35CrMnSi与Q355B异种材料焊接工艺.pdf

第5期（总第2 40 期）2023年10 月机械工程与自动化MECHANICAL ENGINEERING A U T O MA T I O NNo.5Oct.文章编号：16 7 2-6 413(2 0 2 3)0 5-0 138-0 335CrMnSi与Q355B异种材料焊接工艺*叶景锋1，吴蔚峰，林羿杰1，李（1.龙岩学院福建省焊接质量智能评估重点实验室，福建龙岩3龙岩分院，福建龙岩36 430 0）摘要：针对35CrMnSi与Q355B异种材料的焊接工艺进行探讨，通过硬度、磁粉、渗透、超声波及金相检测等研究了焊前预热与否对焊缝成形质量的影响。在35CrMnSi与Q355B焊接无预热时，焊缝表面存在肉眼可见裂纹缺陷，内部焊缝区存在未融合及气孔等体积缺陷，最大可达5mm；而在预热温度为2 30、层间温度为2 0 0 条件下，焊缝质量成形美观，未发现任何缺陷。研究结果表明，为保证35CrMnSi与Q355B焊缝质量的可靠性，焊接过程中预热工艺必不可少。关键词：异种材料；预热；焊接工艺；缺陷中图分类号：TG441.2旭1，范秋月1364300；2.福建省特种设备检验研究院文献标识码：A0引言异种材料焊接一直是业内的重要课题，由于材料的金相组织、合金程度、熔点及线膨胀系数不同，电磁性差别大，组织成分不均匀，焊接时金属化合物多，使得焊接时易出现焊接接头难焊合或变形、热影响区晶粒粗化等问题，严重时甚至会出现夹渣、气孔、裂纹等缺陷，影响工件力学性能，所以优化异种材料焊接工艺具有重要的现实意义12 。35CrMnSi是一种低合金高强度且韧性和透性好的材料，在适当的热处理后其力学性能可以适应复杂的工况环境，在工业中应用广泛。Q355B是一种低合金高强度的常见结构钢，其塑性、抗高温蠕变性强，耐腐蚀性与焊接性能好，在桥梁、汽车、核电等工业生产中应用广泛。将二者进行焊材料C35CrMnSi0.320.39Q355B0.242实验方法本文采用的焊接方法为平焊、双面堆叠焊接，焊接电流类别为直流正极性。实验采用CO，气体保护焊，保护气体纯度为10 0%。焊材选用1.6的V-71（E7 1T-1），气体流量为18 L/min，实验根据有预热与无预热分为两组，预热温度为2 30，层间温度为2 0 0。将两组试件按如图2 所示的焊接顺序堆叠焊接，在焊道1焊接完成后，为后续更好地进行超声波无损检测，清除焊缝背面的杂质，防止其焊接时产生夹渣等缺陷，对焊缝背面进行清根处理，若原焊缝坡口出现损坏，需打磨出合适的焊接坡口。焊接工艺参数如表2米国家市场监督管理总局科技计划项目（2 0 2 1MK052）；福厦泉自创区协同专项（350 2 ZCQXT2021008）；国家级大学生创新创业训练计划资助项目（2 0 2 2 11312 0 0 1)收稿日期：2 0 2 3-0 6-2 0；修订日期：2 0 2 3-0 7-0 4作者简介：叶景锋（2 0 0 2-），男，福建漳州人，在读本科生，专业为机械设计及其自动化。接可以得到满足不同工况需求的焊接工件，能较好地应用到35CrMnSi与Q355B两异种材料自身的优良特性，充分发挥两者的性能优势3。为此，本文对35CrMnSi与Q355B异种材料的焊接工艺进行探讨。1实验材料本研究中实验材料为35CrMnSi与Q355B，二者的主要化学成分见表1。常见异种材料焊接方法有熔焊、钎焊、固相压焊、液相过渡焊四种4，本实验采用堆叠熔焊。35CrMnSi与Q355B板材厚度均为40 mm的K型对接接头，如图1所示。将两材料按照图1所示进行堆叠焊接，对焊后试件表面处理后再进行硬度检测、磁粉检测、渗透检测、超声无损检测，最后进行宏观金相检测验证。表135CrMnSi与Q355B钢的主要化学成分（质量分数）SiMn1.11.40.8 1.1 0.551.6%PS0.0250.0350.035所示。图135CrMnSi与Q355B的焊接接头形式示意图Cr0.0250.3BNi0.03010探头频率(mm)(MHz)13X132.58X122.510耦合剂油油140：焊前预热可以实现焊接结构拘束度、焊接残余应力的340330320FF1310F2R300F290280170160F2F1ORO150(a)母材区图5异种材料焊接不同检测路径的维氏硬度4结论35CrMnSi与Q355B异种材料焊接，在未进行焊前热处理时，母材焊缝融合较差，存在表面气孔、表面裂纹等缺陷，磁粉等无损检测发现存在多处微小裂纹。当焊前预热2 30、层间温度2 0 0 时焊缝的成形质量好，通过宏观金相、磁粉检测未发现缺陷。为保证焊接质量可靠性，针对35CrMnSi与Q355B异种材料焊接需要进行焊前预热。（a）焊缝表面磁痕（b）焊缝表面局部放大图图6 无预热组焊缝表面磁痕3.3异种材料焊接接头渗透无损检测分析无预热组焊缝存在明显缺陷无需进行渗透检测。预热组经过磁粉检测后无检出缺陷，再进行渗透检测进行复检，结果显示焊缝质量合格，表面未检出缺陷。3.4异种材料焊接接头超声波无损检测分析无预热组存在较大缺陷，焊缝质量不合格，无需进行超声波无损检测。对预热组进行超声波无损检测，在对其双面多方位检测后，未检出内部缺陷，焊接接头质量好，符合焊缝质量标准。3.5异种材料焊接接头宏观金相分析对两组试件分别进行宏观金相切割分析，如图7和图8 所示。由图7 观察到：有预热a组1、2 号试件焊缝成形质量好，焊接接头组织成分均匀，无检出缺陷，两母材融合情况好，且焊缝、母材、热影响区无异常，进一步验证了上文超声无损检测的结果。(a）1号试件(b）2 号试件图7 有预热试件焊接接头金相切割图由图8 可观察到：无预热b组1、2 号试件焊缝堆叠焊接层间明显未融合，且存在大小不一、分布不均的气孔缺陷，焊缝成形质量差，1号试件气孔缺陷最大直径达5mm，主要原因为无预热组在焊后冷却速度较快，焊缝金属中产生的氢气不能快速扩散溢出而形成气孔缺陷，也存在焊接时产生氧化物或其他化合污染物影响焊缝熔深的情况。机械工程与自动化降低。380360340HF10320300RF2200F1180R1602023年第5期240230220210200F2Fi0190180170F160（b）热影响区(a）1号试件图8 无预热试件焊接接头金相切割图参考文献：i Anna Guzanova,Erik Janosko,Dagmar Draganovska,etal.Metallographic study of overlapped laser welds ofdissimilar materialsJJ.Metals,2022,12(1682):1682.2Timo Nonnenmann,Reza Beygi,Ricardo J C Carbas et al.Feasibility studyon hybrid weld-bonding betweendissimilar material_ for _automotive industry.J.International Journal of Adhesion&Adhesives,2023,121:103316.3Xilong Zhao,Kangming Ren,Xinhong Lu,et al.Study onfusion boundary microstructure and mechanical propertiesof austenitic stainless steel-nickel based dissimilar alloymaterials welded joints JJ.En g in e e r in g Fr a c t u r eMechanics,2023,281:109140.4王亚荣，滕文华，杨家林，等.钒合金与钢异种材料焊接研究现状分析J.焊接，2 0 12（11）：15-2 16 9.5罗键，孙玉，刘德佳，等.小尺寸T3/35CrMnSi钢异种材料惯性径向摩擦焊接头的特性J.中国有色金属学报，2010,20(7):1309-1315.6刘涛，王生斌，袁晓强，等.T250与30 CrMnSiA异种材料焊接工艺技术J.航天制造技术，2 0 11（5）：5-9.7马国，贾华东，卢长煜，等.磁粉检测与渗透检测在工程机械结构件无损检测中的应用J.无损检测，2 0 19，41（2）：62-64.8曹雄兵.超声波、渗透无损检测技术在矿山机械设备上的应用J.河北农机，2 0 16（7）：39-40.9娄江.超声无损检测技术在金属材料焊接中的应用J.科技与创新，2 0 2 2 9）：16 8-17 0.（英文摘要转第143页）(c）焊缝区(b)2号试件2023年第5期图12 为镦粗压缩率50%时工件中心点和鼓形点最大主应力随锥形角度变化曲线。由图12 看出：工件中心点最大主应力为压应力，其绝对值越大，压合中心空洞类缺陷的效果越好；而工件镦粗鼓形表面点最大主应力为拉应力，其绝对值越大，则鼓形产生拉裂趋势0.30锥角7 锥角？。8898一0.25角9 锥角11一0.20锥角130.15一*锥角150.05010图10不同锥形角镦粗变形破坏值随压缩率变化曲线图13为不同锥形角粗变形工件动态再结晶晶粒平均尺寸随压缩率变化曲线。图13表明所有锥形角镦粗变形，工件动态再结晶晶粒平均尺寸都随压缩率增大而减小，即压缩率越大，工件获得的晶粒组织越细，锻后性能越好。100010图13不同锥形角镦粗变形工件动态再结晶晶粒平均尺寸随压缩率变化曲线3结论（1）锥形板镦粗变形从工件两端开始，逐渐向中Research on Forging Process Improvement of Large(Sichuan Engineering Technical College,Deyang 618000,China)Abstract:According to the typical technological process of forging 6ooMW large nuclear power forgings in actual factories,this papermakes a detailed numerical simulation study on the conical plate upsetting of the improved process of flat anvil upsetting by usingDEFORM software,the distribution of stress and strain in the deformed workpiece was studied,and the optimum cone angle of thecone plate upsetting was obtained.The research results have important reference value for the actual production of nuclear powerheavy forgings.Keywords:large forging;conical plate upsetting;forging process(上接第140 页）Welding Process of 35CrMnSi and Q355B Dissimilar Materials(1.Fujian Provincial Key Laboratory of Welding Quality Intelligent Evaluation,Longyan University,Longyan 364300,China;2.Longyan Branch,Fujian Special Equipment Inspection and Research Institute,Longyan 364300,China)Abstract:This article explores the welding process of 35CrMnSi and Q355B dissimilar materials,and studies the influence ofpreheating before welding on the quality of weld formation through experiments such as hardness,magnetic particle,penetration,ultrasonic,and metallographic testing.When 35CrMnSi and Q355B are welded without preheating,there are visible cracks on thesurface of the weld,and there are volume defects such as non fusion and porosity in the internal weld area,with a maximum of 5mm.However,under the preheating temperature of 230 C and interlayer temperature of 200 C,the weld quality is formed beautifullyand no defects are found.The results indicate that in order to ensure the reliability of the quality of 35CrMnSi and Q355B welds,preheating technology is essential during the welding process.Keywords:dissimilar materials;preheat;welding process;defect机械工程与自动化越大；锥形角为11时镦粗变形中心点与鼓形点最大主应力绝对值恰好呈现趋势的中间值，达到平衡状态，所以从变形的应力状态分析，锥形角还是采用11较好。%70F201002030镦粗压缩率/%2030镦粗压缩率/%Forgings for Nuclear PowerHE Li-dong,LIU HuaYE Jing-feng,WU Wei-feng,LIN Yi-jie,LI Xu,FAN Qiu-yue!14320一锥角9+锥角11：锥角13一*锥角154050图11不同锥形角镦粗变形等效应变分布均匀百分比随压缩率变化曲线心区域移动，几乎不存在刚性区域。（2）锥形板粗相对于平砧镦粗变形工件两端得到较好的变形，鼓形较小，产生拉应力裂纹可能性较小；变形分布较均匀，应力状态良好，锻造后工件晶粒组织性能较好。（3）对于高径比为1.5左右的工件而言，锥形板工艺角=11时变形效果较好。锥角7 锥角9锥角11锥角13锥角154050151050-5-10-151020粗压缩率/%参考文献：1董岚枫，钟约先，马庆贤，等.大型筒体锻件的成形制造技术J.锻压技术，2 0 0 7,32(3：1-6.2龙晓东，谭凯，刘猛.大型锻件工艺改进的探究J.冶金与材料，2 0 2 0,40(3)：33-35.3刘助柏.大锻件形变新理论新工艺M.北京：机械工业出版社，2 0 0 9.4陈森灿，杨宝森.大型锻件粗变形规律的综合研究J锻压技术,1991(1)：7-13.5何利东，刘华.基于DEFORM大型锻件锻造工艺改进的研究J.机械工程与自动化，2 0 2 1（6）：12 6-12 8.6林伟强.基于Deform35CrMo钢大锻件组织遗传现象研究J.锻压装备与制造技术，2 0 17,52（1)：6 7-6 9.鼓形点中心点30405007锥形角度/（）图12 工件中心点和鼓形点最大主应力随锥形角度变化曲线（压缩率50%）9111315