低碳高强度钢焊接工艺分析

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1、低碳高强度钢焊接工艺分析(一）(组图) 中船重工集团公司第七一三研究所赵四强低碳高强度钢材料除具有很高的强度外，又具有良好的缺口韧性和塑性。这类钢由于对冶炼质量要求较高，通常只在对材料综合力学性能要求较高的特殊场合下使用。921A钢板是按照GJB1663-1993冶炼的一种潜艇耐压壳体及其他结构专用钢板，厚度为10～35mm，牌号为10CrNi3MoV，属于典型的低碳高强度钢。某型潜望镜支撑筒结构如下图所示，主简体由钢板卷弯焊接制成，两端为焊接法兰，外圆周分布为多条纵筋和环筋，所用材料均为921A钢板。由于该产品为水下用耐压壳体，对焊缝质量要求很高，而这种专用材料在一般机械行业应用并

2、不广泛，缺乏足够的相关技术资料和操作经验，所以如何控制焊接质量成为该类产品的生产难点。本文在总结潜望镜支撑筒焊接的成功经验上，以921A钢板为例，介绍这类低碳高强度钢的焊接方法，以供相关技术人员参考。1．低碳高强度钢焊接性能分析(1)材料化学成分和力学性能分析低碳高强度钢化学成分区别于普通高强度钢的突出特点是含碳量很低，但为了获得较高的强度，钢中通常都加入了Mn、Cr、Mo和V等微量元素，同时对S、P等有害杂质的含量控制非常严格。921A钢的主要化学成分见表1。钢中较低的含碳量保证了921A材料较好的焊接性，Ni元素的加入，提高了钢的韧性和塑性，降低了钢的脆性转变温度，Ni与适当的C

3、r元素同时加入，提高了钢的淬透性，Mn、Mo及V等其他多种合金元素的加入，确保了材料良好的综合力学性能。92lA钢主要力学性能见表2，该材料既有高的强度，又有较好的缺口韧性和塑性，属于低碳高强度调质钢。这类钢经调质处理后的组织多为回火马氏体或贝氏体，可获得高的强度和良好的塑性和韧性。(2)焊接性分析低碳高强度钢中含碳量很低，由此可以初步判定这类钢具有较好的焊接性。那么究竟这类材料焊接性能如何呢?我们以921A钢为例，从是否容易产生焊接最严重的缺陷——裂纹来具体分析。焊接裂纹的形成机理分为热裂纹和冷裂纹两种。热裂纹的形成主要是由于硫在晶间形成低熔点的硫化物及棋共晶体所引起的。低碳高强度

4、钢中的P、S含量都很低，这显然对焊接是非常有利的。同时Mn能与S结合成MnS而有利于除硫，并能改善硫化物的性能、形态及其分布特点。再加上这类材料含碳量很低，Mn/s比值较大，所以在焊接过程中热裂纹形成的倾向不大。冷裂纹是焊接高强度钢的主要问题，在高强度钢焊接裂纹缺陷形成中热裂纹一般仅占10%，而冷裂纹占到了90%。引起冷裂纹的主要原因是材料的淬硬组织和含氢量。评价材料淬硬组织的主要依据为碳当量，国际焊接学会推荐的碳当量计算公式如下：Ceq=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5(%)根据该公式计算出921A材料碳当量为Ceq=0.52%～0.75%。仅从碳当量来看

5、，Ceq＞0.5%则属于高淬硬倾向、焊接性差的钢种。921A钢具有高淬硬性，本应具有较大冷裂性，但是由于陔材料含碳量较低，而且加入了微量元素v，有细化品粒的作用，实际冷裂性并不突出。根据其化学成分分析，在淬火状态下的金相组织应该是强度和韧性都较高的低碳马氏体+贝氏体。按照等温淬火的原理，焊接过程中如果我们能够在稍高于马氏体点Ms以上温度范围内较K时间保温，就可以使过冷奥氏体发生贝氏体转变，从而获得较多的贝氏体组织，减少冷裂纹的形成倾向。贝氏体的获得，在不降低材料抗拉强度的前提下，可明显改善材料的韧性和塑性。因此对于921A这样的低碳高强度钢，在焊前采用100℃左右预热和小热输入施焊，

6、焊后在200～350℃缓冷可有效防止冷裂纹的形成。含氢量高是产生焊接冷裂纹的另一个主要影响凶素，但只要选择适当的低氢型焊材，同时将待焊部位认真清理，焊丝保持干净，焊条或焊剂按要求烘干，即可有效地降低焊缝金属的含氰量。综上分析，低碳高强度有相对较好的焊接性能，只要采取适当的预防措施，控制好工艺参数，即可有效抑制焊接缺陷的形成。2．低碳高强度钢焊接工艺方案(1)焊接方法的选择　适于焊接低碳高强度钢的焊接方法主要有真空电子束焊、师弧焊以及焊条电弧焊等。真空电子束焊是最为理想的焊接方法，它具有焊接热输入小、焊缝窄、不需开坡口、容易焊透及焊接自动化程度高等优点，但该方法没备投资很大，在国内还未

7、广泛应用。埋弧焊比焊条电弧焊自动化程度高，焊接质量受焊工技术因素影响小，焊接质量重复性较好。该方法的主要缺陷是对复杂产品的多数焊接部位，由于机头很难伸缩到位而不容易实现。焊条电弧焊设备投资最小，使用最为灵活和方便，但对焊工的操作技术要求也最高，焊缝质量稳定性差。对于潜望镜支撑筒，我们选择了埋弧焊和焊条电弧焊相结合的方法。关键的几条穿透性环焊缝和纵焊缝采用埋弧焊，筋板的焊接则采用焊条电弧焊。　　(2)焊接材料的选择低碳高强度钢在研制过程中，通常根据其使用环境