碳素结构钢与低合金高强钢焊接工艺分析

碳素结构钢与低合金高强钢焊接工艺分析

摘要：本文主要通过对碳素结构钢与低合金高强钢的焊接性能进行分析,选用适宜的焊接方法、焊接材料,采取相应的质量控制措施,制定了适宜的焊接工艺,确保产品焊接接头性能符合产品技术条件要求,为企业创造更大效益。

关键词：碳素结构钢；低合金高强钢；焊接工艺

Abstract: This paper mainly through the carbon steel and low alloy high strength steel welding performance analysis, the choice of suitable welding method, welding materials, take appropriate quality control measures, the development of a suitable welding process, to ensure that products meet the performance of welded joints product technical conditions for enterprises to create greater efficiency.

Keywords: carbon structural steel; low alloy high strength steel; welding process

碳素结构钢与低合金高强钢焊接属于异种金属材料焊接，采用异种钢的焊接结构，不但经济合理而且便于根据材料来分析焊接工艺，而且能提高构件的使用性能。异种金属制成的焊接结构在现代机械、化工、电力、石油及矿山邓领域的应用日益广泛。

碳素结构钢产量大、成本低、杂志较多，且具有一定的力学性能，一般在热轧钢板、钢带、型钢、棒钢、可供焊接、以及栓接构件之用。广泛应用于桥梁、船舶、建筑工程中制作各种静负荷的金属结构件、不需要热处理的一般机械零件盒普通焊接件，是一种用途广泛的工程用钢。

低合金高强钢结构钢是含少量合金元素（一般含合金（质量分数）小于3%）的普通合金钢，它强度高，加工和焊接性能好，具有较好耐磨、耐腐蚀、耐低温性能，生产成本和碳素钢接近。低合金高强钢含碳量低（质量分数）（一般在0.1%-0.25%范围内）。随着钢中合金元素含量的增加，钢的淬硬性增大，焊接性变差。加入的主要合金元素是猛、硅、钒、钛、铌等。锰硅能对钛素体起固溶强化作用，提高强度；钒、钛和铌细化晶粒，提高钢的韧性；加入适量铜、磷可以提高耐蚀能力；加入适量稀土有利于脱氧、脱硫和净化钢中其他杂质和改善钢的性能。低合金高强度结构钢广泛用于船舶、车辆、桥梁、高压容器、钢结构件等。

二、焊接工艺

碳素结构钢与低合金高强钢焊接时焊接工艺（包括焊前准备、焊接材料的选择、预热和层间温度、焊后热处理）应由焊接性相对较差的一侧来确定。

焊接前准备

1.坡口加工。300~400Mpa级别的低合金高强钢，如Q345.通常状态下坡口均是机械加工的坡口。这一级别的低合金钢气割性能与碳素结构钢的一样良好。在气割边缘宽1mm范围内虽有淬硬现象，但由于淬硬区很窄小，焊接过程中可以将淬硬区熔入焊缝金属的熔池中，气割后的边缘不需要进行机械加工就可以直接施焊。

2.组对。焊接装配时不可强制组装。对角变形和错边量要严格控制，避免未焊透和应力集中而引起的裂纹。为了防止装配点固焊点开裂，点固焊的焊缝应长些、厚些。一般点固焊缝的长度为20-100mm。点固焊和正式焊之间的间隔时间不宜过长。

（二）焊接工艺

1.焊接材料的选择。碳素结构钢与低合金高强钢焊接属于异种金属材料焊接，焊接时应遵循异种金属接头分类方法：1异种有色金属接头。2有色金属与黑色金属焊接。3异种黑色金属焊接。异种黑色金属焊接包括铁与钢焊接和异种钢焊接，其中异种钢焊接又包括：金相组织类型相同但化学成分不同的钢。不同金相组织类型的钢（黑与白）。对于组织比较接近的异种钢接头，焊接材料的选择原则是：要求焊缝金属化学性能、耐热性能等其他性能不低于母材中性能要求较低一侧的指标。

2.预热和层间温度。碳素结构钢与低合金高强钢这两种异种钢焊接时，预热温度以及层间温度按照碳当量较高的一侧来要求确定预热温度。当Q345钢的厚度分别超过25mm时，它们相互之间进行焊接或者碳素结构钢焊接时，对这些钢均要进行预热。可以单独对这些钢预热，也可以与碳素结构钢装配点固焊后预热。付热温度不低于100OC。预热的范围，在待焊处100mm左右（两侧）保持一个匀热区。预热的目的是使焊接接头避免或减少出现淬硬的马氏体组织，又能促进氢的扩散逸出，减少热影响区中氢含量，从而防止冷裂纹的产出。预热还能使能焊缝金属缓慢地冷却，有利于消除夹渣、气孔和白点等缺陷，同时还能减少焊接残余应力。对于预热温度常用查表或公式法确定。采用公式法确定预热温度，既本文开头所述碳当量来估算焊前的预热温度。根据化学成分计算碳当量的公式如下：CEV=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15%

式中的化学元素符号表示该元素在钢中的含量（质量分数）。

3.焊后热处理。焊后热处理一般按照合金含量较高测母材来确定，两者热处理温度范围不同，应根据热处理温度高的材料温度下限和热处理温度低的材料温度上限来确定。如果热处理温度范围高的下限高于热处理温度低的上限，且温度相差太大，应考虑堆焊过渡层或增加介于两者之间的材料。

三、碳素结构钢与低合金高强钢焊接举例

碳素结构钢与低合金高强钢焊接时的焊接工艺将以Q235与Q345为代表钢种具体说明。这两种异种材料焊接可以采用的焊接方法很多，如焊条电孤焊、

CO2

气体保护焊、埋孤焊等。下面以CO2 气体保护焊、平板对接为例说明其焊接工艺。

根据等强原则。由于Q235与Q345的焊接性较好，所以焊前不需要预热，焊接后也不需要热处理。当钢板厚度较大（t>20mm）、低温下焊接、结构钢性较大、有裂纹倾向时，焊接前应预热，预热温度在100-150OC。具体焊接工艺参数可以根据下面表1.

表1 Q235与Q345 CO2气体保护焊工艺参数

综合上述，通过对碳素结构钢与低合金高强钢焊接性能的分析，制定合理的焊接工艺。施焊过程中严格遵守焊接操作规程，可以得到优良的焊接接头，有效控制裂纹、气孔等缺陷的产生，保证焊接质量。通过对上述钢种的焊接工艺性分析，对焊接同类的异种钢有一定的借鉴意义，在实际生产中对企业也具有十分重要的指导意义。