淺論低合金高強鋼焊接工藝

聶衛(wèi)東

摘要：鋼結(jié)構(gòu)具有強度高、塑性好的特點，但鋼結(jié)構(gòu)截面小、板厚薄，變形問題突出。本文從低合金高強鋼的特征出發(fā)，淺論其焊接工藝，掌握焊接方法，防止焊接變形。

關(guān)鍵詞：鋼 焊接工藝 焊接變形 方法

一、低合金高強度鋼

低合金高強度鋼是鋼鐵產(chǎn)品中最富有特色和最具有競爭力的鋼種。具有良好的可焊性、耐蝕性、耐磨性、成形性，通常以板、帶、型、管等鋼材形式直接供用戶使用的結(jié)構(gòu)鋼稱為低合金高強鋼。它是在普通碳素結(jié)構(gòu)鋼基礎(chǔ)上，通過合金化提高強度，并改善使用性能而發(fā)展起來的工程結(jié)構(gòu)用鋼。它的主要特點是含碳量低，晶粒細小，屈服強度高，塑性好，并具有優(yōu)良的低溫韌性、耐蝕性、耐磨性、冷加工性和焊接性。因此低合金高強度鋼廣泛應(yīng)用于建筑、橋梁、車輛、船舶、壓力容器、海上采油平臺、石油管線等各種工程結(jié)構(gòu)中，取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

二、低合金高強鋼焊接工藝

低合金高強鋼焊接所面臨的問題一是防止裂紋。二是在保證高強度要求的同時，提高焊縫金屬及焊接熱影響區(qū)的沖擊韌性。焊接熱影響區(qū)（特別是粗晶區(qū)）有產(chǎn)生冷裂紋和韌性下降的傾向，對焊后不進行熱處理的焊件，必須嚴格控制焊接區(qū)的擴散氫含量以及選擇合適的焊接方法和焊接工藝參數(shù)。特別是隨著焊接線能量的提高，傳統(tǒng)低合金高強鋼的焊接熱影響區(qū)性能惡化，易產(chǎn)生焊接冷裂紋問題，給大型鋼結(jié)構(gòu)的制造帶來困難。

低合金高強鋼常用的焊接方法主要有手工電弧焊、埋弧自動焊、混合氣體保護焊等。在確定焊接方法時，必須考慮母材的強度等級、使用性能、施工難易及經(jīng)濟性。從生產(chǎn)實際出發(fā)，所選擇的焊接方法必須保證焊接產(chǎn)品的質(zhì)量優(yōu)良可靠，生產(chǎn)率高，生產(chǎn)費用低。能獲得較好的經(jīng)濟效益。比較容易實現(xiàn)焊接過程的半自動或自動化。通常，對于對強度等級較低的焊接件各種方法都可采用，對于批量大、焊縫尺寸長的焊接件，采用埋弧自動焊優(yōu)于其他焊接方法。

低合金高強鋼焊接時，選擇和制定合理的焊接工藝及規(guī)范是十分重要的。應(yīng)嚴格限制焊接線能量，控制焊接熱影響區(qū)冷卻時間不能過長，避免在過低的冷卻速度下粗晶區(qū)出現(xiàn)上貝氏體。同時焊接時不宜采用大直徑的焊條或焊絲，應(yīng)盡量采用多層多道焊工藝，使焊縫金屬有較好的韌性，并減小焊接變形。

鋼結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)性能良好、建設(shè)工期短、綠色、環(huán)保等優(yōu)點，所以在工業(yè)與民用建筑中廣泛應(yīng)用。焊接對鋼結(jié)構(gòu)來說是一把雙刃劍，它成就了鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)的高速度，但是鋼結(jié)構(gòu)在焊接時產(chǎn)生的變形問題，也會極大地影響鋼結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。鋼結(jié)構(gòu)在焊接過程中出現(xiàn)變形是不可避免的，但可以通過合理的施工措施來予以控制。

三、預(yù)防和減少焊接變形的方法

① 放樣和下料措施

為了補償施焊后焊縫的線性收縮，梁、桁架等受彎構(gòu)件放樣時要起拱，放樣下料時要留出收縮余量。收縮量與很多因素有關(guān)，實際生產(chǎn)時要依靠工藝試驗來確定。放拼裝臺時要放出收縮量，一般受彎構(gòu)件長度不大于 24m時放 5mm，長度大于 24m時放 8mm。

② 裝配和焊接順序

鋼結(jié)構(gòu)制作拼裝的平臺應(yīng)具備標準的水平面，平臺的鋼度應(yīng)保證構(gòu)件在自重壓力下，不失穩(wěn)、不下沉，以保證構(gòu)件的平直。小型結(jié)構(gòu)可一次裝配，用定位焊固定后，以合適的焊接順序一次完成。如截面對稱的構(gòu)件，裝配焊接順序是先整體裝配后焊接，焊接時應(yīng)采用對角焊接法的順序以平衡變形，同時應(yīng)采用翻轉(zhuǎn)架或轉(zhuǎn)動胎具，以便形成船形位置焊縫，否則可由兩個或四個焊工分別采用平焊和仰焊，由中間向兩端焊接。大型鋼結(jié)構(gòu)如大型桁架，盡可能先用小件組焊，再總體裝配和焊接。桁架和屋架端部的基座、屋架的天窗架支承板應(yīng)預(yù)先拼焊成部件，以矯正后再拼裝到屋架和桁架上。屋架和桁架的焊接順序是：先焊上、下弦連接板外側(cè)焊縫，后焊上、下弦連接板內(nèi)側(cè)焊縫，再焊接連板與腹桿焊縫，最后焊腹桿、上弦、下弦之間的墊板。桁架一面全部焊完后翻轉(zhuǎn)，進行另一面焊接，其焊接順序相同。手工焊時，應(yīng)采用四個焊工同時從上、下弦中間向兩端對稱焊接。拼裝時，為防止構(gòu)件在拼裝過程中產(chǎn)生過大的應(yīng)力和變形，應(yīng)使不同型號零件的規(guī)格或形狀符合規(guī)定的尺寸和樣板要求，同時在拼裝時不宜采用較大的外力強制組對，以防構(gòu)件焊后產(chǎn)生過大的拘束應(yīng)力而發(fā)生變形。構(gòu)件組裝時，為使焊接接頭均勻受熱以消除應(yīng)力和減少變形，應(yīng)做到對接間隙、坡口角度、搭接長度和T形貼角連接的尺寸正確，其形式、尺寸應(yīng)符合設(shè)計和焊接規(guī)范要求。

③焊接工藝措施

焊接施工時，應(yīng)選擇合適的焊接電流、速度、方向、順序，以減少變形。焊接金屬構(gòu)件時，應(yīng)先焊短，后焊長；先焊立，后焊平；先焊對接縫，再焊搭接縫，應(yīng)從中間到兩邊，從里到外焊接。集中的焊縫應(yīng)采用跳焊法，長焊縫采用分段退步焊和對稱焊接法。

④反變形法

拼裝時，根據(jù)工藝試驗和施工經(jīng)驗，使構(gòu)件向焊接變形相反方向作適量的預(yù)變形，以控制焊接變形。這種方法需要預(yù)先進行試驗，根據(jù)焊縫的設(shè)計要求，調(diào)整好焊接規(guī)范，選用材質(zhì)和規(guī)格相同的鋼板預(yù)先做一個試件進行焊接，使焊縫形式、焊角高度符合設(shè)計要求，焊完冷卻到環(huán)境溫度后測量翼板的變形量，把所測量的數(shù)值作為壓制反變形的參數(shù)，壓力機在翼板中心線上壓出變形量的數(shù)值，使翼板的兩端預(yù)先呈上翹狀態(tài)，抵消焊接變形量，焊后正好持平。采用這種方法需要一臺相應(yīng)噸位的液壓壓力機。

⑤剛性固定法

焊接時在平臺上或在重疊的構(gòu)件上設(shè)置夾具固定構(gòu)件，增加剛性后，再進行焊接，這樣焊接中的加熱和冷卻的收縮變形，被固定夾具等外力所限制，但這種方法只適應(yīng)塑性較好的低碳結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼，不適應(yīng)中碳鋼和可焊性更差的鋼材，因為焊接應(yīng)力常使焊件產(chǎn)生裂紋。

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