结构钢焊接过程工作温度控制研究

结构钢焊接过程工作温度控制研究

摘要结构钢焊接过程中针对不同种类材料、组合钢板的厚度和焊接类型，选用正确的焊前预热温度、焊接过程中的温度、焊后温度。以减少焊接裂纹、降低焊接应力及焊接结构拘束度、保证焊缝熔深和质量[1]。

关键词结构钢；焊接；工作温度

1 结构钢焊接过程中工作温度的控制：

1.1 工作温度的确定

（1）从材质证明中找出材质的碳当量（CE）。

CE=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Cu+Ni）/15

材质Q235：CE≤0.39

材质Q345：当t≤40时，CE≤0.45；当t>40时，CE≤0.47 t：板厚（mm）

（2）计算组合钢板的厚度（ty）见图1。

（3）根据钢板厚度和碳当量对工作温度的确定见图2。

图2所示温度的运用是假定用低氢基本焊条来进行焊接，焊条是按照说明进行存储和操作。暴露在应力腐蚀条件下的钢结构的焊接要求工作温度从50℃升高到100℃。通过将工作温度升高，可以将热影响区域的最高硬度保持适中。进行多焊道焊接时，焊道之间的温度必须保持至少与本文中确定的工作温度相同，但是，要低于300℃。

例如：

对既包含对接焊缝也包含角焊缝的结构进行焊接。钢板厚度为t=30mm，碳含量CE=0.45。对接焊缝：组合钢板厚度ty=60mm，工作温度≥65℃

角焊缝：组合钢板厚度ty=90mm，工作温度≥120℃

进行对接焊接时，在焊接前将坡口周围加热到超过65℃便足够了。焊接过程中，如果使用正确的焊接规程，工作温度通常保持足够高，因此不要求额外加热，然而，在对接焊缝进行焊接时，要求在整个焊接工作过程中进行额外加热[2]。

1.2 工作温度对焊缝的影响

焊缝冷裂纹可能产生在焊缝两侧的热影响区，由于热影响区在高应力作用下，引起晶粒内部的破裂。最有效的方法是减少氢含量、预热，控制热输入及利用焊后热处理。可以查出预热温度、热输入范围、焊后热处理的温度和时间来防止冷裂纹的发生。根据实际情况，焊前对工件预热，焊接时选用合适的焊接温度，在焊接终了和焊接中途停顿时，应慢慢撤离焊接火焰，使熔池缓慢冷却。

焊前预热和后热是为了降低焊缝的冷却速度，防止接头生成淬硬组织，产生冷裂纹。后热不属于热处理，也是一种缓冷措施，有的单纯是为了缓冷，有的是针对消氢处理的，一定的后热温度，能使焊缝中氢扩散出来，不至于集聚导致裂纹。后热保温时间要根据工件厚度来确定，一般不会低于0.5小时。

焊前预热针对的碳钢和低合金钢的焊接工艺。因为它们在不同的温度区间会有相变产生。而奥氏体不锈钢就不用预热，也不用焊后热处理，因为它没有相变。相变就是高温时是一种晶体结构，低温时又是另一种。而不同的晶体结构有不同的组织性能。预热主要就是缓解冷却速度。碳钢低合金钢焊接产生延迟裂纹的三要素：扩散氢，淬硬组织和拘束度。那么我们控制冷裂纹就是从这三方面入手[3]。

（1）扩散氢：打磨清理表面杂物，使用碱性焊材，烘干焊条焊剂等。

（2）淬硬组织：这个就是快速冷却时，由于不均匀相变，晶格畸变产生的脆硬马氏体组织。它的产生与化学成分和冷卻速度有关，其中化学成分决定了材料的碳当量，碳当量又决定了淬硬倾向。控制冷却速度，就是为了避免产生淬硬组织，冷却速度有几个因素决定：预热温度，焊接热输入，焊接方法和母材厚度，就是焊接时工件上的热量要保持住。

（3）拘束度：简单说就是焊接完后能不能自由收缩，不能的话，那焊件中的内应力必然就很大。只要有焊接，那不产生变形就产生应力，二者必有其一。

参考文献

[1] AWS D1.1/D1.1M：2015.钢结构焊接规范[S].美国：美国国家标准，2015.

[2] 斯重遥.焊接手册（2）[M].北京：机械工业出版社，2006：201.

[3] 张质文.起重机设计手册[M].北京：中国铁道出版社，2013：111.