电站塔机用低合金高强度钢的焊接工艺分析

摘 要：低合金高强度钢具有的优良机械性能和焊接性能等特点广泛的应用于大型、超大型电站起重机主结构中。本文针对电站塔机塔身、起重臂等主要结构件中低合金高强度钢的焊接方法及焊接工艺进行全面的探讨。

关键词：低合金高强度钢；焊接方法；焊接工艺

1.钢材的焊接工艺及低合金高强度钢的应用现状分析

1.1钢材的焊接工艺分析

随着科技的发展，钢材的焊接工艺及焊接方法也在不断的创新当中。当前，钢材的焊接方法主要包括以下四种：手工电弧焊焊接方法、埋弧自动焊焊接方法、CQ2气体保护焊接方法、电渣焊与气电立焊的焊接方式。

1.2低合金高强度钢的应用现状分析

低合金高强度钢的在当前逐渐被广泛应用开来。一般而言，低合金高强度钢主要指的是抗拉强度在500兆帕到1000兆帕之间的钢材，目前应用在国内电站起重机主结构上主要包括Q345D、Q460D、Q550D等，如果抗拉强度超过1000兆帕，则一般被称作是超高强钢。由于低合金高强度钢的含碳量较低，在焊接的过程中需要注意相应的问题，主要有以下三点。即：热影响区的软化、热影响区的脆化及焊接冷裂纹。热影响区的软化是指在温度达到一定的限度后，碳化物积聚而导致的软化现象；影响区的脆化是因为焊接时的冷却速度较慢而导致的脆性组织生成；冷裂纹的出现，则是因为低合金高强度钢的淬透性比较大，从而使得冷裂问题有了出现的可能性。

1.3低合金高强度钢的焊接性能分析

钢材的焊接性能主要通过热裂纹、冷裂纹及热影响区的性能变化来分析。首先，由于高强度钢的C及S的含量较低，而Mn的含量较高，对C、S杂质的控制较为严格，因此一般不会出现热裂纹；其次，低合金高强度钢的含碳量较少，一般在0.20%以下，添加适量的Mn、Mo等合金元素及微合金化元素，并进行轧制工艺或者热处理工艺来保障钢的强度及韧性的同时，促使钢材具有良好的性能；再者，低合金高强度钢的热处理工艺比较严格，而在焊接的过程中往往会受到实际因素的影响。

2.低合金高强度钢的焊接工艺探究

2.1焊接方法探究

低合金高强度钢的焊接方法一般是选择CO2气体保护焊接或者是富氩混合气体保护焊接。因为这两种焊接方式的热输入密度较为集中，效率比较高，并且熔池保护及脱氢的效果比较好，焊接时不容易出现变形。但是在实际操作中，需要根据实际情况来进行选择，也有很多情况下采用手工电弧焊及埋弧自动焊的方法。在选择时需要考虑各种焊接方法的使用条件、使用场所、适用范围及各自的优缺点，基本原则是经济、高效。要保证焊缝不出现裂纹等缺陷，并且性能要符合规定，成型后达到美观的要求。

2.2焊接顺序探究

低合金高强度钢在焊接的过程中还要遵循一定的焊接顺序，以有效保障焊接的质量。基本的焊接顺序选择要遵循下列几个基本原则：首先，在焊接时，焊接要能够使得焊接缝收缩自由，降低焊接过程中的拘束度。在进行焊接图纸设计时，要尽可能的避免出现交叉焊接，如果不可避免的产生交叉现象，要进行释放孔的设计；其次，要先对收缩量较大的焊缝进行焊接，有效的降低内应力；再者，尽量减少总装时的焊接量，减少一次受热量，为达到这一效果，需要将部件的整体结构进行划分，划分成小的部件后按要求进行焊接，并且在焊接后进行重新的组装。

2.3焊接电流、电压及速度探究

焊接电流的大小及焊接速度影响着焊接时裂纹的产生及影响区的脆化。如果焊接的电流小，焊接速度较快，则容易导致裂纹的产生；如果焊接的电流大，焊接速度较慢，则容易使得影响区的脆化。因此在选择时需要两者兼顾，冷却速度的范围一般以不产生裂纹为上限，不出现脆化混合组织为下限。一般焊接电流在280A到410A之间，焊接点呀在29V到40V之间，焊接速度在20m/s到35m/s之间较为合适。

2.4焊接层数探究

低合金高强度钢的焊接一般采用多层及多焊道，主要是为了避免过多的热量输入，从而有效的降低母材过热的状况。运条技术一般采用窄焊道不做横向摆动的技术方式，每层焊道一般不超过7毫米。从而能够将前一层焊道和后一层焊道能够有一定的预热作用，后一层焊道对前面一层焊道也起到一定的缓冷效果。一般层间温度在小于2000℃的条件下，两层焊道通过相互影响，能够有效的避免裂纹的出现，并减少热影响区性能的变化。

2.5焊材匹配度探究

高強度钢的焊材匹配有一定的原则，通常状况下，有“等强匹配”和“低强匹配”两种不同的匹配方式。“等强匹配”即熔敷金属的强度和母材的强度大体相当，而“低强匹配”也叫做等韧性匹配，通过储备耕作的韧性来达到抗冲击及抗裂的目的。通常状况下，一般采用等强匹配的方式，但在实际应用中，需要依据实际情况来进行匹配方式的选择，以最大限度的避免裂纹的产生。

2.6预热及热输出探究

低合金高强度钢的焊接需要预热及热输出的控制，预热及热输出的控制状况是保障焊缝无缺陷的关键因素。如果冷却速度较快而线能量不足，焊缝及热影响区便容易出现淬硬组织，从而对氢的逸出产生不利印象，导致冷裂纹的倾向性增大。而如果冷却速度过慢，线能量过大，热影响的区域便相对较宽，过热区的晶粒较为粗大，焊缝及热影响区便会生成。另外，焊缝的冷却速度并不仅仅受线能量的影响，而且与预热和层间温度密切相关。如果预热的温度较高，且母材厚度较小，冷却速度较慢，则会出现与线能量相似的状况。

2.7焊后热处理探究

低合金高强度钢需要进行焊后热处理，一般焊后热处理的温度应该比母材调质处理回火的温度低30℃到50℃左右。另外，为了防止残余氢扩散及逸出，避免冷裂纹的产生，则需要进行消氢处理，处理的标准为200-250℃乘以0.5小时，或者150-250℃乘以5分钟再乘以板厚。

3.结论与建议

本文主要对电站塔机主要结构材料的焊接工艺进行了简单分析，重点探讨了低合金高强度钢在电站起重机中的焊接方法，研究了其焊接工艺及焊接时的注意事项。对今后大型、超大型起重机结构用低合金高强度钢新材料使用及焊接方法的发展，促进其有效利用奠定了基础。

参考文献：

[1]姜胜臻.JG590低合金高强度钢的焊接工艺分析[J].金属加工（热加工）.2009年第16期；

作者简介：

苏栋（1979.12—），男，河南荥阳人，大学本科学历，毕业于吉林大学，机械工程及自动化专业，主要从事电站起重设备的设计研发及制造。