强度级别较低的低合金高强钢,如300~400MPa级,由于钢中合金元素含量较少,其焊接性良好,接近于低碳钢。随着钢中合金元素的增加,强度级别提高,钢的焊接性也逐渐变差,出现的主要问题是:
1、热影响区的淬硬倾向 含碳时较少、强度级别较低的钢种,如09Mn2、09Mn2Si、09MnV钢等,淬硬倾向很小。随着强度级别的提高,淬硬倾向也开始加大,如16Mn、15MnV钢焊接时,快速度冷却会导致在热影响区出现马氏体组织。
2、冷裂纹 低合金高强钢焊接时,热影响区的冷裂纹倾向加大,并且这种冷裂纹往往具有延迟的性质,危害性很大。例如,材料为18MnMoNb钢壁厚 115mm 的一大型容器,由于预热温度不够,焊后在热影响区形成大量冷裂纹。
低合金高强钢的定位焊缝很容易开裂,其原因是由于焊缝尺寸小、长度短、冷却速度快,这种开裂属于冷裂纹性质。
3、热裂纹 一般情况下,强度等级为294~392MPa的热轧、正火钢,热裂倾向较小,但在厚壁压力容器的高稀释率焊道(如根部焊道或靠近坡口边缘的多层埋弧焊焊道)中也会出现热裂纹。电渣焊时,若母材的含碳量偏高并含镍时,电渣焊缝中可能会出现呈八字形分布的热裂纹。
强度等级为800~1176MPa的中碳调质钢(如30CrMnSiA钢),焊接时热裂的敏感性较大。
4、粗晶区脆化 热影响区中被加热至 1100℃ 以上的粗晶区,当焊接线能量过大时,粗晶区的晶粒将迅速长大或出现魏氏组织而使韧性下降,出现脆化段。
13 试述低合金高强钢焊接时的主要工艺措施。
⑴预热 预热是防止裂纹的有效措施,并且还有助于改善接头性能。但预热会恶化劳动条件,使生产工艺复杂化,过高的预热温度还会降低接头韧性。因此,焊前是否需要预热以及预热温度的确定应根据钢材的成分(碳当量)、板厚、结构形状、刚度大小以及环境温度等决定。
⑵焊接线能量的选择 含碳低的热轧钢(09Mn2、09MnNb钢等)以及含碳量偏下限的16Mn钢焊接时,因为这些钢的冷裂淬硬、脆化等倾向小,所以对焊接线能量没有严格的限制。焊接含碳量偏高的16Mn钢时,为降低淬硬倾向,焊接线能量应偏大一点。对于含V、Nb、Ti的钢种,为降低热影响区粗晶脆化所造成的不利影响,应选择较小的焊接线能量。如15MnVN钢的焊接线能量应控制在40~45kJ/cm以下。
对于碳及合金元素含量较高而屈服点为490MPa的正火钢(如18MnMoNb钢等),因淬硬倾向大,应选择较大的焊接线能量,但当采用焊前预热时,为了避免过热倾向,可以适当地减少线能量。
⑶后热及焊后热处理 后热是指焊接结束或焊完一条焊缝后,将焊件立即加热至150~250℃范围内,并保温一段时间,使接头中的氢扩散逸出,防止延迟裂纹产生。
对于厚壁容器、高刚性的焊接结构以及一些在低温、耐蚀条件下工作的构件,焊后应及时进行消除应力的高温回火,其目的是消除焊接残余应力,改善组织。
焊后立即进行高温回火的焊件,无需再进行后热处理。
二、16Mn钢的焊接工艺
16Mn钢属于碳锰钢,碳当量为0.345%~0.491%,屈服点等于343MPa(强度级别属于343MPa级)。16Mn钢的合金含量较少,焊接性良好,焊前一般不必预热。但由于16Mn钢的淬硬倾向比低碳钢稍大,所以在低温下(如冬季露天作业)或在大刚性、大厚度结构上焊接时,为防止出现冷裂纹,需采取预热措施。不同板厚及不同环境温度下16Mn钢的预热温度,见表8。
16Mn钢手弧焊时应选用E50型焊条,如碱性焊条E5015、E5016,对于不重要的结构,也可选用酸性焊条E5003、E5001。对厚度小、坡口窄的焊件,可选用E4315、E4316焊条。
焊接16Mn钢的预热温度
焊件厚度 (mm) 不同气温下的预热温度计(℃)
16以上 不低于- 10℃ 不预热,- 10℃ 以下预热100~150℃
16~24 不低于- 5℃ 不预热,- 5℃ 以下预热100~150℃
25~40 不低于 0℃ 不预热, 0℃ 以下预热100~150℃
40以上 均预热100~150℃
16Mn钢埋弧焊时H08MnA焊丝配合焊剂HJ431(开I形坡口对接)或H10Mn2焊丝配合焊剂HJ431(中板开坡口对接),当需焊接厚板深坡口焊缝时,应选用H08MnMoA焊丝配合焊剂HJ431。
16Mn钢是目前我国应用最广的低合金钢,用于制造焊接结构的16Mn钢均为16MnR和16Mng钢。
三、18MnMoNb钢的焊接工艺
18MnMoNb钢的屈服点等于490MPa(属于490MPa级钢),由于碳及合金钢元素的含量都较高,所以淬火硬倾向及冷裂倾向均比16Mn钢大。焊接工艺要点:
1)除电渣焊外,焊前对焊件应采取预热措施,预热温度控制在150~ 180℃ 。对于刚度较大的接头,预热温度应提高至180~ 230℃ 。焊后或中断焊接时,应立即进行250~ 350℃ 的后热处理。
2)为保证接头性能和质量,应适当控制焊接线能量,如手弧焊时,焊接线能量应控制在24kJ/cm以下;埋弧焊时,焊接线能量应控制在35kJ/cm以下。但焊接线能量不能过小,否则焊接接头易出现淬硬组织和降低韧性。同时,层间温度应控制在预热温度和 300℃ 之间。
4)焊后应进行热处理。电渣焊接头热处理的方式是900~ 980℃ 正火加630~ 670℃ 回火。手弧焊及埋弧焊接头进行消除焊接残余应力的高温回火处理,回火温度比一般钢材回火温度低 30℃ 左右。
18MnMoNb钢手弧焊时应选用E60型焊条,如碱性焊条E6015、E6016,
18MnMoNb钢埋弧焊时H08Mn2MoA焊丝配合焊剂HJ431。
以上是两种典型的低合金钢的焊接方法,焊接工艺参数、焊接材料选择的焊接要点望阅读后能得到一些启发,以后在焊接低合金钢是能派上用处。
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