二氧化碳氣體保護焊在調質鋼焊接中的應用

摘 要：ZG35CrMo調質鋼的焊接中，焊接效果要求較高，若使用電弧焊對其進行焊接，其接頭效果往往達不到標準要求，因此文章便針對二氧化碳氣體保護焊在ZG35CrMo調質鋼焊接中的應用進行了分析，并通過實驗研究，對其焊接后的性能進行了論述。

關鍵詞：二氧化碳；焊接；ZG35CrMo；工藝

引言

ZG35CrMo屬于中碳鋼，且狀態為調質狀態，在經濟性能以及力學性上具有良好的性質，因而被廣泛應用于大型設備重要部件的制造中，而該類部件的生產加工大多采用了焊接的形式，并且由于其制造過程以及零件的設計都會受到局限，所以，需要在生產中對焊接部件進行調質，即焊接處理對象處于調質狀態。該狀態下無法進行焊后熱處理，因此焊接后接頭會發生軟化或者熱影響區會發生催化甚至斷裂的現象。

1 裂紋產生原因分析

1.1 裂紋的產生

1.1.1 熱裂紋。由于ZG35CrMo屬于中碳鋼，因而材料中碳元素以及合金元素都具有較高的質量分數，從而使得焊縫的結晶溫度區間相對于普通鋼材高出許多，熱裂紋敏感性受到偏析加重的影響會有所增加，所以，焊接所選用的材料應當為碳元素、硫元素、磷元素等含量較低的材料，同時對材料中Mn/S比予以提升，以此對熱裂紋在焊接接縫發生的幾率予以降低。

1.1.2 冷裂紋。一般來說低碳鋼在焊接時，焊接效果較好，作為中碳鋼的ZG35CrMo鋼來說，由于材料中合金元素以及碳元素質量分數較高，因此MS點相對較低，材料具有較高的淬硬傾向，所以材料極易發生冷裂紋。淬硬傾向增加。另外受到MS點的影響，焊接時，鋼材無法自動形成回火效應，而且受到材料中碳含量的影響，無法產生低碳馬氏體，只能產生高碳馬氏體，而此種馬氏體脆硬性較高，因此發生冷裂紋便是在所難免的。所以ZG35CrMo鋼的冷裂紋傾向是低合金鋼材中最嚴重的，而避免該類裂紋產生的有效方式便是減少產生焊接中高碳馬氏體的量。

1.2 熱影響區分析

1.2.1 脆化。高碳馬氏體不僅僅會引發冷裂紋，同時也會引起過熱區脆化，由于冷卻速度快，因此會生成大量的馬氏體，而馬氏體會引起嚴重的脆化現象。雖然冷卻速度受到熱輸入焊接影響而有所減緩，但是由于高溫區停留時間的增加，反而使得奧氏體晶粒發生變大，待冷卻后得到的馬氏體體積更為粗大，無法對焊接處脆性予以改善。而通過二氧化碳保護焊的工藝，結合預熱、后熱以及焊后緩冷等措施，不但能夠有效縮短高溫停留時間，同時能夠減少馬氏體的生成。并且能夠有效控制熱輸入，在焊接過程中有效減少熱影響區的寬度，同時縮小引起脆化區域。

1.2.2 焊接區域的軟化區。回火溫度對于焊接性能的影響極大，在調質處理時，處理回火會對軟化程度造成嚴重影響，溫度越低軟化越嚴重。在焊接過程中必須保證焊接工藝在設計上能夠保證焊接接縫的金屬性能適中保持良好，即化學性能和力學性能均能夠有效保持，對適合的熱輸入進行選擇同時保證層間溫度同預熱溫度配合默契，爆炸能夠在焊接的熱影響區能夠得到最佳的組織，同時，保證對氫含量的有效控制，以此對冷裂現象進行進一步的預防。

2 二氧化碳氣體保護焊分析

2.1 現狀分析

在對調質狀態下的鑄鋼進行焊接時多數以電弧焊接方式作為焊接的首選，相對比母材，采用電弧焊進行焊接時，設計過程中不會承受過多的荷載，聯系焊縫是采用電弧焊接方式最基本的焊縫形式，并且焊接過程中只要保證焊縫不會開裂即可。該種焊接方式在進行此類鋼材的焊接時往往都受到焊接方式的局限，因而焊接效率較低，并且會產生較寬的熱影響區，從而降低焊接接頭的強度，使得接頭脆性增大，均勻性上較差。在焊接時可以選用不同的焊絲，從而保證焊接接頭能夠同母材之間良好匹配，保證工作焊縫的強度，同時增加焊縫的聯系。

2.2 二氧化碳焊的熱輸入

針對此類焊接處理，不但要保證焊接頭同設計預期要求相適應，最重要的是保證有效控制熱輸入，使其適中處在合理的范圍中。這是由于熱輸入會對接頭的性能造成巨大的影響。若熱輸入超過合理范圍，則會導致HAZ晶體過大，在焊接過程中生成的珠光體、鐵素體較為粗大，降低了焊接體的韌性，尤其針對此類鋼材，會形成M-A組元，對韌性的不利影響同樣十分巨大。反之，熱輸入不足，則會生成高碳馬氏體，降低韌性的同時，會對脆性轉變溫度造成影響，使之相對升高。

2.3 二氧化碳焊的飛濺控制

飛濺問題一直是二氧化碳焊自身的一個較大缺陷，調質鋼的焊接同樣存在如何減少飛濺的問題。經過深入研究和對比，筆者選擇的脈沖電弧焊是一種非常有效的方法。同直流電源相比，脈沖電弧焊具有良好的引弧性能和對所焊工件良好的適應性能等諸多優點，在整個脈沖功率區可以使熔滴平穩過渡，最大限度地減少了飛濺。

3 焊接試驗

3.1 焊接工藝

3.1.1焊接材料的選擇。調質狀態下的焊接，焊后又不再進行熱處理，焊材的選擇首先要保證接頭的力學性能，即熔敷金屬的強度、韌性等均不能低于母材規定的最小要求。考慮到產品自動焊接的要求，層間不易進行清理工作，實芯焊絲就是較好的選擇。保護氣體為純二氧化碳（氣體純度/9915%）氣體。

3.1.2 焊接規范。焊前對焊道及其兩側100mm范圍內用氧-乙炔火焰預熱300～350℃，焊接過程中層間溫度不低于250℃。焊后立即用氧-乙炔火焰將焊縫及其兩側加熱到350e，保溫5min后緩冷。焊接過程采用多層多道、連續施焊，單層熔敷金屬厚度最大5mm，除每一面的第1層和表面層外，其余各層焊后均用小錘錘擊焊道，以降低殘余應力。

3.2 試驗結果

試驗結果表明，70C焊絲試件各項力學性能均符合要求，80G焊絲試件除沖擊功良好以外，其余性能略低于材料要求。顯而易見，強度匹配的70C焊絲及其焊接工藝更符合實際需要。經力學性能試驗滿足要求后，又對70C焊絲做了金相檢驗，以進一步掌握該焊接接頭的微觀性能。為進一步了解70C焊絲熔敷金屬的微觀組織，取焊縫橫截面經拋光腐蝕后做金相檢驗，可以看出，焊縫區組織為帶狀鐵素體+珠光體+少量貝氏體，熱影響區組織主要為貝氏體+索氏體。這說明焊前的預熱以及熱輸入、后熱等工藝措施，有效避免了高碳馬氏體的生成，同時將熱影響區的過熱部分很好地控制在2mm范圍之內，有效預防了冷裂紋的產生。這充分證明了試驗中采用的焊接規范可以得到合理的組織形態，能滿足母材的各項要求。

4 結束語

首先，二氧化碳保護焊的熱量相對集中不會產生大量飛濺，因而焊接效率較高，并且焊接過程中不會產生大量的氫，容易保證焊接質量，因此在鑄鋼的焊接中常常選用該種焊接方式。其次，針對中碳調質鋼的焊接中，若其狀態為調質狀態，那么其熱輸入選擇較低的輸入，控制預熱和后熱處理，能夠有效減少焊接頭的裂紋以及熱影響區溫度過高的現象，有效的提高了焊接質量。最后總結出，采用二氧化碳保護焊的方式完全可以滿足ZG35CrMo調質鋼的焊接要求。

參考文獻

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