程鵬波

（鄭州宇通重工有限公司，河南 鄭州 450051）

鄭州宇通重工有限公司在生產(chǎn)旋挖鉆桿時(shí)選用27SiMn和35CrMo兩種無(wú)縫鋼管，這兩種材質(zhì)均屬于GB/T3077低合金結(jié)構(gòu)鋼，兩種材質(zhì)的力學(xué)性能見(jiàn)表1，化學(xué)成分如表2所示。在生產(chǎn)過(guò)程中需要將鋼管進(jìn)行對(duì)焊處理，故需要研究其焊接性。

1 焊接性對(duì)比

鋼的焊接性與碳含量、碳當(dāng)量關(guān)系繪制成格瑞維勒(Graville)圖如圖1所示。圖1分為三個(gè)反映焊接性的區(qū)域。區(qū)域I為易焊接區(qū)，在該區(qū)域的鋼種具有很好的焊接性；區(qū)域Ⅱ?yàn)榭珊附訁^(qū)，在該區(qū)域的鋼種通過(guò)適當(dāng)?shù)念A(yù)熱和焊后熱處理還是可以焊接的，具有一定的焊接性；區(qū)域Ⅲ為難焊接區(qū)，表明在該區(qū)域的鋼種即使采用了預(yù)熱和焊后熱處理還是很難焊接，其焊接性差。由圖1可知，27SiMn的焊接性?xún)?yōu)于35CrMo。

2 焊接工藝對(duì)比

采用 CO2氣體保護(hù)焊，保護(hù)氣體為φ（CO2）20%+φ（Ar）80%，27SiMn 和 35CrMo鋼的抗拉強(qiáng)度均大于等于980 MPa，焊絲采用低一級(jí)的SLD-70，直徑φ1.2，氣體流量 15～20 L/min，分別對(duì) 27SiMn和35CrMo鋼進(jìn)行了小鐵研試驗(yàn)。針對(duì)兩種鋼淬硬傾向較大的特性，采用小的焊接線能量，能有效減少高溫焊接停留時(shí)間，避免奧氏體晶粒過(guò)熱，但同時(shí)會(huì)增加奧氏體不均勻性，導(dǎo)致奧氏體穩(wěn)定性降低。

表1 力學(xué)性能（GB/T3077-1999）

表2 化學(xué)成分（GB/T3077-1999） %

圖1 反映鋼的焊接性與碳含量、碳當(dāng)量關(guān)系的Graville圖

2.1 坡口設(shè)計(jì)

根據(jù)多層多道焊對(duì)坡口要求，同時(shí)為保證焊縫根部能充分熔合，設(shè)計(jì)的焊接坡口如圖2所示。

圖2 坡口型式和焊接層數(shù)

2.2 預(yù)熱和后熱溫度

通過(guò)焊前預(yù)熱、焊后消氫處理的工藝措施來(lái)避免馬氏體的形成，以降低熱影響區(qū)的淬硬性和加速焊接接頭中氫的擴(kuò)散逸出，有效防止了焊接冷裂紋的產(chǎn)生。

采用Seferain法確定預(yù)熱溫度T0（27SiMn）=204℃，T0（35CrMo）=235℃，根據(jù)車(chē)間實(shí)際要求預(yù)熱溫度為：27SiMn大于等于220℃，35CrMo大于等于250℃。

根據(jù)公式 Tp=455.5[Ceq]p-111.4 計(jì)算焊后消氫處理溫度TP（27SiMn）=235℃，TP（35CrMo）=263℃，考慮后熱消氫溫度必須小于母材本身的回火溫度，車(chē)間實(shí)際使用履帶加熱器包裹焊縫進(jìn)行消氫處理，升溫30 min，溫度達(dá)到300℃時(shí)開(kāi)始保溫180 min，保溫結(jié)束后斷電隨履帶板冷卻，焊后消氫溫控曲線如圖3所示。

圖3 焊后消氫溫控曲線

2.3 工藝參數(shù)

通過(guò)斜Y型坡口焊接裂紋試驗(yàn)方法確定27SiMn工藝參數(shù)為：I=230±10 A，U=22±1 V，層間溫度120 ℃～220 ℃；35CrMo工藝參數(shù)：I=280±10 A，U=24±1 V，層間溫度160℃～300℃。

3 應(yīng)用效果

通過(guò)上述分析對(duì)比，27SiMn的焊接性?xún)?yōu)于35CrMo。鄭州宇通重工有限公司采用以上焊接工藝焊接的27SiMn管材和35CrMo管材，超聲波探傷達(dá)到GB/T 12469-1990要求二級(jí)焊縫合格率（大于等于99%），在三年多的時(shí)間內(nèi)，已售鉆桿在施工過(guò)程中尚無(wú)焊縫斷裂現(xiàn)象。