低合金结构钢的焊接性分析

摘 要：随着工业交通科学技术的发展，低合金结构钢得到了越来越广泛应用，本文对低合金结构钢的焊接性进行了分析，确定合理的工艺措施。

关键词：低合金高强度钢；焊接性；焊接工艺；

中图分类号：TB47 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2014）-04-00289-01

低合金结构钢一般指低合金高强度钢，在碳素结构钢的基础上添加不超过5%的合金元素达到使用要求的结构钢。加入合金元素的目的是为了保证足够塑性和韧性的条件下获得不同的强度等级。利用焊接来制造金属结构的低合金结构钢可分为强度用结构钢和专业用结构钢两大类。强度钢是以钢材屈服强度大小分类的，目前我国应用最多的低合金高强度钢其屈服强度在300～600MPa之间，按国家标准GB/T1591―1994的规定，低合金高强度结构钢按屈服点等级分为Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五种，按质量等级分为A、B、C、D、E五级。这类钢的主要特点是强度高、具有优良的综合力学性能、焊接及加工性能好及较低的制造成本，因此，被广泛地用于制造锅炉、压力容器、桥梁、建筑、船舶、车辆、飞机、起重机、工程机械制造中，已成为大型焊接结构中最主要的结构材料之一。低合金高强度结构钢焊接时最主要的问题是裂纹和脆化，而这些缺陷将直接影响到焊接接头的质量，因此，理解和掌握这些缺陷产生的原因和工艺措施，就尤为重要。

一、低合金高强度结构钢的焊接性

这类钢的焊接性主要取决于它的化学成分和轧制工艺。随着钢材强度级别的提高和合金元素含量的增加，焊接性也随之发生变化。强度级别较低的如300～400MPa级低合金高强度钢的焊接性接近于普通低碳钢，焊接时不必采取特殊工艺措施。强度级别大于500MPa级以上，且厚度较大或结构刚性较大的焊件，焊接时就必须采取一定的工艺措施。

（一）焊缝中的热裂纹 主要由于焊缝结晶时，S在晶间形成了低熔点的硫化物和共晶体，因此，S对高强钢热裂纹的形成起着直接有害的作用。个别情况下，当材料成分不合格或严重偏析使局部C、S含量过高，可能出现热裂纹现象。

（二）冷裂纹 促成冷裂纹的主要因素有三个方面：即钢种的淬硬倾向大；焊接接头受到的拘束应力；较多扩散氢的存在和浓集。就容易产生冷裂纹，在许多情况下，氢是诱发冷裂纹的最活跃的因素。

（三）再热裂纹 就是焊接结构在焊后消除应力的热处理过程中或者是焊后再次高温加热过程所产生的一种裂纹。再裂纹一般发生在含Cr、Mo、V等元素的高强度低合金钢的热影响区中。

（四）层状撕裂 钢中的非金属夹杂物，如硫化物、硅酸盐或氧化物夹杂等平行于扎制的方向呈片状、层状分布或大量成片地密集于同一平面内，由于夹杂物与基体金属的结合薄弱，这种分布形态将导致钢板在板厚方向（Z向）上塑性降低，当Z向拘束力足够大时，夹杂物与基体金属就产开裂，并最终发展成层状撕裂。

（五）粗晶区脆化 低合金高强度钢焊接时，热影响区被加热到1100C°以上的粗晶区，是焊接接头的薄弱区，冲击韧度也最低，即所谓脆化区。

二、低合金高强度结构钢的焊接工艺

（一）焊接材料的选择 一般按“等强”原则选择与母材强度相当的焊接材料，并综合考虑焊缝金属的韧性、塑性及抗裂性能。只要焊缝金属的强度不低于或略高于母材强度的下限值即可。强度级别较高的低合金高强度钢焊接时，应选用韧性、塑性和抗裂性能好的碱性焊条，考虑焊缝的塑性和韧性，可选用比母材低一级强度的焊条。

（二）预热 低合金高强度钢焊接时常用的工艺措施焊前预热。焊前预热能降低焊后冷却速度，避免出现淬硬组织，减小焊接应力。屈服点在390MPa一下的低合金高强度钢焊接时，可不预热。厚板、刚性大的结构钢且环境温度低的条件下，需预热100～150C°。屈服点在390MPa以上的低合金高强度钢焊接时，一般需要预热。

（三）焊接线能量 主要取决于过热区的脆化和冷裂纹两个因素，当焊接含碳量很低的钢如09MnV、09Mn2及含碳量偏于下限的16Mn时，由于脆化、冷裂倾向小，线能量没有严格控制。当焊接含碳量较高的16Mn钢时，为降低淬硬倾向，防止冷裂纹的产生，线能量应偏大一些。对于强度级别较高的低合金高强度钢，脆硬倾向增大，应选择较大的线能量，但线能不能过大，以免增大粗晶区脆化倾向。如果为防止裂纹而采取预热时，可采用小线能量焊接。小线能量可防止粗晶区脆化，并减小焊接应力。

（四）采取降低含氢量的工艺措施 对于有脆硬冷裂纹倾向的钢种，要严格采取降低焊缝含氢量的措施：采用低氢性碱性焊条，严格按规范烘干焊条，清除焊丝表面和坡口及两侧的锈、水、油污等。

（五）后热及焊后热处理 后热是焊接后立即对焊件的全部（或局部）加热到150～250C°或保温，使其缓冷的工艺措施。这是防止脆硬冷裂工艺措施。低合金高强度钢后热主要是消氢处理，焊后立即将焊接区加热到250～350C°，保温2～6h，使焊缝中的扩散氢逸出焊缝表面的一种工艺措施。

三、结语

低合金高强度钢的焊接是实际工业设计和生产中应用非常广泛的机械结构之一，对其焊接性的要求也随着现代工业的发展而不断提高，给焊接工作者带来更多的挑战和机遇。在实际焊接过程中，必须严格按照母材的化学成分及性质的不同，结合焊接结构的设计，选择合适的焊接方法和焊接材料，制定合理的焊接工艺，确保焊接结构的使用质量。

参考文献：

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【2】 张宣关，吴成材，薛永武，陆建勇.低合金高强度结构钢的强化机理和焊接性分析[J].陕西建筑，2009.（3）

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