第十四章 常用金屬材料的焊條電弧焊工藝與操作技巧(一)(3 / 3)

(2)工藝因素,如工藝方法、焊接規範、焊口附近的起焊溫度(相當周圍的氣溫或預熱溫度)。在工藝因素中往往通過選擇合適的工藝規範,例如增大焊接電流,減慢焊接速度來避免熱影響區淬硬。

2.焊縫金屬和熱影響區的冷裂紋

隨著鋼材強度等級的提高,冷裂紋傾向也會加劇。冷裂紋主要發生在高強度鋼的厚板中,影響其產生冷裂紋的因素主要有:焊縫及熱影響區的含氫量、熱影響區的淬硬程度和接頭剛度所決定的焊接殘餘應力。

對於強度等級高,有淬火傾向的低合金鋼而言,在剛度極大的焊接接頭中,除了可能產生冷裂紋外,還可能產生屬於冷裂紋性質的“延遲裂紋”。“延遲裂紋”是在焊後沒有及時熱處理的情況下,焊件停放一段時間後產生的冷裂紋。“延遲裂紋”在應力作用下,還會向基本金屬及焊縫金屬的縱深處發展。防止延遲裂紋可以從焊接材料的選用及其清理、預熱及層間保溫、焊後及時回火等方麵進行控製。

二、焊接工藝技巧

焊接材料的選擇依據是:a等強原則,即應選擇與母材強度相當的焊接材料,並綜合考慮焊縫的塑性、韌性;b保證焊縫不產生裂紋、氣孔等缺陷。

為了保證焊縫金屬與母材等強度,對於不同板厚及坡口形式應選用不同等級的焊接材料。一般來說,適合於開坡口厚板的焊接材料用於不開坡口薄板時,焊縫的強度偏高,塑性和韌度偏低。還要考慮焊後是否要進行消除應力熱處理,對於焊後進行消除應力熱處理的焊接結構,要選擇強度稍高一些的焊接材料。

此外,由於酸性焊條熔敷金屬的塑性、韌性和抗裂性均不如堿性焊條,目前酸性焊條的適用範圍僅限於屈服點為390MPa級及其以下鋼種,以及當板厚小於25mm的場合,厚板或420MPa級及其以上的鋼種應采用堿性焊條。

合金結構鋼焊接時,焊接規範對熱影響區淬硬組織的影響主要是通過冷卻速度起作用,焊接線能量大,冷卻速度則小,反之,線能量小,冷卻速度就大。所以,從減小過熱區淬硬傾向來看,焊接規範應該大些。但是,當線能量大時,接頭在高溫停留的時間長,過熱區的晶粒長大嚴重,使熱影響區塑性降低。所以,對於過熱敏感性大的鋼材,焊接時,焊接規範又不能太大,從而減少焊件高溫停留時間,同時采用預熱以減少過熱區的淬硬程度。

焊後是否需要熱處理,主要根據鋼材的化學成分、厚度、結構剛性、焊接方法及使用條件等因素來考慮。如果鋼材確定,主要決定於鋼材厚度。要求抗應力腐蝕的容器或低溫下使用的焊件,盡可能進行焊後消除應力熱處理。

通常,焊後熱處理或消除應力熱處理的溫度要稍低於母材的回火溫度,以免降低母材的強度。

1.Q295鋼

Q295(09Mn2)和Q295(12Mn)鋼均是屈服強度為295MPa級的熱軋鋼,主要用於製造低壓鍋爐、壓力容器、鐵道車輛、輸油管道、船舶和各種金屬結構等。由於鋼中碳的含量很低,焊接性十分優良,生產中比Q235、20g等低碳鋼的焊接性還要好一些。焊接這兩種鋼對焊接技術完全可參照低碳鋼的焊接工藝進行。

在焊條電弧焊時,即可采用堿性焊條,也可采用酸性焊條。酸性焊條有J422、J423;堿性焊條有J427、J426,其中堿性焊條的熔敷金屬衝擊韌度較高。當焊件厚度較大、坡口較深時,為保證焊縫金屬強度,需要考慮采用J507焊條。

2.Q345鋼

Q345(16Mn)鋼是我國產量最大、應用最廣的低合金高強度結構鋼,其屈服強度大於等於345MPa,廣泛地應用於製造壓力容器、鍋爐、橋梁、機車車輛及各種工程機械。

Q345鋼焊前一般不需要預熱,焊後不需要熱處理。但由於其淬硬傾向比低碳鋼稍大,在焊接結構剛性大、厚度大或環境溫度較低時,也需要采取預熱,焊後消除應力熱處理措施,並應在焊接中創造低氫條件。其焊接工藝與操作要點如下。

(1)焊接材料。對於一般結構,可以選用J502、J503酸性焊條;對於重要結構,應選用J507、J506等堿性焊條;對於高壓容器、應選E5015-G、E5016-G焊條。

(2)預熱溫度。使用J503、J502酸性焊條時,當板厚超過20mm時,預熱至100℃以上;使用J507、J506堿性焊條時,當板厚超過32mm時,預熱至100℃以上。

(3)定位焊。定位焊應在5℃以上進行,當氣溫低於5℃時應稍預熱。定位焊長度應大於50~100mm,間距要小。定位焊一般采用較大的電流和較慢的焊接速度,熄弧前應填滿弧坑。

(4)焊接參數。使用Ф4mm焊條時,焊接電流為160~180A,電弧電壓為21~22V;使用Ф5mm焊條時,焊接電流為210~240A,電弧電壓為23~24V。

(5)對於剛性極大的結構,就是在一般氣溫下,也應注意采取一定的措施,例如預熱、合理的施焊順序、合理的操作工藝、合理的焊縫成形係數等。

(6)當16Mn鋼與低碳鋼焊接時,焊接材料與焊接工藝均按16Mn鋼的要求進行,對於受壓部件,可按低碳鋼要求進行。

(7)焊後熱處理:當板厚大於等於30mm時,應采取600~650℃回火處理,以消除焊接殘餘應力。

3.Q390鋼

Q390(15MnV)和Q390(15MnTi)是屈服強度均為390MPa級的低合金高強度結構鋼,廣泛用於製造中高壓鍋爐、高壓容器、船舶、橋梁及車輛等。

一般情況下,這兩種鋼焊前不需要預熱,焊後也不需要熱處理。但由於這兩種鋼具有一定的淬硬傾向,當板厚大於等於28mm時,焊前應預熱100~150℃,而且焊後應進行消除應力熱處理,熱處理溫度為600~650℃。另外,由於兩種鋼對過熱比較敏感,宜采用比較小的熱輸入焊接。