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【摘 要】介绍在生产制造德国塔克拉夫项目履带车链节中，通过对德国铸钢材料GS40MnCrSi3和国产Q390D钢的异种钢接头的焊接工艺评定试验及测试结果，在拟定的焊接工艺条件下，采用国产焊丝进行熔化极气体保护电弧焊，获得了满意的力学性能，在焊接生产中获得了较好的结果。
【关键词】铸钢焊接；异种钢焊接；工艺评定
在工程结构中，异种钢焊接结构得到越来越广泛的应用，常制成铸钢件与焊接件相结合的铸焊结构。铸钢件不仅具有其它成型工艺难以得到的轮廓形状复杂零件，又能保持钢所具有的各种性能，这样不仅降低了成本，而且简化了结构制造的工艺过程，但焊接问题需要解决。我公司承担制造的德国塔克拉夫项目履带车链节中采用德国铸钢材料GS40MnCrSi3与国产材料Q390D异种材料的焊接，其制作的零件如图1所示。根据该异种钢的焊接性、、焊接热影响区的脆化和冷裂纹等 问题，制定出较合理的焊接工艺。
图1
1.材料的焊接性及其性能
GS40MnCrSi3为德国标准材料，为低合金钢铸件，国内进行铸造，调质后各项性能需要达到标准要求。Q390D为国内标准材料，是低合金结构钢，两种材料化学成分与力学性能分别列于表1和表2。
表1 两种母材的化学成分（%）
表2 两种母材的力学性能
钢中的碳和合金元素对焊接性都会产生影响，但碳的影响最明显。把钢中的碳和合金元素的含量换算成碳的相当量来初略预测两种材料的焊接性。根据国际焊接学会推荐的碳当量Ceq（IIW）计算公式
C＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 （1）
计算得出GS40MnCrSi3铸钢的碳当量为0.78%，Q390D钢的碳当量为0.61%，GS40MnCrSi3铸钢由于含碳量及合金元素量都较高，其淬硬倾向大，在热影响区容易产生低塑性的马氏体组织。容易产生冷裂纹。由于母材金属熔合到焊缝中的比例大，使其含碳量及S、P含量增高，偏析较严重，容易产生热裂纹。所以焊前应对材料进行预热，降低焊缝金属和热影响区的冷却速度、抵制马氏体的形成。
Q390D钢含碳量较低，而含锰量较高，因而具有较好的抗热裂性能，但其淬硬倾向显著（Ceq＞0.4%），容易冷裂，必须严格控制焊接热输入和采取预热和后热处理等工艺措施。以防止冷裂纹的产生。
由于GS40MnCrSi3的碳当量大于Q390D，为判断其抗冷裂性能，按日本焊接协会（WES）提出的裂纹敏感系数计算公式进行计算：
Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B
Pcm－合金元素的裂纹敏感系数
将表1中GS40MnCrSi3的化学成分数值代入上式，算得Pcm＝0.575
用下式估算GS40MnCrSi3钢的预热温度T：
T（℃）＝324 Pcm+17.7[H]+0.14σb+4.72δ-214
Pcm－合金元素的裂纹敏感系数
[H]－焊缝金属扩散氢含量，本工程取值3.0ml/100g
σb —被焊金属的抗拉强度（Mpa）
δ－被焊件厚度，取12mm
将其上述Pcm值代入后算得预热温度T为187℃
根据预热温度的估算值确定预热温度为187 ℃，因为焊接方法选择GMAW，为低氢的焊接方法。所以预热温度定为150℃以上。
2.焊接试验准备
焊接用试板用数控切割机切割，尺寸按钢制压力窗口焊接标准执行。试板坡口形式为带钝边V形坡口，角度为60°。
试板组装前，应将其坡口表面及两侧各20mm范围内的水、铁锈、油污等用砂轮磨光机清理干净，直到露出金属光泽，再进行组立，焊前预热150 ℃以上。
3.熔化极气体保护焊焊接试验
试板焊接要点
3.1焊丝的選择
根据两种材料的化学成分和力学性能，决定采用ER50-6 φ1.2低强度匹配焊丝进行焊接，其化学成分及力学性能见表3
表3
3.2保护气体的选择
为改善焊缝质量，减少飞溅，采用80%Ar+20%CO2的混合气体。
3.3采用多层多道焊
直流反接，先焊V形坡口侧，第一层焊接电流250A，电压24V，2、3层电流260-270A，电压25-27V。焊完后翻转试板，用碳弧气刨清根并打磨后继续焊接一层，电流为270A，电压为26V。层间温度要与预热温度相同。
3.4要注意防风
工作环境有风要采取关闭门窗或采用隔离挡风等措施。
3.5由于焊接接头的熔合区
热影响区容易产生淬火组织，为了降低焊缝的硬度，因此，焊后需经600℃-650℃，保温2-3小时的回火处理。
4.焊接接头性能检验及结论
按照JB4708-2000钢制压力容器焊接工艺评定中试验要求和结论评价的规定，对焊接接头进行各项性能检验，结果见表4－6。
表4 拉伸试验
表5 弯曲试验
表6 V形缺口试样冲击试验
上述焊接接头的检验表明，采用 ER50-6焊丝，按一定的焊接工艺进行 GS40MnCrSi3和Q390D的异种钢的GMAW焊接，其接头性能可满足工程要求，从而为项目提供焊接技术指导。
【参考文献】
［１］重型机械标准，云南科技出版社．
［２］焊接工程师手册，机械工业出版社．
［３］JB/4708-2000，钢制压力容器焊接工艺评定．
【关键词】铸钢焊接；异种钢焊接；工艺评定
在工程结构中，异种钢焊接结构得到越来越广泛的应用，常制成铸钢件与焊接件相结合的铸焊结构。铸钢件不仅具有其它成型工艺难以得到的轮廓形状复杂零件，又能保持钢所具有的各种性能，这样不仅降低了成本，而且简化了结构制造的工艺过程，但焊接问题需要解决。我公司承担制造的德国塔克拉夫项目履带车链节中采用德国铸钢材料GS40MnCrSi3与国产材料Q390D异种材料的焊接，其制作的零件如图1所示。根据该异种钢的焊接性、、焊接热影响区的脆化和冷裂纹等 问题，制定出较合理的焊接工艺。
图1
1.材料的焊接性及其性能
GS40MnCrSi3为德国标准材料，为低合金钢铸件，国内进行铸造，调质后各项性能需要达到标准要求。Q390D为国内标准材料，是低合金结构钢，两种材料化学成分与力学性能分别列于表1和表2。
表1 两种母材的化学成分（%）
表2 两种母材的力学性能
钢中的碳和合金元素对焊接性都会产生影响，但碳的影响最明显。把钢中的碳和合金元素的含量换算成碳的相当量来初略预测两种材料的焊接性。根据国际焊接学会推荐的碳当量Ceq（IIW）计算公式
C＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 （1）
计算得出GS40MnCrSi3铸钢的碳当量为0.78%，Q390D钢的碳当量为0.61%，GS40MnCrSi3铸钢由于含碳量及合金元素量都较高，其淬硬倾向大，在热影响区容易产生低塑性的马氏体组织。容易产生冷裂纹。由于母材金属熔合到焊缝中的比例大，使其含碳量及S、P含量增高，偏析较严重，容易产生热裂纹。所以焊前应对材料进行预热，降低焊缝金属和热影响区的冷却速度、抵制马氏体的形成。
Q390D钢含碳量较低，而含锰量较高，因而具有较好的抗热裂性能，但其淬硬倾向显著（Ceq＞0.4%），容易冷裂，必须严格控制焊接热输入和采取预热和后热处理等工艺措施。以防止冷裂纹的产生。
由于GS40MnCrSi3的碳当量大于Q390D，为判断其抗冷裂性能，按日本焊接协会（WES）提出的裂纹敏感系数计算公式进行计算：
Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B
Pcm－合金元素的裂纹敏感系数
将表1中GS40MnCrSi3的化学成分数值代入上式，算得Pcm＝0.575
用下式估算GS40MnCrSi3钢的预热温度T：
T（℃）＝324 Pcm+17.7[H]+0.14σb+4.72δ-214
Pcm－合金元素的裂纹敏感系数
[H]－焊缝金属扩散氢含量，本工程取值3.0ml/100g
σb —被焊金属的抗拉强度（Mpa）
δ－被焊件厚度，取12mm
将其上述Pcm值代入后算得预热温度T为187℃
根据预热温度的估算值确定预热温度为187 ℃，因为焊接方法选择GMAW，为低氢的焊接方法。所以预热温度定为150℃以上。
2.焊接试验准备
焊接用试板用数控切割机切割，尺寸按钢制压力窗口焊接标准执行。试板坡口形式为带钝边V形坡口，角度为60°。
试板组装前，应将其坡口表面及两侧各20mm范围内的水、铁锈、油污等用砂轮磨光机清理干净，直到露出金属光泽，再进行组立，焊前预热150 ℃以上。
3.熔化极气体保护焊焊接试验
试板焊接要点
3.1焊丝的選择
根据两种材料的化学成分和力学性能，决定采用ER50-6 φ1.2低强度匹配焊丝进行焊接，其化学成分及力学性能见表3
表3
3.2保护气体的选择
为改善焊缝质量，减少飞溅，采用80%Ar+20%CO2的混合气体。
3.3采用多层多道焊
直流反接，先焊V形坡口侧，第一层焊接电流250A，电压24V，2、3层电流260-270A，电压25-27V。焊完后翻转试板，用碳弧气刨清根并打磨后继续焊接一层，电流为270A，电压为26V。层间温度要与预热温度相同。
3.4要注意防风
工作环境有风要采取关闭门窗或采用隔离挡风等措施。
3.5由于焊接接头的熔合区
热影响区容易产生淬火组织，为了降低焊缝的硬度，因此，焊后需经600℃-650℃，保温2-3小时的回火处理。
4.焊接接头性能检验及结论
按照JB4708-2000钢制压力容器焊接工艺评定中试验要求和结论评价的规定，对焊接接头进行各项性能检验，结果见表4－6。
表4 拉伸试验
表5 弯曲试验
表6 V形缺口试样冲击试验
上述焊接接头的检验表明，采用 ER50-6焊丝，按一定的焊接工艺进行 GS40MnCrSi3和Q390D的异种钢的GMAW焊接，其接头性能可满足工程要求，从而为项目提供焊接技术指导。
【参考文献】
［１］重型机械标准，云南科技出版社．
［２］焊接工程师手册，机械工业出版社．
［３］JB/4708-2000，钢制压力容器焊接工艺评定．