電站塔機(jī)用低合金高強(qiáng)度鋼的焊接工藝分析

摘 要：低合金高強(qiáng)度鋼具有的優(yōu)良機(jī)械性能和焊接性能等特點(diǎn)廣泛的應(yīng)用于大型、超大型電站起重機(jī)主結(jié)構(gòu)中。本文針對(duì)電站塔機(jī)塔身、起重臂等主要結(jié)構(gòu)件中低合金高強(qiáng)度鋼的焊接方法及焊接工藝進(jìn)行全面的探討。

關(guān)鍵詞：低合金高強(qiáng)度鋼；焊接方法；焊接工藝

1.鋼材的焊接工藝及低合金高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

1.1鋼材的焊接工藝分析

隨著科技的發(fā)展，鋼材的焊接工藝及焊接方法也在不斷的創(chuàng)新當(dāng)中。當(dāng)前，鋼材的焊接方法主要包括以下四種：手工電弧焊焊接方法、埋弧自動(dòng)焊焊接方法、CQ2氣體保護(hù)焊接方法、電渣焊與氣電立焊的焊接方式。

1.2低合金高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

低合金高強(qiáng)度鋼的在當(dāng)前逐漸被廣泛應(yīng)用開來。一般而言，低合金高強(qiáng)度鋼主要指的是抗拉強(qiáng)度在500兆帕到1000兆帕之間的鋼材，目前應(yīng)用在國內(nèi)電站起重機(jī)主結(jié)構(gòu)上主要包括Q345D、Q460D、Q550D等，如果抗拉強(qiáng)度超過1000兆帕，則一般被稱作是超高強(qiáng)鋼。由于低合金高強(qiáng)度鋼的含碳量較低，在焊接的過程中需要注意相應(yīng)的問題，主要有以下三點(diǎn)。即：熱影響區(qū)的軟化、熱影響區(qū)的脆化及焊接冷裂紋。熱影響區(qū)的軟化是指在溫度達(dá)到一定的限度后，碳化物積聚而導(dǎo)致的軟化現(xiàn)象；影響區(qū)的脆化是因?yàn)楹附訒r(shí)的冷卻速度較慢而導(dǎo)致的脆性組織生成；冷裂紋的出現(xiàn)，則是因?yàn)榈秃辖鸶邚?qiáng)度鋼的淬透性比較大，從而使得冷裂問題有了出現(xiàn)的可能性。

1.3低合金高強(qiáng)度鋼的焊接性能分析

鋼材的焊接性能主要通過熱裂紋、冷裂紋及熱影響區(qū)的性能變化來分析。首先，由于高強(qiáng)度鋼的C及S的含量較低，而Mn的含量較高，對(duì)C、S雜質(zhì)的控制較為嚴(yán)格，因此一般不會(huì)出現(xiàn)熱裂紋；其次，低合金高強(qiáng)度鋼的含碳量較少，一般在0.20%以下，添加適量的Mn、Mo等合金元素及微合金化元素，并進(jìn)行軋制工藝或者熱處理工藝來保障鋼的強(qiáng)度及韌性的同時(shí)，促使鋼材具有良好的性能；再者，低合金高強(qiáng)度鋼的熱處理工藝比較嚴(yán)格，而在焊接的過程中往往會(huì)受到實(shí)際因素的影響。

2.低合金高強(qiáng)度鋼的焊接工藝探究

2.1焊接方法探究

低合金高強(qiáng)度鋼的焊接方法一般是選擇CO2氣體保護(hù)焊接或者是富氬混合氣體保護(hù)焊接。因?yàn)檫@兩種焊接方式的熱輸入密度較為集中，效率比較高，并且熔池保護(hù)及脫氫的效果比較好，焊接時(shí)不容易出現(xiàn)變形。但是在實(shí)際操作中，需要根據(jù)實(shí)際情況來進(jìn)行選擇，也有很多情況下采用手工電弧焊及埋弧自動(dòng)焊的方法。在選擇時(shí)需要考慮各種焊接方法的使用條件、使用場(chǎng)所、適用范圍及各自的優(yōu)缺點(diǎn)，基本原則是經(jīng)濟(jì)、高效。要保證焊縫不出現(xiàn)裂紋等缺陷，并且性能要符合規(guī)定，成型后達(dá)到美觀的要求。

2.2焊接順序探究

低合金高強(qiáng)度鋼在焊接的過程中還要遵循一定的焊接順序，以有效保障焊接的質(zhì)量。基本的焊接順序選擇要遵循下列幾個(gè)基本原則：首先，在焊接時(shí)，焊接要能夠使得焊接縫收縮自由，降低焊接過程中的拘束度。在進(jìn)行焊接圖紙?jiān)O(shè)計(jì)時(shí)，要盡可能的避免出現(xiàn)交叉焊接，如果不可避免的產(chǎn)生交叉現(xiàn)象，要進(jìn)行釋放孔的設(shè)計(jì)；其次，要先對(duì)收縮量較大的焊縫進(jìn)行焊接，有效的降低內(nèi)應(yīng)力；再者，盡量減少總裝時(shí)的焊接量，減少一次受熱量，為達(dá)到這一效果，需要將部件的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，劃分成小的部件后按要求進(jìn)行焊接，并且在焊接后進(jìn)行重新的組裝。

2.3焊接電流、電壓及速度探究

焊接電流的大小及焊接速度影響著焊接時(shí)裂紋的產(chǎn)生及影響區(qū)的脆化。如果焊接的電流小，焊接速度較快，則容易導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生；如果焊接的電流大，焊接速度較慢，則容易使得影響區(qū)的脆化。因此在選擇時(shí)需要兩者兼顧，冷卻速度的范圍一般以不產(chǎn)生裂紋為上限，不出現(xiàn)脆化混合組織為下限。一般焊接電流在280A到410A之間，焊接點(diǎn)呀在29V到40V之間，焊接速度在20m/s到35m/s之間較為合適。

2.4焊接層數(shù)探究

低合金高強(qiáng)度鋼的焊接一般采用多層及多焊道，主要是為了避免過多的熱量輸入，從而有效的降低母材過熱的狀況。運(yùn)條技術(shù)一般采用窄焊道不做橫向擺動(dòng)的技術(shù)方式，每層焊道一般不超過7毫米。從而能夠?qū)⑶耙粚雍傅篮秃笠粚雍傅滥軌蛴幸欢ǖ念A(yù)熱作用，后一層焊道對(duì)前面一層焊道也起到一定的緩冷效果。一般層間溫度在小于2000℃的條件下，兩層焊道通過相互影響，能夠有效的避免裂紋的出現(xiàn)，并減少熱影響區(qū)性能的變化。

2.5焊材匹配度探究

高強(qiáng)度鋼的焊材匹配有一定的原則，通常狀況下，有“等強(qiáng)匹配”和“低強(qiáng)匹配”兩種不同的匹配方式?！暗葟?qiáng)匹配”即熔敷金屬的強(qiáng)度和母材的強(qiáng)度大體相當(dāng)，而“低強(qiáng)匹配”也叫做等韌性匹配，通過儲(chǔ)備耕作的韌性來達(dá)到抗沖擊及抗裂的目的。通常狀況下，一般采用等強(qiáng)匹配的方式，但在實(shí)際應(yīng)用中，需要依據(jù)實(shí)際情況來進(jìn)行匹配方式的選擇，以最大限度的避免裂紋的產(chǎn)生。

2.6預(yù)熱及熱輸出探究

低合金高強(qiáng)度鋼的焊接需要預(yù)熱及熱輸出的控制，預(yù)熱及熱輸出的控制狀況是保障焊縫無缺陷的關(guān)鍵因素。如果冷卻速度較快而線能量不足，焊縫及熱影響區(qū)便容易出現(xiàn)淬硬組織，從而對(duì)氫的逸出產(chǎn)生不利印象，導(dǎo)致冷裂紋的傾向性增大。而如果冷卻速度過慢，線能量過大，熱影響的區(qū)域便相對(duì)較寬，過熱區(qū)的晶粒較為粗大，焊縫及熱影響區(qū)便會(huì)生成。另外，焊縫的冷卻速度并不僅僅受線能量的影響，而且與預(yù)熱和層間溫度密切相關(guān)。如果預(yù)熱的溫度較高，且母材厚度較小，冷卻速度較慢，則會(huì)出現(xiàn)與線能量相似的狀況。

2.7焊后熱處理探究

低合金高強(qiáng)度鋼需要進(jìn)行焊后熱處理，一般焊后熱處理的溫度應(yīng)該比母材調(diào)質(zhì)處理回火的溫度低30℃到50℃左右。另外，為了防止殘余氫擴(kuò)散及逸出，避免冷裂紋的產(chǎn)生，則需要進(jìn)行消氫處理，處理的標(biāo)準(zhǔn)為200-250℃乘以0.5小時(shí)，或者150-250℃乘以5分鐘再乘以板厚。

3.結(jié)論與建議

本文主要對(duì)電站塔機(jī)主要結(jié)構(gòu)材料的焊接工藝進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析，重點(diǎn)探討了低合金高強(qiáng)度鋼在電站起重機(jī)中的焊接方法，研究了其焊接工藝及焊接時(shí)的注意事項(xiàng)。對(duì)今后大型、超大型起重機(jī)結(jié)構(gòu)用低合金高強(qiáng)度鋼新材料使用及焊接方法的發(fā)展，促進(jìn)其有效利用奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜?jiǎng)僬?JG590低合金高強(qiáng)度鋼的焊接工藝分析[J].金屬加工（熱加工）.2009年第16期；

作者簡(jiǎn)介：

蘇棟（1979.12—），男，河南滎陽人，大學(xué)本科學(xué)歷，畢業(yè)于吉林大學(xué)，機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)，主要從事電站起重設(shè)備的設(shè)計(jì)研發(fā)及制造。