异种钢焊接：解决现代工业需求的关键技术

现代工业的发展和科学技术的进步对焊接构件的性能提出了更高更严格的要求，除满足通常的力学性能外，还必须满足耐磨性、高温强度、耐腐蚀性、低温韧性、导电性、导热性等多方面性能要求。

在这种情况下，任何一种金属材料都不能完全满足整体焊接结构的要求，即使有些金属材料比较理想，也往往十分稀缺、价格昂贵，无法在工程中使用。异种材料焊接的出现，很好地解决了这一难题，特别是异种钢的焊接，充分发挥了各种钢材的性能，达到了“物尽其用”的效果。

在机械制造行业中，异种钢焊接构件的应用越来越广泛，它们不仅能满足不同工况的材料要求，而且可以通过焊接连接成不同几何形状的零件，生产和修复简单、成本低廉。然而，异种钢焊接时存在严重的焊接性问题。

65Mn钢与Q235钢板焊接的构件，利用65Mn钢的高强度、高耐磨性，满足低速、冲击、高磨损工况下的力学性能要求，减少滑动摩擦过程中零件的磨损和损坏。Q235钢板主要满足结构连接的要求。

由于65Mn与Q235钢在化学成分（见表1-1）、力学性能（表1-2）、金相组织和物理性能等方面的差异，其焊接性问题主要表现为延迟开裂。

表1-1 65Mn、Q235钢化学成分

品牌

化学成分/％

锰

硅

你

肌酐

铜

65锰

0.62-0.70

0.9-1.2

0.17-0.37

≤0.035

≤0.035

≤0.25

≤0.25

≤0.25

Q235

0.14-0.22

0.30-0.65

≤0.30

≤0.050

≤0.045

表1-2 65Mn与Q235力学性能

品牌

机械性能

бb／Mpa

бs／Mpa

δ5／%

AKV／J

65锰

735

430

Q235

375-500

235

二十六

≥27

2 65Mn与Q235钢焊接性分析

任何金属材料在焊接前都必须进行可焊性分析，因为只有了解了可焊性才能制定合理的焊接工艺。金属材料的可焊性包括气孔、夹杂、裂纹等。

2.1 焊缝中的气孔

2.1.1 氢孔

焊接时，在较高的电弧温度作用下，母材表面的氧化铁皮、铁锈、水分、油污以及焊材中的水分发生一系列反应，产生氢气。例如：

2Fe3O4+H2O=3Fe2O3+H2(2－1)

Fe+H2O=FeO+H2(2－2)

2H2O=2H2+O2(2－3)

2H2O=H2+2OH(2－4)

H2O=H+OH(2－5)

H2O=2H+O(2－6)

生成的氢在高温下能大量溶解于液态金属中，但在凝固过程中其溶解度却突然下降，过饱和的氢在焊接熔池中半熔晶粒、悬浮颗粒等现成的表面上形核，大大降低了气泡形核所需的能量，提高了氢气泡的形核速度。

气泡在这些现成的表面上成核时，其形状为椭圆形，且半径相对较大。这是因为气泡生长的主要障碍——附加压力与气泡半径成反比。因此，较大的半径将大大降低附加压力值。

同时，形核气泡现成的表面对气体有吸附作用，大大增加了局部气体浓度，缩短了气泡长大所需的时间。当熔池中气泡与其附着表面的夹角θ小于90°时，气泡容易脱离其附着表面，而气体形成的主要元素氧、氢、碳能改善接触情况，所以气泡形成后，很容易脱离其附着表面而上浮。

气泡上升的速度可以通过以下公式估算：

其中——气泡上升的速度（厘米/秒）；

—熔池内液态金属和气体的密度（g/cm3）；

—重力加速度（cm/s2）；

— 气泡半径（cm）；

—液态金属粘度（Pa·s）。

由上式可知，气泡上浮速度与密度差、半径、重力加速度成正比，与粘度成反比。碳钢焊接时，重力加速度不变，密度差几乎为常数，因此气体半径和粘度是影响上浮速度的主要因素。

当温度下降，特别是熔池开始凝固时，该值急剧上升，因此凝固过程中产生的气泡很难上浮，加之熔池处于液态的时间较短，不利于气泡上浮。

2.1.2 氮气孔

焊接时，若熔池保护不好，空气中大量氮气会溶入熔池，在凝固过程中其溶解度突然下降，其形成机理与氢孔一致。

2.1.3 一氧化碳孔隙

熔池中化学冶金反应生成的CO不溶于液态金属，若在液态金属凝固时不能及时上浮，就会形成CO孔隙。

CO主要是FeO、O2或其他氧化物与C反应的产物，即：

[C]+[O]=CO(2－7)

[FeO]+[C]=CO+[Fe](2－8)

[MnO]+[C]=CO+[Mn](2－9)

[SiO2]+2[C]=2CO+[SiO](2－10)

碳对氧化物的亲和力随温度升高而增大，高温下碳对氧的亲和力比铁、锰、硅等元素大，因此上述反应主要发生在熔滴区及熔池头部，生成的CO不溶于液态金属，易形成气泡，在高温下形成后很快排出。

形成孔隙的CO是在冶金反应后期形成的，在熔池开始凝固后，随着固相的增加，金属液中碳与FeO的浓度不断增加，导致二者在金属液的一定部位富集，碳与FeO浓度的增加促使反应（2-8）进行，并生成一定量的CO。

此时形成的CO由于温度下降、液态金属粘度增大及快速冷却等原因，难以逸出熔池，被困在枝晶之间。加之（2-8）反应为吸热反应，促使冷却速度加快，更不利于气体的析出。

焊接65Mn钢时，通常要进行预热，降低冷却速度，增加熔池的存在时间，给焊接冶金反应中产生的气体足够的时间上浮。焊前应严格清理坡口两侧的氧化皮、铁锈、水分、油污，减少氢的来源，采用低氢焊条，加强电弧气氛的保护。这样，65Mn钢焊缝产生气孔的概率就不大了。

2.2 焊缝中的夹杂物

焊缝中夹杂物的存在会降低焊缝的塑性和韧性，增加热裂纹和层状撕裂的敏感性。焊缝中常见的夹杂物主要有氧化物夹杂、硫化物夹杂、氮化物夹杂。

2.2.1氧化物夹杂

在焊接冶金反应过程中，锰和硅都会发生脱氧反应：

[FeO]+[Mn]=(MnO)+[Fe]（2-11）

2[FeO]+[Si]=(SiO2)+2[Fe]（2－12）

65Mn钢中锰含量在0.90%~1.20%之间，相对较高，在焊接过程中，锰与氧的亲和力比铁大，发生2[Mn]+O2=2(MnO)反应，反应生成的脱氧产物MnO和SiO2若不能及时带入熔渣中，将以夹杂物形式存在于焊缝中。

此外，焊缝中常见的氧化物夹杂还有TiO2、Al2O3等。这些物质一般以硅酸盐形式存在，其熔点一般低于母材，在焊缝凝固过程中最后凝固，往往是造成热裂纹的主要原因。氧化物夹杂主要是由熔池中FeO与其他元素相互作用而生成的，只有少数是由于工艺参数不当而直接从熔渣中混入的。

65Mn钢焊接时常采用硅锰联合脱氧，生成颗粒较大、熔点较低的MnO·SiO2复合物，有利于减少氧化物夹杂的存在。正确选择焊接材料，在焊条药皮中加入较多的脱氧元素，正确制定焊接工艺，使熔池有一定的存在时间，以利于氧化物的上浮，65Mn钢焊接时很少存在氧化物夹杂。

2.2.2 硫化物包裹体

硫通常以两种形态存在于焊缝中，即MnS和FeS。MnS几乎不溶于铁液，在焊接冶金反应过程中能上浮至熔渣中，对焊缝起脱硫作用。即使焊缝中少量以夹杂物形态存在的MnS，由于其熔点高，具有弥散强化作用，且以弥散颗粒形式存在，对焊缝力学性能危害不大。

FeS与铁在液态下可以无限互溶，但在固态下其溶解度急剧下降，因此在熔池结晶时易偏析，以低熔点共晶（Fe+FeS，熔点985℃或FeS+FeO，熔点940℃）的形式在晶界处呈片状或链状分布，这增大了焊缝产生结晶裂纹的倾向，同时也降低了冲击韧性和耐腐蚀性能。

硫化物主要来源于焊条药皮或焊剂原料，通过冶金反应转移到熔池中。当65Mn钢母材或焊丝中硫含量过高时，会形成硫化物夹杂。如果严格控制母材和焊接材料的硫含量，硫化物形成的概率并不大。

2.2.3 氮化物夹杂

焊缝中的氮主要来源于空气，只有在保护差的时候才会出现较多的氮化物夹杂。焊缝中的氮化物夹杂主要以Fe4N形式存在，Fe4N一般是在时效过程中从过饱和固溶体中析出，以针状分布在晶粒或晶界中。含量较低时，弥散分布的细小氮化物夹杂可起到沉淀强化的作用。含量较多时，焊缝金属的强度和硬度提高，塑性和韧性明显下降。因此，焊接65Mn钢时，应注意熔池的保护，减少氮化物夹杂的生成。

2.3 焊接裂纹

焊缝中的裂纹可分为热裂纹和冷裂纹，热裂纹又分为结晶裂纹和高温液化裂纹。

2.3.1 热裂纹

1.结晶裂纹

当母材中含有较多杂质（S、P、C、Si）时，尤其是硫、磷含量较高时，结晶温度范围会明显变宽。另外，硫、磷在焊缝中可以形成多种低熔点共晶组织，这些共晶组织在焊缝凝固后期形成液膜，而且硫、磷是偏析程度较大的元素，容易在局部富集。

更利于低熔点共晶的形成，液膜或偏析的低熔点物质将使金属在凝固后期塑性急剧下降，使焊缝在冷却过程中出现脆性温度区，随着结晶收缩和冷却变形，焊缝晶粒受到拉应力，在此力的作用下就会出现结晶裂纹。

另外，钢中的碳也是增加焊接时结晶裂纹敏感性的元素，碳还有促使硫、磷有害作用加剧的作用，因此，65Mn钢在焊接时存在一定的结晶裂纹。

为了防止晶裂的产生，一般采取以下措施：

1）控制焊缝中硫、磷、碳等有害元素的含量。

2）改变熔池状态，细化晶粒，提高焊缝金属的力学性能。

3）提高炉渣碱度，使脱硫、脱氧反应更充分，杂质少，不易形成低熔点化合物。

4）调整焊接工艺参数，增大焊缝形成系数，避免因晶粒相对长大而造成焊缝中心处杂质聚集的脆性表面。

5）预热焊件，降低冷却速度，降低变形增长速度，减少结晶裂纹的倾向。

6）调整焊接顺序，减少约束应力，尽量让每条焊缝在各个方向都有收缩的空间。

2.高温液化裂缝

焊接时，在焊接热循环峰值温度下，在靠近母材的多层焊缝的层间金属中，低熔点共晶组织受热熔化，在一定的收缩应力作用下沿奥氏体晶界产生的裂纹为高温液化裂纹。当65Mn钢的C、S、P等元素均偏向上限时，在熔池凝固后期会存在部分低熔点共晶组织，导致65Mn钢焊接有产生高温液化裂纹的倾向。

生产中裂纹不能很好地消除，通常采取以下措施来减少其形成倾向：

1）在满足性能要求的条件下，尽量选择含C、S、P较低的基材。

2）减小焊缝的凹度，以减少凹陷区域形成裂纹的可能性。

3）采用较小的焊丝能量，避免母材过热。

2.3.2 冷裂纹

1、冷裂纹的分类冷裂纹有时也出现在焊接过程中，但大多数是在焊接后几小时、几天甚至更长时间后才出现，通常是在使用过程中才发现的。因此，其危害性很大。统计资料显示，在因焊接裂纹引起的事故中，因冷裂纹引起的事故约占90%，而这些裂纹大多属于延迟性裂纹。

65Mn钢焊接时冷裂纹可分为以下四类：

1）焊下裂纹出现在复层焊缝附近的热影响区内，其方向大致平行于熔合线，在焊缝表面上一般看不到。

2）焊趾裂纹：沿焊趾处应力集中处形成的焊接冷裂纹。

3）根部裂纹是由于氢含量较高、预热不足，焊缝根部处应力集中处产生的。

4）横向裂纹起源于熔合线，并沿垂直于焊缝长度的方向延伸至焊缝和热影响区。

2.冷裂纹形成的三个基本因素

大量试验研究表明，冷裂纹是由于扩散氢、钢的加工硬化倾向和焊接接头束缚应力等综合作用而产生的。

1）氢气的作用

引起接头冷裂纹的氢主要是扩散氢。实验表明，随着焊缝中扩散氢含量的增加，冷裂纹发生率增大。用低氢焊条焊接时焊道下产生裂纹的可能性比用含有较多有机物的焊条焊接时小得多。图2-1是在电弧气氛中加入不同氢气的试验焊结果。从图中可以看出，焊道下裂纹发生率随着氢加入量的增加而增大。同时实验表明，扩散氢含量越多，延迟时间越短。

2）钢的硬化倾向

钢种的淬硬倾向越大，接头中出现马氏体的可能性越大，越容易产生冷裂纹。在材料一定的情况下，冷却速度越高，马氏体含量越多，从图2-2可以看出，冷却速度越高，马氏体含量越高，裂纹发生率增大。

3）焊接接头约束应力

焊接接头的束缚应力包括由于加热不均匀而产生的热应力、相变应力、由结构本身几何因素决定的应力等。试验研究表明，束缚应力越大，产生冷裂纹的概率越大。

3. 三个要素的作用和关系

1）氢在金属中的溶解和扩散

从图2-3和表2-1可以看出，氢在γ相中的溶解度远高于α相。在快速冷却时，它来不及在γ→α转变过程中析出，而以过饱和溶液的形式存在于α相中。另外，氢在α相中的扩散能力高于γ相。

因此，当发生γ→α转变时，氢的溶解度突然下降，而在快速冷却过程中，它来不及在γ→α转变时析出，而以过饱和溶液的形式存在于α相中。加之氢在α相中的扩散能力高于γ相，因此当发生γ→α转变时，氢的溶解度突然下降，而扩散能力突然增加。

表2-1 氢在不同组织中的溶解度和扩散率

温度 / 摄氏度

溶解度/(mL/100g)

扩散速率/(mL·mm-2·h-1)

γ-Fe

α-Fe

γ-Fe

α-Fe

500

0.75

0.018

0.26

100

0.9

0.12

0.000000034

0.00026

2）焊缝金属结晶过程中氢的溶解和扩散

当焊缝分解奥氏体时，氢的溶解度突然下降，扩散速度突然增大。过量的氢必然会通过熔合线向尚未转变的热影响区扩散。氢扩散到母材中后，由于在γ相中溶解度大，扩散速度慢，在快速冷却时不能继续向母材中扩散，而在熔合线附近凝结形成高氢区。

母材相变后，氢以过饱和状态残留在马氏体中，并向应力集中处或晶格缺陷处扩散结合成分子，形成较高的局部应力。 加之热应力和组织应力的综合作用，有可能发生开裂。 当热影响区氢浓度足够高时，马氏体会进一步脆化，导致焊道下产生裂纹。

3）氢与力相互作用产生延迟现象

氢的扩散速度决定了潜伏期和裂纹扩散周期的长短，而扩散速度又由扩散氢含量和应力水平决定。氢与应力水平具有互补关系，即扩散氢含量越高，开裂所需的应力越小，潜伏期越短；应力越大，开裂所需的氢含量越低。

冷裂纹一般在-100～+100℃温度范围内产生，这也是由氢的扩散特性决定的。当温度高于100℃时，氢原子有足够的动能析出到金属外部，剩余的扩散氢太少，不足以引起开裂。当温度低于-100℃时，氢在金属内部的扩散受到抑制，难以聚集并形成一定的压力。因此，当温度高于或低于上述范围时，一般都不会产生冷裂纹。

4）钢的硬化倾向的影响

马氏体是典型的淬硬组织，这是由于间隙碳原子过饱和，使铁原子偏离平衡位置，晶格发生明显畸变所致，特别是在焊接条件下，近焊缝区加热温度高达1350-1400℃，使奥氏体晶粒严重长大。

当快速冷却时，粗大的奥氏体会转变成粗大的马氏体。淬硬的马氏体发生断裂所需的能量较小。因此，当焊接接头中存在马氏体时，裂纹容易形成和扩展。钢的淬硬倾向越大，冷却后在热影响区或焊缝中获得的马氏体越脆，对冷裂纹越敏感。

冷裂纹形成的三个基本因素是相互联系、相互制约的，不同的因素在不同条件下起着不同的作用。例如，当扩散氢含量较高时，即使马氏体量或约束应力较小，也可能产生开裂；当材料的碳当量较高，接头中形成较多的马氏体时，即使扩散氢很少或没有，也会产生裂纹。

4、防止冷裂纹的措施

1)选择对冷裂纹敏感性小的母材。母材的化学成分不仅决定其自身的组织和性能，而且决定所采用的焊接材料，因而对接头的冷裂纹敏感性起着决定性的作用。

2）严格控制氢的来源，选用优质焊接材料或低氢焊接方法，并按规定严格进行焊接材料干燥和焊前清理工作。

3）提高焊缝金属的塑性和韧性。在焊缝中过渡Ti、Nb、V、B、Te或稀土元素，使焊缝强韧化。采用奥氏体焊条也能较好地防止冷裂纹的产生。

4）焊前预热焊前预热可有效降低冷却速度，从而改善接头组织，降低约束应力，利于氢的析出，可有效防止冷裂纹的产生，是生产中常用的方法。

5)控制焊接线能量。提高线能量，可以降低冷却速度，从而减少冷裂纹的倾向。但过大的线能量可能造成焊缝及热影响区的晶粒粗化，一旦粗大奥氏体转变为粗大马氏体，裂纹倾向反而增大。

6)焊后热处理 焊后采取不同的热处理，可以分别消除扩散氢、降低和消除残余应力、改善组织或降低硬度。

由以上分析可知：65Mn钢在焊接过程中易产生延迟裂纹，焊接性较差；Q235在工程应用中按照焊接工艺进行焊接，很少出现焊接性缺陷。

3 异种钢焊接

所谓异种钢的焊接性，是指两种或两种以上化学成分和组织性能不同的钢材，在有限的施工条件下，焊接成符合规定的设计要求的构件和满足预定的使用要求的能力。

3.1 异种钢焊接简介

3.1.1异种钢焊接接头的特点

异种钢焊接接头与同种钢焊接接头有着本质的区别，主要是由于熔敷金属与两侧热影响区及母材的不均匀性造成的。其主要区别为：

1）化学成分不均匀这是因为在焊接加热过程中，两侧母材熔化量、熔敷金属成分及母材熔化区都会因“稀释”作用而发生变化。接头区成分不均匀的程度，不仅取决于母材和填充金属的原始成分，还受焊接工艺的影响。易采用小电流、浅熔深焊接。

2）组织的不均匀性在焊接热循环的影响下，接头内各区域的组织是不均匀的，有的区域会出现复杂的组织结构。组织的不均匀性表现在熔合比的变化上。熔合比（稀释率）θ——焊缝金属中部分熔化的母材所占的比例称为熔合比。θ取决于焊接方法、规范、接头形式、坡口角度、药皮（焊剂）性质、焊条（焊丝）倾斜度等因素。可通过实验测定。

3）性能的不均匀性是由于组织和成分的变化，导致性能的不同。各种变化会成倍的变化，特别是焊缝两侧热影响区的冲击值变化更大。同样，耐久强度、蠕变强度等高温性能也有很大的变化。

4)应力场分布不均匀由于组织和成分不同，接头的热膨胀系数和热导率也不同，不同的热膨胀系数引起不同的塑性区域和残余应力；不同的热导率系数引起不同的热应力。

组织应力和热应力的共同作用会产生应力峰值，导致接头断裂。

总之，对于异种钢焊接接头，成分、组织、性能和应力场的不均匀性是其主要特征。

3.1.2异种钢焊缝金属成分与组织的控制

1、焊缝成分与舍弗勒组织图的关系 异种钢焊接时，所选用的焊接材料与母材不同，因此需要估算焊缝金属的成分、组织和性能，舍弗勒组织图（图3-1）就具有此功能。奥氏体形成元素镍当量计算公式为：Nieq＝ωNi+30ωC+0.5ωMn；铁素体形成元素铬当量计算公式为：Creq＝ωCr+ωMo+1.5ωSi+0.5ωNb；也可以根据母材和填充金属的成分和稀释率计算得出焊缝金属的成分。

2、焊缝成分与熔合比的关系焊缝的​​成分与熔合比有很大的关系，不同的焊接方法、接头、坡口形式，其熔合比是不同的，影响熔合比的具体因素有：

1)预热的影响预热温度越高，母材熔化越多，熔合率越大。

2）焊接参数：焊接电流越大，熔合比越大；焊接速度越低，熔合比越小。

3)焊接方法及接头形式焊接方法及接头形式对熔合比的影响如表3-1所示。

表3-1 焊接方法及接头形式对熔合率的影响（低碳钢）

焊接方法

电弧焊

埋弧焊

连接器类型

I型坡口对接接头

V型槽接头

角接或搭接

焊接

对接

板厚/mm

2～14

10

10～20

2-4

5～20

—

10～30

融合率

0.4～0.5

0.5～0.6

0.25～0.50

0.2～0.4

0.2～0.3

0.3～0.4

0.2～0.3

0.1～0.4

0.45～0.75

3.1.3 不同焊接方法焊接异种金属的特点

1）熔化焊时，母材总会有一部分熔进焊缝中，造成稀释，使得接头各区域组织不同。 通过调整工艺，可控制高温停留时间，减少熔深，以降低稀释率。

2）压焊加热温度不高或不进行加热，减轻或避免了热循环对母材性能的不良影响，防止了脆性的金属间化合物的生成，消除了由于稀释率引起的接头性能问题。

3）其他方法：母材不发生熔化、结晶，对接头影响不大，在重要设备上很少采用。

3.1.4 异种金属焊接的焊接材料和焊接方法的选择

1.熔合区特征

1）熔合区分为未混合区和半熔合区，填充金属与母材成分差异越大，二者越难充分混合，熔合区越明显。

2）稀释率越大，熔合区越明显。

3）金属在熔合区处于熔融状态的时间越长或流动性越好，其成分越均匀，熔合区越小。

4)通过调整焊接参数和热处理工艺，可以改善熔合区成分的不均匀性。

2.焊接方法的选择原则

1）高效、经济；

2）了解不同焊接方法的适用性；

3）根据不同材料的特性及加工性能。

3.焊接材料的选择

钢制焊接是根据当前的金属结构而分类的。

根据国际焊接钢的国际原则，焊接材料的选择可以分为以下四种情况：

1）焊接金属的化学成分与低合金侧的材料的化学成分一致；

2）焊接金属的化学成分与高合金侧的材料的化学成分一致；

3）焊接金属的化学成分是两种基本材料的中间组成；

4）焊缝由镍基合金材料制成。

3.1.5焊接钢的关键点

1.考虑在融合线附近的韧性下降。

2.可以通过调整焊接方法，焊接过程和参数，凹槽形式，焊杆类型等来改进和避免关节。

3.焊缝的稀释率与钢的合金含量有关，随着合金含量的增加，稀释率增加了。

4.如果焊接的钢的两侧是硬化的，则必须根据A-Body焊接焊接进行预热。

5.在处理f/m的钢接头时，合理的焊接后热处理非常重要。

6.当焊接A/M（F）不同的钢板时，可以在非A侧凹槽上预焊接一层高Cr（Ni）金属，然后用A-Body钢电极进行焊接。

3.2分析不同钢的焊接性

不同钢的焊缝受到四个因素的影响：材料，焊接方法，组件类型和用法要求。

不同的钢的可焊性可以总结到以下两个方面：

（1）不同钢的粘结性能是指在给定的焊接过程条件下形成密集的焊接接头的能力。

（2）不同钢的性能是指焊接关节适应焊接后长期使用条件下使用要求的能力。

影响不同钢的焊缝的因素大致如下：

钢的化学组成，焊接参数，预热和后热处理，填充物的类型和化学组成，供应状态和碱金属的表面状况，焊接环境条件，关节形式和尺寸以及焊接位置时，焊接机制和操作技术都更为复杂焊接钢的困难如下：

1.钢钢的线性膨胀系数的差异越大，焊接的困难就越困难。

2.不同钢的熔点差异越大，焊接的困难就越困难。

3.导热率和异种钢的比热容量的差异越大，焊接的困难就越困难。

4.钢钢的氧化能力越强，焊接越困难。

5.在不同的钢之间形成的金属化合物越多，焊接越困难。

3.3分析65MN-Q235钢的可焊性分析

基于65MN和Q235钢的可焊性具有自身的特征，这是由于化学组成，机械性能，金属结构和物理性能在65MN和Q235钢之间的差异，这是由于65MN-Q235钢的延迟延迟，这是由于65MN和Q235钢的焊性。

3.3.1 65MN-Q235钢焊接接头的特性

65MN-Q235钢焊接的关节是一个不均匀的体，其组成，结构，性能等基本上与焊接部分的中心线对称。

1.在焊缝中：在靠近融合区域（部分熔化区）的区域，电极的熔融金属和基本材料的熔融金属并未完全混合，并且基本上基本上保持了基本材料组成。

2.在融合区附近的热影响区中：由于焊接的组成，结构和性能差异，金属的化学成分不会显着变化。

Q235钢具有良好的焊接性，而65MN钢的焊缝性较差，裂纹全部在65mn钢侧，因此，应将65MN钢的焊接用作评估不同钢的焊接性的主要基础。

3.3.2裂纹位置

1.表面宏观检查

（1）位于焊缝和基本材料的连接处的裂缝，即热影响区（HAE）。

（2）焊缝表面（65mn钢侧）的纵向裂纹，某些组件中裂缝的膨胀导致两个钢板分开。

2.低功率横截面观察

这些裂纹均来自焊缝根部的最大应力浓度点，然后延伸至热影响区域或焊缝，这是沿晶体的脆性断裂。

3.3.3焊接接头的冷裂纹灵敏度

间接评估冷裂纹灵敏度

热影响区的碳当量方法和最大硬度方法是间接判断钢的可焊性的主要方法。

（1）相当于65MN钢的碳：（ WES标准）CEQ = C+Mn/6+Si/24+（省略）≈0.8（％）CEQ值很高，该钢具有很强的硬化趋势，易于形成Martentit，并且对冷裂的敏感性很高。

（2）热影响区的最大硬度值：HVMAX =（1660·CEQ-166）±40（HV）≈1560（HV）。 - 应考虑焊接热处理。

3.3.4裂缝的原因

在65MN-Q235钢焊接接头中氢引起的延迟裂纹的原因与65mn钢的延迟裂纹相同。

（1）焊接扩散的氢含量及其分布；

（2）焊接接头的约束应力；

（3）钢的硬化趋势（可扩散的氢是主要因素）在某些条件下相互关联，相互限制和相互促进。

1.氢的作用

氢是在焊接过程中产生氢引起的延迟裂纹的重要因素。

如果焊接中的氢含量超过一定的临界值，则裂纹会随着氢含量的增加而出现，裂纹的尺寸和数量也会增加。尚未发生。

由于65MN钢侧的热影响区具有高碳含量，并且奥氏体的分解温度远低于Q235侧的温度，因此很容易形成富含氢的区域，因此很容易形成Martensite-Martensite通过扩散的氢而容易地诱导裂纹，以产生裂纹并扩展到热型区域或形成的水合延迟的延迟延迟。

2.焊接接头的约束应力

当焊接65mn-Q235钢钢65MN-Q235时，主要产生以下三个应力：

（1）在加热和冷却期间，在焊缝和热影响区域中产生的热应力（2）在金属相变化过程中体积变化引起的内部应力。

（3）由结构性约束引起的压力。通过热处理。

3.钢的硬化趋势

65mn钢具有高碳含量，在焊接和冷却后易于加热，在焊接和热处理（或焊接缓慢缓慢）是重要的过程措施，可以软化结构，减少焊接应力并防止延迟裂纹。

4.开发65MN-Q235钢的焊接过程不同

4.1选择焊接方法

从上述分析中，我们知道65MN-Q235不同的钢的可焊性非常差，并且很少用于通常满足性能要求的结构。

使用了不同的钢结构，因此焊接生产很小，大多数是短焊缝。

1.灵活的操作弧线焊接已成为最广泛使用的焊接方法的原因主要是由于其灵活性。 。

它可以在车间和室外建筑工地中使用。 。

2.关节组件的低要求。

3.更多可焊接金属

电弧焊接用于焊接低碳钢和低合金钢结构，弧形焊接也通常用于焊接合金钢结构，以及不锈钢，耐热钢，诸如较低的材料，以及其他材料，以及其他材料，以及其他材料，以及其他材料。阻力。

与其他弧线焊接方法相比，焊杆弧焊接也有缺点，所使用的焊接电流很小，必须在每次焊接后更换焊杆，并且必须停止焊接，并且该焊接方法的去除量很小。

焊接过程是手动运行的，焊接的质量在很大程度上取决于工人的操作技巧和现场性能；

4.2选择焊接材料

在65MN-Q235钢焊接组件中，65MN钢通常符合高硬度和耐磨性的要求，并且其强度不被用作设计基础，但是Q235钢的强度应用作设计强度，因此，Q235钢应用于基础。

但是，由于高扩散氢的含量，65MN钢很容易延迟裂纹，因此在选择焊接材料的强度时，您还应该选择低的氢类型。

同时，焊接金属的可塑性和冲击力不低于高强度和较差的可塑性，因此可以根据两者的强度水平来选择焊接材料，以防止焊接裂纹，应根据高强度水平和较差的焊缝来确定焊接过程。

根据上述要求，使用65MN-Q235异质钢焊接用于使用E4315低氢氢氢氢，并且使用前应将350°C×2H干燥。

表4-1 E4315型焊接带熔融金属化学成分和机械性能

模型

融化金属化学成分/％

机械性能

锰

硅

бB / MPA

as / mpa

Δ5 /％

akv / j

E4315

≤0.12

≤1.25

≤0.9

≥420

≥ 330

≥22

≥27

4.3连接器和坡度设计的形式

从先前的分析中，65MN和Q235的化学成分和物理性能存在很大差异，这在焊接过程中会导致内部应力大量产生。

斜率的大小和形状会同时考虑熔融比和焊接生产率。

表4-2个饰面的关节和形式

焊接零件厚度/毫米

形式

α/°

δ/mm

β/mm

4 ～ 8

1 ～3

8 ～16

60

1 ～3

2 ～ 4

＞16

60

1 ～3

2 ～ 4

4.4选择焊接参数

4.4.1条直径

可以根据焊接部分的厚度，接头的类型，焊接的位置和焊接通道水平来选择直径。

表4-3直径与焊接部件的厚度之间的关系

焊接零件厚度/毫米

4 ～5

6 ～ 12

≥13

条直径/毫米

3.2

3.2〜4

4 ～5

4 ～ 6

4.4.2焊接电流

焊接电流是电极的弧线焊接中最重要的过程参数。

当焊接焊接，焊缝窄电流，熔池浅，熔合不良三大因素

1.盒子的直径越大，焊接电流越大，如表4-4所示。

表4-4直径与焊接电流之间的关系

条直径/毫米

1.6

2.0

2.5

3.2

4.0

5.0

6.0

焊接电流/A

25 ～40

40〜65

50〜80

100 ～130

160 ～210

260 ～280

260〜300

2.焊接位置

当较厚的板或T形连接器和焊接环境较低时，焊接电流应在焊接位置时更大

3.焊接频道级别

当多层焊接或多层焊接底部焊接通道以确保后焊接的质量和方便操作，应使用较小的电流以提高效率；

4.使用碱性电极时，酸性条带的焊接电流降低了约10％。

4.4.3电弧电压

电弧电压主要影响焊缝较高的弧电压，较宽的焊缝较宽。

当弧形的长度是盒子直径的0.5至1.0倍时，将焊接弧分为长弧。

4.4.4焊接速度

焊接速度主要取决于条纹的融化速度以及所需的焊接接缝尺寸，组装间隙和焊接位置，以确保焊接质量和外观尺寸的要求。

4.4.5焊接线能

线能是指焊接焊接时从焊接能量输入的焊接接缝长度中的能量。

（J/cm）

公式E焊接线中的能量，j/cm；

问 - ARC的有效力量，J/S；

V - 焊接速度，cm/s；

ARC的功率因数有效；

我 - 焊接电流，a;

U-焊接电压，V。

焊接线的能量会影响焊接的性能和质量，而焊接线的最佳范围通常是不同的。

4.4.6焊接层编号

当焊缝较厚时，当多层焊接或多层焊接进行焊接时，当盒子直径的0.8至1.2倍时，焊接质量是最好的，生产效率最高，并且很容易操作。

4.4.7定位焊接

定位焊接是指在焊接之前由固定焊接部件的相对位置进行的焊接操作，通常称为固体焊接。

定位焊接时，应主要考虑以下因素：

1.定位焊接位置焊接接缝通常保留在焊接结构中，因此，定位的定位的定位应与焊接形式相同。

2.在焊接部位的另一侧放置双面焊接的焊接接缝，将焊接接缝在相反的一侧排列；

3.通常根据焊接部件的厚度确定定位焊缝的尺寸，以确定焊缝定位的长度，高度和间距。

表4-5定位焊接参考尺寸单元：mm

焊缝厚度

定位焊接高度

定位焊接长度

定位焊接间距

<4 4

<4 4

5～10

50 ～100

4～12

3-6

10 ～ 20

100 ～200

＞12

＞6

15 ～ 30

200〜300

4.定位焊接过程要求

1）焊缝的位置很短，冷却速度很快，因此焊接电流应比正式焊接电流大10％至15％。

2）定位弧和定位的末端应光滑。

3）如果定位焊缝在开裂，则除去裂缝处的焊接后，必须消除裂缝的焊接。

4）试图避免强迫组装，以防止焊接期间的焊接焊缝或正式的焊接。

4.5焊接前准备

通常用火焰切割焊接坡度的准备工作，但是在准确性方面不能很好地保证火焰切割，尤其是当装配要求很高时。

因此，为了减少火焰切割对焊接接头的影响，应进行65MN斜率的制备，然后进行机械处理。

4.6预热前进行焊接

重要组件的焊接，合金钢的焊接，高碳钢和厚组件的焊接需要在焊接前进行预热。

1.预热可以在焊接后降低冷却速度，这有利于焊接金属中氢的增殖，并避免氢的通用裂纹。

2.预热可以减轻焊接应力。

3.预热可以减少焊接结构的限制，并且随着预热温度的增加，降低角度连接器的限制尤为明显。

预热温度和层间温度的选择不仅与钢和特技的化学组成有关，而且还与焊接结构的刚度，焊接方法和环境温度有关，此外，钢板厚度的预热温度的均匀性以及钢板均匀造成钢板的均匀性均匀造成了钢板的均匀效果。

局部预热的宽度应取决于焊接载体的限制，这应该是焊接区域周围的壁厚的三倍，并且不应小于150-200 mm。

4.7焊接热处理后

焊接热处理后，它主要是指焊接完成后的低温热处理。

在焊接过程中，由于加热和冷却的不平衡以及组件本身是约束或加上限制因素，焊接工作结束后，焊接应力将始终在组件中产生。

特定的压力热处理是在高温下减少焊接工件，其屈服强度降低以达到放松焊接应力的目的。

该方法可以消除80％-90％的焊接应力。

焊接后进行热处理时，应将以下几点付给以下几点：

1.当焊接部件中具有强烈淬火趋势的珠射线材料时，焊接后应立即进行点火。

2.为了防止焊接变形，在焊接之前预焊接的焊缝温度不应高于350°C；

3.加热速度取决于焊接钢的化学成分，焊接零件和壁厚的类型以及加热炉的功率。

4.在加热热量期间，大和厚部分之间的温度差不超过±20°C。

5.当局部点火开关时，应确保焊缝两侧都有均匀的加热宽度。

6.为了消除组件的热应力和变形，冷却速度应小于200°C / h或小于200×25 /δ（℃ / h）。

5焊接测试

5.1测试零件的准备

使用机械加工方法准备100×150厚12的65MN和Q235钢测试（单位：mm）。

5.2焊接前准备

1.在焊接之前，严格清洁凶猛部件表面的油，氧化铁皮肤和生锈。

2.在焊接前选择E4315条纹和干燥350°C×2H。

5.3焊接规范

1.仪器直径为2 3.2，4.0。

2.电源和极性DC反向的类型。

3.焊接电流100 ～130A（莎3.2）140 ～180A（莎4.0）。

4.弧电压24 ～25V（莎33.2）25-27V（莎4.0）。

5.预热预焊接150 ～200。

6.焊接热处理后，焊接后200 ～350×2H。

5.4焊接操作

根据图的顺序，焊接的焊接电流为100至130a，并且弧电压为24至25V。

5.5测试分析

1.表面平均开裂率

中间形式 - 表面裂纹率（％）;

- 表面裂纹的长度（mm）的总和；

- 测试焊接长度（mm）。

2.根平均开裂率

中间形式 - 根裂纹率（％）；

- 根裂纹的长度（mm）的总和；

- 测试焊接长度（mm）。

六，结论

在焊接实践验证之后，焊接可以获得满足使用性能的高质量焊接，但是由于其特殊的焊接要求，当制定焊接过程时，我们应该特别注意生产中的几个方面：

1.预热预焊接以防止过度冷却速度的冷却速度。

2.使用低氢型焊接以及严格的干燥和绝缘材料，减少扩散氢的含量，并减少延迟裂纹的可能性。

3.由于制定了合理的焊接过程参数，由于晶粒的溶解性和难度的溶解，能量太大而无法产生过热的组织，因此，根据the Orfors的速度，可以确定均可确定量的of to and iS formeter and the ISS，并确定了量的量。在最后确定。

4.严格根据过程规格清理母质材料。

5.避免强大的组装并减少结合应力。

6.定位焊接也应按照过程规格应用。

7.焊接后的质量相对严格的焊接后，回收200-350°C×2H。

在第二个测试中，获得满足当前条件的焊接过程规格