27SiMn和Q345異種鋼的焊接工藝研究

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，為了能夠得到高強度的焊縫，對材料進行了成分分析和焊接工藝研究。試驗表明，為了得到良好的焊接接頭，必須對工件進行焊前、焊中、焊后嚴格控制。

關鍵詞：27SiMn；Q345異種鋼；焊接

中圖分類號：TG44 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）27-0048-02

1 概述

我廠在生產某設備的過程中，需要將材料為27SiMn的法蘭與材料為Q345的筒體進行焊接，由于法蘭是重要的傳動部件，所以對法蘭與筒體焊縫強度的要求非常高，但由于27SiMn材料焊接性差，如何能得到能達到設計要求的焊縫，是本次工藝研究的重點。

2 材料焊接性能分析

27SiMn的化學成分及力學性能如表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，增加了材料淬硬性和焊接接頭的冷裂紋敏感性。

根據國際焊接學會（IIW）推薦使用的碳當量計算公式計算：

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W（C）eq=0.4%～0.6%之間時，鋼材塑性下降，淬硬傾向明顯，焊接性相對較差，且W（C）eq值越大，鋼材淬硬性越大，熱影響區越容易產生裂紋。而27SiMn的碳當量W（C）eq≈0.53%，屬于焊接性相對較差的鋼種，所以在制定焊接工藝時，必須進行焊前預熱，焊接時控制層間溫度以及焊后緩冷等措施，來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：a.焊條電弧焊設備簡單，操作靈活方便，適應性強，可達性好；b.可焊金屬廣泛；c.待焊接頭裝配要求低；（4）勞動條件差，熔敷速度慢，生產效率低。（2）熔化極氣體保護焊。熔化極氣體保護焊工藝特點：a.熔化極氣體保護焊設備調整較復雜；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，生產效率快。根據兩種焊接方法的比較，決定使用CO2氣體保護焊進行焊接，來達到設計所需要求。

由于27SiMn法蘭工件厚度較厚，且焊接強度要求較高，焊接時采用多層多道焊（至少4層）。多層多道焊接頭的顯微組織較細，熱影響區較窄。前一條焊道對后一條焊道起到預熱作用，而后一條焊道又對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氣體保護焊焊絲時，必須根據焊件母材的化學成分、焊接接頭的力學性能、焊接結構的拘束度、焊件焊后能否進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行綜合考慮，然后經過焊接工藝評定，符合焊接結構的技術要求后予以確定。

在進行27SiMn與Q345的焊接時，考慮到27SiMn的焊接性較差，在選擇焊接材料時，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優點：（1）環焊縫結構，平焊位置施焊條件好，焊接速度、焊接電流可以適當增大。（2）坡口側電弧停留時間可加長，防止咬邊。（3）焊工操作容易，焊縫質量也可相對提高。（4）與其他坡口形式相比，減少了焊接金屬量，焊件變形少。焊接前應嚴格清理坡口及坡口周圍20mm范圍內異物，不得有影響焊接質量的鐵銹，油污，水和涂料等。

3.4 預熱溫度

由于27SiMn的焊接性較差，在焊接前，必須采用焊前預熱來防止裂紋的產生。

根據國外焊接預熱溫度經驗公式進行估算：

通過計算，最終確定預熱溫度控制在230℃～250℃之間。

3.5 焊接參數確定

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

焊接時，確定的焊接參數為：電流：<300A，電壓：26V～28V，氣體流量：6～15升/分。在多層多道焊時每道焊縫的焊接參數如表2所示。采用短路過渡焊接，使熔滴均勻細小，減少合金元素的燒損，從而達到焊縫質量要求。多層焊時，應及時去除焊件表面及層間的氧化層，焊縫層間溫度應控制在250～300℃。施焊過程中應保證起弧和收弧處的質量，收弧時應將弧坑填滿。多層焊的層間接頭應錯開。

表2 焊接工藝參數

3.6 焊后處理

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

4 結束語

通過對27SiMn與Q345異種材料的焊接工藝研究中，焊前預熱溫度的確定，焊接時層間溫度的確定及控制以及焊后的保溫緩冷的溫度與時間控制是確保焊縫強度與避免裂紋產生的關鍵因素。焊接前焊接材料的選擇也對最后焊縫的質量有著極大的影響，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，確保焊縫達到設計要求。

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