浅析超高强钢焊接.docx

浅析超高强度钢的焊接
张勇
摘要：针对性地介绍了超高强度钢焊接时如何合理选择工艺参数、存在的主要问题、注意事项及应采取的预防措施。
关键词：超高强度钢；焊接；冷裂纹；疲劳

超高强度钢一般是指屈服强度大于700Mpa的细晶粒高强钢，如：HQ80（鞍钢）、STE690、STE890、STE960（德国）、WELDOX700、WELDOX900、WELDOX960、WELDOX1100（瑞典奥克隆德钢铁公司）等。其焊接存在的主要问题为：焊接氢致裂纹（冷裂纹）、焊接热影响区软化及韧性下降、焊接接头的疲劳等。本文针对高强钢焊接进行比较详细的分析和介绍。
1．高强钢焊接目标：
在焊接接头处获得适当的强度（抗拉强度和疲劳强度），在焊接接头处获得良好的韧性，避免产生冷裂纹。
2．防止冷裂纹措施
2.1焊前预热
预热对对接焊缝和根部焊道最为重要，焊接过程中和焊接后的温度越高，则氢越易从钢中逸出；钢板越厚，预热的必要性越大，以补偿厚板更快的冷却速度，而且厚板比薄板的碳当量（CE）值更高。工件具体的预热温度和要求见表一与图一，如果不同钢种的焊接或所用焊材的碳当量比母材高，则预热温度由碳当量高的母材或焊材的碳当时决定。
2.2确保焊接面的清洁和干燥
产生冷裂纹的主要原因是有应力存在的焊缝金属中有氢的存在。焊件在组装前应彻底清除坡口表面及附近母材上的各种脏物（例如：氧化皮，铁锈，油污，水份等，这些脏物在焊接时分解出氢而导致焊缝产生延迟纹或气孔，使焊接接头性能受损），直至露出金属光泽并保证清理范围内无裂纹与夹层等缺陷。
2.3减小构件内应力
通过采用良好的焊接顺序；合理组装，避免强力组对以减少构件的残余应力；焊接组装时应将工件压紧或垫置牢固，以防止因焊接受热而产生附加的应力和变形。
2.4选择含氢量小的焊接材料
选用的焊接材料其熔敷金属含氢量应小于5ml/100g；为了避免吸潮，焊接材料应根据厂家的规定进行储存，使用前按厂应家要求重新烘焙，以免工件在焊后或使用过程中产生延迟冷裂纹。
2.5焊后后热消氢处理
在焊接完成后，立即将焊件后热到150-250℃，并按每毫米板厚不少于5分钟进行恒温处理后缓冷（且总的恒温时间不得小于1小时），确保焊接接头中的残余氢能扩散逸出，减少延迟冷裂纹的产生。
2.5焊后热处理
进行焊后热处理是为了减少焊接残余应力，高强钢焊后一般不进行焊后热处理，热处理会使接头的某些机械性能下降，如：冲击韧性等。只有在设计规则有特殊说明时，方应进行焊后热处理。但应注意其焊后热处理温度不能超过其调质回火温度。

图一：
预热温度测量位置及当量板厚的确定

S3=0S1=S2

钢板的当量板厚SK=S1+S2+S3，或至少为2倍板厚
S1=距焊缝金属75mm内的平均厚度
采用火焰预热时，焰芯距板间的距离应大于50mm
预热温度与当量板厚的关系：表一
母材不同当量板厚（SK=S1+S2+S3,mm）的预热温度层间温度≤2030405060708090100110120130Q235-A
225-250℃Q295（09Mn等）225-250℃Q345(16Mn等)150℃225-250℃Q390(15MnTi等)不需预热
200-225℃Q450(HQ60等)200-225℃Q590(HQ70等)150℃150-175℃Q685(HQ80等)150-175℃WELDOX900，StE890150-175℃WELDOX960，StE960150℃150-175℃WELDOX1100175℃150-175℃注：1.如果环境湿度大或温度低于5℃，则表内所给温度应增加25℃；如果工件属刚性固定，预热温度应相应增加。
2.在当量板厚小于极限值，工件温度低于5℃或空气湿度大于65%时应将工件预热50℃～80℃。
3.适用于相应强度级别的铸钢。
举例：
WELDOX900的极限当量板厚对应为20mm，即对T形接头必需从20/3=7mm板厚开绐预热，而对接接头则从20/2=10mm板厚起开始预热。
已知：S1=15mmS2=S1.则：SK=S1+S2+S3
S3=10mm=15mm+15mm+10mm
=40mm
即Q450，Q390，Q345，Q295，Q235均不需预热；Q590，Q685，WELDOX900等需预热150℃
3．高强钢焊接材料选择的一般原则
3.1对于超高强度钢，由于强度提高，钢材塑性、韧性不断下降。如果仍采用等强原则，选用高组配的焊接接头，焊缝的韧性将进一步降低，将可能导致由焊缝金属韧性不足引起低应力脆性破坏。所以高强钢焊接时应采用等韧性原则，选择焊缝韧性不低于基体金属的低组配焊接接头比较合理。采用低强的焊缝金属并不总是意味着焊接接头的强度一定低于母材，只要焊缝金属的强度不低于母材的87%，仍可保证接头与母材等强。
3.2焊接材料选择