焊接采用我廠生產(chǎn)的Φ3.2 mm SP-1電焊條，接頭形式如圖1所示的對接環(huán)焊縫。焊接規(guī)范為電流120 A，預(yù)先將焊條在350℃烘干2 h，工件預(yù)熱到450℃以上，均溫后取出，在自制的轉(zhuǎn)臺上立即對其焊接，由兩個焊工輪換連續(xù)操作，層間溫度不低于250℃。焊后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，經(jīng)超聲波探索傷，有8處1.0～1.5 mm夾雜，無裂紋，其接頭機(jī)械性能見表2，高低倍檢查正常[2]。

2.2 第二次試驗情況

與第一次情況相同，只是把焊條烘干溫度提高到400℃，保持2 h，焊后600℃回火2 h，經(jīng)超聲波探傷無缺陷[3]。

2.3 第三次試驗情況

根據(jù)前兩次試驗的結(jié)果看，接頭屈服強(qiáng)度達(dá)不到800 MPa，第三次采用了新配制的直徑Φ4 mm的CrMnMoV和CrMnNiMo兩種焊條，其熔敷金屬化學(xué)成分見表2。

表2 熔敷金屬化學(xué)成分 %

焊后調(diào)質(zhì)后的機(jī)械性能見表3，超聲波探傷發(fā)現(xiàn)用CrMnMoV焊條焊接的接頭夾雜物較多，低倍組織如圖2所示。

圖2 鉆鋌接頭低倍組織

表3 35CrMoV焊條焊后調(diào)質(zhì)后的機(jī)械性能表

圖2-1為CrMnNiMo焊條焊接接頭低倍照片，圖2-2為CrMnMoV焊條焊接接頭低倍照片，這是在70℃、30%的HCl溶液中腐蝕30 min得到的。從圖2可以看出CrMnNiMo熔合較好，且耐腐蝕強(qiáng)，而CrMnMoV較差，兩種接頭的硬度試驗結(jié)果基本相同，硬度（HRC）為 34～38，焊縫硬度（HRC）為 28～29，高倍組織如圖3及圖4所示，圖3為CrMnMoV接頭，圖4為CrMnNiMo接頭。

圖3 CrMnMoVX400

圖4 CrMnNiMo接頭組織X400

從圖3中可看出，金相組織均為索氏體，CrMnMoV晶粒度100×為6～7級。其CrMnNiMo接頭組織熔合線組織粗大，焊縫組織較熱影響區(qū)稍粗如圖4所示，熔合線附近晶粒度100×觀察為4級。

3 結(jié)論

1）從接頭強(qiáng)度看，使用SP-1焊條焊接，焊后消除應(yīng)力，其屈服強(qiáng)度平均在750 MPa以上，抗拉強(qiáng)度平均在950 MPa以上，延伸率平均在12.5%以上，斷面收縮率平均為69%以上，-40℃時，焊縫沖擊值平均為78.4 J/cm2。

2）采用兩種合金系統(tǒng)的新焊條力學(xué)性屈服強(qiáng)度均能達(dá)到800 MPa以上，其綜合性能較結(jié)構(gòu)鋼焊條高，而且達(dá)到母材的韌性要求。其中CrMnNiMo為優(yōu)，沖出值較高。

[1] 華東石油學(xué)院礦機(jī)教研室.石油鉆采機(jī)械[M].北京：石油工業(yè)出版社，1980.

[2] 李繼志，曹玉德.關(guān)于往復(fù)式鉆井泵理論計算的幾個問題[J].華東石油學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），1986（4）：36-38.

[3] 翁繩璧，楊廣里，張平之.鉆挺接頭的強(qiáng)度分析及延長使用壽命的措施[J].石油機(jī)械，1989，17（2）：26-29.

（編輯：王瑾）

Adaptability Research on 35CRMoV Medium-carbon Low-alloy Steel Welding Material

Liu Jianwei，Shuai Yufeng,Zhou Wenhao,Zhou Jinxu
（Shanxi North Mechine-building Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi 030009）

The adaptability and mechanical properties of base material 35CRMoV medium-carbon and low-alloy steel self-made SP-1 electrode and CrMnMoV CrMnNiMo electrode are studied.The microstructure and mechanical properties under different heat treatment are analyzed in order to determine the matching relationship of 35CRMoV medium-carbon low-alloy steel with each electrode,and find a suitable material to match drill collar in welding process,achievingthe required mechanical properties,ensuringthat the drill collar can work smoothlyin the process ofwork.

drill collar,adaptability,electrode,mechanical property

TG142.1

A

1672-1152（2017）04-0025-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.04.10

2017-07-11

劉建偉（1963—），男，大專，山西兵器職工大學(xué)，高級工程師，主要從事多年工藝和工裝設(shè)計、研發(fā)。