16MnR鋼的焊接性及厚板焊接質量的控制

16MnR鋼是Q345級的低合金高強度結構用鋼，是生產中應用最廣的鋼材料。它只比Q235號鋼多加入約1%的Mn，屈服強度卻提高了40%～50%，而且冶煉、加工性能和焊接性能都較好，所以普遍用于制造各種焊接結構和壓力容器。但是，在厚板焊接時，由于板厚的增加，其焊接性會逐漸變差，尤其是當板厚達到80mm以上時，常會在焊接過程中出現未熔合、未焊透、夾渣、氣孔、變形和開裂等缺陷。因此，大厚度板材焊接防止開裂缺陷是要解決的最突出問題。

一、16MnR鋼的焊接性

16MnR鋼具有良好的焊接性，其碳當量為0.32%～0.47%。 一般情況下，16MnR鋼的工藝性能與Q235-A、20R等低碳鋼相似，采用氣割、碳弧氣刨、冷壓和熱矯形等都不困難，可焊性也相當，焊前一般不預熱。但16MnR鋼的淬硬傾向比Q235號鋼稍大些，在大厚度、大剛性結構上進行小參數、小焊道的焊接時有可能出現裂紋，特別是在低溫條件下進行焊接。此時，在焊接時可采取適當的預熱措施。16MnR鋼的預熱溫度見表1。

16MnR鋼低溫焊接時出現裂紋的可能性，除與溫度有關之外，還與工件厚度密切相關。

二、板材厚度對焊接性能的影響

雖然16MnR鋼具有良好的焊接性，但隨著板材厚度的增加，其焊接性也逐漸變壞。其原因在于：

一是由于局部的不均勻加熱和冷卻，造成較大的焊接殘余應力，而大厚度的板材，其剛性較大，無法通過塑性變形來緩解一部分應力，因此，大厚度板材16MnR鋼在焊后殘余應力的作用下，易產生裂紋。

二是由于板材厚度較大，在焊接時，局部的加熱和冷卻易造成溫度在厚度方向上分布不均勻，從而導致產生較大的溫度應力。而且，若采用較大的熱輸入，則熱影響區的晶粒易長大形成粗晶組織或出現魏氏體組織從而降低韌性；若采用較小的熱輸入，由于冷卻速度較快，熱影響區易出現淬硬的馬氏體組織，也會降低韌性。

三、16MnR鋼的焊接工藝控制

為了解決上述問題，在16MnR鋼厚板焊接工藝上，應采取一定的措施以保證焊接質量。

1.材料的選擇

（1）16MnR鋼若采用焊條電弧焊時，一般選用E5015或E5016和E4315具有較好抗裂性能的堿性焊條。酸性焊條一般只用于對抗裂性能和塑性、韌性要求較低以及剛性不大的鋼結構上。

（2）16MnR鋼若采用埋弧焊和CO2焊等焊接方法，其焊接材料的選擇可參見表2。

2.預熱

焊前預熱能降低焊后冷卻速度，避免出現淬硬組織，減小焊接應力，是防止裂紋的有效措施，也有助于改善接頭組織與性能。對于屈服點在390MPa以下的低合金鋼，一般仍可不預熱。但當板材較厚時，為減小厚度方向的溫度差，減小焊接應力，則應進行100℃～150℃的預熱。

3.后熱及焊后熱處理

后熱或焊后熱處理可避免形成淬硬組織及使H逸出焊縫表面，防止裂紋產生，也可消除焊接殘余應力，軟化淬硬部位，改善焊縫和熱影響區的組織和性能，提高接頭的塑性和韌性，穩定工件結構的尺寸。

當16MnR鋼厚度不大時，一般不需進行焊后熱處理，只有當板材較厚或強度等級較高及有延遲裂紋傾向時才應進行適當的焊后熱處理。焊后熱處理主要是消H處理，焊后立即將焊件加熱到250℃～350℃，保溫2～6小時后空冷；從而加速H的逸出，防止冷裂紋的產生，保證焊接質量。

4.控制焊接熱輸入

總之，通過科學合理的措施，對厚板16MnR鋼的焊接工藝質量進行有效控制，有利于避免焊后產生裂紋，是解決厚板16MnR鋼焊接裂紋缺陷的有效措施。

（作者單位：湖南化工職業技術學院）