27SiMn与35CrMo的焊接工艺对比

程鹏波

（郑州宇通重工有限公司，河南 郑州 450051）

郑州宇通重工有限公司在生产旋挖钻杆时选用27SiMn和35CrMo两种无缝钢管，这两种材质均属于GB/T3077低合金结构钢，两种材质的力学性能见表1，化学成分如表2所示。在生产过程中需要将钢管进行对焊处理，故需要研究其焊接性。

1 焊接性对比

钢的焊接性与碳含量、碳当量关系绘制成格瑞维勒(Graville)图如图1所示。图1分为三个反映焊接性的区域。区域I为易焊接区，在该区域的钢种具有很好的焊接性；区域Ⅱ为可焊接区，在该区域的钢种通过适当的预热和焊后热处理还是可以焊接的，具有一定的焊接性；区域Ⅲ为难焊接区，表明在该区域的钢种即使采用了预热和焊后热处理还是很难焊接，其焊接性差。由图1可知，27SiMn的焊接性优于35CrMo。

2 焊接工艺对比

采用 CO2气体保护焊，保护气体为φ（CO2）20%+φ（Ar）80%，27SiMn 和 35CrMo钢的抗拉强度均大于等于980 MPa，焊丝采用低一级的SLD-70，直径φ1.2，气体流量 15～20 L/min，分别对 27SiMn和35CrMo钢进行了小铁研试验。针对两种钢淬硬倾向较大的特性，采用小的焊接线能量，能有效减少高温焊接停留时间，避免奥氏体晶粒过热，但同时会增加奥氏体不均匀性，导致奥氏体稳定性降低。

表1 力学性能（GB/T3077-1999）

表2 化学成分（GB/T3077-1999） %

图1 反映钢的焊接性与碳含量、碳当量关系的Graville图

2.1 坡口设计

根据多层多道焊对坡口要求，同时为保证焊缝根部能充分熔合，设计的焊接坡口如图2所示。

图2 坡口型式和焊接层数

2.2 预热和后热温度

通过焊前预热、焊后消氢处理的工艺措施来避免马氏体的形成，以降低热影响区的淬硬性和加速焊接接头中氢的扩散逸出，有效防止了焊接冷裂纹的产生。

采用Seferain法确定预热温度T0（27SiMn）=204℃，T0（35CrMo）=235℃，根据车间实际要求预热温度为：27SiMn大于等于220℃，35CrMo大于等于250℃。

根据公式 Tp=455.5[Ceq]p-111.4 计算焊后消氢处理温度TP（27SiMn）=235℃，TP（35CrMo）=263℃，考虑后热消氢温度必须小于母材本身的回火温度，车间实际使用履带加热器包裹焊缝进行消氢处理，升温30 min，温度达到300℃时开始保温180 min，保温结束后断电随履带板冷却，焊后消氢温控曲线如图3所示。

图3 焊后消氢温控曲线

2.3 工艺参数

通过斜Y型坡口焊接裂纹试验方法确定27SiMn工艺参数为：I=230±10 A，U=22±1 V，层间温度120 ℃～220 ℃；35CrMo工艺参数：I=280±10 A，U=24±1 V，层间温度160℃～300℃。

3 应用效果

通过上述分析对比，27SiMn的焊接性优于35CrMo。郑州宇通重工有限公司采用以上焊接工艺焊接的27SiMn管材和35CrMo管材，超声波探伤达到GB/T 12469-1990要求二级焊缝合格率（大于等于99%），在三年多的时间内，已售钻杆在施工过程中尚无焊缝断裂现象。