為了降低結(jié)構(gòu)自重、提高承載能力,低合金高強(qiáng)度鋼在工礦機(jī)械上的應(yīng)用越來(lái)越受重視。近年來(lái)屈服強(qiáng)度> 800MPa超高強(qiáng)度鋼在國(guó)內(nèi)的工程機(jī)械上被普遍采用,以滿足工程機(jī)械向大型化、輕量化、高效能化方向發(fā)展的需求。目前國(guó)內(nèi)普遍使用的超高強(qiáng)鋼系列主要有:HQ系列(鞍鋼)、DILLINGER系列(德國(guó))、SUM-ITEN系列(日本住友金屬)、JFE -HITEN系列(日本JFE)、WELDOX系列(瑞典SSAB公司)等。由于超高強(qiáng)鋼合金系統(tǒng)復(fù)雜、淬硬性較大,焊接時(shí)容易產(chǎn)生冷裂紋;此外超高強(qiáng)鋼強(qiáng)度級(jí)別高,焊接過(guò)程中容易導(dǎo)致包括焊接熱影響區(qū)在內(nèi)的焊接接頭脆化。因此防止焊接冷裂紋產(chǎn)生、確保焊接接頭具有優(yōu)良的力學(xué)性能是該系列鋼材的焊接技術(shù)關(guān)鍵。
1.焊接材料的選擇和匹配
 
  超高強(qiáng)度鋼由于強(qiáng)度提高,鋼材塑性、韌性相應(yīng)下降。如果仍采用等強(qiáng)原則,選用高組配的焊接接頭,焊縫的韌性不容易保證,將可能導(dǎo)致由于焊縫金屬韌性不足引起低應(yīng)力脆性破壞。因此高強(qiáng)鋼焊接應(yīng)采用等韌性原則,選擇焊縫韌性不低于基體金屬的低組配焊接接頭比較合理。采用低強(qiáng)的焊縫金屬并不總是意味著焊接接頭的強(qiáng)度一定低于母材。根據(jù)多年來(lái)的焊接接頭力學(xué)性能試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn),只要焊縫金屬的強(qiáng)度不低于母材的87%,仍可保證接頭與母材等強(qiáng)。

 當(dāng)焊接較厚的超高強(qiáng)度鋼板材時(shí),在焊縫的不同部位應(yīng)匹配不同強(qiáng)度級(jí)別的焊接材料。即:根部焊道采用低強(qiáng)度焊材打底,填充與蓋面焊道采用高強(qiáng)度焊材;對(duì)角焊而言通常采用低強(qiáng)焊材。選用低強(qiáng)焊接材料比選擇高強(qiáng)焊接材料的優(yōu)點(diǎn)在于:焊縫金屬的塑韌性?xún)?chǔ)備大、焊接接頭延伸性能好,使接頭產(chǎn)生裂紋的可能性減小。

  超高強(qiáng)鋼焊接時(shí)應(yīng)選用超低氫焊接材料,熔敷金屬的含氫量應(yīng)不超過(guò)5 ml/100 g(水銀法),以盡量減少焊接過(guò)程中由焊接材料帶入焊接接頭的氫含量。同時(shí)為了避免吸潮,焊接材料應(yīng)根據(jù)規(guī)定進(jìn)行儲(chǔ)存,使用前按要求重新烘焙。

  2.預(yù)熱溫度的確定

  實(shí)際焊接過(guò)程中應(yīng)特別重視對(duì)超高強(qiáng)度鋼對(duì)接焊縫和根部焊道的預(yù)熱。鋼板越厚,預(yù)熱的必要性越大。預(yù)熱溫度與鋼板的當(dāng)量板厚相關(guān),此外,預(yù)熱溫度應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整:

  (1)如果環(huán)境濕度大或溫度低于5℃ ,則預(yù)熱溫度應(yīng)再增加25℃ ;如果工件屬剛性固定,預(yù)熱溫度也應(yīng)相應(yīng)增加;

  (2)在當(dāng)量板厚小于極限值,工件溫度低于5℃或空氣濕度大于65%時(shí),應(yīng)將工件預(yù)熱至50～ 80℃。

  3.焊接熱輸入控制

  焊接熱輸入量的變化將改變焊接冷卻速度,從而影響焊縫金屬及熱影響區(qū)的組織組成,并最終影響焊接接頭的力學(xué)性能及抗裂性。為了避免超高強(qiáng)鋼焊接時(shí)產(chǎn)生焊接冷裂紋和焊縫熱影響區(qū)韌性的降低,必須嚴(yán)格控制焊接熱輸入量,控制焊接冷卻速度以得到理想的焊縫及焊接熱影響區(qū)金相組織。冷卻時(shí)間t8 /5是決定焊后超強(qiáng)鋼的性能和焊接接頭性能的一個(gè)重要參數(shù),冷卻時(shí)間主要取決于焊接熱輸入、預(yù)熱或?qū)娱g溫度。為了確保超強(qiáng)鋼的性能不會(huì)因?yàn)楹附舆^(guò)程中過(guò)大的熱輸入量而削弱,必須對(duì)冷卻時(shí)間設(shè)定上限;另一方面,如果冷卻太快,會(huì)造成熱影響區(qū)產(chǎn)生脆硬組織,并且阻止氫的排除,導(dǎo)致冷裂紋的產(chǎn)生,所以也必須對(duì)冷卻時(shí)間的下限進(jìn)行設(shè)定。

  根據(jù)各種超強(qiáng)鋼的不同特性,確定合理的冷卻時(shí)間,這樣在保證焊接熱影響區(qū)性能的同時(shí)也能夠有效阻止冷裂紋的出現(xiàn),從而確保焊接接頭的質(zhì)量。

  4.其它工藝措施

  (1)確保焊接面的清潔和干燥。產(chǎn)生冷裂紋的主要原因是有應(yīng)力存在的焊縫金屬中有氫的存在。焊件在組裝前應(yīng)徹底清除坡口表面及附近母材上的氧化皮,鐵銹、油污、水分等,直至露出金屬光澤并保證清理范圍內(nèi)無(wú)裂紋與夾層等缺陷。

  (2)減小構(gòu)件內(nèi)應(yīng)力。采用合理的焊接順序進(jìn)行裝焊,避免強(qiáng)力組對(duì)以減少構(gòu)件的殘余應(yīng)力;焊接組裝時(shí)應(yīng)將工件壓緊或墊置牢固,以防止因焊接受熱而產(chǎn)生附加的應(yīng)力和變形。

  (3)焊后消氫處理。在焊接完成后,立即將焊件后熱到150～ 250℃ ,并按每毫米板厚不少于5 min進(jìn)行恒溫處理后緩冷(且總的恒溫時(shí)間不得小于1 h),確保焊接接頭中的殘余氫能擴(kuò)散逸出,減少延遲冷裂紋的產(chǎn)生。

  (4)焊后熱處理。進(jìn)行焊后熱處理是為了減少焊接殘余應(yīng)力,高強(qiáng)鋼焊后一般不進(jìn)行焊后熱處理,熱處理會(huì)使接頭的某些力學(xué)性能下降,如:沖擊韌度等。只有在設(shè)計(jì)規(guī)則有特殊說(shuō)明時(shí),方應(yīng)進(jìn)行焊后熱處理。但應(yīng)注意其焊后熱處理溫度不能超過(guò)其調(diào)質(zhì)回火溫度。

  5.結(jié)論

  超高強(qiáng)度鋼結(jié)構(gòu)件制作雖然存在一定的難度,但只要合理地選擇焊接方法及工藝參數(shù),加強(qiáng)焊接與制作過(guò)程質(zhì)量的控制,完全能制造出高質(zhì)量的超高強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)件。