异种钢焊接接头的焊缝熔深的控制

异种钢焊接接头的焊缝熔深的控制

陈长江（株洲联诚集团有限责任公司，湖南株洲412001）

作者简介：陈长江（1973-），男，大学本科，工程师。

摘要：文章主要介绍了利用不锈钢材料的特殊性能，采用熔化极气体保护焊焊接方法，制作轨道交通部件工作试件过程中，如何选用焊接参数，控制焊接接头的焊缝熔深，将不锈钢材料与碳钢材料焊接在一起，达到实现产品特殊功能、降低产品成本、检验焊工的工作技能和产品结构合理性的目的。

关键词：焊接材料；焊接参数；焊接工艺；焊缝熔深中图分类号：TG456

在产品设计中，设计者往往会根据需要将不锈钢材料与碳钢材料焊接在一起，这样既实现了产品的某种特殊功能，同时也降低了产品成本。譬如，在电力机车的主变压器油箱里，主变压器油箱体是采用Q345E钢板，而主变压器的安装座则采用了1Cr18Ni9Ti不锈钢板；又如，电力机车机械间的各种设备柜和机车前头的排障器的接地座均是采用0Cr18Ni9的棒材，而柜体则是Q235B钢板。如今，在各个领域中，利用不锈钢材料具有耐腐蚀性能、力学性能（屈服强度、抗拉强度、蠕变强度、高温强度、低温强度等）、物理性能（密度、比热容、线膨胀系数、导热系数、电阻率、磁导率、弹性系数等）、工艺性能（成形性能、焊接性能、切削性能等）以及金相（相组成、组织结构等）等特点越来越受到广泛的应用。

近年来，轨道车辆的焊接逐步推行了德国DIN6700标准、欧洲EN15085标准的焊接体系，一些非标准的焊接接头必须通过工作试件的形式来认可焊工的技能或者结构的合理性，因而，制作该类工作试件是必不可少的。

在众多焊接方法中，熔化极气体保护焊（简称MAG焊）因其电流密度大，热量集中，熔敷率高，焊接速度快、容易引弧等特点而广泛应用于桥梁、建筑、车辆的结构钢、低合金钢的焊接生产中，同时还适合于机器人化焊接生产，远远优于手工电弧焊、钨极氩弧焊等焊接方法，电力机车的设备柜的接地座与柜体的焊接（如图1）就是采用了熔化极气体保护焊，根据焊接冶金成分和材料强度选择原则，该类接头应选用不锈钢焊丝作为焊接材料，牌号为ER309L，焊接气体则选用98%Ar+2%O2。

以接地座的工作试件为例，如图2，其中底板为Q235B碳钢，底板尺寸为12mm×150mm×150mm，螺座直径为φ25mm，高度35mm，焊缝厚度为a4，焊接参数见表1。

根据工作试件宏观金相检测结果来看，作为底板的碳钢件的熔深则非常小，而不锈钢螺座则出现较大熔深。为了保证焊接质量，保证焊接接头强度满足要求，因而螺座与底板的焊缝熔深都必须满足熔深要求，下面就以两种材料的焊接性能及存在的焊接操作问题进行原因分析，并据此制定具体的焊接工艺措施，然后焊接工作试件并对此进行宏观金相检测。

1焊接性能分析

1.1焊接材料

0Cr18Ni9不锈钢和Q235B碳钢的化学成分及力学性能如表2、3所示。

从以上表格可以看出,0Cr18Ni9（1Cr18Ni9Ti）不锈钢和Q235B（Q345E）碳钢化学成分差异很大，因此它们的焊接属于异种钢焊接，要在该熔焊的条件下获得满意的焊接接头存在许多问题。

1.2原因分析

①热导率和比热容的差异。金属的热导率和比热容强烈地影响着被焊材料的熔化、熔池的形成，以及焊接区温度场和焊缝的凝固结晶。0Cr18Ni9不锈钢热导率较Q235碳钢低，约为Q235B碳钢的一半，这么大的差异可使两者的熔化不同步，熔池形成和金属结合不良，导致焊缝结晶条件变坏，焊缝性能和成形不良,从而影响焊缝熔深。

②基于上述原因，焊枪的焊接角度、焊接位置也有一定影响。实际操作过程中，焊丝末端确实是对准两工件的直角顶点，从而造成螺座与底板的焊缝熔深不一致。

2焊接工艺措施

①正确选择操作工艺方法。将焊枪从直角顶点远离螺座圆弧面平移一段距离，即仍然保持45°不变，但焊丝的接触点在距直角顶点1.5～2.5mm处，使电弧稍集中在碳钢母材侧，确保两母材金属受热均匀一致，从而保证了焊接接头熔深一致。

②对碳钢进行预热操作。焊前对碳钢板预热也能弥补两种材料因热导率不一致引起的焊缝熔深不一致，预热温度一般为100～200°，预热温度过高，会导致焊缝的冷却速度变慢，有可能引起焊接接头晶粒边界碳化物的析出和形成铁素体组织，大大地降低接头的冲击韧性。预热温度过低，则起不到预热的作用，无法防止焊缝熔深不一致的形成。对于多层焊，则应考虑层间温度，让前一层焊缝冷却至100～200℃后再焊下一道焊缝。

③采用合理的焊接参数。为防止在实际应用中由于焊缝的一侧晶体粗大而产生脆化和裂纹，还要选用小的热输入，小的焊接电流，较大的焊接电压，较快的焊接速度，小直径焊条或焊丝等，具体调整后的焊接工艺参数如表4。

按以上调整后的参数进行焊接的螺座的工作试件的宏观金相如图4所示，由此看出，底板的熔深已大大增加。

3结语

对于0Cr18Ni9不锈钢与Q235B碳钢的异种钢焊接，通过选择合理的操作工艺，选取合适的焊前预热温度、焊接电流及速度等焊接工艺参数，就能获得良好的焊接效果，满足焊缝熔深要求。

参考文献：

[1]周振丰,张文钺.焊接冶金与金属焊接性[M].北京:机械工业出版社,1994.

[2]姜焕中.电弧焊与电渣焊[M].北京:机械工业出版社,1994.

[3]徐初雄.焊接技术问答[M].北京:机械工业出版社,2001.