低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接性分析

摘 要：隨著工業(yè)交通科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，低合金結(jié)構(gòu)鋼得到了越來(lái)越廣泛應(yīng)用，本文對(duì)低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接性進(jìn)行了分析，確定合理的工藝措施。

關(guān)鍵詞：低合金高強(qiáng)度鋼；焊接性；焊接工藝；

中圖分類號(hào)：TB47 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-3520（2014）-04-00289-01

低合金結(jié)構(gòu)鋼一般指低合金高強(qiáng)度鋼，在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上添加不超過(guò)5%的合金元素達(dá)到使用要求的結(jié)構(gòu)鋼。加入合金元素的目的是為了保證足夠塑性和韌性的條件下獲得不同的強(qiáng)度等級(jí)。利用焊接來(lái)制造金屬結(jié)構(gòu)的低合金結(jié)構(gòu)鋼可分為強(qiáng)度用結(jié)構(gòu)鋼和專業(yè)用結(jié)構(gòu)鋼兩大類。強(qiáng)度鋼是以鋼材屈服強(qiáng)度大小分類的，目前我國(guó)應(yīng)用最多的低合金高強(qiáng)度鋼其屈服強(qiáng)度在300～600MPa之間，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1591—1994的規(guī)定，低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼按屈服點(diǎn)等級(jí)分為Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五種，按質(zhì)量等級(jí)分為A、B、C、D、E五級(jí)。這類鋼的主要特點(diǎn)是強(qiáng)度高、具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能、焊接及加工性能好及較低的制造成本，因此，被廣泛地用于制造鍋爐、壓力容器、橋梁、建筑、船舶、車輛、飛機(jī)、起重機(jī)、工程機(jī)械制造中，已成為大型焊接結(jié)構(gòu)中最主要的結(jié)構(gòu)材料之一。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼焊接時(shí)最主要的問(wèn)題是裂紋和脆化，而這些缺陷將直接影響到焊接接頭的質(zhì)量，因此，理解和掌握這些缺陷產(chǎn)生的原因和工藝措施，就尤為重要。

一、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的焊接性

這類鋼的焊接性主要取決于它的化學(xué)成分和軋制工藝。隨著鋼材強(qiáng)度級(jí)別的提高和合金元素含量的增加，焊接性也隨之發(fā)生變化。強(qiáng)度級(jí)別較低的如300～400MPa級(jí)低合金高強(qiáng)度鋼的焊接性接近于普通低碳鋼，焊接時(shí)不必采取特殊工藝措施。強(qiáng)度級(jí)別大于500MPa級(jí)以上，且厚度較大或結(jié)構(gòu)剛性較大的焊件，焊接時(shí)就必須采取一定的工藝措施。

（一）焊縫中的熱裂紋 主要由于焊縫結(jié)晶時(shí)，S在晶間形成了低熔點(diǎn)的硫化物和共晶體，因此，S對(duì)高強(qiáng)鋼熱裂紋的形成起著直接有害的作用。個(gè)別情況下，當(dāng)材料成分不合格或嚴(yán)重偏析使局部C、S含量過(guò)高，可能出現(xiàn)熱裂紋現(xiàn)象。

（二）冷裂紋 促成冷裂紋的主要因素有三個(gè)方面：即鋼種的淬硬傾向大；焊接接頭受到的拘束應(yīng)力；較多擴(kuò)散氫的存在和濃集。就容易產(chǎn)生冷裂紋，在許多情況下，氫是誘發(fā)冷裂紋的最活躍的因素。

（三）再熱裂紋 就是焊接結(jié)構(gòu)在焊后消除應(yīng)力的熱處理過(guò)程中或者是焊后再次高溫加熱過(guò)程所產(chǎn)生的一種裂紋。再裂紋一般發(fā)生在含Cr、Mo、V等元素的高強(qiáng)度低合金鋼的熱影響區(qū)中。

（四）層狀撕裂 鋼中的非金屬夾雜物，如硫化物、硅酸鹽或氧化物夾雜等平行于扎制的方向呈片狀、層狀分布或大量成片地密集于同一平面內(nèi)，由于夾雜物與基體金屬的結(jié)合薄弱，這種分布形態(tài)將導(dǎo)致鋼板在板厚方向（Z向）上塑性降低，當(dāng)Z向拘束力足夠大時(shí)，夾雜物與基體金屬就產(chǎn)開(kāi)裂，并最終發(fā)展成層狀撕裂。

（五）粗晶區(qū)脆化 低合金高強(qiáng)度鋼焊接時(shí)，熱影響區(qū)被加熱到1100C°以上的粗晶區(qū)，是焊接接頭的薄弱區(qū)，沖擊韌度也最低，即所謂脆化區(qū)。

二、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的焊接工藝

（一）焊接材料的選擇 一般按“等強(qiáng)”原則選擇與母材強(qiáng)度相當(dāng)?shù)暮附硬牧希⒕C合考慮焊縫金屬的韌性、塑性及抗裂性能。只要焊縫金屬的強(qiáng)度不低于或略高于母材強(qiáng)度的下限值即可。強(qiáng)度級(jí)別較高的低合金高強(qiáng)度鋼焊接時(shí)，應(yīng)選用韌性、塑性和抗裂性能好的堿性焊條，考慮焊縫的塑性和韌性，可選用比母材低一級(jí)強(qiáng)度的焊條。

（二）預(yù)熱 低合金高強(qiáng)度鋼焊接時(shí)常用的工藝措施焊前預(yù)熱。焊前預(yù)熱能降低焊后冷卻速度，避免出現(xiàn)淬硬組織，減小焊接應(yīng)力。屈服點(diǎn)在390MPa一下的低合金高強(qiáng)度鋼焊接時(shí)，可不預(yù)熱。厚板、剛性大的結(jié)構(gòu)鋼且環(huán)境溫度低的條件下，需預(yù)熱100～150C°。屈服點(diǎn)在390MPa以上的低合金高強(qiáng)度鋼焊接時(shí)，一般需要預(yù)熱。

（三）焊接線能量 主要取決于過(guò)熱區(qū)的脆化和冷裂紋兩個(gè)因素，當(dāng)焊接含碳量很低的鋼如09MnV、09Mn2及含碳量偏于下限的16Mn時(shí)，由于脆化、冷裂傾向小，線能量沒(méi)有嚴(yán)格控制。當(dāng)焊接含碳量較高的16Mn鋼時(shí)，為降低淬硬傾向，防止冷裂紋的產(chǎn)生，線能量應(yīng)偏大一些。對(duì)于強(qiáng)度級(jí)別較高的低合金高強(qiáng)度鋼，脆硬傾向增大，應(yīng)選擇較大的線能量，但線能不能過(guò)大，以免增大粗晶區(qū)脆化傾向。如果為防止裂紋而采取預(yù)熱時(shí)，可采用小線能量焊接。小線能量可防止粗晶區(qū)脆化，并減小焊接應(yīng)力。

（四）采取降低含氫量的工藝措施 對(duì)于有脆硬冷裂紋傾向的鋼種，要嚴(yán)格采取降低焊縫含氫量的措施：采用低氫性堿性焊條，嚴(yán)格按規(guī)范烘干焊條，清除焊絲表面和坡口及兩側(cè)的銹、水、油污等。

（五）后熱及焊后熱處理 后熱是焊接后立即對(duì)焊件的全部（或局部）加熱到150～250C°或保溫，使其緩冷的工藝措施。這是防止脆硬冷裂工藝措施。低合金高強(qiáng)度鋼后熱主要是消氫處理，焊后立即將焊接區(qū)加熱到250～350C°，保溫2～6h，使焊縫中的擴(kuò)散氫逸出焊縫表面的一種工藝措施。

三、結(jié)語(yǔ)

低合金高強(qiáng)度鋼的焊接是實(shí)際工業(yè)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中應(yīng)用非常廣泛的機(jī)械結(jié)構(gòu)之一，對(duì)其焊接性的要求也隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展而不斷提高，給焊接工作者帶來(lái)更多的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。在實(shí)際焊接過(guò)程中，必須嚴(yán)格按照母材的化學(xué)成分及性質(zhì)的不同，結(jié)合焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，選擇合適的焊接方法和焊接材料，制定合理的焊接工藝，確保焊接結(jié)構(gòu)的使用質(zhì)量。

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