鄭洋

摘 要：材料為27SiMn的法蘭與Q345鋼的焊接，由于27SiMn的焊接性能差，為了能夠得到高強(qiáng)度的焊縫，對(duì)材料進(jìn)行了成分分析和焊接工藝研究。試驗(yàn)表明，為了得到良好的焊接接頭，必須對(duì)工件進(jìn)行焊前、焊中、焊后嚴(yán)格控制。

關(guān)鍵詞：27SiMn；Q345異種鋼；焊接

中圖分類(lèi)號(hào)：TG44 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）27-0048-02

1 概述

我廠在生產(chǎn)某設(shè)備的過(guò)程中，需要將材料為27SiMn的法蘭與材料為Q345的筒體進(jìn)行焊接，由于法蘭是重要的傳動(dòng)部件，所以對(duì)法蘭與筒體焊縫強(qiáng)度的要求非常高，但由于27SiMn材料焊接性差，如何能得到能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的焊縫，是本次工藝研究的重點(diǎn)。

2 材料焊接性能分析

27SiMn的化學(xué)成分及力學(xué)性能如表1所示。

從表1可以看出，27SiMn的含碳量在0.24～0.32之間，并且含有Si、Mn這些元素，也增加了鋼中碳化物的形成能力，在得到良好性能的同時(shí)，增加了材料淬硬性和焊接接頭的冷裂紋敏感性。

根據(jù)國(guó)際焊接學(xué)會(huì)（IIW）推薦使用的碳當(dāng)量計(jì)算公式計(jì)算：

W（C）eq=W（C）+W（Mn）/6+[W（Cr）+W（Mo）+W（V）]/5+[W（Ni）+W（Cu）]/15（%）

得出：W（C）eq≈0.53%

當(dāng)W（C）eq=0.4%～0.6%之間時(shí)，鋼材塑性下降，淬硬傾向明顯，焊接性相對(duì)較差，且W（C）eq值越大，鋼材淬硬性越大，熱影響區(qū)越容易產(chǎn)生裂紋。而27SiMn的碳當(dāng)量W（C）eq≈0.53%，屬于焊接性相對(duì)較差的鋼種，所以在制定焊接工藝時(shí)，必須進(jìn)行焊前預(yù)熱，焊接時(shí)控制層間溫度以及焊后緩冷等措施，來(lái)確保焊接接頭的性能。

3 焊接工藝的確定

3.1 焊接方法

我廠在生產(chǎn)中常用到兩種焊接方法：（1）焊條電弧焊。焊條電弧焊工藝特點(diǎn)：a.焊條電弧焊設(shè)備簡(jiǎn)單，操作靈活方便，適應(yīng)性強(qiáng)，可達(dá)性好；b.可焊金屬?gòu)V泛；c.待焊接頭裝配要求低；（4）勞動(dòng)條件差，熔敷速度慢，生產(chǎn)效率低。（2）熔化極氣體保護(hù)焊。熔化極氣體保護(hù)焊工藝特點(diǎn)：a.熔化極氣體保護(hù)焊設(shè)備調(diào)整較復(fù)雜；b.低氫的焊接方法，適用于焊接冷裂紋敏感的鋼種；以。焊接效率高，生產(chǎn)效率快。根據(jù)兩種焊接方法的比較，決定使用CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接，來(lái)達(dá)到設(shè)計(jì)所需要求。

由于27SiMn法蘭工件厚度較厚，且焊接強(qiáng)度要求較高，焊接時(shí)采用多層多道焊（至少4層）。多層多道焊接頭的顯微組織較細(xì)，熱影響區(qū)較窄。前一條焊道對(duì)后一條焊道起到預(yù)熱作用，而后一條焊道又對(duì)前一條焊道起到熱處理作用，因此多層多道焊接頭的延性和韌性都比較好。

3.2 焊接材料

選用CO2氣體保護(hù)焊焊絲時(shí)，必須根據(jù)焊件母材的化學(xué)成分、焊接接頭的力學(xué)性能、焊接結(jié)構(gòu)的拘束度、焊件焊后能否進(jìn)行熱處理以及焊縫金屬的耐高溫、耐低溫、耐腐蝕等使用條件進(jìn)行綜合考慮，然后經(jīng)過(guò)焊接工藝評(píng)定，符合焊接結(jié)構(gòu)的技術(shù)要求后予以確定。

在進(jìn)行27SiMn與Q345的焊接時(shí)，考慮到27SiMn的焊接性較差，在選擇焊接材料時(shí)，焊絲中必須加入較高的硅、錳等脫氧元素，另外考慮到材料的冷裂紋敏感性，選用低氫型焊接材料，低氫型焊接材料具有一定的脫硫能力，熔敷金屬塑性和韌性良好，擴(kuò)散氫量少，抗裂性較高。

3.3 坡口形式

在材料為27SiMn的法蘭與材料為Q345的筒體焊接中，焊接坡口最終確定選用單邊V型坡口，單邊V型坡口主要具有四個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）環(huán)焊縫結(jié)構(gòu)，平焊位置施焊條件好，焊接速度、焊接電流可以適當(dāng)增大。（2）坡口側(cè)電弧停留時(shí)間可加長(zhǎng)，防止咬邊。（3）焊工操作容易，焊縫質(zhì)量也可相對(duì)提高。（4）與其他坡口形式相比，減少了焊接金屬量，焊件變形少。焊接前應(yīng)嚴(yán)格清理坡口及坡口周?chē)?0mm范圍內(nèi)異物，不得有影響焊接質(zhì)量的鐵銹，油污，水和涂料等。

3.4 預(yù)熱溫度

由于27SiMn的焊接性較差，在焊接前，必須采用焊前預(yù)熱來(lái)防止裂紋的產(chǎn)生。

根據(jù)國(guó)外焊接預(yù)熱溫度經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算：

通過(guò)計(jì)算，最終確定預(yù)熱溫度控制在230℃～250℃之間。

3.5 焊接參數(shù)確定

在焊接法蘭時(shí)焊接方法選擇為多層多道焊，對(duì)于多層多道焊，通常焊接打底焊道時(shí)，為保證背面焊道的質(zhì)量，使用的焊接電流較??；焊接填充焊道時(shí)，為提高效率，保證熔合好，使用較大的電流；焊接蓋面焊道時(shí)，為防止咬邊和保證焊道成形美觀，使用的電流應(yīng)稍小些。

焊接時(shí)，確定的焊接參數(shù)為：電流：<300A，電壓：26V～28V，氣體流量：6～15升/分。在多層多道焊時(shí)每道焊縫的焊接參數(shù)如表2所示。采用短路過(guò)渡焊接，使熔滴均勻細(xì)小，減少合金元素的燒損，從而達(dá)到焊縫質(zhì)量要求。多層焊時(shí)，應(yīng)及時(shí)去除焊件表面及層間的氧化層，焊縫層間溫度應(yīng)控制在250～300℃。施焊過(guò)程中應(yīng)保證起弧和收弧處的質(zhì)量，收弧時(shí)應(yīng)將弧坑填滿(mǎn)。多層焊的層間接頭應(yīng)錯(cuò)開(kāi)。

表2 焊接工藝參數(shù)

3.6 焊后處理

焊縫中高含量的擴(kuò)散氫是產(chǎn)生冷裂紋的主要原因之一。為使氫充分的從熔敷金屬中擴(kuò)散逸出，減少擴(kuò)散氫的含量，在焊接后進(jìn)行焊后保溫緩冷，由于法蘭回火溫度限制，最終確定保溫溫度為：280℃-300℃，保溫時(shí)間為5小時(shí)。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)27SiMn與Q345異種材料的焊接工藝研究中，焊前預(yù)熱溫度的確定，焊接時(shí)層間溫度的確定及控制以及焊后的保溫緩冷的溫度與時(shí)間控制是確保焊縫強(qiáng)度與避免裂紋產(chǎn)生的關(guān)鍵因素。焊接前焊接材料的選擇也對(duì)最后焊縫的質(zhì)量有著極大的影響，在27SiMn與Q345的焊接中，選擇低氫型焊縫熔敷金屬塑性好的焊接材料，確保焊縫達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

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