厚板焊接、低温焊接工艺

6.12.2主要现场焊接工艺

6.12.2.1厚板焊接工艺

厚板多层焊时应连续施焊，每一焊道焊接完成后应及时清理焊渣及表面飞溅物，发现影响焊接质最的缺陷时，应清除后方可再焊。在连续焊接过程中应控制焊接区母材温度，使层间温度的上、下限符合工艺文件要求。遇有中断施焊的情况，应采取适当的后热、保温措施，再次焊接时重新预热温度应高于初始预热温度；

坡口底层焊道采用焊条手工电弧焊时宜使用不大于Φ4mm的焊条施焊，底层根部焊道的最小尺寸应适宜，但最大厚度不应超过6mm；

(1)焊接应力、应变的控制

1)应力控制方法

焊接应力和应变是能量存在同一焊件的不同形式，服从于能量守恒定律，它们相辅相成并可互相转换，减少一方必须增大另一方。

任何形式消除焊接应力的方法，都是以牺牲材料的综合性能指标特别是塑性、韧性储备为代价，因此焊接应力是从设计开始的焊接全过程控制的预防措施，这是目前控制焊接应力的最好方法。

a.深化设计时尽量减少焊缝数量,避免多条焊缝的交叉。

b.尽量减小坡口角度,减小焊缝截面积。

c.采用合理的焊接顺序。

d.采用合理的预热和后热规范。

2）钢材碳当量计算

作为估算钢材焊接性的重要指标之一，Q420和Q345B的碳当量CE（％）根据国际焊接学会(IIW) 推荐的适应于中高强度的非调质低合金高强度钢公式，计算如下(化学成分均取平均值)：

Q420：CE (%)=C+Mn/6+Cr/5+Mo/5+V/5+Cu/15+Ni/15（%）≈0.430（%）

Q345：CE (%)=C+Mn/6+Cr/5+Mo/5+V/5+Cu/15+Ni/15（%）≈0.345（%）

钢材中各种化学成分的控制如下所示：

牌号

质量

等级

化学等级（％）

C≤MN SI≤P≤S≤V NB TI AL≥CR≤NI≤

Q420 C 0.20 ≤1.60 0.55 0.035 0.035 0.02~

0.20

0.015~

0.06

0.02~

0.20

0.015 0.40 0.70

Q345 B 0.2 1.0~1.6 0.55 0.040 0.040 0.02~

0.15

0.015~

0.060

0.02~

0.20

——

碳当量Ceq<0.4%时，淬硬倾向不大，焊接性良好，当碳当量Ceq=0.4~0.6，钢材易淬硬，说明焊接性已变差，焊接时需预热，随着板厚的增大，预热温度也适当的提高。Q345碳当量为0.345，Q420碳当量也约为0.430左右，大于0.4,所以淬硬倾向大，抗裂性能差，焊接性也较差。故焊接时应采取预热、控制线能量、后热缓冷或消除扩散氢等工艺措施。

（2）焊接预热及后热

除电渣焊、气电立焊外，Ⅱ类钢材匹配相应强度级别的低氢型焊接材料并采用中等热输入进行焊接时，板厚与最低预热温度要求以符合下表规定：

常用结构钢材最低预热温度要求

钢材牌号

接头最厚部件的板厚t（mm）

t＜25 25≤t≤40 40＜t≤60 60＜t≤80 t＞80

Q345 ——60 0C 80 0C 100 0C 140 0C Q420 60 0C 80 0C 100 0C 140 0C 1800C

注：本表适用条件：

1 接头形式为坡口对接，根部焊道，一般拘束度；

2 热输入约为15~25kj/cm；

3 采用低轻型焊条，熔敷金属扩散氢含量（甘油法）：

E5015、E5016、E5515、E5516不大于6ml/100g；

E6015、E6016不大于4ml/100g；

4 一般拘束度，指一般角焊缝和坡口焊缝的接头未施加限制收缩变形的刚

性固定，也未处于结构最终封闭安装或局部返修焊接条件下而具有一定

自由度；

5 环境温度为常温；

6 焊接接头板厚不同时，应按厚板确定预热温度；焊接接头材质不同时，

按高强度、高碳当量的钢材确定预热温度；

a.焊前预热及层间温度的保持宜采用电加热器、火焰加热器等加热，并采用专用的测温仪器测量；

b.预热的加热区域应在焊接坡口两侧，宽度应各为焊件施焊处厚度的 1.5倍以上，且不小于100mm；预热温度宜在焊件反面测量，测温点应在离电弧经过前的焊接点各方向不小于75mm处；当用火焰加热器预热时正面测温应在加热停止后进行。

c.后热消氢处理的加热温度应为200~250度，保温时间应依据工件板厚每25mm板厚不小于0.5h、且总保温时间不小于1h确定。达到保温时间后应缓冷至常温；

焊接焊后保温措施实例

本工程厚板焊接采用远红外电加热技术，对δ≥40mm的焊缝和重要焊接节点全部采用电加热，由此保证了焊缝的预热（后热）温度的均匀和准确性，对防止焊接裂纹的产生和控制应力应变起到积极的作用，特别在冬季施工中电加热起到了不可替代的作用。

现场远红外电加热照片1 现场远红外电加热照片2 （3）焊接裂纹控制

在焊接厚板钢结构时，传热速度比薄板快，因此提高了焊缝金属的结晶速度，

即提高了焊缝结晶期间的应变增长率，增大了热裂倾向；在另一方面，由于冷却

速度的提高，结构钢焊接接头必然更易于硬化，与薄板焊接相比较，厚板焊接的

冷裂倾向必然增大。因此，为了防止产生焊接裂纹，首先要控制冷却速度；其次

要选用正确的母材和焊接材料。

在工艺上控制接头的冷却速度，主要从焊前预热、焊接线能量及焊接顺序三

个方面进行。

（4）层状撕裂启裂源分类及其防止措施

厚板焊接时，由于Z向（板厚方向）受力，沿板厚轧制层产生台阶式开裂称

之为“层状撕裂”。本工程以厚板为主，故防止层状撕裂也是本工程的一大重点。

层状撕裂产生原因及预控措施：

启裂分类成因措施

第Ⅰ类

以焊根裂纹,焊趾裂纹为启裂源,沿HAE 发展的层状撕裂。1.影响冷裂的因素:Pcm、

HD、RF；

2.伸长的MnS夹杂物；

3.角变形引起的应变集中。

1.同防止冷裂纹的措施；

2.降低钢中的S的含量,

选用Z向钢；

3.改变接头及坡口形式,

防止角变形及应力集中。

第Ⅱ类

以轧制夹层为启裂源,沿HAZ发展的层状撕裂。1.伸长的MnS夹杂物及硅酸

盐夹杂物；

2.拘束度加大应变时效。

1. 降低钢中的夹杂物（如

增加稀土）,选用Z向钢；

2. 减少拘束度；

3. 采用低氢焊材；

4. 改进接头和坡口形式；

5. 堆焊隔离层。

第Ⅲ类

以轧制夹层为裂源,沿远离HAZ的母材中心发展的层状撕裂。1.轧制的长条MnS夹杂物及

硅酸盐夹杂物；

2.拘束度增加；

3.应变时效。

1.选用Z向钢；

2.减小拘束度；

3.改进接头或坡口形式；

4.堆焊隔离层；