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低合金高强度钢的焊接特点

【摘要】:热影响区的最高硬度通常用来粗估评定钢产生焊接冷裂纹的敏感性,对于一般的低合金高强度钢而言,为了防止氢致冷裂纹的产生,通常规定其焊接热影响区的硬度应控制在350HV以下。Mn-Mo-Nb和Mn-Mo-V系低合金高强度钢对再热裂纹的产生有一定的敏感性。

(一)热轧、控轧及正火钢的焊接特点

这类钢的含碳量一般控制在0.2%以下,为了确保钢的强度和韧性,主要通过添加适量的锰、钼等合金元素及钒、铌、钛、铝等微合金化元素,达到晶粒细化、沉淀强化或通过控制终轧温度和变形量,并配合加速冷却,使钢材获得细小的铁素体组织,从而使钢材具有良好的综合力学性能。由于它含有一定量的合金元素及微合金化元素,使其焊接性能与碳钢有一定差别,主要表现如下。

1.焊接热影响区的组织与性能变化

低合金高强度钢焊接时,热影响区粗晶区和不完全相变区是焊接接头的两个薄弱区。热轧钢焊接时,如果焊接热输入过大,粗晶区将因晶粒严重长大或出现魏氏组织等而降低韧性;而热输入过小,粗晶区组织中的马氏体比例增大而降低韧性。正火钢焊接时的影响更为显著。对于控轧钢来说则主要是高热输入焊接方法带来的焊接热影响区的软化问题。

2.冷裂纹的敏感性

强度级别较低的热轧钢,合金元素含量少,碳当量比较低,冷裂倾向不大,只有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。控轧钢同热轧钢基本相同。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,随着强度级别及板厚的增加,淬硬倾向和冷裂倾向随之增大,需要采取措施防止冷裂纹的产生。热影响区的最高硬度通常用来粗估评定钢产生焊接冷裂纹的敏感性,对于一般的低合金高强度钢而言,为了防止氢致冷裂纹的产生,通常规定其焊接热影响区的硬度应控制在350HV以下。

3.再热裂纹敏感性

低合金钢焊接接头中的再热裂纹亦称消除应力裂纹,出现在焊后消除应力热处理过程中。再热裂纹属于沿晶断裂,一般都出现在热影响区的粗晶区,有时也在焊缝金属中出现。Mn-Mo-Nb和Mn-Mo-V系低合金高强度钢对再热裂纹的产生有一定的敏感性。如容器用钢18MnMoNbR 07MnMoVR等。

4.热裂纹的敏感性

碳素钢相比,低合金高强度钢含碳、硫量较低,且含锰量较高,其热裂纹倾向小。但有时也会在焊缝中出现热裂纹。如厚壁压力容器焊接生产中,在多层多道埋弧焊焊缝的根部焊道或靠近坡口边缘的高稀释率焊道中易出现焊缝金属热裂纹。此时采用高锰焊接材料,减小热输入,减少熔合比,增大焊缝成形系数,有利于防止焊缝金属热裂纹。

(二)低碳低合金调质钢的焊接特点

这类钢虽然通过热处理获得较高的强度,但由于含碳量一般不超过0.21%,故与中碳调质钢相比仍具有较好的焊接性能。其主要的焊接特点是:热影响区粗晶区有产生冷裂纹和韧性下降的倾向;热影响区有软化和脆化的倾向;淬硬倾向较大,粗晶区易形成低碳马氏体,但由于马氏体的自回火作用,冷裂倾向比中碳调质钢小,只要严格控制焊接时的氢源及选择合适的焊接方法和焊接参数,就可有效地避免冷裂纹的产生。对于热影响区中组织软化的问题,虽然随着焊接热输入的增加和提高预热温度而加重,但一般其软化区的断裂强度仍高于母材标准值的下限要求所以这类钢的热影响区软化问题只要工艺得当,不致影响其接头的使用性能。这类钢的热裂倾向一般不大。