27SiMn鋼與35鋼焊接工藝

楊明軒,謝喆淼

（1.南充職業(yè)技術(shù)學院，四川南充637000；2.西安交通大學能源與動力工程學院流體機械系，陜西西安710049）

27SiMn鋼與35鋼焊接工藝

楊明軒1,謝喆淼2

（1.南充職業(yè)技術(shù)學院，四川南充637000；2.西安交通大學能源與動力工程學院流體機械系，陜西西安710049）

液壓缸筒由低合金27SiMn和35鋼焊裝，由于是異種鋼焊接，其焊縫及熱影響區(qū)容易出現(xiàn)高硬度、高脆性、韌性較低的組織和性能，而焊接是油缸生產(chǎn)制造過程中關鍵工序之一。選用CO2氣體保護焊，精選低氫低碳合金焊材和焊接工藝參數(shù)，采用焊前預熱、焊后緩冷的焊接工藝。經(jīng)焊后力學性能試驗，各項指標合格；經(jīng)焊接工藝評定，焊縫成形好，焊縫熱影響區(qū)小，焊接變形小，無氣孔、無裂紋、無未熔合、無未焊透等缺陷，焊接質(zhì)量優(yōu)良。結(jié)果表明，采用合理的焊接工藝，低合金鋼27SiMn與35鋼焊接性能優(yōu)良，能滿足液壓油缸的工作要求。

27SiMn鋼；35鋼；液壓缸筒；CO2氣體保護焊

0前言

根據(jù)國標GB/T17396-2009規(guī)定，液壓支柱用熱軋無縫鋼管可選用優(yōu)質(zhì)碳鋼也可選合金鋼。某液壓油缸外缸筒焊接示意如圖1所示，外缸體與缸頭、缸體與缸底等均為對接環(huán)焊縫，采用單面（外圓）施焊而成。額定工作壓力16 MPa，試驗壓力20 MPa，缸體采用27SiMn無縫鋼管，缸頭、缸底和耳環(huán)等采用35、45鋼，通過焊接組裝。對接環(huán)焊縫的質(zhì)量最為關鍵，可能導致液壓缸泄漏，甚至失效破壞[1]。在此，以低合金鋼27SiMn與35鋼來對象，研究異種鋼的焊接工藝。

127SiMn與35鋼特性

1.1鋼的化學成分和力學性能

依據(jù)國標GB/T3077-1999、GB/T699-2015和GB/T17396-2009，27SiMn鋼與35鋼的化學成分和力學性能如表1、表2所示。

1—缸頭（護套）；2—缸筒；3—耳軸套；4—耳軸；5—缸底；6—焊槍；7—管接頭。圖1 某液壓油缸外缸筒焊接示意

表1 鋼的化學成分％

表2 鋼材（管）的力學性能

1.2鋼的熱處理工藝

27SiMn鋼熱處理工藝：920℃±20℃保溫1.5 h，水淬，450℃±50℃回火，冷卻劑為油或水，硬度為HBW240～280。

35鋼熱處理工藝：正火850℃，淬火840℃，回火600℃，焊后要求焊縫與母材強度接近[2]。

1.3焊前工藝分析

35鋼含碳量為0.32％～0.39％，27SiMn鋼的碳當量Ceq=0.574％～0.737％，大于臨界值0.45％，如此高的含碳量和碳當量會使焊接熱影響區(qū)容易出現(xiàn)高硬度、高脆性、韌性較低的組織和性能，產(chǎn)生裂紋[3]。為提高抗裂性，須采用低氫型焊絲（條）和焊前預熱、焊后熱處理工藝。含碳量高和合金元素多的焊縫，偏析傾向大，熱裂紋敏感性較大，為防止熱裂紋，應采用低碳焊絲和填滿弧坑的焊接工藝。在濕度重等弱腐蝕介質(zhì)中，為降低低合金鋼焊接頭常發(fā)生的應力腐蝕開裂，須采用熱量集中和焊接線能量小的焊接工藝，并避免焊件表面焊接缺陷和劃傷。因此，通常采用焊前預熱來降低焊縫金屬和熱影響區(qū)母材的冷卻速度，既有利于焊縫金屬區(qū)氫的逸出，避免產(chǎn)生裂紋，又能減少焊縫收縮量。焊后回火處理能減少熱影響區(qū)金屬強度，消除焊后應力，防止焊接過程及焊后產(chǎn)生裂紋，消除有害的冷作硬化，改善焊接頭的力學性能[4]。

2焊接工藝

2.1焊接設備

選擇松下全數(shù)字控制CO2/MAG自動焊機，型號YD-350GR3。

2.2CO2氣體保護焊

保護氣體為φ（Ar）80％+φ（CO2）20％。氣體流量12～18 L/min，焊絲伸出長度10～15 mm。

2.3焊接材料

選用直徑φ1.2 mm、金橋ER55-G氣保焊絲，其化學成分和力學性能如表3所示。采用φ（Ar）80％ +φ（CO2）20％氣體保護焊，焊接工藝性能良好，焊縫韌性好，適合于550 MPa級碳鋼及低合金中高強度鋼結(jié)構(gòu)的焊接，對冷裂紋敏感的27SiMn鋼很適用[5]。

表3 金橋ER55-G氣保焊絲的化學成分及力學性能％

2.4工藝參數(shù)

表4 焊接工藝參數(shù)

2.5焊接試件

試件采用當?shù)匾簤杭镜漠a(chǎn)品——材質(zhì)27SiMn無縫鋼管與35鋼對焊，鋼管尺寸φ108×10，坡口角度60°±5°，鈍邊1.6±0.4 mm，間隙2±0.5 mm，如圖2所示。

圖2 焊接試件

3焊接工藝評定和試驗

3.1焊后試件

焊件經(jīng)過線切割后的試件切片如圖3所示。

3.2焊后試驗及工藝評定

（1）外觀檢查。采用10倍放大鏡檢察焊縫表面氣孔、裂紋等，用肉眼觀察焊縫表面咬邊、焊瘤等，用焊接檢驗尺測量焊縫余高、凹陷等缺陷，均符合質(zhì)量要求；檢測焊件的變形量均在許可范圍內(nèi)，合格。

（2）X射線探傷檢查。按國標GB/T3323-2005規(guī)定對焊縫用雙壁單影法檢查，焊縫內(nèi)部裂紋、未熔合、未焊透及條狀夾渣缺陷均達到國標Ⅰ級焊縫要求，合格。

（3）拉伸試驗。按異種鋼焊接質(zhì)量要求，接頭的抗拉強度不低于兩種母材中抗拉強度較低材料的最低允許值，經(jīng)查焊縫的抗拉強度略大于35鋼，拉伸斷裂部位在焊縫處，合格，如表5所示。

（4）彎曲試驗。用4倍（φ32 mm）壁厚作背彎、面彎彎頭直徑對試件焊縫作180°彎曲，經(jīng)檢查無裂

紋，合格，如圖4所示。

圖3 焊后試件切片

表5 焊接接頭拉伸試驗

圖4 焊后試件拉伸和彎曲試驗

（5）液壓試驗。按設計規(guī)范要求，試驗壓力為公稱（額定）壓力的1.25～1.50倍水壓，額定工作壓力16 MPa，加載20 MPa的試驗壓力，保壓30 min以上，檢查焊縫是否有泄露，經(jīng)查無泄露，合格。

4結(jié)論

焊接質(zhì)量直接影響支架液壓油缸的工作性能，從外缸筒異種鋼27SiMn與35鋼焊接工藝研究中可知，采用CO2氣保焊，通過焊前預熱焊后緩冷可避免馬氏體生成，以降低熱影響區(qū)的淬硬性；焊后需消氫處理能有效防止焊接冷裂紋。經(jīng)焊后力學性能試驗，各項指標合格；經(jīng)焊接工藝評定，焊縫成形好，焊縫熱影響區(qū)小，焊接變形小，表面及內(nèi)部缺陷少，焊接質(zhì)量優(yōu)良，因此焊接工藝性能良好。

[1]楊明軒，劉秋皓.工程液壓油缸外缸筒焊接技術(shù)與工裝設計[J].電焊機，2014，44（9）：72-76.

[2]印波，邱望.27SiMn焊接工藝的研究[J].機械，2010，37（11）：72-75.

[3]賈建濤，鄭淑娟，姜學壽.27SiMn鋼焊接工藝參數(shù)的研究[J].中國水運，2010，12（10）：146-148.

[4]鄭國政.CO2自動焊在液壓缸生產(chǎn)中的應用[J].山西科技，2010，25（4）：80-81，83.

[5]程鵬波.27SiMn與35CrMo的焊接工藝對比[J].電焊機，2012，42（12）：102-103.

[6]李宏策，李文芳，馮培淑.25Mn和27SiMn材料焊接性對比研究[J].煤礦機械，2013，34（5）：147-149.

Study on welding technology of 27SiMn steel and 35 steel

YANG Mingxuan1，XIE Zhemiao2
（1.Nanchong Professional Technic College，Nanchong 637000，China；2.School of Energy and Power Engineering，Xi'an Jiaotong University，Xi'an 710049，China）

The hydraulic cylinder can be made of low alloy 27SiMn and 35 steel welding，because of dissimilar steel welding，the weld and heat affected zone is prone to the microstructure and properties of high hardness，high brittleness and low toughness，welding is one of the key cylinder manufacturing processes.In this regard，the selection of CO2gas shielded arc welding，low hydrogen low carbon alloy welding material and welding parameters by preheating before welding，after welding，cold welding process of corrosion. Through the test of mechanical properties after welding，the qualified index；evaluation of welding process，weld forming and weld heat affected zone is small，small welding deformation，without porosity and cracks，lack of fusion，no welding defects，the welding quality is excellent.The results show that the welding performance of low alloy steel 27SiMn and 35 steel is excellent and can meet the requirement of hydraulic cylinder.

27SiMn steel；35 steel；hydraulic cylinder；CO2gas shielded arc welding

TG457.11

B

1001-2303（2016）11-0135-04

10.7512/j.issn.1001-2303.2016.11.29

獻

喆楊明軒，謝淼.27SiMn鋼與35鋼焊接工藝[J].電焊機，2016，46（11）：135-138.

2016-11-05

楊明軒（1964—），男，四川南部人，副教授，碩士，主要從事從事于機械方面的設計、加工與管理等工作。