電站塔機用低合金高強度鋼的焊接工藝分析

摘 要：低合金高強度鋼具有的優良機械性能和焊接性能等特點廣泛的應用于大型、超大型電站起重機主結構中。本文針對電站塔機塔身、起重臂等主要結構件中低合金高強度鋼的焊接方法及焊接工藝進行全面的探討。

關鍵詞：低合金高強度鋼；焊接方法；焊接工藝

1.鋼材的焊接工藝及低合金高強度鋼的應用現狀分析

1.1鋼材的焊接工藝分析

隨著科技的發展，鋼材的焊接工藝及焊接方法也在不斷的創新當中。當前，鋼材的焊接方法主要包括以下四種：手工電弧焊焊接方法、埋弧自動焊焊接方法、CQ2氣體保護焊接方法、電渣焊與氣電立焊的焊接方式。

1.2低合金高強度鋼的應用現狀分析

低合金高強度鋼的在當前逐漸被廣泛應用開來。一般而言，低合金高強度鋼主要指的是抗拉強度在500兆帕到1000兆帕之間的鋼材，目前應用在國內電站起重機主結構上主要包括Q345D、Q460D、Q550D等，如果抗拉強度超過1000兆帕，則一般被稱作是超高強鋼。由于低合金高強度鋼的含碳量較低，在焊接的過程中需要注意相應的問題，主要有以下三點。即：熱影響區的軟化、熱影響區的脆化及焊接冷裂紋。熱影響區的軟化是指在溫度達到一定的限度后，碳化物積聚而導致的軟化現象；影響區的脆化是因為焊接時的冷卻速度較慢而導致的脆性組織生成；冷裂紋的出現，則是因為低合金高強度鋼的淬透性比較大，從而使得冷裂問題有了出現的可能性。

1.3低合金高強度鋼的焊接性能分析

鋼材的焊接性能主要通過熱裂紋、冷裂紋及熱影響區的性能變化來分析。首先，由于高強度鋼的C及S的含量較低，而Mn的含量較高，對C、S雜質的控制較為嚴格，因此一般不會出現熱裂紋；其次，低合金高強度鋼的含碳量較少，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，并進行軋制工藝或者熱處理工藝來保障鋼的強度及韌性的同時，促使鋼材具有良好的性能；再者，低合金高強度鋼的熱處理工藝比較嚴格，而在焊接的過程中往往會受到實際因素的影響。

2.低合金高強度鋼的焊接工藝探究

2.1焊接方法探究

低合金高強度鋼的焊接方法一般是選擇CO2氣體保護焊接或者是富氬混合氣體保護焊接。因為這兩種焊接方式的熱輸入密度較為集中，效率比較高，并且熔池保護及脫氫的效果比較好，焊接時不容易出現變形。但是在實際操作中，需要根據實際情況來進行選擇，也有很多情況下采用手工電弧焊及埋弧自動焊的方法。在選擇時需要考慮各種焊接方法的使用條件、使用場所、適用范圍及各自的優缺點，基本原則是經濟、高效。要保證焊縫不出現裂紋等缺陷，并且性能要符合規定，成型后達到美觀的要求。

2.2焊接順序探究

低合金高強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量。基本的焊接順序選擇要遵循下列幾個基本原則：首先，在焊接時，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。在進行焊接圖紙設計時，要盡可能的避免出現交叉焊接，如果不可避免的產生交叉現象，要進行釋放孔的設計；其次，要先對收縮量較大的焊縫進行焊接，有效的降低內應力；再者，盡量減少總裝時的焊接量，減少一次受熱量，為達到這一效果，需要將部件的整體結構進行劃分，劃分成小的部件后按要求進行焊接，并且在焊接后進行重新的組裝。

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裂紋的產生及影響區的脆化。如果焊接的電流小，焊接速度較快，則容易導致裂紋的產生；如果焊接的電流大，焊接速度較慢，則容易使得影響區的脆化。因此在選擇時需要兩者兼顧，冷卻速度的范圍一般以不產生裂紋為上限，不出現脆化混合組織為下限。一般焊接電流在280A到410A之間，焊接點呀在29V到40V之間，焊接速度在20m/s到35m/s之間較為合適。

2.4焊接層數探究

低合金高強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。運條技術一般采用窄焊道不做橫向擺動的技術方式，每層焊道一般不超過7毫米。從而能夠將前一層焊道和后一層焊道能夠有一定的預熱作用，后一層焊道對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，并減少熱影響區性能的變化。

2.5焊材匹配度探究

高強度鋼的焊材匹配有一定的原則，通常狀況下，有“等強匹配”和“低強匹配”兩種不同的匹配方式?！暗葟娖ヅ洹奔慈鄯蠼饘俚膹姸群湍覆牡膹姸却篌w相當，而“低強匹配”也叫做等韌性匹配，通過儲備耕作的韌性來達到抗沖擊及抗裂的目的。通常狀況下，一般采用等強匹配的方式，但在實際應用中，需要依據實際情況來進行匹配方式的選擇，以最大限度的避免裂紋的產生。

2.6預熱及熱輸出探究

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

2.7焊后熱處理探究

低合金高強度鋼需要進行焊后熱處理，一般焊后熱處理的溫度應該比母材調質處理回火的溫度低30℃到50℃左右。另外，為了防止殘余氫擴散及逸出，避免冷裂紋的產生，則需要進行消氫處理，處理的標準為200-250℃乘以0.5小時，或者150-250℃乘以5分鐘再乘以板厚。

3.結論與建議

本文主要對電站塔機主要結構材料的焊接工藝進行了簡單分析，重點探討了低合金高強度鋼在電站起重機中的焊接方法，研究了其焊接工藝及焊接時的注意事項。對今后大型、超大型起重機結構用低合金高強度鋼新材料使用及焊接方法的發展，促進其有效利用奠定了基礎。

參考文獻：

[1]姜勝臻.JG590低合金高強度鋼的焊接工藝分析[J].金屬加工（熱加工）.2009年第16期；

作者簡介：

蘇棟（1979.12—），男，河南滎陽人，大學本科學歷，畢業于吉林大學，機械工程及自動化專業，主要從事電站起重設備的設計研發及制造。