Q345R钢与S30408钢异种钢焊接工艺的研究

唐文庆　刘明亮

摘 要：Q345R钢与S30408钢的异种材料焊接，在压力容器制造中应用很广泛。该文详细介绍了两种材质的焊接特点，并对其焊缝进行射线检验、力学性能、弯曲性能、化学成分分析及金相组织观察。结果表明，采取合理的工艺措施，可以获得无焊接缺陷的焊缝，避免了焊接接头出现脆性马氏体组织，可以控制碳的扩散。而且，焊接接头的拉伸性能、冲击性能、弯曲性能、化学成分及金相组织均能满足要求。

关键词：Q345R钢 A30408钢 焊接 异种材料

中图分类号：TG457.11 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）02（a）-0070-02

在压力容器的制造中，为了免除一些焊缝的热处理，存在着大量异种材料的焊接接头。由于异种材料在物理性能方面如熔化温度、导热系数、线膨胀系数和电阻系数等方面存在明显差异，所以其焊接具有一定的难度。

某反应器的接管与外接管路材质分别为Q345R钢与S30408钢，属于典型的异种材料结构形式。由于该条焊缝是在产品进行最终焊后热处理之后进行焊接，为了免去该条焊缝的热处理，所以接管端面堆焊ENiCrFe-3，堆焊后再进行该条组焊焊缝的焊接。

1 试验材料

Q345R钢属于珠光体低合金钢，具有良好的综合机械性能、焊接性能、工艺性能及低温冲击韧性，冷冲压及切削性能较好。因此，广泛应用于石油化工设备中的低压及中压容器，也是我国使用最早、生产量最大的低合金钢之一。

Q345R钢和S30408钢两者本身有较大差异，焊接时除了母材本身易产生的焊接问题外，还有如下特点。

1）焊接接头出现脆性马氏体组织：Q345R为珠光体组织，S30408为奥氏体组织，珠光体钢含有很少的合金元素，会对焊缝金属稀释，使奥氏体元素含量降低，焊缝中可能出现脆性马氏体组织，使焊缝塑性韧性降低，甚至产生裂纹。

2）焊接接头化学成分不均匀：在焊接过程中，焊缝中心与边缘的液态金属温度、液态金属停留时间各部相同，熔池边缘的液态金属温度较低，流动性差，而且在液态停留时间段，熔化的母材不能与填充金属充分混合，因此边缘焊缝中母材所占比例较大：靠近Q345R侧熔合区的焊缝金属中，形成一层与焊缝中心成分不同的过渡层。

3）焊接接头中碳的扩散：Q345R钢中含碳量高，S30408钢中含碳量低，在焊接过程中，尤其是接头热处理过程中，存在碳的扩散迁移：Q345R钢被脱碳，S30408钢被增碳。脱碳对焊接接头的持久强度有不利影响，而增碳会造成S30408钢抗晶间腐蚀能力降低。

4）焊接接头的热应力：S30408钢线膨胀系数比Q345R钢大30%～50%，热导系数却只有Q345R钢的1/3，这两种材质的接头，在焊后冷却、热处理以及将来使用中，都会在熔合区产生热应力，大大降低焊接接头的强度。

2 焊接工艺评定

按照NB/T47014-2011《承压设备焊接工艺评定》的要求，试板材质为Q345R，试板厚度为30mm，长度和宽度满足取样要求。工艺评定试板接头形式示意图如（图1）所示。

2.1 堆焊隔离层

在Q345R材质上堆焊ENiCrFe-3，考虑到母材和母材对堆焊金属的稀释，为了防止产生焊接裂纹，堆焊第一层ENiCrFe-3时需要进行预热，预热温度≥100℃，焊后缓冷即可。在焊完第一层ENiCrFe-3后，其余各层均为冷焊，并注意控制层间温度。堆焊时，尽可能采用小规范、短弧和较快的焊接速度，焊接参数严格按照（表1）中的规定执行。

试板堆焊后，按JB/T4730-2005进行100%PT、100%UT探伤检测，合格等级为Ⅰ级。探伤合格后，试件按NB/T 47015-2011规定，Q345R材质热处理温度为600-640℃[2]，保温时间为6小时。热处理后，试件按照图1所示的坡口型式进行加工坡口。

2.2 组焊

产品图纸要求焊缝为全焊透的结构，由于焊缝背面无法进行清根操作，该试板采用钨极氩弧焊+手工电弧焊进行焊接。施焊过程中，焊接参数严格按照（表2）中的规定执行。

工艺评定试板的对接焊缝焊接完成后，按JB/T4730-2005进行100%PT、100%RT探伤检测，合格等级分别为Ⅰ级和Ⅱ级。

2.3 工艺评定结果分析

焊件探伤合格后，按照NB/T47014-2011的要求，进行了拉伸试验、弯曲试验和Q345R侧的热区冲击试验。从试验结果可以看出，抗拉强度结果满足母材抗拉强度的要求，并具有较高的强度储备。Q345R的热区冲击试验结果满足冲击功的要求，并且与原母材的冲击性能接近，基本没有降低，证明在堆焊完ENiCrFe-3后进行最终焊后热处理，对热区性能起到改善作用。ENiCrFe-3焊缝焊接时，焊接过程对Q345R母材的性能没有产生不利的影响，证明隔离层起到作用且工艺规范合理。弯曲试验结果表明在焊缝和热区内不存在焊接缺陷，且焊缝的韧性没有降低，说明所采取的焊接工艺措施可行并能获得满足要求的焊接接头。

3 结语

1）根据Q345R钢和S30408钢的焊接特点，焊接时采取合理的措施并严格按照工艺的要求执行，能够有效的避免了焊接接头出现脆性马氏体组织，可以控制碳的扩散，确保焊接接头化学成分均匀。

2）焊件经无损检测合格后，其拉伸性能、冲击性能、弯曲性能均能够满足要求。而且，金相组织分析也满足要求。

参考文献

[1] GB713-2008，锅炉和压力容器用钢板 [S]

[2] NB/T 47015-2011，压力容器焊接规程[S].endprint

摘 要：Q345R钢与S30408钢的异种材料焊接，在压力容器制造中应用很广泛。该文详细介绍了两种材质的焊接特点，并对其焊缝进行射线检验、力学性能、弯曲性能、化学成分分析及金相组织观察。结果表明，采取合理的工艺措施，可以获得无焊接缺陷的焊缝，避免了焊接接头出现脆性马氏体组织，可以控制碳的扩散。而且，焊接接头的拉伸性能、冲击性能、弯曲性能、化学成分及金相组织均能满足要求。

关键词：Q345R钢 A30408钢 焊接 异种材料

中图分类号：TG457.11 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）02（a）-0070-02

在压力容器的制造中，为了免除一些焊缝的热处理，存在着大量异种材料的焊接接头。由于异种材料在物理性能方面如熔化温度、导热系数、线膨胀系数和电阻系数等方面存在明显差异，所以其焊接具有一定的难度。

某反应器的接管与外接管路材质分别为Q345R钢与S30408钢，属于典型的异种材料结构形式。由于该条焊缝是在产品进行最终焊后热处理之后进行焊接，为了免去该条焊缝的热处理，所以接管端面堆焊ENiCrFe-3，堆焊后再进行该条组焊焊缝的焊接。

1 试验材料

Q345R钢属于珠光体低合金钢，具有良好的综合机械性能、焊接性能、工艺性能及低温冲击韧性，冷冲压及切削性能较好。因此，广泛应用于石油化工设备中的低压及中压容器，也是我国使用最早、生产量最大的低合金钢之一。

Q345R钢和S30408钢两者本身有较大差异，焊接时除了母材本身易产生的焊接问题外，还有如下特点。

1）焊接接头出现脆性马氏体组织：Q345R为珠光体组织，S30408为奥氏体组织，珠光体钢含有很少的合金元素，会对焊缝金属稀释，使奥氏体元素含量降低，焊缝中可能出现脆性马氏体组织，使焊缝塑性韧性降低，甚至产生裂纹。

2）焊接接头化学成分不均匀：在焊接过程中，焊缝中心与边缘的液态金属温度、液态金属停留时间各部相同，熔池边缘的液态金属温度较低，流动性差，而且在液态停留时间段，熔化的母材不能与填充金属充分混合，因此边缘焊缝中母材所占比例较大：靠近Q345R侧熔合区的焊缝金属中，形成一层与焊缝中心成分不同的过渡层。

3）焊接接头中碳的扩散：Q345R钢中含碳量高，S30408钢中含碳量低，在焊接过程中，尤其是接头热处理过程中，存在碳的扩散迁移：Q345R钢被脱碳，S30408钢被增碳。脱碳对焊接接头的持久强度有不利影响，而增碳会造成S30408钢抗晶间腐蚀能力降低。

4）焊接接头的热应力：S30408钢线膨胀系数比Q345R钢大30%～50%，热导系数却只有Q345R钢的1/3，这两种材质的接头，在焊后冷却、热处理以及将来使用中，都会在熔合区产生热应力，大大降低焊接接头的强度。

2 焊接工艺评定

按照NB/T47014-2011《承压设备焊接工艺评定》的要求，试板材质为Q345R，试板厚度为30mm，长度和宽度满足取样要求。工艺评定试板接头形式示意图如（图1）所示。

2.1 堆焊隔离层

在Q345R材质上堆焊ENiCrFe-3，考虑到母材和母材对堆焊金属的稀释，为了防止产生焊接裂纹，堆焊第一层ENiCrFe-3时需要进行预热，预热温度≥100℃，焊后缓冷即可。在焊完第一层ENiCrFe-3后，其余各层均为冷焊，并注意控制层间温度。堆焊时，尽可能采用小规范、短弧和较快的焊接速度，焊接参数严格按照（表1）中的规定执行。

试板堆焊后，按JB/T4730-2005进行100%PT、100%UT探伤检测，合格等级为Ⅰ级。探伤合格后，试件按NB/T 47015-2011规定，Q345R材质热处理温度为600-640℃[2]，保温时间为6小时。热处理后，试件按照图1所示的坡口型式进行加工坡口。

2.2 组焊

产品图纸要求焊缝为全焊透的结构，由于焊缝背面无法进行清根操作，该试板采用钨极氩弧焊+手工电弧焊进行焊接。施焊过程中，焊接参数严格按照（表2）中的规定执行。

工艺评定试板的对接焊缝焊接完成后，按JB/T4730-2005进行100%PT、100%RT探伤检测，合格等级分别为Ⅰ级和Ⅱ级。

2.3 工艺评定结果分析

焊件探伤合格后，按照NB/T47014-2011的要求，进行了拉伸试验、弯曲试验和Q345R侧的热区冲击试验。从试验结果可以看出，抗拉强度结果满足母材抗拉强度的要求，并具有较高的强度储备。Q345R的热区冲击试验结果满足冲击功的要求，并且与原母材的冲击性能接近，基本没有降低，证明在堆焊完ENiCrFe-3后进行最终焊后热处理，对热区性能起到改善作用。ENiCrFe-3焊缝焊接时，焊接过程对Q345R母材的性能没有产生不利的影响，证明隔离层起到作用且工艺规范合理。弯曲试验结果表明在焊缝和热区内不存在焊接缺陷，且焊缝的韧性没有降低，说明所采取的焊接工艺措施可行并能获得满足要求的焊接接头。

3 结语

1）根据Q345R钢和S30408钢的焊接特点，焊接时采取合理的措施并严格按照工艺的要求执行，能够有效的避免了焊接接头出现脆性马氏体组织，可以控制碳的扩散，确保焊接接头化学成分均匀。

2）焊件经无损检测合格后，其拉伸性能、冲击性能、弯曲性能均能够满足要求。而且，金相组织分析也满足要求。

参考文献

[1] GB713-2008，锅炉和压力容器用钢板 [S]

[2] NB/T 47015-2011，压力容器焊接规程[S].endprint

摘 要：Q345R钢与S30408钢的异种材料焊接，在压力容器制造中应用很广泛。该文详细介绍了两种材质的焊接特点，并对其焊缝进行射线检验、力学性能、弯曲性能、化学成分分析及金相组织观察。结果表明，采取合理的工艺措施，可以获得无焊接缺陷的焊缝，避免了焊接接头出现脆性马氏体组织，可以控制碳的扩散。而且，焊接接头的拉伸性能、冲击性能、弯曲性能、化学成分及金相组织均能满足要求。

关键词：Q345R钢 A30408钢 焊接 异种材料

中图分类号：TG457.11 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）02（a）-0070-02

在压力容器的制造中，为了免除一些焊缝的热处理，存在着大量异种材料的焊接接头。由于异种材料在物理性能方面如熔化温度、导热系数、线膨胀系数和电阻系数等方面存在明显差异，所以其焊接具有一定的难度。

某反应器的接管与外接管路材质分别为Q345R钢与S30408钢，属于典型的异种材料结构形式。由于该条焊缝是在产品进行最终焊后热处理之后进行焊接，为了免去该条焊缝的热处理，所以接管端面堆焊ENiCrFe-3，堆焊后再进行该条组焊焊缝的焊接。

1 试验材料

Q345R钢属于珠光体低合金钢，具有良好的综合机械性能、焊接性能、工艺性能及低温冲击韧性，冷冲压及切削性能较好。因此，广泛应用于石油化工设备中的低压及中压容器，也是我国使用最早、生产量最大的低合金钢之一。

Q345R钢和S30408钢两者本身有较大差异，焊接时除了母材本身易产生的焊接问题外，还有如下特点。

1）焊接接头出现脆性马氏体组织：Q345R为珠光体组织，S30408为奥氏体组织，珠光体钢含有很少的合金元素，会对焊缝金属稀释，使奥氏体元素含量降低，焊缝中可能出现脆性马氏体组织，使焊缝塑性韧性降低，甚至产生裂纹。

2）焊接接头化学成分不均匀：在焊接过程中，焊缝中心与边缘的液态金属温度、液态金属停留时间各部相同，熔池边缘的液态金属温度较低，流动性差，而且在液态停留时间段，熔化的母材不能与填充金属充分混合，因此边缘焊缝中母材所占比例较大：靠近Q345R侧熔合区的焊缝金属中，形成一层与焊缝中心成分不同的过渡层。

3）焊接接头中碳的扩散：Q345R钢中含碳量高，S30408钢中含碳量低，在焊接过程中，尤其是接头热处理过程中，存在碳的扩散迁移：Q345R钢被脱碳，S30408钢被增碳。脱碳对焊接接头的持久强度有不利影响，而增碳会造成S30408钢抗晶间腐蚀能力降低。

4）焊接接头的热应力：S30408钢线膨胀系数比Q345R钢大30%～50%，热导系数却只有Q345R钢的1/3，这两种材质的接头，在焊后冷却、热处理以及将来使用中，都会在熔合区产生热应力，大大降低焊接接头的强度。

2 焊接工艺评定

按照NB/T47014-2011《承压设备焊接工艺评定》的要求，试板材质为Q345R，试板厚度为30mm，长度和宽度满足取样要求。工艺评定试板接头形式示意图如（图1）所示。

2.1 堆焊隔离层

在Q345R材质上堆焊ENiCrFe-3，考虑到母材和母材对堆焊金属的稀释，为了防止产生焊接裂纹，堆焊第一层ENiCrFe-3时需要进行预热，预热温度≥100℃，焊后缓冷即可。在焊完第一层ENiCrFe-3后，其余各层均为冷焊，并注意控制层间温度。堆焊时，尽可能采用小规范、短弧和较快的焊接速度，焊接参数严格按照（表1）中的规定执行。

试板堆焊后，按JB/T4730-2005进行100%PT、100%UT探伤检测，合格等级为Ⅰ级。探伤合格后，试件按NB/T 47015-2011规定，Q345R材质热处理温度为600-640℃[2]，保温时间为6小时。热处理后，试件按照图1所示的坡口型式进行加工坡口。

2.2 组焊

产品图纸要求焊缝为全焊透的结构，由于焊缝背面无法进行清根操作，该试板采用钨极氩弧焊+手工电弧焊进行焊接。施焊过程中，焊接参数严格按照（表2）中的规定执行。

工艺评定试板的对接焊缝焊接完成后，按JB/T4730-2005进行100%PT、100%RT探伤检测，合格等级分别为Ⅰ级和Ⅱ级。

2.3 工艺评定结果分析

焊件探伤合格后，按照NB/T47014-2011的要求，进行了拉伸试验、弯曲试验和Q345R侧的热区冲击试验。从试验结果可以看出，抗拉强度结果满足母材抗拉强度的要求，并具有较高的强度储备。Q345R的热区冲击试验结果满足冲击功的要求，并且与原母材的冲击性能接近，基本没有降低，证明在堆焊完ENiCrFe-3后进行最终焊后热处理，对热区性能起到改善作用。ENiCrFe-3焊缝焊接时，焊接过程对Q345R母材的性能没有产生不利的影响，证明隔离层起到作用且工艺规范合理。弯曲试验结果表明在焊缝和热区内不存在焊接缺陷，且焊缝的韧性没有降低，说明所采取的焊接工艺措施可行并能获得满足要求的焊接接头。

3 结语

1）根据Q345R钢和S30408钢的焊接特点，焊接时采取合理的措施并严格按照工艺的要求执行，能够有效的避免了焊接接头出现脆性马氏体组织，可以控制碳的扩散，确保焊接接头化学成分均匀。

2）焊件经无损检测合格后，其拉伸性能、冲击性能、弯曲性能均能够满足要求。而且，金相组织分析也满足要求。

参考文献

[1] GB713-2008，锅炉和压力容器用钢板 [S]

[2] NB/T 47015-2011，压力容器焊接规程[S].endprint