27SiMn和Q345异种钢的焊接工艺研究

郑洋

摘 要：材料为27SiMn的法兰与Q345钢的焊接，由于27SiMn的焊接性能差，为了能够得到高强度的焊缝，对材料进行了成分分析和焊接工艺研究。试验表明，为了得到良好的焊接接头，必须对工件进行焊前、焊中、焊后严格控制。

关键词：27SiMn；Q345异种钢；焊接

中图分类号：TG44 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）27-0048-02

1 概述

我厂在生产某设备的过程中，需要将材料为27SiMn的法兰与材料为Q345的筒体进行焊接，由于法兰是重要的传动部件，所以对法兰与筒体焊缝强度的要求非常高，但由于27SiMn材料焊接性差，如何能得到能达到设计要求的焊缝，是本次工艺研究的重点。

2 材料焊接性能分析

27SiMn的化学成分及力学性能如表1所示。

从表1可以看出，27SiMn的含碳量在0.24～0.32之间，并且含有Si、Mn这些元素，也增加了钢中碳化物的形成能力，在得到良好性能的同时，增加了材料淬硬性和焊接接头的冷裂纹敏感性。

根据国际焊接学会（IIW）推荐使用的碳当量计算公式计算：

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%

当W（C）eq=0.4%～0.6%之间时，钢材塑性下降，淬硬倾向明显，焊接性相对较差，且W（C）eq值越大，钢材淬硬性越大，热影响区越容易产生裂纹。而27SiMn的碳当量W（C）eq≈0.53%，属于焊接性相对较差的钢种，所以在制定焊接工艺时，必须进行焊前预热，焊接时控制层间温度以及焊后缓冷等措施，来确保焊接接头的性能。

3 焊接工艺的确定

3.1 焊接方法

我厂在生产中常用到两种焊接方法：（1）焊条电弧焊。焊条电弧焊工艺特点：a.焊条电弧焊设备简单，操作灵活方便，适应性强，可达性好；b.可焊金属广泛；c.待焊接头装配要求低；（4）劳动条件差，熔敷速度慢，生产效率低。（2）熔化极气体保护焊。熔化极气体保护焊工艺特点：a.熔化极气体保护焊设备调整较复杂；b.低氢的焊接方法，适用于焊接冷裂纹敏感的钢种；以。焊接效率高，生产效率快。根据两种焊接方法的比较，决定使用CO2气体保护焊进行焊接，来达到设计所需要求。

由于27SiMn法兰工件厚度较厚，且焊接强度要求较高，焊接时采用多层多道焊（至少4层）。多层多道焊接头的显微组织较细，热影响区较窄。前一条焊道对后一条焊道起到预热作用，而后一条焊道又对前一条焊道起到热处理作用，因此多层多道焊接头的延性和韧性都比较好。

3.2 焊接材料

选用CO2气体保护焊焊丝时，必须根据焊件母材的化学成分、焊接接头的力学性能、焊接结构的拘束度、焊件焊后能否进行热处理以及焊缝金属的耐高温、耐低温、耐腐蚀等使用条件进行综合考虑，然后经过焊接工艺评定，符合焊接结构的技术要求后予以确定。

在进行27SiMn与Q345的焊接时，考虑到27SiMn的焊接性较差，在选择焊接材料时，焊丝中必须加入较高的硅、锰等脱氧元素，另外考虑到材料的冷裂纹敏感性，选用低氢型焊接材料，低氢型焊接材料具有一定的脱硫能力，熔敷金属塑性和韧性良好，扩散氢量少，抗裂性较高。

3.3 坡口形式

在材料为27SiMn的法兰与材料为Q345的筒体焊接中，焊接坡口最终确定选用单边V型坡口，单边V型坡口主要具有四个优点：（1）环焊缝结构，平焊位置施焊条件好，焊接速度、焊接电流可以适当增大。（2）坡口侧电弧停留时间可加长，防止咬边。（3）焊工操作容易，焊缝质量也可相对提高。（4）与其他坡口形式相比，减少了焊接金属量，焊件变形少。焊接前应严格清理坡口及坡口周围20mm范围内异物，不得有影响焊接质量的铁锈，油污，水和涂料等。

3.4 預热温度

由于27SiMn的焊接性较差，在焊接前，必须采用焊前预热来防止裂纹的产生。

根据国外焊接预热温度经验公式进行估算：

通过计算，最终确定预热温度控制在230℃～250℃之间。

3.5 焊接参数确定

在焊接法兰时焊接方法选择为多层多道焊，对于多层多道焊，通常焊接打底焊道时，为保证背面焊道的质量，使用的焊接电流较小；焊接填充焊道时，为提高效率，保证熔合好，使用较大的电流；焊接盖面焊道时，为防止咬边和保证焊道成形美观，使用的电流应稍小些。

焊接时，确定的焊接参数为：电流：<300A，电压：26V～28V，气体流量：6～15升/分。在多层多道焊时每道焊缝的焊接参数如表2所示。采用短路过渡焊接，使熔滴均匀细小，减少合金元素的烧损，从而达到焊缝质量要求。多层焊时，应及时去除焊件表面及层间的氧化层，焊缝层间温度应控制在250～300℃。施焊过程中应保证起弧和收弧处的质量，收弧时应将弧坑填满。多层焊的层间接头应错开。

表2 焊接工艺参数

3.6 焊后处理

焊缝中高含量的扩散氢是产生冷裂纹的主要原因之一。为使氢充分的从熔敷金属中扩散逸出，减少扩散氢的含量，在焊接后进行焊后保温缓冷，由于法兰回火温度限制，最终确定保温温度为：280℃-300℃，保温时间为5小时。

4 结束语

通过对27SiMn与Q345异种材料的焊接工艺研究中，焊前预热温度的确定，焊接时层间温度的确定及控制以及焊后的保温缓冷的温度与时间控制是确保焊缝强度与避免裂纹产生的关键因素。焊接前焊接材料的选择也对最后焊缝的质量有着极大的影响，在27SiMn与Q345的焊接中，选择低氢型焊缝熔敷金属塑性好的焊接材料，确保焊缝达到设计要求。

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