低合金高强度钢低合金高强度钢焊接工艺
一 低合金高强度钢分类
低合金高强度钢是在碳钢基础上加入一定量的合金元素(合金元素的质量分数一般为1.5%-5%)。特点是强度高,韧性和塑性,广泛用于压力容器、船舶、桥梁等场合。
根据屈服强度级别和热处理状态可分为:
热轧及正火钢 屈服强度约为300-490MPa,属非热处理强化钢,应用广泛。
低碳调质钢 屈服强度约为490-980MPa,属热处理强化钢,应用于大型工程机械、压力容器、潜艇制造。
中碳调质钢 屈服强度约为880-1200MPa,常用于强度要求很高的产品或部件,如火箭发动机体、飞机起落架。
二 可焊性分析
以热轧和正火状态使用的低合金高强度钢,由于其碳含量及合金元素均较低,因此其焊接性总体较好,其中热轧钢的焊接性更优,但由于这类钢中含有一定量的合金元素及微合金化元素,焊接过程中如果工艺不当,也存在着焊接热影响区脆化、热应变脆化及产生焊接裂纹的危险。只有掌握其焊接性特点和规律的基础上,制订正确的焊接工艺,才能保证焊接质量。
焊接氢致裂纹(也称冷裂纹或延迟裂纹)是低合金高强度钢焊接时容易产生而且是危害为严重的工艺缺陷,它常常是焊接结构失效破坏的主要原因。低合金高强度钢焊接时产生的氢致裂纹主要发生在焊接热影响区,有时也出现在焊缝金属。对一般低合金高强度钢,为防止氢致裂纹的产生,焊接热影响区硬度应控制在350HV以下。热影响区淬硬倾向可以采用碳当量公式加以评定。对于C-Mn系低合金高强度钢,可采用IIW(焊接学会)推荐的碳当量公式;对于微合金化的低碳低合金高强度钢适合于采用Pem公式,应用这些公式时应注意其适用范围。
CEIIW=w(C)+w(Mn)/6+w(Cr)/5+w(Mo)/5+w(V)/5+w(Ni)/15+w(Cu)/15
Pem=w(C)+w(Si)/30+w(Mn)/20+w(Cu)/20+w(Ni)/60+w(Cr)/20+w(Mo)/15+w(V)/10+5w(B)
强度级别较低的热轧钢,由于其合金元素含量少,钢的淬硬倾向比低碳钢稍大。如Q345钢、Q420钢焊接时,由于碳当量比较低,通常冷裂纹倾向不大。在环境温度很低或钢板厚度大时应采取措施防止冷裂纹的产生。
控轧控冷钢碳含量和碳当量都很低,其冷裂纹敏感性较低。除超厚焊接结构外,490MPa级的控轧控冷钢焊接,一般不需要预热。
正火钢合金元素含量较高,焊接热影响区的淬硬倾向有所增加。对强度级别及碳当量较低的正火钢,冷裂倾向不大。但随着强度级别及板厚的增加,其淬硬性及冷裂倾向都随之增大,需要采取控制焊接热输入、降低含氢量、预热和及时后热等措施,以防止冷裂纹的产生。
三 焊接工艺
低合金高强度钢焊接材料一般遵循“等强度”原则
热轧及正火钢 常用钢材如16Mn、09MnV、15MnVN、X60、X70、X80等,尽量选用低氢焊材,采用较小的线能量。对于强度级别较高的,若焊后不进行热处理,应立即在200-350℃保温2-6小时,以利扩散氢逸出。
低碳调质钢
1) 高强度结构钢主要用于工程结构,多承受拉伸载荷σb≥600-800MPa,如14MnMoVNb。
2) 高强度高耐磨钢σb≥1000-1300MPa,高强度高耐磨并承受冲击,如HQ100、HQ130,该类钢多用于矿山机械。
3) 高强度高韧性σb≥600-800MPa多用于大型球罐、海上采油平台、造船等,如07MnNiMoVDR(即宝钢的B610CF-L2)。不宜采用大的线能量,力求多层多道焊。
中碳调质钢常用如30CrMo、30CrMnSi、40Cr等,防止调质前产生裂纹,采用较高的预热温度200-350℃,并保持同样的层间温度,焊后立即消氢处理。
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