大线能量焊接用钢的研究概况

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1、万方数据第30卷第3期2008年6月山东Shandong冶金MetallurgyV01．30．No．3June2008·专论与综述·大线能量焊接用钢的研究概况李敏，郑香增(济南钢铁股份有限公司技术中心，t1．1东济南250101)摘要：介绍了单面埋弧焊、气电立焊以及电渣焊3种在钢制结构制造行业应用最为广泛的大线能量焊接技术。针对大线能量焊接技术的大线能量、高自动化、强迫成型的特点，指出大线能量焊接用钢开发的关键技术是降碳、增锰、加钛、精确控制Ti／N比的成分设计及微合金化，优化冶炼工艺，加强热影响区中细小针状铁素体形成的组织控制和控冷中的板形控制，配套焊接工艺优化及焊材的研

2、究等。关键词：大线能量焊接用钢；热影响区(HAZ)；韧性；针状铁素体(AF)中图分类号：TGl42文献标识码：A文章编号：1004—4620(2008)03—0008—051前言单面埋弧焊、气电立焊及电渣焊等大线能量焊接技术因其熔敷效率高、焊接速度快、焊接质量好、节约能源、操作方便且易于自动化等优点，成为现代钢制结构制造行业中应用最为广泛的高效焊接技术。以往钢材在焊接施工中的焊接线能量≥50kJ／cm即可称之为大线能量焊接，而目前资料显示⋯，气电立焊大线能量焊接的实际焊接线能量甚至已超过500kJ／cm。在如此大的焊接线能量下，传统的低合金高强钢(HSLA)的热影响区(HA

3、Z)组织将急剧长大，焊接部位的强度和韧性将有较大的下降，易产生焊接冷裂纹问题，给大型钢结构的制造带来困难。另外，对于传统的热机械轧制(TMCP)技术，随着钢板强度的提高和厚度的增加，必须提高碳当量(Ceq)，这是焊接冷裂纹敏感性等焊接性能和焊接部位韧性恶化的又一因素。开发适于大线能量焊接，同时具有高强度、低焊接裂纹敏感性的钢材是国内外众多钢铁企业品种钢开发的重要课题。2大线能量焊接技术2．1单面埋弧焊单面埋弧焊技术是采用较大的焊接电流(1000A左右)，在背面用衬垫强迫成型条件下，将焊件一次焊透从而获得双面焊缝的一种焊接工艺121。根据所用衬垫的不同，单面埋弧焊技术又可分为

4、焊剂铜衬垫法(FCB法)和焊剂垫法(RF法)。FCB法是在坡口背面放铜板，铜板之上均匀地铺1层焊剂，利用通气软管等简单的上升机构将铜板压紧在坡口背面，只在正面焊接1道，背面也能形成焊道。FCB收稿日期：2007—10—22作者简介：李敏，男，1979年生，2003年毕业于山东大学材料科学与工程专业。现为济钢技术中心工程师，从事中厚钢板产品开发及其焊接工艺研究工作。8法原理见图1。RF法是将含有热硬化性树脂粉末的焊剂放人皮带式或槽型的RF装配架内上层，其下部是装有铺底焊剂的焊剂袋，再下部是膨胀用的通气软管，依靠膨胀将焊剂压紧在坡口背面，同样是正面焊接一道，背面也能形成焊道。R

5、F法原理见图2。单面埋弧焊技术可应用于船舶、钢结构、桥梁等钢板的焊接。图1FCB法原理示惫图图2RF法原理示意图2．2气电立焊气电立焊是采用自动控制上升系统、配用专门的药芯焊丝、以CO：或Ar+O：气体保护进行自动单面焊双面一次成型的高效大线能量焊接技术翻，其工艺过程稳定、操作简便、焊缝质量优良，生产效率比手工电弧焊高10倍以上。气电立焊多用于大型石油储罐、高炉、巨型船舶的大立缝焊接，其原理如图3所示。图3气电立焊原理示意图2。3电渣焊电渣焊是利用电流通过导电的液体熔渣所产生的电阻热使金属熔合的一种大线能量熔焊方法[41。为了保持熔池形状，必须辅以铜冷滑块(内通冷却水)强制

6、焊缝成形。电渣焊的热源来自焊丝自身的电阻热和渣池热，渣池最高温度达2000cC左右，渣池内万方数据李敏等大线能量焊接用钢的研究概况2008年第3期产生剧烈的涡流，使温度比较均匀，从而使工件边缘熔化。电渣焊的原理如图4所示。图4电渣焊原理示意图3大线能量焊接用钢开发的关键技术大线能量、高自动化、强迫成型是目前大线能量焊接技术都具有的突出特点。随着高效率的大线能量焊接技术在工程中的大量应用，奥氏体晶粒粗化倾向和韧性损失成为影响材料使用性能的关键问题[51。为了适应大线能量焊接技术自动化程度高和焊缝背面强迫成型的要求，高精度的板形控制也是大线能量焊接用钢生产的难点之一。焊接HAZ

7、奥氏体晶粒粗化和韧性损失的影响因素众多，材料的合金设计，纯净度，冶金生产过程，析出相类型及其成分，形态和尺寸、分布等都有不同程度的影响。大线能量焊接用钢的高精度板形控制与控冷中的板形控制工艺有很大关系。本研究综合国内外大线能量焊接用钢研究成果，重点对成分设计与微合金化、冶炼工艺、组织控制及控制冷却中的板形控制、大线能量焊接工艺优化及配套焊材研发等大线能量焊接用钢开发的关键技术进行阐述。3．1成分设计传统的大线能量焊接用钢成分设计的基本思路是，降c、增Mn、加Ti。碳含量降到0．10％以下，甚至<0．05％，或更低，