1、 低合金高強鋼的焊接特點

低合金高強度鋼不僅強度高，而且具有良好的塑性和韌性。因此，廣泛應用于工程焊接結構，在工程中越來越受關注。國內外關于低合金強度的學者研究了鋼的焊接性，包括焊接強度和韌性的匹配，焊接工藝特性，焊接裂紋感受性，焊接金屬和熱影響部分的微觀結構和性質。低合金淬火高強度鋼的碳含量在0.18% 以下，其焊接性比中碳淬火鋼好。

在具有 800MPa 或更高拉伸強度的低合金淬火高強度鋼中，HAZ（尤其是粗粒 HAZ）傾向于產生冷間裂紋并降低韌性。焊接后不需要熱處理的焊接，需要嚴格控制焊接部的擴散性氫的含量，選擇適當的焊接方法和焊接工藝參數。低碳含量，硫，磷雜質的嚴格控制，低淬火淬火高強度鋼的高溫裂紋傾向很小。這種鋼主要通過淬火和回火來強化。受焊接熱循環的影響，低碳淬火鋼的熱影響部分可能存在脆化和軟化現象。強度等級越高，軟化現象就越明顯。因此，根據母材的化學組成、結構式、要求性能，可以合理選擇焊接方法和焊接材料。另外，如果通過淬火回火獲得低合金高張力鋼的強化效果，則容易受焊接熱循環的影響，有時會在熱影響部發生脆化和軟化。強度等級越高，軟化現象就越明顯。

因此，在低合金淬火高強度鋼的焊接中應該解決的課題是，防止冷間裂紋，根據高強度的要求提高焊接金屬和 HAZ 的沖擊韌性。為了消除裂縫，使焊接效率最大化，通常采用金屬惰性氣體焊接（MIG）和活性氣體焊接（MAG）等半自動機械焊接。另外，嚴格限制焊接線的能量，不會超過焊接熱影響部的冷卻時間。同時，焊接不應使用大口徑電極或焊接線，應盡量采用多層化、多路徑焊接。對于低合金淬火高強度鋼的熱影響部的軟化現象，應采用熔接后的再加熱、回火的對策，對于焊接后不進行熱處理的部件，焊接時對母材的焊接入熱的影響應受到嚴格限制。在焊接低合金高強度鋼時，選擇合理的焊接工藝和規范，并進行公式化是非常重要的。焊接方法的影響很大。為了確保焊接過程的穩定性和所需的焊接形狀和尺寸，可以根據結構部件的特性和形狀來調整適當的焊接熱循環和工藝，以獲得高品質的焊接接頭。對于具有較高熱敏性和較低固化傾向的其他鋼，焊接規范必須更小。除較小的焊接規格外，還進行焊接前的預熱、焊接后的熱保存、緩冷處理。一般來說，預熱溫度可以由鋼的碳當量、冷裂感受性指數和熱影響部的最大硬度值來決定。一般來說，預熱溫度為 500℃，所以在部件的剛性大的情況下，可以適當地增加預熱、層間溫度，但一般可以在 300℃以下。焊接后的熱處理可以根據產品的使用條件來決定。在強度等級 6b ＞ 0.5中，一般在焊接后的時間進行熱處理以除去焊接殘余應力，加速焊接部和熱影響部的氫逃，改善焊接部附近的金屬組織。預熱和后熱處理的方法可以根據結構部件的形式、尺寸和各條件來確定。一般有電爐，火焰加熱，遠紅外線加熱。如果預熱和熱處理后不方便，也可以使用鋁硅酸鹽絕緣焊接工藝。該工序使用鋁硅酸鹽進行單面、雙面和低溫預熱和熱保存，以在焊接后的焊接和熱處理前達到預熱的相同效果。這是由于焊接部的冷卻時間增加，硬化傾向降低，產生冷間裂紋的傾向。

由于高強度鋼的切口感受性，焊接部變得容易破裂，成為限制其開發和應用的重要問題。據統計分析，建筑機械焊接結構的通用故障模式是疲勞破壞，脆性破壞，過載破壞，冷間裂縫等，裂縫引起的結構破壞事故占總破壞事故的 70% 以上 80%。根據文獻統計，焊接結構的 90% 是疲勞斷裂。根據國際焊接學會（IXW）的 XIII 委員會的調查，由于疲勞引起的金屬結構故障，占故障結構的約 90%。測試結果表明，屈服強度大于高強度鋼板的應力集中靈敏度提高，大大降低了屈服強度的有效性。由于高強度鋼對應力集中的敏感性高于低強度鋼，所以高強度鋼焊接結構的綜合性能比低處理鋼的情況低。近年來，開發二次精煉、真空脫氣、壓力淬火等技術，特別是在冶煉和壓延熱處理中，為開發計算機自動控制技術的廣泛應用焊接結構提供了重要的技術保證。另一方面，高效焊接方法，焊接工序，焊接接頭部的性能（特別是沖擊韌性）有很高的要求。在選擇焊接材料時，歐美、美國等國最初使用的焊接材料強度比母材低。但是，焊接焊縫的根，t 接頭和圓周對焊和縱向焊接的框架連接中發現了焊接裂紋。通過調整鋼的組成，很難完全解決焊接裂紋問題。焊接材料和焊接工藝的正確選擇可以解決這個問題。對于使用具有低強度、高塑性、韌性的焊接材料來減少和防止焊接裂紋是有效的。

2、低合金高強鋼組織性能研究

低合金高強度鋼的焊接金屬的最終微觀結構是復雜的。焊接金屬的化學組成對微觀結構轉變有重要影響。合金元素的適當含量有助于改善微觀結構和組成并改善焊接金屬的機械性能。熔體池的熔融溫度和奧氏體化條件在奧氏體粒度中起決定性作用，并且在 800℃ ~1300℃下的奧氏體化過程對共沉淀鐵氧體有很大的影響。小的冷卻速度促擴散相轉變，增加了晶界鐵氧體網狀尺寸和針狀鐵氧體的比例。不同的焊接熱循環也可能引起焊接金屬不同的微觀結構。由于低合金鋼和高強度鋼的原因，碳和合金元素的含量相對較低，焊接金屬中的鐵氧體的比例較大。

拉伸強度 500mpa 至 1000mpa 的低合金高強度鋼焊接金屬組織的電子衍射分析表明，在低合金高強度鋼的焊接金屬中存在m-a 結構。當合金元素含量少時，M-A 結構是粒狀的，而當合金元素含量多時是玻璃形狀的。當 m-a 結構不連續存在時，對焊接金屬的韌性幾乎沒有影響，但是當連續存在時，焊接金屬的沖擊韌性明顯下降。在選擇焊接材料和制定焊接工藝參數時，應考慮微觀結構對焊接金屬強度和韌性的影響。

近年來，低合金高強度鋼焊接韌性研究的突破是針狀鐵氧體（af）提高了原始焊接部分的低溫沖擊韌性。當針狀鐵氧體在焊接部分的比例較高時，低溫韌性明顯提高。為了控制微結構和提高韌性，研究焊接部針狀鐵氧體的成核機制是重要的。許多精細交叉針狀鐵氧體的成核核表明是顆粒內的非金屬夾雜物。然而，沒有關于針狀鐵氧體的成核機制的共識。既有人建議 TiN 促進 AF 成核，也有人建議 A0 鐵氧體的晶格錯位度最小，成核的表面能最小，因此 Ti0 比 TiN 有效。利克斯大夾雜物認為減少成核的能壘并促進 AF 成核。但是，拉伸強度。研究了控制 800MPaHSLA 鋼焊接部針狀鐵氧體量的方法。

針狀鐵氧體和塊狀鐵氧體的破壞特性不同。當裂紋通過針狀鐵氧體時，裂紋前面的應力集中由于變形而減弱，裂紋以波狀傳播，形成破裂的波紋擊穿和高沖擊韌性。當鐵氧體是大質量時，在相邊界處容易產生裂紋，并且通過開閉破壞鐵氧體。破壞單位的大小與相應的微觀結構中的塊狀鐵氧體相同，其沖擊韌性低于針狀鐵氧體。

3、 低合金高強鋼焊接工藝

低合金淬火高強度鋼的一般焊接方法包括手動電弧焊接、CO₂氣體屏蔽焊接和混合氣體屏蔽焊接。決定焊接方法時，必須考慮強度等級，服務性能，建設困難性，母材的經濟性。從實際生產中，采用了高效、高品質、良好的工作條件和簡便的運行方法。一般來說，手動電弧焊接、亞焊弧焊接及CO₂ 焊接可用于低合金淬鋼，降伏強度小于 680MPa。CO₂ 氣屏蔽焊接具有低合金淬火高強度鋼焊接中廣泛使用的高效、低成本、均勻均勻的焊接形成、良好的焊接質量和低勞動強度的優點。在薄肉、中板、高強度焊接部，由于熱影響部和深度方向的沉淀，熱影響部狹窄變形少，焊接、熱影響部破裂或其他缺陷不容易。

熱影響區冷卻時間（t8/5“t8/3”）由于上部貝奈特（bu）和m-a成分有時以低冷卻速度出現在 haz 粗糙的粒區域，所以不會太長。冷卻時間太短的話，硬化的構造多，導致冷間破裂。為了限制過大的焊接線能量，在低碳淬火及高強度鋼焊接中不使用大口徑電極或焊接線。多層和多路徑焊接工藝不僅需要進一步地采用 HAZ 和焊接金屬，而且應盡可能地采用以降低焊接變形。關于雙層焊接的焊接，焊接根由碳電弧空氣的研磨清洗，表面在焊接前用磨削空氣研磨。

為了防止冷裂，低合金鋼的焊接大多使用預熱和后熱處理。然而，為了避免形成 HAZ 的 m-a 分量和粗糙的貝奈特結構，需要減緩 HAZ 的冷卻速度，導致 HAZ 強度和韌性的降低。

HQ70，HQ80，HQ100 鋼的焊接一般需要低溫預熱。在高預熱下的低碳淬火鋼，提高了 HAZ 軟化和脆化傾向，降低 HAZ 韌性，軟化和強化 HAZ，焊接過程復雜。

低碳淬鋼結構的焊接部一般來說，焊接接頭部的強度和韌性過低時，只要焊接結構不受到應力和應力腐蝕，為了確保焊接后的構造尺寸，需要高精度加工。后處理熱處理溫度必須低于母材的退火溫度。

鋼的強度特性是高強度鋼的主要機械性質指標，屈服強度（as）是確定工程設計中容許應力的主要基礎，拉伸強度（6b）是強度后備力的重要指標。屈服強度與屈服強度之比被稱為屈服比（6}ab），是材料選擇的重要參數，并且在不同應用中具有不同要求。低屈服比有助于加工和成型，具有高結構可靠性，高屈服比極大地發展了鋼的強度電位，具有承受不穩定損傷的能力。

建筑機械鋼需要高屈服比，高拉伸強度，韌性，硬度，高耐磨性鋼。除了強度性能之外，在高強度鋼的動態負載，重負載和低溫條件下要求高韌性。

焊接材料的選定應由母材的強度，化學組成，結構和性能來決定。首先，必須確保焊接金屬的塑性和耐裂紋性。關于焊接金屬的強度，在這一點上過去也有過理解。焊接金屬的強度越高越好。實際上，焊接金屬的強度越高，越容易產生裂紋，其韌性尤其相對于結構剛度大的焊接部尤其低。如果允許性能要求，則使用具有較低強度（所謂“低強度匹配”）的焊接材料有利于增強焊接金屬的可塑性和韌性，減少硬化和冷裂的傾向。結果，焊接接頭的強度不一定低于母材的強度。關于焊接金屬，強度越高韌性越低，比低矮金屬低。對于具有 800MPa 以上拉伸強度的高強度鋼，焊接金屬和母材的強度必須相等，焊接部的韌性預備力不夠。此時，通過稍微犧牲焊接強度，可以提高韌性預備力，有利于焊接接頭的性能和安全性。

4、 結語

綜上所述，在低合金高強度鋼的連續開發中，滿足了焊接結構在高強度，高溫電阻，低溫電阻，耐腐蝕方面的要求，廣泛應用于橋梁，鍋爐，壓力容器，汽車，船舶，石油管道等領域。低合金高強度鋼主要調整鋼中碳和合金元素的質量分數，并與適當的熱處理一致。當然，碳和合金元素的增加會對鋼的焊接性產生不利影響。在低合金高強度鋼中，隨著強度等級和碳合金元素的質量比增加，接頭脆化，軟化，裂紋傾向增加。這些焊接性問題的出現不僅降低了焊接結構安全駕駛的可靠性，也給國家的財產和人民的生活帶來了巨大的損失。為了連續改善低合金鋼的焊接性，國內自 1980 年代以來，開始開發和生產具有良好焊接性的超合金鋼和新一代的超微粒鋼，對鋼的焊接性產生了很大的變化。隨著產業的持續發展，鋼焊接接頭的要求性能有高軸承強度、良好的塑性、韌性、耐疲勞性、耐龜裂性等高性能，鋼的開發趨勢也在逐漸變化。

參考文獻

[1]談杰 , 王立忠 , 梁晉 , 等 . 低合金高強鋼薄板的三維全場焊接變形研究 [J]. 中國測試 ,2019,45(002):30-35.

[2]黃石 , 胡春兵 , 黎錦森 . 烏東德 800MP 級低合金高強度蝸殼鋼板焊接工藝 [J].人民長江 ,2018(S1).

[3]葉美英 , 皇甫雙娥 . 低合金高強鋼結構的焊接工藝與組織性能研究 [J]. 熱加工工藝 ,2018,047(011):220-224.