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高强钢焊接的现状和发展

武汉铁锚焊接材料股份有限公司吕奎清

随着国民经济的飞速发展，各行各业都呈现出欣欣向荣的局面，但我们看到在繁荣的背后同时暴露出了一些问题：各行各业都在消耗大量的能源及资源，全球资源减少的同时污染日益严重。国家已经认识到了一些问题的严重性，中央已明确提出各行业要节约20%的能源、20%钢铁，要求从源头做起。对于我们钢铁使用单位都必须减少用钢量，减少用钢量的有效途径是提高钢的强度，所以在今后的日子里，高强度会逐步替代目前大量采用500MPa级以内的低强钢。
低合金高强钢是今后将采用量最大的钢种，它通常是指抗拉强度500~1000MPa范围并考虑焊接性而生产制造的钢材，而抗拉强度在1000MPa以上的一般称为超高强钢。低合金高强钢的种类可以分为非调质钢和经过淬火-回火的调质钢。非调质钢又可分为热轧钢、控轧钢和正火钢等。一般非调质钢指常温抗拉强度600MPa以下的钢材，调质钢则为抗拉强度600MPa以上的钢材。根据调质、非调质钢强度级别的差别，这两类钢材的焊接性、焊接工艺和接头性能有很大的不同。
低合金高强钢总体来说明其焊接性较好，可基本上采有现有的焊接方法与工艺。

常用的方法
从上世纪初，焊接技术得到应用以来，多种焊接方法得以发明与应用。
手工电弧焊
手工电弧焊适用于各种不规则形状、各种焊接位置的焊缝。手工焊时主要根据焊件厚度、坡口形式、焊缝位置等选择焊接工艺参数。多层焊的第一层以及非平焊位置焊接时，焊条直径应小一些。在保证焊接质量的前提下，应尽可能采用大直径焊条和大电流焊接，以提高生产效率。
手工电弧焊使用范围广，焊接材料与工艺成熟，对于500~1000MPa范围内的钢种都可采用此焊接方法，其配套的焊条有CJ607RH、CJ707RH、CJ807RH、CJ107等，但其焊接效率低下，成型较差，在条件允许的情况下，我们应尽可能地不采用手工电弧焊。
埋弧自动焊
埋弧自动焊由于具有熔敷效率高、大熔深以及机械自动操作的优点，特别适用于大型焊接结构的制造，广泛用于船舶、管道和要求长焊缝的结构制造，多用于平焊和平角焊位置。埋弧自动焊包括双面埋弧自动焊和单面焊双面成形埋弧自动焊工艺。对于抗拉强度500~700MPa的钢种目前都可采用埋弧焊进行平焊与平角焊，焊接结构有钢结构、管线、桥梁等，配套的焊丝有： CJGNH-1、CJQ-1、CJGX-1、H1OMn2、CH62CF、H70Q等。
对于抗拉强度700MPa以上的钢种，使用埋弧焊进行实例不是很多，主要是埋弧焊的焊接线能量大，导致焊缝及热影响区的晶粒粗大，增加了脆性而降低了韧性。
CO2气体保护焊
CO2气体保护焊是目前大力推广的高效焊接方法，其包含CO2气体保护焊实芯焊丝与药芯焊丝，其实芯焊丝应用范围较广，500~900MPa的高强钢都采用了实芯焊丝，应用领域基本包括了现有的结构，使用效果较好，气保焊丝的窄间隙焊具有生产率高、焊接热输入小，热影响区窄等优点，更适于焊接性较差的低合金钢。其配套的焊丝：WH50-6、WH60-G、WH70-G、WH80-G、WH90-G等。
药芯焊丝作为高效焊接材料目前在造船行业得到了广泛的应用，其应用率达到了60%以上，主要采用500MPa的药芯焊丝，如我公司生产的YCJ501-1（GBE501T-1），目前国产500MPa级药芯焊丝质量较好，无论焊接工艺性能，还是力学性能都与外国产品相当。600MPa的药芯焊丝部分得到应用，700MPa以上的药芯焊丝实际应用很少，主要由于对于高强度的药芯焊丝，我们研制还不够，现有产品的焊接工艺性能及力学性能有待提高，随着我们研发的不断深入，相信不久，药芯焊丝的品种也会达到目前焊条的水平。
我公司为配合舰船建设的需要，研制了一种用于650MPa钢种的CW921FCW药芯焊丝，焊接工艺性能及力学性能都较好，其扩散氢含量在3ml/100g（色谱法）。其熔敷金属化学成分及力学性能分别见表1、表2和表3。
表1熔敷金属化学成分
牌号CMnSiMoNiVSPCW921≤0.071.00~1.45≤0.35≤0.602.0~3.4——≤0.015≤0.020典型值0.0301.130.200.412.670.0390.00710.017

表2熔敷金属力学性能
牌号抗拉强度
（Rm）MPa屈服强度
（Rel）MPa伸长率
（A）%Akv冲击功J-20℃-50℃CW921FCW655~805≥590≥16≥64≥27典型值68061521.57653
表3对接接头力学性能
牌号抗拉强度
（Rm）MPa正、反冷弯
D=3tAkv冲击功J-50℃CW921FCW655~805120°不裂、180°不断≥27典型值705合格48
自保护药芯焊丝
自保护药芯焊丝的芯内组成物和电焊条药皮相似，焊接时起着造渣、造气、稳弧、