高强耐候钢焊接的“三大问题”及对策

高强耐候钢焊接冷裂纹造成焊接冷裂纹的主要因素有3个方面：(1)钢的淬硬倾向；(2)焊接拉应力；(3)焊接接头的含氢量及其分布。

针对以上3个方面的影响因素，可采取的主要措施有：
(1)选用碱性低氢型焊条、焊剂。碱性低氢型焊条、焊剂焊接接头的含氢量低，脱硫、脱磷性能好，冲击韧性高。使用前需在350℃～420℃温度下烘干1～2 h，目的是有效去除其中的水分，从而减少焊接接头的含氧量，降低接头的冷裂倾向。
(2)焊接备件必须经检验合格才可组对。不得强力组对，避免过大的组装应力。
(3)焊前清理焊件。对钢材欲焊部位及两侧各20 mm范围内应认真清理，去除水分、铁锈、油污等杂物。
(4)合理安排焊接次序。原则是尽量使大多数焊缝能在刚度较小的条件下焊接，进一步减少焊接应力。
(5)焊前预热、焊后缓冷或热处理。焊前预热通常是防止高强钢焊接冷裂纹的重要工艺措施。焊后缓冷或热处理可以使扩散的氢充分逸出，降低了焊接残余应力，改善组织，减少淬硬性，从而降低焊接冷裂倾向。高强度耐候钢焊接时一般也不需要采取预热及焊后缓冷等工艺措施。
下列情况需要焊前预热：焊接环境温度小于5℃时，焊件局部预热到75℃～ 125℃ ；焊补厚度不小于8 mm高强度耐候钢母材上的裂纹等缺陷时，焊前须将焊件局部预热到100℃ ～150℃。凡进行焊前预热的，焊接的层问温度应不低于焊件局部预热温度。
(6)选用合适的焊接线能量。手工电弧焊和混合气体保护焊时焊接线能量一般较小，这时适当增大合理的焊接线能量，可延长焊接接头的冷却时间，减少或避免焊接热影响区的淬火组织，同时还有利于氢的逸出，降低了冷裂纹的倾向。
(7)选用合适的焊接方法和焊接操作规范。在中厚板几种常用的焊接方法中，焊接接头的低温冲击韧性以清根双面多层混合气体保护焊最好，其次是清根双面多层手工焊条焊，再次为不清根双面单层埋弧自动焊。混合气体保护焊焊接头的氢含量低，抗冷裂性能好，应优先采用。多层焊时，前一层焊道对后一层焊道起到预热的作用；而后一层焊道对前一层焊道又起到后热缓冷和回火的作用，所以多层焊接头比单层焊接头抗裂性高。当焊缝断面较大时，应采用多层多道焊。手工焊条焊须保持短弧操作。手工焊条焊和混合气体保护半自动焊应在离开焊缝端头20～30 mm引弧，电弧稳定后再拉到焊缝端头进行正常焊接。焊缝末端必须采用回焊收尾法，回焊长度应为25～40 mm；焊接弧坑必须焊满。


高强耐候钢焊接热裂纹
高强度耐候钢的焊接热裂纹主要是焊缝的结晶裂纹。已有的焊接实践证明，高强度耐候钢焊缝的热裂倾向比普通耐候钢小，估计与高强度耐候钢更低的硫、磷含量及较高的锰含量及手弧焊时使用的碱性焊条有关。

为避免高强度耐候钢的焊接热裂纹，采取的主要措施有：
(1)选用碱性焊条、焊剂。
(2)合理安排焊接次序，尽量减小焊接应力。
(3)控制焊缝的形状。凹心和平齐的角焊缝及窄深的对接焊缝，焊缝结晶时其低熔点物质易富集在焊缝中心面上，在焊接拉应力的作用下，极易产生结晶裂纹。宽而浅的对接焊缝，当柱状晶往上生长时，杂质大部分被推向表面而分散分布，拉应力集中的现象也大为减弱，焊缝的抗热裂性较高。所以对接焊缝的形状系数(宽厚比)一般控制在1．3—2，且有1 2 mm的焊缝余高(仅对车体焊缝而言)。对接焊缝和角焊缝的外形应为微凸形，焊缝末端采用回焊收尾法，手弧焊和半自动气电焊焊缝弧坑须焊满。埋弧自动焊应设引弧板和引出板。
(4)采用合理的焊接规范。焊接电流越大，焊接熔深越大，熔合比越大。适当减小焊接电流并提高电弧电压。


高强耐候钢焊缝脆化问题
在做高强度耐候钢的焊接接头低温V形缺口冲击试验时发现，冲击韧性最低的区域是在焊缝上，这与一般高强钢焊接接头冲击韧性最低的区域是在熔合区上不同。再一个规律性的现象就是，用大规范(大线能量)焊接的焊缝其冲击韧性较用小规范(小线能量)焊接的冲击韧性低。


高强度耐候钢焊接时，从提高焊接接头的冲击韧性考虑，采用较小的线能量是有利的。当然减小焊接线能量(即加大冷却速度)对冲击韧性提高的作用是有限的。另一方面，减小焊接线能量对接头的抗冷裂性能及塑性指标亦有不利影响。所以，选择焊接线能量时须通盘考虑。
已有的焊接试验证明，高强度耐候钢的较大线能量手弧焊和半自动气电焊焊缝冲击韧性虽然较低，但仍高于母材的冲击韧性要求。
因此手弧焊和半自动气电焊时可不必单独考虑接头的冲击韧性问题。但用粗丝埋弧自动焊时，则须考虑焊接线能量对接头冲击韧性的影响。在保证焊透和完全熔合的前提下，焊接线能量不能超过30 kJ／cm。

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