基于低合金可焊接高強度結(jié)構(gòu)

張紅霞

（蘭州電機股份有限公司，甘肅 蘭州 730000）

低合金即低碳（Wc≤0.2%），通過加入少量合金元素，使得具有良好的焊接性能的一種結(jié)構(gòu)鋼。由于其加入的合金元素種類不同，致使牌號表達方式也不同，從而形成多種牌號不同的低合金高強度可焊接結(jié)構(gòu)。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，目前，新型的低合金高強度鋼以低碳（≤0.1%）和低硫（≤0.015%）為主要特征，主要產(chǎn)品有微合金化低碳高強度鋼、低碳貝氏體型鋼、低碳索氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼[1]。與傳統(tǒng)碳素鋼相比，低合金可焊接高強度結(jié)構(gòu)鋼的特征能力強，質(zhì)量穩(wěn)定，更適合用于建造橋梁、高層建筑和大跨度的鋼結(jié)構(gòu)建筑。

1 基于低合金可焊接高強度結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)成分

由于在普通碳素鋼中加入的合金元素種類不同，同時合金成分的表達方式也不同，部分合金元素含量指數(shù)用平均含量的百分數(shù)乘以4來表示，例如Cr、Co、Mn、Ni、Si、W ；部分含量指數(shù)用平均含量的百分數(shù)乘以10來表示，例如Al、Cu、Mo、Nb、Ta、Ti、V；部分含量指數(shù)用平均含量的百分數(shù)乘以100來表示，例如C、N、P、So，因此產(chǎn)生了多種牌號不同的低合金高強度可焊接結(jié)構(gòu)。

低合金可焊接高強度結(jié)構(gòu)的牌號由代表屈服強度的漢語拼音字母，屈服強度數(shù)值，質(zhì)量等級符號三個部分組成，例如：Q235B。其中：Q—鋼的屈服強度的“屈”字漢語拼音首位字母；235—屈服強度數(shù)值，單位MPa；B代表質(zhì)量等級[2]。當需方需要低合金可焊接高強度結(jié)構(gòu)具有厚度方向性能時，則在上述規(guī)定的牌號后加上代表厚度方向（Z向）性能級別的符號。即Q235B，是一種低合金高強度結(jié)構(gòu)。

2 基于低合金可焊接高強度結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)工藝

低合金可焊接高強度結(jié)構(gòu)一般都是通過鑄造獲取，在鑄造完成的基礎(chǔ)上，進行鑄鋼件退火熱處理，完成低合金可焊接高強度結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)。基于低合金可焊接高強度結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

其中，熔煉的工藝要求比較復(fù)雜，操作時需謹慎，常規(guī)操作流程是首先選擇爐料，然后熔化鋼液，接下來清理鋼液廢渣，再然后添加金屬礦石，最后對鋼液材質(zhì)化驗分析，根據(jù)化驗分析進行鋼液材質(zhì)脫氧處理，鋼液出爐，完成熔煉。脫氧是指在完成鋼液表面的雜質(zhì)處理后，對鋼液進行脫氧處理[3]。其中脫氧劑加入順序為：先加錳鐵，后加硅鐵，最后加入純鋁。

圖1 低合金可焊接高強度結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)工藝流程圖

熱處理是改變鑄件性能的最常規(guī)方法，熱處理能夠改變金相組織，消除應(yīng)力，從而獲取所需要的工藝能力。常規(guī)的熱處理方法有：退貨、正火、淬火、回火。通過熱處理和滿足用戶需要的機械性能、耐腐蝕能力以及工藝性能，在確保低合金可焊接高強度結(jié)構(gòu)的化學(xué)成分滿足用戶的需求時，其物理特征也能保持穩(wěn)定。

完成熱處理后，應(yīng)對低合金可焊接高強度結(jié)構(gòu)進行拋丸處理，通過拋丸處理，使得低合金可焊接高強度結(jié)構(gòu)表面光澤均勻一致。在拋丸的過程中，鋼丸要細一些，拋丸時間要久一些，盡量避免表皮缺陷的重新出現(xiàn)[4]。最后在入庫前，還要進行入庫前拋丸處理，入庫前的拋丸處理決定了低合金可焊接高強度結(jié)構(gòu)的外觀質(zhì)量。

3 基于低合金可焊接高強度結(jié)構(gòu)的焊接要點

常規(guī)基于低合金可焊接高強度結(jié)構(gòu)的焊接流程如下：

首先，在焊接前需要將全部焊條放置在300°～400°之間烘烤1小時，去除藥皮中的結(jié)晶水份。同時使用直流電焊機進行反接，采用大電流150～200A。接下來測檢母體材質(zhì)硬度，再確定用什么樣的焊條，其中所焊零部件需焊深度30mm以內(nèi)可使用普通焊鑄鐵焊接方法進行；焊接零部件超出30mm以上要進行隔斷焊接法，并且根據(jù)焊口的深度大小表面加固焊接法，免得變形及焊條的延伸性和抗拉性的不足，導(dǎo)致其它問題的發(fā)生。最后檢查是否出現(xiàn)裂縫情況，如果出現(xiàn)裂縫，必須先將裂縫的頂端打孔，免得繼續(xù)往前延伸，再進行正常焊。

由于低合金可焊接高強度結(jié)構(gòu)是在普通碳素鋼的基礎(chǔ)上，加入合金元素，并通過熱軋獲得的，因此其進行焊接的過程中，應(yīng)注意熱影響區(qū)的淬硬傾向、冷裂紋敏感性[5]。在進行焊接的過程中，需注意以下焊接要點：

其一，基于低合金可焊接高強度結(jié)構(gòu)的含碳量較低，延展性、塑性增強，它的受熱變形程度增加，焊接鑄鋼時必須隔段焊、加固焊免除變形。其二，焊接低合金可焊接高強度結(jié)構(gòu)時要根據(jù)母體材質(zhì)、硬度選用焊條時的硬度，要求低于HRC3，使得焊后與母體硬度一致，再進行加工。

普通碳素鋼中加入的合金元素種類不同，致使低合金可焊接高強度結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)成分大有不同，依托一系統(tǒng)完整的生產(chǎn)流程，確保了低合金可焊接高強度結(jié)構(gòu)機械性能、耐腐蝕能力以及工藝性能。結(jié)合低合金可焊接高強度結(jié)構(gòu)焊接要點，加深了對低合金可焊接高強度結(jié)構(gòu)的認知。

4 實例分析

表1 焊接強度對比表

為保證提出的基于低合金可焊接高強度結(jié)構(gòu)有效性，進行實例分析，與常規(guī)結(jié)構(gòu)鋼進行對比，驗證其可焊強度。

試驗過程中，采用兩種方法，在不同厚度上的母材進行焊接，并對其進行力學(xué)性能分析，得出可焊強度，其焊接強度如表1所示。

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)可以看出，提出的低合金可焊強度明顯高于常規(guī)結(jié)構(gòu)鋼可焊強度，經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，得出提出的低合金可焊強度較常規(guī)結(jié)構(gòu)鋼可焊強度提高59.9%。

5 總結(jié)

基于低合金可焊接高強度結(jié)構(gòu)經(jīng)濟實用，不但可用于制造軸類件及大型螺栓件等還可制造耐壓殼體、受力結(jié)構(gòu)件、高壓容器等。

本文通過研究低合金可焊接高強度結(jié)構(gòu)鋼的結(jié)構(gòu)成分、生產(chǎn)工藝以及焊接要點，對基于低合金可焊接高強度結(jié)構(gòu)進行全方位深入的研究。