低合金高强度结构钢焊接操作

低合金高强度结构钢焊接操作

低合金高强度结构钢是在碳钢基础上加入了含量少于5%的合金元素。在钢中加入的合金元素有锰、硅、钒、铌、钛、铝和稀土等。为了使钢材有良好的焊接性，含碳量一般限制在0.2%以下。低合金高强度结构钢大多数经过热轧或正火处理，可分为热轧钢和正火钢2类。照国家标准《低合金高强度结构钢》（GB/T 1591—2008）的规定，低合金高强度结构钢为Q345、Q390、040、0460、500、Q550、Q620、Q690强度级别; Q345、Q390、Q420质量等级分为5级（A、B、C、D、E级），而Q460、500、Q550、Q620、Q690 的质量等段分为3 级（C、D、E级）。低合金高强度结构钢的特点是强度高，塑性、韧性良好，焊接及其加工性能较好，广泛应用于压力容器、车辆、船舶、桥梁和其他各种金属结构。

一、低合金高强度结构钢的焊接性

低合金高强度结构钢的焊接性主要取决于化学成分。强度级别较低（300~400 MPa 级）的低合金结构钢，由于钢中合金元素含量较少，因此焊接性较好，接近于普通低碳钢。在一设情况下，其焊接时不必采取特殊工艺措施。随着钢材强度级别的提高，钢中合金元素含量相应提高，钢材的淬硬倾向增大。其所含的有些元素在焊接热循环作用下，促使形成低熔点物质，使焊缝金属和热影响区出现各种不利组织，造成焊接性变坏，并导致裂纹的产生。因而必须采取一定的工艺措施。焊接时易出现的主要问题是∶

1.热影响区的淬硬倾向

低合金高强度结构钢会随着钢的强度等级的提高，其热影响区的淬硬倾向增大。为了避免热影响区淬硬，要严格控制向焊接区输送热量的大小。例如，焊接含碳量偏高的 Q345（16Mn）钢时，热输入应偏大一些。对于强度级别较高的低合金高强度结构钢，淬硬倾向增大，应选择较大的热输入。但热输入过大，又会增大粗晶区脆化倾向，这时采用预热配合小的热输入的方式更合理。

2.焊接接头的冷裂纹

焊接低合金高强度结构钢时，常在热影响区产生冷裂纹。冷裂纹一般是在焊后相当低的温度下（大约在钢的 Ms点附近），有时甚至放置相当长的时间才产生。具有延迟特征的冷裂纹的危险性更大。随着母材强度级别的提高和板厚的增加，冷裂纹的倾向也加大。这是因为焊接接头处产生淬硬组织;焊接接头内含氢量较多;又因厚板的刚性大使得焊接接头的残余应力相应较大造成的。

3.热裂纹

如果低合金高强度结构钢强度等级较低 （如 Q345），产生热裂纹的可能性比冷裂纹小得多，只有在原材料化学成分不符合规格（如S、C 的含量偏高）时才有可能产生。

二、低合金高强度结构钢焊接工艺要点

低合金高强度结构钢对焊接方法的选择无特殊要求，焊条电弧焊、埋弧自动焊、气体保护焊、电渣焊、压焊等焊接方法都可以采用，可根据产品的结构、板厚、使用性能要求及生产条件等选择。其中，焊条电弧焊、埋弧自动焊、CO₂气体保护焊是其常用的焊接方法

1.坡口加工、装配及定位焊

坡口加工可采用机械加工，其加工精度较高; 也可采用火焰切割或碳弧气刨。对强度级别较高、厚度较大的钢材，经过火焰切割或碳弧气刨加工的坡口应用砂轮仔细打磨。在坡口两侧约 50 mm 范围内，应严格去除水、油、锈及脏物等。

焊接件的装配间隙不能过大，避免强力装配定位。为防止定位焊的焊缝开裂，要求定位焊焊缝应有足够的长度（一般不小于 50 mm），薄板的定位焊焊缝的长度应不小于4 倍板厚。定位点固焊应选用与焊接同类型的焊接材料，也可选用强度等级稍低的焊条或焊丝。定位焊的顺序应能防止过大的拘束，允许工件有适当的变形，焊点或点固焊缝应对称、均匀分布。定位焊所用的焊接电流可稍大于焊接时的焊接电流。

2.选择合适的焊接材料

焊接材料的选择应保证焊缝强度和韧性与母材相适应。选用碱性、低氢焊条，甚至超低氢焊条，焊前严格烘干。对焊丝、母材附近的锈、油垢等仔细清理，在操作时应防止水侵入熔池，以降低焊缝金属的含氢量。常用低合金高强度结构钢焊接用焊条、焊丝及焊剂见表9-4。

3.正确选择焊接参数

采取焊前适当预热和焊后缓冷的措施，来降低接头的淬硬倾向，改善显微组织，提高韧性;同时，还有利于焊缝中氢的扩散逸出和改善应力条件。多层焊时，要保证层间温度不低于预热温度。有时还可采用锤击焊道表面、跟踪回火等措施。

4.焊后及时进行热处理

低合金高强度结构钢制造的厚壁容器、刚度大的焊接结构以及一些在低温、耐蚀条件下工作的构件，常常要求焊后及时热处理。在一般情况下，只采用回火处理，一方面消除焊接残余应力;另一方面改善组织使已经产生的马氏体高温回火，并进一步脱氢。这对于消除冷裂纹、改善热影响区塑性都是较为有效的手段。有时还要求对一些重要的焊接结构进行调质处理或正火处理。

应当指出，预热和焊后热处理是防止冷裂纹的有效措施，然而这些环节增加了生产的复杂程度，尤其是恶化了劳动条件，增加了焊接施工中的困难。因此，要慎重选用，宜尽量少用，或者用较低预热温度配合后热处理。

三、低合金 高强度结构钢焊接技能训练

低合金高强度结构钢焊接的焊件图如图 9—10 所示。焊件为承压管道。焊件材质为Q345。

1.焊接工艺分析

承压管道为低合金高强度结构件，为了降低应力、防止开裂，应尽量避免强行装配。同时，必须充分重视定位焊的质量。定位焊的焊缝很短、截面积小，冷却速度快，特别容易产生气孔、裂纹等缺陷。因此，在定位焊时使用与正式焊接时完全相同的焊条;严格遵守工艺规程;必要时应进行预热。焊前应仔细检查定位焊缝，发现裂纹应清除后重焊。

2.焊接工艺参数

埋弧自动焊承压管道的焊接工艺参数见表 9—5。

经验点滴

焊接速度的确定∶在筒体上作业的埋弧自动焊机，其焊接速度必须与筒体的线速度同步，才能正常工作。可以通过焊接滚轮架的无级调速达到与焊接速度相一致。筒体的线速度可通过实测计算来获得。

焊接过程中，要注意保持焊接工艺参数稳定，始终保证导电嘴、焊丝在接缝处的位置。环缝焊接筒体转动容易产生轴向移动，必须及时调整导电嘴、焊丝与焊缝的间距，防止产生焊偏。

随时观察正面焊件的受热状况，以控制焊接熔化深度。当受热面的颜色呈现大红色，长度大于80 mm，表明达到所需要的熔深（为板厚的 60%～70%）。如果颜色呈紫红色或不出现暗红色时，说明热输人量不足，达不到规定的熔深，要及时调节工艺参数。

3.Q345 钢焊接操作Q345 钢焊接操作见表9—6。

操作提示

（1）在吊装筒体过程中，装夹要牢固，焊件要放稳

（2）筒体与滚轮架接触的部位要圆滑过渡。妨碍转动的障碍要用砂轮磨平。

（3）由于锅炉、压力容器等重要结构对气候很敏感，因此应尽量安排在室内进行焊接。若焊件体积大而必须在室外进行焊接时，风速应小于1cm/s，相对湿度小于90%，在无雨雪天气操作。当焊件温度低于0℃时，建议在始焊处的10～30cm 范围内先预热至15～50℃，然后再进行焊接。

4.产品检验项目

主要检验下列项目∶

（1）焊件几何尺寸 由于焊件经过弯制、装配和焊接，容易引起变形，应根据图样测量圆管的圆度和法兰与圆管间的垂直度是否符合要求。

（2）焊缝的外观尺寸 检查焊缝的焊脚尺寸、焊缝宽度和焊缝余高应满足要求;焊缝接头应圆滑过渡，收尾处不应有弧坑。

（3）焊缝外观无缺陷 焊缝表面应均匀，接头处不应接偏，焊波不应有脱节现象。焊缝应无夹渣、气孔 、未焊透等缺陷。焊缝无明显咬边。