结构钢焊接过程工作温度控制研究

徐彦伟 金建飞 方广超

摘要：为满足社会对节能减排的要求，工业设备的轻量化势在必行，结构钢向着更高级别和更加理想的综合性能发展。近年来大型履带吊和高端煤矿机械液压支架规格及数量不断增长，使得市场上对屈服强度890MPa以上级别高强钢的需求不断增多，更高强度结构钢在工程机行业内得到广泛应用。基于此，本文主要对结构钢焊接过程工作温度控制进行了简要的分析。

关键词：结构钢;焊接;温度控制

中图分类号：TG161          文献标识码：A

引言

近年来，我国城镇化建设加快，高铁建设项目更是取得了举世瞩目的成就，城市大型建筑、铁路大跨度桥梁也日益增多。我国目前广泛应用于建筑、桥梁工程的结构钢，随着建筑规模、桥梁跨度的越来越大，结构内力也越来越大，传统用钢已越来越难以满足实际需要。本文主要对结构钢焊接过程工作温度控制策略进行了简要的分析。

1结构钢焊接过程工作温度影响分析

1.1淬火温度对试验钢性能和显微组织的影响

870℃淬火时，屈服和抗拉强度最低，达不到Q890E的标准要求;淬火温度提高至890℃，屈服强度和抗拉强度分别提高75MPa和68MPa;890～930℃淬火时，强度变化不明显;950℃淬火，抗拉强度略有升高，而屈服强度显著降低，屈强比变化情况与屈服强度变化情况相似，先升高后降低，在950℃淬火时达到最低值0.9。870～910℃淬火时，冲击性能较好，在100J以上，890℃淬火最好，平均冲击功169J;淬火温度升高到930～950℃，冲击性能急剧降低，950℃淬火最差，平均冲击功仅28J。硬度性能随淬火温度升高变化趋势与抗拉强度变化近似，淬火温度由870℃提高至890℃，硬度提高30HV左右;890～930℃淬火时，硬度变化不大，较为接近;淬火温度提高至950℃时，硬度提高10HV左右。综合强韧性的匹配考虑，890～910℃为比较理想的淬火温度。不同温度淬火条件下的显微组织，轧态组织由少量板条贝氏体、粒状贝氏体以及M-A组元构成，晶粒形态为扁平状。在进行淬火加热时，钢板组织重新奥氏体化，轧态扁平晶粒转变为等轴晶粒。870℃淬火时，因加热温度低，一些未溶碳化物阻止晶粒长大，使得晶粒较为细小，可提高试验钢的强韧性;但在此温度下加热，试验钢奥氏体化不完全，合金元素不能全部固溶，影响其淬透性，从而使强度性能降低;此外，部分未奥氏体化的铁素体在淬火后保留于最终组织中，分布在马氏体基体上，这种欠热组织也会降低试验钢的强度，但这种组织构成使得试验钢具有较高的延伸率。随着淬火加热温度提高至890℃以上时，试验钢的显微组织以回火索氏体为主。淬火温度升高，钢中更多的碳化物溶于奥氏体中，晶粒尺寸逐渐增大，晶界面积减小，铁素体形核点数量减少，钢的淬透性提高。同时，这些固溶于奥氏体中的碳和合金元素可在淬火后的回火过程中大量析出，阻碍位错运动，强化组织，提高试验钢的抗拉强度。但随着碳化物的固溶，抑制晶粒长大的作用削弱，细晶强化效果减弱，对强度有不利的影响，因此，淬火温度对强度性能的影响是多方面原因的综合作用的结果。在890～950℃淬火时抗拉强度变化不大，说明淬透性的提高和回火时碳化物的析出对强度的有利影响抵消了晶粒长大的不利影响。在890～930℃淬火时，屈服强度变化情况呈现出类似抗拉强度的变化规律;当淬火温度升高至950℃时，屈服强度急剧降低，这是因为晶粒粗大，晶界减少使得试验钢位错滑移阻力减小。淬火温度对奥氏体晶粒度和随后回火过程碳化物析出的影响同样导致了冲击韧性的差异。淬火温度升高，晶粒长大，淬火后板条束尺寸增大，降低材料的低温冲击韧性;而更多固溶的合金元素增大了淬火组织的过饱和度，回火后，大量弥散分布的碳化物提高了材料的冲击韧性。在本文试验条件下，晶粒尺寸对韧性的影响更为明显，淬火温度高于930℃，冲击功急剧降低。

1.2回火温度对试验钢性能的影响

不同温度回火处理试样的抗拉强度、屈服强度及屈强比测试结果。经过450～600℃保温60min回火处理，随着回火温度的升高，钢试样抗拉强度先降低再升高，屈服强度逐渐升高，屈强比逐渐升高。

2结构钢焊接过程工作温度控制研究

2.1预热温度的控制

低温环境下，管口温度较低，散热速度快，突然将温度提升至金属熔融温度，会导致管材骤然开裂，因此，对T91/P91钢管焊前预热，对防止产生冷裂纹、改善接头组织和减少焊接残余应力起到重要的作用。通常T91/P91钢管氩弧焊预热温度为：150～200℃，焊条电弧焊预热温度：200～250℃。为保证低温环境下管道预热温度达到工艺要求，焊前预热措施应在防风保温棚内进行，以减缓热量散失;加热方式应采用自动控制远红外电加热，热电偶对称分布于坡口两侧，且不少于2个，热电偶距离坡口边缘25～35mm;加热时，保温材料必须覆盖整个加热器，且保温材料应包厚一点。

2.2层间温度的控制

在整个焊接过程中，焊口层间温度要严格控制在焊接工艺所规定的温度范围内200～300℃，层间温度过高、过低都不利于接头缺陷和性能控制。实践中发现，层间温度偏差较大，仅依靠热电偶测温不能反映真实的层间温度，易造成层间温度超标。为确保层间温度差不超过允许值，可采用便携式远红外测温仪对层间温度辅助测温，以达到较好的效果。

2.3热输入控制

低温环境下，对热输入的控制要求很高，热输入的大小对焊缝及其热影响区的性能也有很大影响。热输入过大，晶粒尺寸生长越大，易形成魏氏组织、粗大晶粒和网状晶界，降低焊缝冲击韧性、增大冷裂倾向。实践经验证明，采用小的热输入，如小的焊接电流、低电弧电压、窄焊道薄焊层、较快的焊接速度、较小直径的焊条可以防止产生过热组织和晶粒粗化，提高焊缝冲击韧性。

2.4焊接道间温度控制

通过合理控制焊接道间温度，可有效降低冷却速度，防止出现冷裂纹和脆硬组织。在合适的道间温度下，随着焊缝冷却过程中散热温度梯度的降低，在400℃左右冷却缓慢，对焊缝中的脆硬组织起到回火作用。道间温度高会使焊接冷却速度慢和道间热作用区宽度增加，高温停留时间长。实际生产中要求焊接道间温度高于预热温度、低于评定最高道间温度，最低道间温度的控制目的是希望能降低脆性组织转变时的冷却速度，最高道间温度的控制是避免冷却速度慢而形成组织粗大。

结束语

总而言之，结构钢焊接材料以钢铁为主，材料熔点多在150℃左右，在外力作用下，缺陷处或应力集中处会产生较大的局部应力，最后导致焊接接头处产生了冷裂紋.因此随着预热温度的升高，焊接接头的冷却速度逐渐降低，焊缝中扩散氢含量减少，准解理、韧窝断为确保焊接缝可以完全吻合，焊接两端稳固性联合，要求焊接人员要在焊接时，准确把握焊接材料的焊接温度。

参考文献

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