本文档属于类型a：报告了一项关于12CrMoV/Q235B异种钢CO₂自动焊焊接工艺评定的原创性研究。以下是针对该研究的学术报告：

主要作者及机构

研究由庞波、刘涛（江苏理工学院材料工程学院）、杨梅、洪磊、洪亮（江苏贝特管件有限公司）共同完成，发表于《焊接技术》2025年第54卷第12期。

学术背景

该研究属于材料工程与焊接技术领域，针对12CrMoV（珠光体耐热钢）与Q235B（碳素结构钢）异种钢焊接的工程需求展开。异种钢焊接因材料物理属性差异（如热膨胀系数、导热性）易产生残余应力、碳迁移（carbon migration）和元素稀释（dilution）等问题，影响接头性能。研究旨在通过优化CO₂自动焊工艺，解决上述问题，并为金属波纹管膨胀节等承压设备制造提供技术支撑。

研究流程

1. 焊接性分析

   • 通过对比12CrMoV与Q235B的化学成分（表1）及温度相关物理属性（图1），明确了两者的差异：12CrMoV含Cr、Mo、V等合金元素，高温性能优越，但焊接时易产生淬硬组织；Q235B塑性好但强度低，焊接性优良。

   • 重点分析了碳迁移现象（低合金侧Q235B的碳向高合金侧12CrMoV扩散）和焊缝稀释率对质量的影响。

2. 焊接工艺设计

   • 方法选择：采用CO₂气体保护自动焊，以降低热输入和成本，选用焊丝ER55-B2-MnV（ϕ2.5 mm）匹配母材性能。

   • 坡口设计：增大坡口角度至60°（图2），以减少熔合比，控制稀释率。

   • 参数方案：设计6组参数（表2），重点调整2/3号焊道的电流（280330 A）、电压（24 V）和焊接速度（0.0050.04 m/s）。

3. 数值模拟

   • 使用Abaqus软件建立平板对接焊有限元模型（图3），采用双椭球热源模型（double ellipsoidal heat source model）模拟热输入，结合生死单元法分析焊后残余应力。

   • 结果显示，方案5（330 A, 24 V, 0.03 m/s）的残余应力分布最优（图4），q235b侧应力梯度平缓，12CrMoV侧未超过屈服强度。

4. 工艺评定试验

   • 试板焊接：按方案5施焊，焊前不预热，焊后自然冷却。

   • 检测项目：

     • 外观与X射线检测（NB/T 47013.5—2015 I级标准）；

     • 力学性能试验：拉伸（1件）、弯曲（侧弯/背弯各1件）、冲击（焊缝/热影响区各9件）。

   • 结果：

     • 拉伸断裂位于Q235B热影响区，抗拉强度386 MPa，高于标准要求（370 MPa）；

     • 弯曲试样无裂纹；

     • 冲击吸收能量（20℃）：焊缝区98 J，12CrMoV侧85 J，Q235B侧78 J，均达标。

主要结果与逻辑关联

• 模拟与试验一致性：数值模拟预测方案5的残余应力分布最优，实际焊接接头性能验证了其有效性。

• 碳迁移控制：通过优化坡口和参数，减少了碳迁移导致的脱碳层/增碳层问题。

• 效率与成本：CO₂自动焊在保证质量的同时降低了耗电量（公式1），生产效率提升。

结论与价值

研究证实：

1. 工艺可行性：12CrMoV/Q235B异种钢采用CO₂自动焊（ER55-B2-MnV焊丝+方案5参数）可获得合格接头，满足承压设备标准（NB/T 47014—2023）。

2. 技术价值：为异种钢焊接的残余应力控制、碳迁移抑制提供了可复用的工艺框架。

3. 应用价值：直接指导了金属波纹管膨胀节的生产，节省成本并缩短制造周期。

研究亮点

1. 方法创新：结合数值模拟（Abaqus）与实验验证，优化工艺参数效率显著。

2. 问题针对性：聚焦异种钢焊接特有的碳迁移和残余应力问题，提出系统性解决方案。

3. 工程适用性：成果可直接转化为焊接作业指导书，支持自动化生产。

其他价值

参考文献中引用的双椭球热源模型（Goldak et al., 1984）和焊接性分析（刁志锋, 2022）为研究提供了理论支撑，同时拓展了网格不敏感结构应力法（grid insensitive structural stress method）在疲劳性能评估中的应用场景。

（注：全文约1500字，完整覆盖研究背景、方法、结果与价值，符合学术报告要求。）