厚板焊接

厚板焊接研究

摘要：厚板是指厚度40.0-100.0mm的钢板，厚度的5-40mm称为中厚板，厚度超过100.0mm的为特厚板广泛用来制造各种容器、炉壳、炉板、桥梁及汽车静钢钢板、低合金钢钢板、桥梁用钢板、造般钢板、锅炉钢板、压力容器钢板、花纹钢板、汽车大梁钢板、拖拉机某些零件及焊接构件，本文论述了厚板的焊接工艺，从材料准备、预热、焊接过程的控制等，详细的分析厚板焊接过程所引起的一系列问题及造成质量差的原因，提出了相应的防止措施。

关键词：厚板焊接、预热、焊接过程、措施

1、厚板焊接工艺

由于材料为低合金结构钢，含有少量的合金元素，淬硬倾向大，焊接性差，焊缝中极易出现裂纹，因此厚板焊接是本工程的一大难题，为防止焊接缺陷的产生，除遵循上述“焊接通则”要求外，特制定如下工艺措施：

(1)焊接材料

①选择强度、塑性、韧性相同的焊接材料，并且焊前要进行工艺评定试验，合格后方可正式焊接，焊接材料选择低氢型焊接材料。

②CO2气体保护焊：选用药芯焊丝E71T-1或ER50-6。

CO2气体：CO2含量(V/V)不得低于99.9%，水蒸气与乙醇总含量(m/m)不得高于

0.005%，并不得检出液态水。

③手工电弧焊时：选用焊条为E50型，焊接材料烘干温度如下所示：

(2)焊前预热

①为减少内应力，防止裂纹，改善焊缝性能，母材焊接前必须预热。

②预热最低温度：

③T型接头应比对接接头的预热温度高25-50℃。

④操作地点环境温度低于常温时(高于0℃)应提高预热温度为15-25℃。

⑤预热方法

采用电加热和火焰加热两种方式，火焰加热仅用于个别部位且电加热不宜施工之处，并应注意均匀加热。电加热预热温度由热电仪自动控制，火焰加热用测温笔在离焊缝中心75mm的地方测温，测温点应选取加热区的背面。

(3)工艺参数选择

为提高过热区的塑性、韧性，采取小线能量进行焊接。根据焊接工艺评定结果，选用科学合理的焊接工艺参数。

(4)焊接过程采取的措施

①由于后层对前层有消氢作用，并能改善前层焊缝和热影响区的组织，采用多层多道焊，每一焊道完工后应将焊渣清除干净并仔细检查和清除缺陷后再进行下一层的焊接。

②每层焊缝始终端应相互错开50mm左右。

③层间温度必须保持与预热温度一致。

④每道焊缝一次施焊中途不可中断。

⑤焊接过程中采用边振边焊技术或锤击消除焊接应力。

在边焊边振过程中，可以延迟焊缝组织结晶，使焊缝中的H等有害杂质有更充足的时间逸出，从而降低焊缝金属含氢量及杂质偏析，减少裂纹及层状撕裂趋向；可使焊缝晶粒更加细化，提高焊接接头塑性和韧性，从而大大提高焊接接头的机械性能；焊缝金

属在振动状态下结晶，可降低焊接应力，提高焊缝抗层状撕裂及抗疲劳能力。

⑥焊接过程要注意每道焊缝的宽深比大于1.1。

(5)采取合理的焊接顺序及坡口形式可降低焊缝内应力：

厚板接料尽量采取对称的X型坡口，并且对称焊接。

(6)后热：

后热不仅有利于氢的逸出，可在一定程度上降低残余应力，适当改善焊缝的组织，降低淬硬性，因此焊后立即将焊缝加热至200-250℃，并且保温时间不得小于1小时。

(7)外观质量控制：

焊缝加强高及过渡角的圆滑过渡可适当提高接头的疲劳强度，因此：

①对焊缝内部质量在焊后24小时按规定进行无损检测。

②对焊缝的外表面要进行磁粉探伤。

对焊缝外观进行打磨处理，不得出现加强高过高、焊缝咬边等缺陷。

(8)厚板焊接防止层状撕裂的措施

板厚方向承受焊接拉应力的板材端头伸出接头焊缝区；

工艺措施：

采用气体保护焊施焊，并匹配药芯焊丝。

消氢处理：

消氢处理的加热温度应为200-250℃，保温时间应依据工件板厚按每25mm板厚不小于0.5h、且总保温时间不得小于1h确定。达到保温时间后应缓冷至常温。

消氢处理的加热和保温方法按上述方法中规定执行。

采用边振动边焊接工艺：

在边焊边振过程中，可以延迟焊缝组织结晶，使焊缝中的H等有害杂质有更充足的时间逸出，从而降低焊缝金属焊量及杂质偏析，减少裂纹及层状撕裂趋向；可使焊缝晶粒更加细化，提高焊接接头塑性和韧性，从而大大提高焊接接头的机械性能；焊缝金属在振动状态下结晶，可降低焊接应力，提高焊缝抗层状撕裂及抗疲劳能力。

2、厚板焊接t8/5值及焊接规范控制

(1)厚板焊接存在的一个重要问题是焊接过程中，焊缝热影响区由于冷却速度较快，在结晶过程中最容易形成粗晶粒马氏体组织，从而使焊接时钢材变脆，产生冷裂纹的倾向增大。因此在厚板焊接过程中，一定要严格控制t8/5。即控制焊缝热影响区尤其是焊缝熔合线处，从800℃冷却到500℃的时间，即t8/5值。

(2)t8/5过于短暂时，焊缝熔合线处硬度过高，易出现淬硬裂纹；t8/5过长，则熔合线处的临界转变温度会升高，降低冲击韧性值，对低合金钢，材质的组织发生变化。出现这两种情况，皆直接影向焊接结头的质量。

(3)对于手工电弧焊，焊接速度的控制：在工艺上规定不同直径的焊条所焊接的长度，规定焊工按此执行，从而确保焊接速度，其它控制采用电焊机控制，从而达到控制焊接线能量的输入，达到控制厚板焊接质量之目的。

3 、厚板加热方法

厚板焊接预热，是工艺上必须采取的工艺措施，对于本工程钢结构焊接施工采用电加热板预加热的方法。加热时应力求均匀，预热范围为坡口两侧至少2t，且不小于100mm 宽，测温点应在离电弧经过前的焊接点各方向不小于75mm处；预热温度宜在焊件反面测量。

经研究表明产生氢致裂纹要以下四项基本先决条件：

(1)敏感的微观组织（硬度是敏感度的一个粗略的指标）

(2)适当的扩散氢含量

(3)合适的拘束度

(4)适宜的温度

其中一项或几项是处于支配地位的，但这四项条件都必须具备才会产生氢致裂纹。防止氢致裂纹的实用方法就是预热，就是设法控制这些因素中的一项或几项。

一般来说有两种不同的方法来预估预热温度。根据大量的裂纹试验，提出一种基于热影响区临界值，就可消除氢致裂纹的危险。被认可的临界硬度可能是氢含量的函数。另一种预估预热温度的方法是基于控制氢。为弄清低温时的冷却速度即300℃~100℃之间的冷却速度的作用，已经通过高约束度下坡口焊缝试验确立了临界冷却速度，化学成份以及氢含量之间的关系。

通过上述的理论分析，经实践试验证明对于板厚不小于36mm的钢板预热温度达到120℃即可，对于t=60-70mm的钢板预热温度需达到150℃。

4 、层间温度控制

(1)厚板为防止出现裂纹采取加热预热后，在焊接过程中应注意的一个重要问题，