低合金钢的焊接特点及工艺优化

普通低合金钢的热影响区有较大的淬硬倾向，这是普通低合金钢焊接的重要特点之一。随着强度等级的提高，其热影响区的淬硬倾向也显著增加。因此焊接不同的普通低合金钢，采取的工艺措施也不尽相同。

1.低合金钢的焊接特点

低合金钢的焊接特点主要有以下方面：

1）对于强度等级较低而且含碳量较少的一些低合金结构钢，其焊接热影响区的淬硬倾向并不大，但随着低合金钢强度等级的提高，其焊接热影响区的冷裂倾向显著加大，影响热影响区淬硬程度的因素有两方面：①材料及结构形式，如钢材的种类、厚度、接头形式及焊缝尺寸等；②工艺因素，如工艺方法、焊接规范、焊口附近的起焊温度（相当于周围的气温或预热温度）。为减缓热影响区的淬硬倾向，在工艺因素中往往通过选择合适的工艺规范（如增大焊接电流、减慢焊接速度）来避免热影响区的淬硬。

此外，随着钢材强度等级的提高，冷裂纹倾向也会加剧。冷裂纹主要发生在高强度钢的厚板中，影响其产生冷裂纹的因素主要有：焊缝及热影响区的含氢量、热影响区的淬硬程度和接头刚度所决定的焊接残留应力。

2）对于强度等级高、有淬火倾向的低合金钢而言，在刚度极大的焊接接头中除了可能产生冷裂纹外，还可能产生属于冷裂纹性质的延迟裂纹。延迟裂纹是在焊后没有及时热处理的情况下，焊件停放一段时间（几小时、几天甚至十几天）后产生的冷裂纹。延迟裂纹在应力作用下，还会向母材及焊缝金属的纵深处发展。防止延迟裂纹可以从焊接材料的选用及其清理、预热、层间保温、焊后及时回火等方面进行控制。

此外，在低合金高强度钢焊后热处理过程中还有可能出现再热裂纹。在焊接时应尽量采用强度较低的焊接材料，使得焊后热处理过程中发生的变形集中在焊缝金属处，以避免热影响区开裂。

3）对于大厚度轧制普通低合金钢钢板的焊接，在三通管接头及丁字接头的角焊缝处的热影响区，有可能产生与板表面平行的裂纹（称为层状撕裂）。

2.焊接低合金钢的工艺措施

为保证低合金钢的焊接质量，工艺上应从以下方面进行控制。

（1）焊接材料的选用 为保证低合金钢的焊接质量，焊接材料的选择依据是：①等强原则，即选择与母材强度相当的焊接材料，并综合考虑焊缝的塑性、韧性；②保证焊缝不产生裂纹、气孔等缺陷。

为保证焊缝金属与母材等强度，对于不同的板厚及坡口形式应选用不同等级的焊接材料，一般来说，适合开坡口厚板的焊接材料用于不开坡口薄板时，焊缝的强度偏高，塑性和韧性偏低；对于焊后进行消除应力热处理的焊接结构，要选择强度稍高一些的焊接材料。

此外，由于酸性焊条熔敷金属的塑性、韧性和抗裂性均不如碱性焊条，目前酸性焊条的适用范围仅限于屈服强度为390MPa级及以下钢种和板厚小于25mm的场合，厚板或420MPa级及以上的钢种应采用碱性焊条。低合金钢焊接材料的选用见表10-14。

表10-14 低合金钢焊接材料的选用(www.xing528.com)

①Q295牌号在GB/T 1591—2008中取消。

（2）焊接要点 低合金钢的焊接方法较多，可采用电弧焊、埋弧焊、电渣焊、CO₂气体保护焊和气焊等。

低合金钢焊接时，焊接规范对热影响区淬硬组织的影响主要是通过冷却速度起作用。焊接热输入大，冷却速度则小；反之，热输入小，冷却速度就大。所以从减小过热区淬硬倾向来看，焊接规范应该大些。但是，当热输入大时，接头在高温停留的时间长，过热区的晶粒长大严重，使热影响区塑性降低，所以对于过热敏感性大的钢材在焊接时，焊接规范又不能太大，目的是减少焊件高温停留时间，同时应采用预热以减少过热区的淬硬程度。

焊后是否需要热处理，主要根据钢材的化学成分、厚度、结构刚性、焊接方法及使用条件等因素来考虑，如果钢材已确定，则主要取决于钢材厚度。要求抗应力腐蚀的容器或低温下使用的焊件，应尽可能进行焊后消除应力热处理。

通常，焊后热处理或消除应力热处理的温度要稍低于母材的回火温度，以免降低母材的强度。表10-15是几种合金结构钢的预热和热处理规范参考。

表10-15 合金结构钢的预热和焊后热处理规范

①Q295牌号在GB/T 1591—2008中取消。

16Mn、15MnV均为旧标准牌号，在新标准GB/T 1591—2008中对应的牌号分别为Q345、Q390。

此外，对300～350MPa强度级的普通低合金钢薄板多选用气焊焊接，这一类普通低合金钢的焊接性均较好，特别是300MPa等级的钢种，由于其含碳量低，其焊接性比20钢还要好些。因此可按照焊接碳钢的方法来焊接普通低合金钢，没有特殊的工艺要求。

对350MPa以上等级的普通低合金钢，由于强度级别增高，并含有一定量的合金元素，因而淬硬倾向较低碳钢要大，在结构刚性大、冬季野外施工、气温低的情况下，冷裂倾向较严重。所以在焊前应少许预热，而且气焊本身有预热、缓冷的作用，对焊接有利。但350MPa级的普通低合金钢由于其中锰等元素有脱硫作用，含碳量又低，因而热裂的可能性很小。焊接普通低合金钢时，要注意保护熔池，以免合金元素烧损。