浅论低合金高强钢焊接工艺

聂卫东

摘要：钢结构具有强度高、塑性好的特点，但钢结构截面小、板厚薄，变形问题突出。本文从低合金高强钢的特征出发，浅论其焊接工艺，掌握焊接方法，防止焊接变形。

关键词：钢 焊接工艺 焊接变形 方法

一、低合金高强度钢

低合金高强度钢是钢铁产品中最富有特色和最具有竞争力的钢种。具有良好的可焊性、耐蚀性、耐磨性、成形性，通常以板、带、型、管等钢材形式直接供用户使用的结构钢称为低合金高强钢。它是在普通碳素结构钢基础上，通过合金化提高强度，并改善使用性能而发展起来的工程结构用钢。它的主要特点是含碳量低，晶粒细小，屈服强度高，塑性好，并具有优良的低温韧性、耐蚀性、耐磨性、冷加工性和焊接性。因此低合金高强度钢广泛应用于建筑、桥梁、车辆、船舶、压力容器、海上采油平台、石油管线等各种工程结构中，取得了显著的经济效益和社会效益。

二、低合金高强钢焊接工艺

低合金高强钢焊接所面临的问题一是防止裂纹。二是在保证高强度要求的同时，提高焊缝金属及焊接热影响区的冲击韧性。焊接热影响区（特别是粗晶区）有产生冷裂纹和韧性下降的傾向，对焊后不进行热处理的焊件，必须严格控制焊接区的扩散氢含量以及选择合适的焊接方法和焊接工艺参数。特别是随着焊接线能量的提高，传统低合金高强钢的焊接热影响区性能恶化，易产生焊接冷裂纹问题，给大型钢结构的制造带来困难。

低合金高强钢常用的焊接方法主要有手工电弧焊、埋弧自动焊、混合气体保护焊等。在确定焊接方法时，必须考虑母材的强度等级、使用性能、施工难易及经济性。从生产实际出发，所选择的焊接方法必须保证焊接产品的质量优良可靠，生产率高，生产费用低。能获得较好的经济效益。比较容易实现焊接过程的半自动或自动化。通常，对于对强度等级较低的焊接件各种方法都可采用，对于批量大、焊缝尺寸长的焊接件，采用埋弧自动焊优于其他焊接方法。

低合金高强钢焊接时，选择和制定合理的焊接工艺及规范是十分重要的。应严格限制焊接线能量，控制焊接热影响区冷却时间不能过长，避免在过低的冷却速度下粗晶区出现上贝氏体。同时焊接时不宜采用大直径的焊条或焊丝，应尽量采用多层多道焊工艺，使焊缝金属有较好的韧性，并减小焊接变形。

钢结构具有结构性能良好、建设工期短、绿色、环保等优点，所以在工业与民用建筑中广泛应用。焊接对钢结构来说是一把双刃剑，它成就了钢结构建设的高速度，但是钢结构在焊接时产生的变形问题，也会极大地影响钢结构的施工质量。钢结构在焊接过程中出现变形是不可避免的，但可以通过合理的施工措施来予以控制。

三、预防和减少焊接变形的方法

① 放样和下料措施

为了补偿施焊后焊缝的线性收缩，梁、桁架等受弯构件放样时要起拱，放样下料时要留出收缩余量。收缩量与很多因素有关，实际生产时要依靠工艺试验来确定。放拼装台时要放出收缩量，一般受弯构件长度不大于 24m时放 5mm，长度大于 24m时放 8mm。

② 装配和焊接顺序

钢结构制作拼装的平台应具备标准的水平面，平台的钢度应保证构件在自重压力下，不失稳、不下沉，以保证构件的平直。小型结构可一次装配，用定位焊固定后，以合适的焊接顺序一次完成。如截面对称的构件，装配焊接顺序是先整体装配后焊接，焊接时应采用对角焊接法的顺序以平衡变形，同时应采用翻转架或转动胎具，以便形成船形位置焊缝，否则可由两个或四个焊工分别采用平焊和仰焊，由中间向两端焊接。大型钢结构如大型桁架，尽可能先用小件组焊，再总体装配和焊接。桁架和屋架端部的基座、屋架的天窗架支承板应预先拼焊成部件，以矫正后再拼装到屋架和桁架上。屋架和桁架的焊接顺序是：先焊上、下弦连接板外侧焊缝，后焊上、下弦连接板内侧焊缝，再焊接连板与腹杆焊缝，最后焊腹杆、上弦、下弦之间的垫板。桁架一面全部焊完后翻转，进行另一面焊接，其焊接顺序相同。手工焊时，应采用四个焊工同时从上、下弦中间向两端对称焊接。拼装时，为防止构件在拼装过程中产生过大的应力和变形，应使不同型号零件的规格或形状符合规定的尺寸和样板要求，同时在拼装时不宜采用较大的外力强制组对，以防构件焊后产生过大的拘束应力而发生变形。构件组装时，为使焊接接头均匀受热以消除应力和减少变形，应做到对接间隙、坡口角度、搭接长度和T形贴角连接的尺寸正确，其形式、尺寸应符合设计和焊接规范要求。

③焊接工艺措施

焊接施工时，应选择合适的焊接电流、速度、方向、顺序，以减少变形。焊接金属构件时，应先焊短，后焊长；先焊立，后焊平；先焊对接缝，再焊搭接缝，应从中间到两边，从里到外焊接。集中的焊缝应采用跳焊法，长焊缝采用分段退步焊和对称焊接法。

④反变形法

拼装时，根据工艺试验和施工经验，使构件向焊接变形相反方向作适量的预变形，以控制焊接变形。这种方法需要预先进行试验，根据焊缝的设计要求，调整好焊接规范，选用材质和规格相同的钢板预先做一个试件进行焊接，使焊缝形式、焊角高度符合设计要求，焊完冷却到环境温度后测量翼板的变形量，把所测量的数值作为压制反变形的参数，压力机在翼板中心线上压出变形量的数值，使翼板的两端预先呈上翘状态，抵消焊接变形量，焊后正好持平。采用这种方法需要一台相应吨位的液压压力机。

⑤刚性固定法

焊接时在平台上或在重叠的构件上设置夹具固定构件，增加刚性后，再进行焊接，这样焊接中的加热和冷却的收缩变形，被固定夹具等外力所限制，但这种方法只适应塑性较好的低碳结构钢和低合金结构钢，不适应中碳钢和可焊性更差的钢材，因为焊接应力常使焊件产生裂纹。

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