高強耐候鋼焊接的“三大問題”及對策

造成焊接冷裂紋的主要因素有3個方面：(1)鋼的淬硬傾向；(2)焊接拉應力；(3)焊接接頭的含氫量及其分布。

針對以上3個方面的影響因素，可采取的主要措施有：

(1)選用堿性低氫型焊條、焊劑。堿性低氫型焊條、焊劑焊接接頭的含氫量低，脫硫、脫磷性能好，沖擊韌性高。使用前需在350℃～420℃溫度下烘干1～2 h，目的是有效去除其中的水分，從而減少焊接接頭的含氧量，降低接頭的冷裂傾向。

(2)焊接備件必須經檢驗合格才可組對。不得強力組對，避免過大的組裝應力。

(3)焊前清理焊件。對鋼材欲焊部位及兩側各20 mm范圍內應認真清理，去除水分、鐵銹、油污等雜物。

(4)合理安排焊接次序。原則是盡量使大多數焊縫能在剛度較小的條件下焊接，進一步減少焊接應力。

(5)焊前預熱、焊后緩冷或熱處理。焊前預熱通常是防止高強鋼焊接冷裂紋的重要工藝措施。焊后緩冷或熱處理可以使擴散的氫充分逸出，降低了焊接殘余應力，改善組織，減少淬硬性，從而降低焊接冷裂傾向。高強度耐候鋼焊接時一般也不需要采取預熱及焊后緩冷等工藝措施。

下列情況需要焊前預熱：焊接環境溫度小于5℃時，焊件局部預熱到75℃～ 125℃ ；焊補厚度不小于8 mm高強度耐候鋼母材上的裂紋等缺陷時，焊前須將焊件局部預熱到100℃ ～150℃。凡進行焊前預熱的，焊接的層問溫度應不低于焊件局部預熱溫度。

(6)選用合適的焊接線能量。手工電弧焊和混合氣體保護焊時焊接線能量一般較小，這時適當增大合理的焊接線能量，可延長焊接接頭的冷卻時間，減少或避免焊接熱影響區的淬火組織，同時還有利于氫的逸出，降低了冷裂紋的傾向。

(7)選用合適的焊接方法和焊接操作規范。在中厚板幾種常用的焊接方法中，焊接接頭的低溫沖擊韌性以清根雙面多層混合氣體保護焊最好，其次是清根雙面多層手工焊條焊，再次為不清根雙面單層埋弧自動焊?；旌蠚怏w保護焊焊接頭的氫含量低，抗冷裂性能好，應優先采用。多層焊時，前一層焊道對后一層焊道起到預熱的作用；而后一層焊道對前一層焊道又起到后熱緩冷和回火的作用，所以多層焊接頭比單層焊接頭抗裂性高。當焊縫斷面較大時，應采用多層多道焊。手工焊條焊須保持短弧操作。手工焊條焊和混合氣體保護半自動焊應在離開焊縫端頭20～30 mm引弧，電弧穩定后再拉到焊縫端頭進行正常焊接。焊縫末端必須采用回焊收尾法，回焊長度應為25～40 mm；焊接弧坑必須焊滿。

高強度耐候鋼的焊接熱裂紋主要是焊縫的結晶裂紋。已有的焊接實踐證明，高強度耐候鋼焊縫的熱裂傾向比普通耐候鋼小，估計與高強度耐候鋼更低的硫、磷含量及較高的錳含量及手弧焊時使用的堿性焊條有關。

為避免高強度耐候鋼的焊接熱裂紋，采取的主要措施有：

(1)選用堿性焊條、焊劑。

(2)合理安排焊接次序，盡量減小焊接應力。

(3)控制焊縫的形狀。凹心和平齊的角焊縫及窄深的對接焊縫，焊縫結晶時其低熔點物質易富集在焊縫中心面上，在焊接拉應力的作用下，極易產生結晶裂紋。寬而淺的對接焊縫，當柱狀晶往上生長時，雜質大部分被推向表面而分散分布，拉應力集中的現象也大為減弱，焊縫的抗熱裂性較高。所以對接焊縫的形狀系數(寬厚比)一般控制在1．3—2，且有1 2 mm的焊縫余高(僅對車體焊縫而言)。對接焊縫和角焊縫的外形應為微凸形，焊縫末端采用回焊收尾法，手弧焊和半自動氣電焊焊縫弧坑須焊滿。埋弧自動焊應設引弧板和引出板。

(4)采用合理的焊接規范。焊接電流越大，焊接熔深越大，熔合比越大。適當減小焊接電流并提高電弧電壓。

在做高強度耐候鋼的焊接接頭低溫V形缺口沖擊試驗時發現，沖擊韌性最低的區域是在焊縫上，這與一般高強鋼焊接接頭沖擊韌性最低的區域是在熔合區上不同。再一個規律性的現象就是，用大規范(大線能量)焊接的焊縫其沖擊韌性較用小規范(小線能量)焊接的沖擊韌性低。

高強度耐候鋼焊接時，從提高焊接接頭的沖擊韌性考慮，采用較小的線能量是有利的。當然減小焊接線能量(即加大冷卻速度)對沖擊韌性提高的作用是有限的。另一方面，減小焊接線能量對接頭的抗冷裂性能及塑性指標亦有不利影響。所以，選擇焊接線能量時須通盤考慮。

已有的焊接試驗證明，高強度耐候鋼的較大線能量手弧焊和半自動氣電焊焊縫沖擊韌性雖然較低，但仍高于母材的沖擊韌性要求。

因此手弧焊和半自動氣電焊時可不必單獨考慮接頭的沖擊韌性問題。但用粗絲埋弧自動焊時，則須考慮焊接線能量對接頭沖擊韌性的影響。在保證焊透和完全熔合的前提下，焊接線能量不能超過30 kJ／cm。