16MnR鋼的焊接性及厚板焊接質(zhì)量的控制

16MnR鋼是Q345級的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)用鋼，是生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的鋼材料。它只比Q235號鋼多加入約1%的Mn，屈服強(qiáng)度卻提高了40%～50%，而且冶煉、加工性能和焊接性能都較好，所以普遍用于制造各種焊接結(jié)構(gòu)和壓力容器。但是，在厚板焊接時(shí)，由于板厚的增加，其焊接性會逐漸變差，尤其是當(dāng)板厚達(dá)到80mm以上時(shí)，常會在焊接過程中出現(xiàn)未熔合、未焊透、夾渣、氣孔、變形和開裂等缺陷。因此，大厚度板材焊接防止開裂缺陷是要解決的最突出問題。

一、16MnR鋼的焊接性

16MnR鋼具有良好的焊接性，其碳當(dāng)量為0.32%～0.47%。 一般情況下，16MnR鋼的工藝性能與Q235-A、20R等低碳鋼相似，采用氣割、碳弧氣刨、冷壓和熱矯形等都不困難，可焊性也相當(dāng)，焊前一般不預(yù)熱。但16MnR鋼的淬硬傾向比Q235號鋼稍大些，在大厚度、大剛性結(jié)構(gòu)上進(jìn)行小參數(shù)、小焊道的焊接時(shí)有可能出現(xiàn)裂紋，特別是在低溫條件下進(jìn)行焊接。此時(shí)，在焊接時(shí)可采取適當(dāng)?shù)念A(yù)熱措施。16MnR鋼的預(yù)熱溫度見表1。

16MnR鋼低溫焊接時(shí)出現(xiàn)裂紋的可能性，除與溫度有關(guān)之外，還與工件厚度密切相關(guān)。

二、板材厚度對焊接性能的影響

雖然16MnR鋼具有良好的焊接性，但隨著板材厚度的增加，其焊接性也逐漸變壞。其原因在于：

一是由于局部的不均勻加熱和冷卻，造成較大的焊接殘余應(yīng)力，而大厚度的板材，其剛性較大，無法通過塑性變形來緩解一部分應(yīng)力，因此，大厚度板材16MnR鋼在焊后殘余應(yīng)力的作用下，易產(chǎn)生裂紋。

二是由于板材厚度較大，在焊接時(shí)，局部的加熱和冷卻易造成溫度在厚度方向上分布不均勻，從而導(dǎo)致產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力。而且，若采用較大的熱輸入，則熱影響區(qū)的晶粒易長大形成粗晶組織或出現(xiàn)魏氏體組織從而降低韌性；若采用較小的熱輸入，由于冷卻速度較快，熱影響區(qū)易出現(xiàn)淬硬的馬氏體組織，也會降低韌性。

三、16MnR鋼的焊接工藝控制

為了解決上述問題，在16MnR鋼厚板焊接工藝上，應(yīng)采取一定的措施以保證焊接質(zhì)量。

1.材料的選擇

（1）16MnR鋼若采用焊條電弧焊時(shí)，一般選用E5015或E5016和E4315具有較好抗裂性能的堿性焊條。酸性焊條一般只用于對抗裂性能和塑性、韌性要求較低以及剛性不大的鋼結(jié)構(gòu)上。

（2）16MnR鋼若采用埋弧焊和CO2焊等焊接方法，其焊接材料的選擇可參見表2。

2.預(yù)熱

焊前預(yù)熱能降低焊后冷卻速度，避免出現(xiàn)淬硬組織，減小焊接應(yīng)力，是防止裂紋的有效措施，也有助于改善接頭組織與性能。對于屈服點(diǎn)在390MPa以下的低合金鋼，一般仍可不預(yù)熱。但當(dāng)板材較厚時(shí)，為減小厚度方向的溫度差，減小焊接應(yīng)力，則應(yīng)進(jìn)行100℃～150℃的預(yù)熱。

3.后熱及焊后熱處理

后熱或焊后熱處理可避免形成淬硬組織及使H逸出焊縫表面，防止裂紋產(chǎn)生，也可消除焊接殘余應(yīng)力，軟化淬硬部位，改善焊縫和熱影響區(qū)的組織和性能，提高接頭的塑性和韌性，穩(wěn)定工件結(jié)構(gòu)的尺寸。

當(dāng)16MnR鋼厚度不大時(shí)，一般不需進(jìn)行焊后熱處理，只有當(dāng)板材較厚或強(qiáng)度等級較高及有延遲裂紋傾向時(shí)才應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮负鬅崽幚?。焊后熱處理主要是消H處理，焊后立即將焊件加熱到250℃～350℃，保溫2～6小時(shí)后空冷；從而加速H的逸出，防止冷裂紋的產(chǎn)生，保證焊接質(zhì)量。

4.控制焊接熱輸入

總之，通過科學(xué)合理的措施，對厚板16MnR鋼的焊接工藝質(zhì)量進(jìn)行有效控制，有利于避免焊后產(chǎn)生裂紋，是解決厚板16MnR鋼焊接裂紋缺陷的有效措施。

（作者單位：湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院）