目前鋼結構領域中常用的低合金高強度鋼通常是指抗拉強度在500~1000 MPa的鋼材,而抗拉強度在1000MPa以上的一般稱為超高強度鋼。低合金高強鋼的種類可以分為非調質鋼和調質鋼。經常應用的是熱軋鋼、控軋鋼和正火鋼等,一般非調質鋼指常溫抗拉強度600MPa以下的鋼材。
1. 高強鋼焊接存在的問題
隨著鋼中合金元素的增加,強度級別提高(屈服強度≥315MPa),鋼的焊接性逐漸變差,出現的主要問題是:
①熱影響區的淬硬傾向:焊接時快速冷卻會導致熱影響區出現馬氏體組織。
②冷裂紋:焊接時冷裂紋的傾向加大,並且具有延遲性。如定位焊縫很容易開裂,其原因就是焊縫尺寸小、長度短、冷卻速度快。
④粗晶區脆化:熱影響區被加熱至1100℃以上的粗晶區,焊接熱輸入過大時晶粒將迅速長大或出現魏氏組織,產生脆化現象。
2. 高強度鋼焊接時主要工藝措施
(1)預熱 預熱是防止裂紋的有效措施,並且還有助於改善接頭效能,但會惡化勞動條件,使生產工藝複雜化,過高的預熱溫度還會降低接頭的韌性。因此,焊前是否需要預熱及預熱溫度的確定應根據母材的成分(碳當量)、板厚、結構形狀、剛度大小及環境溫度確定。
(2)焊接熱輸入的選擇 對於碳當量較高(含V、Nb、Ti)的鋼種,為降低熱影響區粗晶脆化所造成的不利影響,應選擇較小的焊接熱輸入,一般應控制在35kJ/cm以下。
(3)後熱及焊後熱處理 後熱是指焊接結束或焊完一條焊縫後,將焊件立即加熱至200~250℃,並保溫一段時間(2h左右),使接頭中的氫擴散逸出,防止延遲裂紋產生。對於厚板及應力複雜區域,焊後應採取後熱工藝措施或覆蓋上足夠厚的保溫棉/氈進行緩冷。當現場條件允許時,焊後應及時進行消除應力的高溫回火,其目的是消除焊接殘餘應力,改善組織,無需再進行後熱處理。
(4)焊材選用 高強鋼焊接用焊材選用為等強原則。
目前鋼結構領域中常用的低合金高強度鋼通常是指抗拉強度在500~1000 MPa的鋼材,而抗拉強度在1000MPa以上的一般稱為超高強度鋼。低合金高強鋼的種類可以分為非調質鋼和調質鋼。經常應用的是熱軋鋼、控軋鋼和正火鋼等,一般非調質鋼指常溫抗拉強度600MPa以下的鋼材。
1. 高強鋼焊接存在的問題
隨著鋼中合金元素的增加,強度級別提高(屈服強度≥315MPa),鋼的焊接性逐漸變差,出現的主要問題是:
①熱影響區的淬硬傾向:焊接時快速冷卻會導致熱影響區出現馬氏體組織。
②冷裂紋:焊接時冷裂紋的傾向加大,並且具有延遲性。如定位焊縫很容易開裂,其原因就是焊縫尺寸小、長度短、冷卻速度快。
④粗晶區脆化:熱影響區被加熱至1100℃以上的粗晶區,焊接熱輸入過大時晶粒將迅速長大或出現魏氏組織,產生脆化現象。
2. 高強度鋼焊接時主要工藝措施
(1)預熱 預熱是防止裂紋的有效措施,並且還有助於改善接頭效能,但會惡化勞動條件,使生產工藝複雜化,過高的預熱溫度還會降低接頭的韌性。因此,焊前是否需要預熱及預熱溫度的確定應根據母材的成分(碳當量)、板厚、結構形狀、剛度大小及環境溫度確定。
(2)焊接熱輸入的選擇 對於碳當量較高(含V、Nb、Ti)的鋼種,為降低熱影響區粗晶脆化所造成的不利影響,應選擇較小的焊接熱輸入,一般應控制在35kJ/cm以下。
(3)後熱及焊後熱處理 後熱是指焊接結束或焊完一條焊縫後,將焊件立即加熱至200~250℃,並保溫一段時間(2h左右),使接頭中的氫擴散逸出,防止延遲裂紋產生。對於厚板及應力複雜區域,焊後應採取後熱工藝措施或覆蓋上足夠厚的保溫棉/氈進行緩冷。當現場條件允許時,焊後應及時進行消除應力的高溫回火,其目的是消除焊接殘餘應力,改善組織,無需再進行後熱處理。
(4)焊材選用 高強鋼焊接用焊材選用為等強原則。