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摘 要：本文通过对16Mn与C级钢焊接性的分析，制定焊接工艺方法，以验证16Mn和C级钢异种材料焊接接头的力学性能，满足使用性能的需求，同时验证焊接工艺的合理性，保证焊接接头质量。
关键词：16Mn；C级钢；焊接性
前言
低地板车钩钩头部分主要为16Mn和C级钢材料焊接而成，是车辆和车辆之间的连挂中主要承载部件，传递牵引力，承受较大的拉伸力和冲击力，涉及到车辆的运行安全，这对其所用的材料和制造都有较高要求，尤其是选择焊接结构，焊缝位置的失效风险较大，因此，本文主要研究16Mn和C级钢的异种钢焊接工艺，验证其接头强度和所选焊接工艺的可行性，保证整体结构能够达到使用要求。
1 材料焊接性
1.1 16Mn的焊接性分析
16Mn是低合金钢，屈服强度为350MPa，抗拉强度为470～630MPa，是目前广泛使用的钢种，根据国际焊接学会推荐的碳当量公式：CE=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Cu+Ni）/15，计算16Mn的碳当量：CE=0.15+1.49/6+0.05/5+0.03/15=0.41% ，碳当量小于0.45%，说明16Mn具有优良的焊接性能，这也是16Mn被广泛用于钢结构焊接的主要原因。
1.2 C级钢的焊接性分析
C级铸钢，此次采用的是低合金高强度的ZG25MnCrNiMo，屈服强度为850MPa，抗拉强度为950～1100MPa，含碳量较多，且合金元素很多，根据公式可算出ZG25MnCrNiMo的碳当量CE=0.23+1.27/6+（0.52+0.27）/5+（0.28+0.38）/15=0.644%>0.4%，有很大的冷裂纹倾向，焊接過程中在焊缝热影响区易产生大量的脆硬的高碳马氏体，导致热影响区脆化。
根据热裂纹敏感系数（HCS）的计算公式得出 ZG25 MnCrNiMo的HCS=3.1，当HCS≤4时，一般不会产生热裂纹。即ZG25MnCrNiMo对热裂纹不敏感。
2 焊接工艺制定
2.1焊接方法和焊接材料的选择
根据上述焊接性的分析，焊接方法选择CO2气体保护焊，保护气体为20%CO2+80%Ar的混合气体；焊材选择G2Si（ER50-3），Φ1.2的焊丝。CO2气体保护焊具有热量集中、焊接热输入小、热影响区窄和操作方便等优点，适合低合金钢的焊接。G2Si焊丝含碳量低，焊缝熔敷金属强度及韧性和母材16Mn（550Mpa级）相当，等强匹配，这样既提高的焊缝区域的韧性又满足强度的需求。
2.2焊前预热及焊后缓冷
根据对C级钢和16Mn焊接性的分析可知，C级钢淬硬性较大，焊前必须预热，预热可有效减缓焊缝及热影响区的冷却速度，有利于焊接区氢的逸出，防止接头生成淬硬组织，产生冷裂纹。并且，焊接完成后立即用石棉被包裹进行保温处理，减缓冷却速度，有利于氢的释放，防止冷裂纹倾向。
预热温度确定：考虑板厚和碳当量两个因素进行预热温度估算，根据C级钢碳当量[C]c=0.644%，引进一个板厚当量[C]t=0.005t[C]c （t为板厚），总碳当量[C]= [C]c+[C]t=（1+0.005t） [C]c，预热温度为TP=350 =230℃，即焊接16Mn和C级钢需要预热到230℃左右，因此预热温度在200-250℃之间，层间温度不低于210℃。
2.3工艺参数
焊接参数根据参考参数范围制定预焊接工艺，具体参数如表2-1。
2.4焊接
按照上述工艺方案进行焊接后，钩头和连接管焊接完成缓冷到常温，焊缝填充饱满，纹路均匀，宽窄基本一致，在外表面上未发现气孔裂纹等缺陷，将焊缝打磨平整后进行100%MT和100%UT探伤后，未发现气孔、裂纹、未熔合等缺陷。
3 试验
试件按照ISO 15614-1标准加工试样，进行力学性能试验，包括拉伸、弯曲两项。
3.1 拉伸试验结果
两组试样断裂部分均有明显颈缩现象，1号试样断在焊缝区，焊缝的抗拉强度为532Mpa与母材16Mn的相当；2号试样断在母材16Mn端，说明焊缝的强度高于母材16Mn，拉伸结果表明选用的G2Si焊丝能达到抗拉强度性能要求。
3. 2弯曲试验结果
将弧形管材加工成弯曲标准试样，进行一组面弯和一组背弯试验，试样1做弯曲180°面弯试验，无裂纹出现，试验合格。试样2进行180°背弯试验，焊缝区有1mm的缺口，根据ISO EN910，长度短于3mm的裂纹试验合格，即采用的G2Si焊丝是焊缝韧性和塑性能满足要求。
4 结论
通过对完成焊缝的VT、MT、UT、PT探伤和力学性能试验，证明焊缝质量能满足使用性能要求，制定的焊接工艺是可行的。ZG25MnCrNiMo和16Mn的焊接，采用MAG焊，低碳G2Si焊丝填充，既保证了焊缝的强度又提高了焊缝的韧性，再配合焊前预热和焊后缓冷等工艺措施，加速氢的逸出，减少氢致裂纹的敏感性，得到综合性能优良的焊缝。
参考文献
[1] 李亚江，焊接冶金学-材料焊接性[M]，北京：机械工业出版社，2006.
[2] 单丽云，张亚非、强颖怀，工程材料[M]，中国矿业大学出版社，2000.
[3] 宋永宽，C级钢车钩的热处理与组织转变，机车车辆工艺，1996年第4期.
[4] 谢建良，ZG25MnCrNiMo的焊接冷裂纹敏感性，热加工工艺，2004年第5期.
[5] 徐龙勇，夏仲军，42CrMo和Q345B的异种钢焊接工艺研究，热加工工艺，2013年6月，第11期.
[6]《焊接标准参考译文集》 哈尔滨焊接技术培训中心，2013版.
关键词：16Mn；C级钢；焊接性
前言
低地板车钩钩头部分主要为16Mn和C级钢材料焊接而成，是车辆和车辆之间的连挂中主要承载部件，传递牵引力，承受较大的拉伸力和冲击力，涉及到车辆的运行安全，这对其所用的材料和制造都有较高要求，尤其是选择焊接结构，焊缝位置的失效风险较大，因此，本文主要研究16Mn和C级钢的异种钢焊接工艺，验证其接头强度和所选焊接工艺的可行性，保证整体结构能够达到使用要求。
1 材料焊接性
1.1 16Mn的焊接性分析
16Mn是低合金钢，屈服强度为350MPa，抗拉强度为470～630MPa，是目前广泛使用的钢种，根据国际焊接学会推荐的碳当量公式：CE=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Cu+Ni）/15，计算16Mn的碳当量：CE=0.15+1.49/6+0.05/5+0.03/15=0.41% ，碳当量小于0.45%，说明16Mn具有优良的焊接性能，这也是16Mn被广泛用于钢结构焊接的主要原因。
1.2 C级钢的焊接性分析
C级铸钢，此次采用的是低合金高强度的ZG25MnCrNiMo，屈服强度为850MPa，抗拉强度为950～1100MPa，含碳量较多，且合金元素很多，根据公式可算出ZG25MnCrNiMo的碳当量CE=0.23+1.27/6+（0.52+0.27）/5+（0.28+0.38）/15=0.644%>0.4%，有很大的冷裂纹倾向，焊接過程中在焊缝热影响区易产生大量的脆硬的高碳马氏体，导致热影响区脆化。
根据热裂纹敏感系数（HCS）的计算公式得出 ZG25 MnCrNiMo的HCS=3.1，当HCS≤4时，一般不会产生热裂纹。即ZG25MnCrNiMo对热裂纹不敏感。
2 焊接工艺制定
2.1焊接方法和焊接材料的选择
根据上述焊接性的分析，焊接方法选择CO2气体保护焊，保护气体为20%CO2+80%Ar的混合气体；焊材选择G2Si（ER50-3），Φ1.2的焊丝。CO2气体保护焊具有热量集中、焊接热输入小、热影响区窄和操作方便等优点，适合低合金钢的焊接。G2Si焊丝含碳量低，焊缝熔敷金属强度及韧性和母材16Mn（550Mpa级）相当，等强匹配，这样既提高的焊缝区域的韧性又满足强度的需求。
2.2焊前预热及焊后缓冷
根据对C级钢和16Mn焊接性的分析可知，C级钢淬硬性较大，焊前必须预热，预热可有效减缓焊缝及热影响区的冷却速度，有利于焊接区氢的逸出，防止接头生成淬硬组织，产生冷裂纹。并且，焊接完成后立即用石棉被包裹进行保温处理，减缓冷却速度，有利于氢的释放，防止冷裂纹倾向。
预热温度确定：考虑板厚和碳当量两个因素进行预热温度估算，根据C级钢碳当量[C]c=0.644%，引进一个板厚当量[C]t=0.005t[C]c （t为板厚），总碳当量[C]= [C]c+[C]t=（1+0.005t） [C]c，预热温度为TP=350 =230℃，即焊接16Mn和C级钢需要预热到230℃左右，因此预热温度在200-250℃之间，层间温度不低于210℃。
2.3工艺参数
焊接参数根据参考参数范围制定预焊接工艺，具体参数如表2-1。
2.4焊接
按照上述工艺方案进行焊接后，钩头和连接管焊接完成缓冷到常温，焊缝填充饱满，纹路均匀，宽窄基本一致，在外表面上未发现气孔裂纹等缺陷，将焊缝打磨平整后进行100%MT和100%UT探伤后，未发现气孔、裂纹、未熔合等缺陷。
3 试验
试件按照ISO 15614-1标准加工试样，进行力学性能试验，包括拉伸、弯曲两项。
3.1 拉伸试验结果
两组试样断裂部分均有明显颈缩现象，1号试样断在焊缝区，焊缝的抗拉强度为532Mpa与母材16Mn的相当；2号试样断在母材16Mn端，说明焊缝的强度高于母材16Mn，拉伸结果表明选用的G2Si焊丝能达到抗拉强度性能要求。
3. 2弯曲试验结果
将弧形管材加工成弯曲标准试样，进行一组面弯和一组背弯试验，试样1做弯曲180°面弯试验，无裂纹出现，试验合格。试样2进行180°背弯试验，焊缝区有1mm的缺口，根据ISO EN910，长度短于3mm的裂纹试验合格，即采用的G2Si焊丝是焊缝韧性和塑性能满足要求。
4 结论
通过对完成焊缝的VT、MT、UT、PT探伤和力学性能试验，证明焊缝质量能满足使用性能要求，制定的焊接工艺是可行的。ZG25MnCrNiMo和16Mn的焊接，采用MAG焊，低碳G2Si焊丝填充，既保证了焊缝的强度又提高了焊缝的韧性，再配合焊前预热和焊后缓冷等工艺措施，加速氢的逸出，减少氢致裂纹的敏感性，得到综合性能优良的焊缝。
参考文献
[1] 李亚江，焊接冶金学-材料焊接性[M]，北京：机械工业出版社，2006.
[2] 单丽云，张亚非、强颖怀，工程材料[M]，中国矿业大学出版社，2000.
[3] 宋永宽，C级钢车钩的热处理与组织转变，机车车辆工艺，1996年第4期.
[4] 谢建良，ZG25MnCrNiMo的焊接冷裂纹敏感性，热加工工艺，2004年第5期.
[5] 徐龙勇，夏仲军，42CrMo和Q345B的异种钢焊接工艺研究，热加工工艺，2013年6月，第11期.
[6]《焊接标准参考译文集》 哈尔滨焊接技术培训中心，2013版.