焊接线能量

一、低温钢焊接的特殊要求

（一）典型钢种及成分

低温钢是指用于低温(-10℃～196℃)的钢(我国从-40℃算起)。它主要应用于贮存和运输各类液化气体，如用于建造液化气体运输船的液货舱及靠近液货舱的船体结构。因此这类钢的性能必须首先满足具有足够的低温韧性。低温用钢可分为无镍和含镍两大类。无镍低温用钢中包括低碳镇静钢和低合金高强钢。前者用铝脱氧时形成AlN，细化晶粒、提高缺口韧性。后者在低碳铝镇静钢的基础上加入了锰等元素提高强度并利用微量铝、钛、铌等细化晶粒提高低温韧性。含镍低温钢在低碳钢中加入一些镍，提高强度，改善低温韧性。在Ni％小于10％的范围内，镍含量越高，低温韧性越好，强度越高。

（一）低温钢焊接的主要问题

低碳镇静钢和低合金高强钢实际上就是C-Mn钢和低碳调质钢。从使用性能考虑，焊接时主要要注意两个问题：一是线能量过大时造成的过热区脆化；二是含有钒、钛、铌、铜、氮等元素的钢种焊后消除应力热处理时，如果加热温度处于回火脆性敏感温度范围，会析出脆性相，出现回火脆性。

含镍低温钢中的镍是增加淬透性的元素，但是由于这些钢中含碳量限制得很低，冷裂倾向并不严重。镍除了增加钢的淬透性以外还是促热裂的元素，但由于含镍低温钢中含碳量低，

硫、磷杂质控制的极其严格，焊接时热影响区基本上不会产生液化裂纹。焊接时应注意钢的脆性倾向、含镍低温钢具有回火脆性倾向，焊后回火时要注意温度和冷速的控制

（二）低温钢的焊接工艺特点

1. 严格控制线能量

为避免焊缝金属及近缝区形成粗晶组织而降低低温韧性，要求采用小的焊接线能量。焊接电流不宜过大，宜用快速多道焊以减轻焊道过热，并通过多层焊的重热作用细化晶粒。多道焊时要控制层间温度不得过大。

2. 正确选择焊接材料

1）铝镇静钢焊接铝镇静钢时可选择成分与母材相同的低碳钢和C-Mn钢类焊条或含镍0.5％～1．5％的低镍焊条，后者低温韧性更为可靠。

2）低温用低合金钢焊接低温用低合金钢时，除要保证焊缝的低温韧性外还要保证焊缝与母材等强。焊接材料中除了含有镍1％～3％外，还含有钼0.2％～0.5％，有时还含有少量铬。

3）低镍钢焊接低镍钢时所用焊条的含镍量应与母材相同或高于母材，但Ni％不应过高。焊态下焊缝中含镍量超过2.5％就会出现粗大的板条状贝氏体或马氏体，使焊缝韧性下降。焊后不再进行调质处理的低镍钢，焊缝金属含镍量应低于2.5％。只有经过焊后调质处理，焊缝韧性才随含Ni量增加而增加。焊缝除了尽量降低碳及硫、磷、氧的含量外还应对硅、

锰的含量加以控制。可以来用手工焊、熔化极气体保护焊及埋弧焊进行焊接。

4）9Ni钢含镍高的9Ni钢具有非常优良的低温韧性。但9Ni钢如果采用成分相近的焊接材料，所获得的焊缝低温韧性明显低于母材。为保证焊缝具有与母材相适应的低温韧性，在生产中都采用了奥氏体焊接材料，按含镍量可以分为三类：含镍在60％以上的Ni-Cr-M。系合金、镍约40％的Fe-Ni-Cr系合金、含13Ni-16Cr-Mn-W的奥氏体不锈钢。当采用奥氏体材料焊接时，9Ni钢焊缝中的热裂纹是一个普遍问题。这是因为9Ni钢的线膨胀系数较大，焊接时会产生较大的收缩应力，加上镍与铁会形成低熔共晶，因而焊缝中镍含量越高热裂纹倾向越大。裂纹往往出现在焊缝的起弧和收弧处，特别是多层焊时在根部和前几道焊缝中由于拘束应力较大，弧坑裂纹很难避免。因此焊接时要注意填满弧坑，尽量避免弧坑裂纹的发生。如果无法消除弧坑裂纹，可采用砂轮打磨的方法加以去除。

焊接线能量的确定主要取决于过热区的脆化和冷裂两个因素。因为各类钢的脆化倾向和冷裂倾向不同，所以对线能量的要求也不同。

当焊接含C量很低的一些热轧钢，如09Mn2、09Mn2Si及含C量偏于下限的16Mn时，对线能量没有严格要求。因为这类钢的过热敏感性和淬硬倾向都不大，所以焊接线能量大些或小些都可以。但从提高过热区塑性及韧性出发，线能量偏小些较为有利。

当焊接含C量偏高的16Mn钢时，由于淬硬倾向大，所以在这种清况下线能量应偏大些。对于强度级别较高的正火钢〔如15MnTi、15MnVN〕来说，为了避免由于沉淀相的溶入以及晶粒的过热所引起的脆化，线能量应选得偏小些。

对于强度级别更高、含碳量和合金元素量含较高的正火钢(如18MnMoNb)来说，淬硬倾向增加，容易产生延迟裂纹，所以焊接时应选大一些的线能量，或选较小些的线能量，而配合适当的预热，既能避免裂纹，又能防止晶粒的过热。

预热

焊接时进行预热的目的是防止裂纹和适当地改善焊接接头性能。预热温度的确定较复杂，它与以下多种因素有关：

1）材料的成分(决定材料的淬硬倾向)，CE<0.4%基本上没有淬硬倾向，不必预热

2）冷却速度(取决于环境温度、板厚、焊接线能量、焊接方法等)，

3）结构的拘束度，拘束度增加，预热温度要求提高

4）含氢量(取决于焊接材料的烘干等)，含氢量增加，预热温度要求提高

5）焊后热处理。焊后不热处理，预热温度应偏高，对减少内应力和改善性能有利

焊后热处理

热扎正火钢一般焊后不需要热处理

但对于抗应力腐蚀的焊接结构、低温下使用的焊接结构及厚壁高压容器，焊后需要消除应力的高温回火。原则：

不要超过母材原来的回火温度，以免影响母材本身的性能

回火避开脆性温度区间

例如含V（V、Mo）低合金钢，回火时避开600℃以免V的二次碳化物析出脆化

15MnVN T0=550℃（消除应力退火）