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[摘 要]16Mn钢属于低合金强度用钢，固溶强化后在热轧状态下使用，其焊接性优良；而ZG275-485H钢不同于传统用钢，它是一种新金属材料，要将这异种钢在工程上焊接应用和推广，必须对两种材料焊接性及焊接工艺进行研究，焊后通过试验分析达到要求才能应用与推广。本试验通过工艺选择、力学实验确定出焊接两种材料的焊接工艺要点。
[关键词]确定工艺方案；CO2半自动焊；ZG275-485H和16Mn异种钢焊接
10. 13939/j. cnki. zgsc. 2015. 28. 261
1 母材、填充材料成分显微分析
1. 1 ZG275-485H钢和16Mn钢成分（母材厚度均为25mm，16 Mn钢为热轧态）
ZG275-485H碳素铸钢的化学成分：含碳（0. 2～0. 25）%、含锰（0. 8～1. 2）%、Si≤0. 5%、S≤0. 04%、P≤0. 04%、Ni≤0. 3%、Cr≤0. 3%、Cu≤0. 3%、Mo≤0. 3%、V≤0. 05%、δb≥485Mpa、δs≥275Mpa。根据成分分析，该钢的含碳量、杂质元素（S、P）含量比ZG230-450钢还低，而含锰量及强度等级比ZG230-450钢要高，因此，对该钢本身焊接而言，其焊接性比ZG230-450钢更加复杂、难焊。
16 Mn低合金高强度钢的化学成分：0. 12%≤C≤0. 20%、0. 20%≤Si≤0. 55%、1. 20%≤Mn≤1. 60%、S≤0. 045%、P≤0. 045%、δb≥475Mpa。
通过对两种材料成分分析比较，抗拉强度非常接近，含碳量均在0. 25%以下。但ZG275-485H钢的碳当量Ceq≤0. 58%，可以看出其碳当量值很高，淬硬倾向较大，焊接时容易出现焊接裂纹；而16 Mn钢的碳当量0. 345%≤Ceq≤0. 491%，也具有一定的淬硬倾向，因此，这两种材料处于异种钢焊接时，焊接性较差，必须采用严格的焊接工艺才能满足焊接质量要求。
1. 2 填充材料成分
二氧化碳焊丝牌号较多，为适应本试验钢种均含有锰、硅等合金元素，应选择含有锰、硅合金元素的焊丝，所以选择H08Mn2SiA、直径ф1. 2焊丝，该焊丝焊接后有较好的工艺性能、机械性能及抗热裂纹能力，成分如下：
C≤0. 11%、1. 2%≤Mn≤2. 1%、0. 65%≤Si≤0. 95%、S≤0. 03%、P≤0. 03%、Cr≤0. 2%、Ni≤0. 3%
从上可知，选择的低碳钢焊丝含碳量比母材含碳量更低，以保证焊接接头具有更好的塑性，避免焊接裂纹的出现。
2 焊接接头
焊接接头的种类很多，为更好地适应工艺试验全位置焊接需要，选择利于施焊的对接接头、机械加工成非对称50度X型坡口（坡口深度为15和8，钝边尺寸2mm）施焊；装配间隙2mm。
3 焊接工艺的选定
3. 1 保护气体选择和流量确定
选择CO2气体进行保护，为保证保护效果，要求CO2气体纯度不低于99. 5%，焊接时气体流量为12～20L/min。
3. 2 熔敷金属过渡方式因选择的是细丝焊丝，采用射流过渡，以保证焊接过程中电弧燃烧稳定，配合适当的电弧功率保证良好的焊缝成形。
3. 3 预热温度及层间温度由于这两种异种钢焊接时容易出现焊接裂纹，须降低焊接冷却速度，预热是为了防止裂纹，同时对焊接接头还有一定的性能改善作用，预热温度（允许最低值）150℃、层间焊接温度（允许最低值）200℃。
3. 4 焊接技术选用
①喷嘴尺寸与选择的焊丝直径要相匹配，采用14～16mm喷嘴。②使用钢丝刷进行焊前和层间清理，保证焊接部位整洁；如果破口附近有水分、油污应先清理干净。③在焊接过程中，焊距要左右摆动，实施摆动焊，摆动角度15～20度，避免未焊透、熔合等焊接缺陷出现。④导电嘴至工件距离适当，选择10～16mm。⑤单丝多道焊接，焊接接头两面余高控制在1mm以内，以避免应力过分集中；同时焊接过程中注意破口面非对称焊，控制焊接变形量，以减少对焊件的整形辅助时间。
3. 5 焊接电特性选择
4 焊接检验
焊接后焊接接头内部质量的好坏，只有通过各种检验来判断是否符合有焊接缺陷及缺陷大小、多少，再对比质量标准进行判断。
4. 1 焊缝外观检验宏观检查（用10倍放大镜）：焊接接头表面未出现裂纹、未熔合、气孔等焊接缺陷，焊缝成形良好。
4. 2 探伤检验焊缝使用超声波100%进行探伤检查，结果符合GB11345—89. B1级要求，满足钢制结构探伤检验要求。
5 焊接接头力学试验
焊接接头的力学性能是否达到设计的质量标准，只有将焊接接头制成力学性能试验标准试件进行试验，对试验结果加以分析，才能确定所选择的焊接工艺选择是否合理、可行，以及推广使用。
为保证测定值更加可靠，同类试验选择的试件为五件。
在焊件上分别截取弯曲试样五件，标注为WQ1、WQ2、WQ3、WQ4、WQ5；冲击试样十件，分别标注为CJR1、CJR2、CJR3、CJR4、CJR4、CJH1、CJH2、CJH3、CJH4、CJH4（前五件缺口位置处在焊接热影响区，后五件处在焊缝区）；拉力试样五件，标注为LL1、LL2、LL3、LL4、LL5。所有试样加工成标准力学试验试件。
5. 1 弯曲试验
通过以上力学试验可知，采用上述焊接工艺焊接ZG275-485H钢与16Mn钢是可行的，在工程上可以推广应用。
参考文献：
[1]尹从献，等. ZG275-485H可焊铸钢的试验研究[J].石油机械，2003，31（9）.
[2]杨海明. 异种金属的焊接[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2014.
[3]赵伟. CO2气体保护焊半自动焊焊工培训教程[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2003.
[关键词]确定工艺方案；CO2半自动焊；ZG275-485H和16Mn异种钢焊接
10. 13939/j. cnki. zgsc. 2015. 28. 261
1 母材、填充材料成分显微分析
1. 1 ZG275-485H钢和16Mn钢成分（母材厚度均为25mm，16 Mn钢为热轧态）
ZG275-485H碳素铸钢的化学成分：含碳（0. 2～0. 25）%、含锰（0. 8～1. 2）%、Si≤0. 5%、S≤0. 04%、P≤0. 04%、Ni≤0. 3%、Cr≤0. 3%、Cu≤0. 3%、Mo≤0. 3%、V≤0. 05%、δb≥485Mpa、δs≥275Mpa。根据成分分析，该钢的含碳量、杂质元素（S、P）含量比ZG230-450钢还低，而含锰量及强度等级比ZG230-450钢要高，因此，对该钢本身焊接而言，其焊接性比ZG230-450钢更加复杂、难焊。
16 Mn低合金高强度钢的化学成分：0. 12%≤C≤0. 20%、0. 20%≤Si≤0. 55%、1. 20%≤Mn≤1. 60%、S≤0. 045%、P≤0. 045%、δb≥475Mpa。
通过对两种材料成分分析比较，抗拉强度非常接近，含碳量均在0. 25%以下。但ZG275-485H钢的碳当量Ceq≤0. 58%，可以看出其碳当量值很高，淬硬倾向较大，焊接时容易出现焊接裂纹；而16 Mn钢的碳当量0. 345%≤Ceq≤0. 491%，也具有一定的淬硬倾向，因此，这两种材料处于异种钢焊接时，焊接性较差，必须采用严格的焊接工艺才能满足焊接质量要求。
1. 2 填充材料成分
二氧化碳焊丝牌号较多，为适应本试验钢种均含有锰、硅等合金元素，应选择含有锰、硅合金元素的焊丝，所以选择H08Mn2SiA、直径ф1. 2焊丝，该焊丝焊接后有较好的工艺性能、机械性能及抗热裂纹能力，成分如下：
C≤0. 11%、1. 2%≤Mn≤2. 1%、0. 65%≤Si≤0. 95%、S≤0. 03%、P≤0. 03%、Cr≤0. 2%、Ni≤0. 3%
从上可知，选择的低碳钢焊丝含碳量比母材含碳量更低，以保证焊接接头具有更好的塑性，避免焊接裂纹的出现。
2 焊接接头
焊接接头的种类很多，为更好地适应工艺试验全位置焊接需要，选择利于施焊的对接接头、机械加工成非对称50度X型坡口（坡口深度为15和8，钝边尺寸2mm）施焊；装配间隙2mm。
3 焊接工艺的选定
3. 1 保护气体选择和流量确定
选择CO2气体进行保护，为保证保护效果，要求CO2气体纯度不低于99. 5%，焊接时气体流量为12～20L/min。
3. 2 熔敷金属过渡方式因选择的是细丝焊丝，采用射流过渡，以保证焊接过程中电弧燃烧稳定，配合适当的电弧功率保证良好的焊缝成形。
3. 3 预热温度及层间温度由于这两种异种钢焊接时容易出现焊接裂纹，须降低焊接冷却速度，预热是为了防止裂纹，同时对焊接接头还有一定的性能改善作用，预热温度（允许最低值）150℃、层间焊接温度（允许最低值）200℃。
3. 4 焊接技术选用
①喷嘴尺寸与选择的焊丝直径要相匹配，采用14～16mm喷嘴。②使用钢丝刷进行焊前和层间清理，保证焊接部位整洁；如果破口附近有水分、油污应先清理干净。③在焊接过程中，焊距要左右摆动，实施摆动焊，摆动角度15～20度，避免未焊透、熔合等焊接缺陷出现。④导电嘴至工件距离适当，选择10～16mm。⑤单丝多道焊接，焊接接头两面余高控制在1mm以内，以避免应力过分集中；同时焊接过程中注意破口面非对称焊，控制焊接变形量，以减少对焊件的整形辅助时间。
3. 5 焊接电特性选择
4 焊接检验
焊接后焊接接头内部质量的好坏，只有通过各种检验来判断是否符合有焊接缺陷及缺陷大小、多少，再对比质量标准进行判断。
4. 1 焊缝外观检验宏观检查（用10倍放大镜）：焊接接头表面未出现裂纹、未熔合、气孔等焊接缺陷，焊缝成形良好。
4. 2 探伤检验焊缝使用超声波100%进行探伤检查，结果符合GB11345—89. B1级要求，满足钢制结构探伤检验要求。
5 焊接接头力学试验
焊接接头的力学性能是否达到设计的质量标准，只有将焊接接头制成力学性能试验标准试件进行试验，对试验结果加以分析，才能确定所选择的焊接工艺选择是否合理、可行，以及推广使用。
为保证测定值更加可靠，同类试验选择的试件为五件。
在焊件上分别截取弯曲试样五件，标注为WQ1、WQ2、WQ3、WQ4、WQ5；冲击试样十件，分别标注为CJR1、CJR2、CJR3、CJR4、CJR4、CJH1、CJH2、CJH3、CJH4、CJH4（前五件缺口位置处在焊接热影响区，后五件处在焊缝区）；拉力试样五件，标注为LL1、LL2、LL3、LL4、LL5。所有试样加工成标准力学试验试件。
5. 1 弯曲试验
通过以上力学试验可知，采用上述焊接工艺焊接ZG275-485H钢与16Mn钢是可行的，在工程上可以推广应用。
参考文献：
[1]尹从献，等. ZG275-485H可焊铸钢的试验研究[J].石油机械，2003，31（9）.
[2]杨海明. 异种金属的焊接[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2014.
[3]赵伟. CO2气体保护焊半自动焊焊工培训教程[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2003.