Q345R鋼的焊接工藝

摘要：Q345R鋼是低合金高強度結構鋼，是目前我國用途最廣、用量最大的壓力容器專用鋼材，具有良好的綜合力學性能和工藝性能，適合于重要的焊接結構，特別是壓力容器。本文主要通過闡述Q345R鋼焊接性分析及制定合理的焊接工藝，滿足了產品的質量要求，提高了焊接生產效率和焊接質量、降低了生產成本。

關鍵詞：Q345R 碳當量 焊接缺陷 焊接變形和應力 焊接工藝

Q345R鋼材表示低合金高強度結構鋼，用屈服強度值“屈”字和壓力容器“容”字的漢語拼音首位字母表示，Q——“屈”漢語拼音首位字母；345——屈服點值MPa；R——“容”漢語拼音首位字母。Q345R鋼是一種含有錳和硅的低合金鋼，它比低碳鋼Q235增加了1%左右的含錳量，但屈服點卻增加了近50%。Q345R鋼是重要的焊接結構常采用的材料，常用于制造壓力容器。一般供貨狀態為：熱軋、冷軋或正火處理等。

1 Q345R鋼材焊接性分析

1.1 Q345R鋼材碳當量計算

Q345R的可焊性在低合金鋼中較好，由于含有一定量的合金元素，淬硬、冷裂傾向都比低碳鋼大一些。常溫下焊接Q345R時，焊接熱影響區一般不出現淬硬組織，其最高硬度通常小于300HBS。在常溫下施焊時，焊接工藝與低碳鋼的基本相同。Q345R的抗拉強度為460～640 MPa，按照等強度要求，應采用E50型焊條。增大焊接電流時，因冷卻速度變慢，所以硬度較低，即淬硬傾向變小。在低溫下焊接時可能會出現脆硬組織，易產生焊接裂紋。因此，在低溫焊接、厚板焊接時應采取預熱的措施，防止脆硬組織導致裂紋的產生。

1.2 Q345R鋼焊接內部缺陷分析

Q345R鋼常見的焊接缺陷包括外觀缺陷和內部缺陷。外觀缺陷有咬邊、焊瘤、凹陷、表面氣孔、冷裂紋等；內部缺陷有熱裂紋、冷裂紋、內部氣孔、夾渣、未焊透等。

1.2.1 冷裂紋

Q345R鋼屬于低合金壓力容器專用鋼，其碳當量0.4%左右，焊接性優良。除大厚度鋼板和環境溫度很低等情況下焊接外，一般不需要預熱和嚴格的控制熱輸入來控制焊接冷裂紋。所以Q345R在正常的焊接條件下不易產生焊接冷裂紋。防止冷裂紋的措施有：采用低氫型焊條，嚴格烘干，保存溫度為350～400℃，隨取隨用；選用較強規范等，減少焊縫中馬氏體的含量，增加其奧氏體的含量選用合理的焊接順序，減少焊接變形和焊接應力；焊后進行消氫熱處理。

1.2.2 熱裂紋

Q345R因其含Mn量較高。Mn/S的比值可以達到防止結晶裂紋的要求，具有較好的抗熱裂紋的能力。在母材化學成分正常、焊接材料和焊接參數選擇正確的情況下，一般不會產生熱裂紋。

1.2.3 氣孔

堿性焊條按規定在350-400℃溫度下烘干1.5-2.5小時，酸性焊條按規定在200-250℃溫度下烘干1-1.5小時。要保證焊接的地方保持干凈清潔，在焊接的過程中應該注意焊接電流要適當，焊接的時候避免速度過快，熔池內的氣體要完全地放出，一旦有余存的氣體就可能影響到焊接的質量。在焊接過程中產生的氣孔主要是CO、N2 及H2氣孔，CO氣孔的出現主要和焊接材料的含碳量有一定的關系，解決的辦法是在焊絲中添加合金元素；N2氣孔的出現主要是由于空氣的擾動現象，避免產生N2氣孔的方法是在焊接的時候給操作區域增加一個擋風的屏障；H2氣孔的出現主要是由于焊接面可能有水或者油污，具體的控制措施是要嚴格地控制CO2氣體的純度等。

1.2.4 焊縫夾渣

焊接夾縫的產生主要是由以下因素造成的：在坡口的地方不干凈，或者尺寸不合適；在進行多層焊接的時候，清渣沒有徹底；焊縫的散熱速度太快；使用的焊條藥皮的成分不對，熔渣難以上浮。

1.2.5 未焊透

未焊透的原因主要有：坡口和間隙的尺寸不合適；磁偏吹影響；焊條偏芯度太大；焊接根處以及層間的清理不當。防止未焊透的最基本的方法就是焊接的時候使用較大線的能量。

2 焊接變形和應力分析

在金屬結構中是非常容易產生焊接應力和各種變形的，焊接應力和變形直接導致了金屬產生焊接裂紋，并且非常容易造成熱應變脆化這種現象發生，在一定的條件下一旦焊接應力和焊接變形產生的話就會影響焊接的剛度、強度和加工精度等方面。焊接變形一旦發生就會影響焊件的形狀和尺寸發生變化，這樣就需要大量的矯正工作來改變這些不完美的地方，矯正工作費時費力，而且成本很高，一旦處理不當甚至還會有新的問題產生，所以控制和避免焊接應力和變形的發生，對于整個金屬構件的焊接質量是非常有必要的。

2.1 減少焊接變形的方法

焊接過程中減少焊接變形的方法主要有：

①合理的裝配順序和焊接順序。正確地選擇裝配順序和焊接順序，一般應依照下述原則：a收縮量大的焊縫先焊，因為先焊的焊縫收縮時受阻較小，故應力較小；b采取對稱焊，這樣大大減少了焊后出現的再變形，對于對稱焊縫，可以同時對稱施焊，少則兩人，大的結構可以多人同時施焊，使所焊的焊縫相互制約，使結構不產生整體變形；c長焊縫焊接時，應采取對稱焊、逐步退焊、分中逐步退焊、跳焊等焊接順序。

②盡可能地減少焊縫的尺寸和數量。

③反變形法。反變形法是生產中經常使用的方法，它是按照事先估計好的焊接變形的大小和方向，在裝配時預加一個相反的變形，使其與焊接產生的變形相抵消。

④剛性固定法。該法是在沒有反變形的情況下，將構件加以固定來限制焊接變形，此種方法對角變形和波浪變形比較有效。

2.2 減少焊接應力的方法

焊接過程中減少焊接應力的主要方法有：

①避免焊縫過分集中，焊縫與焊縫之間應保持足夠的距離。

②盡量避免三軸交叉的焊縫，不應把焊縫布置在工作應力最大的區域。

③焊縫數量宜少，且不宜過分集中等。

3 焊接工藝

3.1 焊前準備

①焊前清理。焊前要用角向磨光機打磨坡口兩邊20-30mm銹跡，并清理干凈坡口表面的銹跡、油污或油漆。

②預熱。Q345R焊接性較好，一般情況下不需要預熱，但當結構剛度較大或在低溫條件下焊接時，應進行預熱，預熱溫度見下表。

③裝配點固焊。點固焊材料應與正式焊接材料相同，避免強行裝配。

3.2 焊接

3.2.1 手工電弧焊

采用直流電源時，焊條J506或J507焊條，焊接速度160m/min。打底焊/點固焊時，用的焊條直徑為3.2mm，焊接電流90～105A；其余層用的焊條直徑為4.0mm，焊接電流160～170A；封底焊（在容器內施焊）：用的焊條直徑為3.2mm，焊接電流95～115A。

3.2.2 CO2保護焊

焊絲直徑φ1.6，焊接電流：380～400A；電弧電壓：38～40V；焊絲干伸長：15～20mm；焊接速度15～19cm/min。

3.2.3 埋弧焊

焊絲直徑φ4，焊接電流：460～480A；電弧電壓：26～28V；焊接速度45～55cm/min。

3.3 焊縫檢驗

焊縫檢驗要求：焊縫余高不得超過1.5mm；焊縫寬度為坡口兩側2-3mm；要檢查焊縫的表面有沒有裂紋，氣孔以及夾渣等問題，焊接處不能有熔渣；嚴格檢查焊接處的咬邊深度的深度和長度；對焊縫內部進行探傷檢查，不能夠有裂紋，夾渣，未焊透等。

4 結語

通過采取上述焊接工藝及質量控制措施，對提高Q345R鋼焊接生產效率和焊接質量、降低施工成本具有重要作用。埋弧自動焊、CO2氣體保護焊是大型容器產品建造領域的重要高效焊接技術。為推廣高效焊接技術的發展，還應注意以下問題：①應開展雙絲或多絲埋弧自動焊技術的開發應用，進一步提高焊接質量和建造速度。②CO2半自動焊相對于傳統的焊條電弧焊無疑有著明顯的優勢，但大面積推廣應用，還需要解決輔助配套機具輕便靈活、焊接配線要有足夠的長度、各種焊件或部位要充分防風等問題。

參考文獻：

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作者簡介：李學成（1968-），男，陜西咸陽人，高級工程師，主要從事焊接技術教學及科研工作。