一、高強(qiáng)鋼主要焊接難點(diǎn)分析

　　第一，焊接裂紋的危險(xiǎn)性。微合金控軋控冷鋼的碳及雜質(zhì)含量低，C、S、P等元素得到有效控制，因此，焊接時(shí)液化裂紋和結(jié)晶裂紋傾向很小。但由于在成形焊接和安裝過程中存在較大的成形應(yīng)力或附加應(yīng)力，特別是在采用多絲大線能量埋弧焊時(shí)，由于焊縫晶粒過分長大，出現(xiàn)C、S、P局部偏析也容易引起結(jié)晶裂紋。

　　隨著強(qiáng)度級別的提高，板厚的增大，仍然具有一定的冷裂紋傾向。熱輸入量（線能量）小，冷卻速度較快，熔敷金屬含氫量高，因而會增加冷裂紋的敏感性，強(qiáng)度越高，冷裂問題將越突出。

　　第二，熱影響區(qū)中局部脆化區(qū)對韌性的影響。高強(qiáng)鋼在成分和熱軋工藝上的特點(diǎn)使韌性得到了很大改善。韌性一般由裂紋起裂和裂紋擴(kuò)展兩部分所需的能量來度量。這種鋼在焊接條件下，在熱影響區(qū)中會形成局部脆化區(qū)，這些局部脆化區(qū)會降低裂紋起裂所需的能量。作為多層焊接接頭的局部脆化區(qū)一般有4個(gè)部位被認(rèn)為是關(guān)鍵部位，即粗晶熱影響區(qū)、臨界溫度區(qū)間熱影響區(qū)、臨界溫度區(qū)間粗晶熱影響區(qū)、亞臨界溫度區(qū)粗晶熱影響區(qū)。

　　第三，焊接接頭軟化。高強(qiáng)鋼的部分高溫度是在熱軋工藝中采用加速冷卻將能量儲存在位錯(cuò)組織中而獲得的，這一能量在高溫下可以釋放，這樣就會導(dǎo)致在焊接條件下產(chǎn)生的在臨界溫度區(qū)間和亞臨界溫度區(qū)間的加熱區(qū)，甚至在緩慢冷卻的粗晶區(qū)的加熱區(qū)中，形成硬度比母材金屬低的區(qū)域，即軟化區(qū)。軟化使接頭的強(qiáng)度降低。例如，在埋弧焊的條件下，板厚為40毫米的焊接接頭中會發(fā)現(xiàn)有強(qiáng)度下降25%的軟化區(qū)。

　　筆者認(rèn)為，新鋼種的強(qiáng)度、細(xì)化晶粒等指標(biāo)同鋼材的微合金元素直接有關(guān)，焊接會造成合金元素的損失，因此，必然降低焊接接頭的綜合性能。從理論上分析，鋼材中的微合金及其化合物的熔點(diǎn)均比純鐵和鐵的化合物低，在焊接熱循環(huán)中，微合金元素及其化合物必然隨純鐵及鐵的化合物從固態(tài)→液態(tài)→氣態(tài)變化，各種元素所氣化的部分就是損失的部分；然后，其余部分又開始從液態(tài)→固態(tài)變化形成焊縫，完成所有熱循環(huán)步驟。

　　研究表明，由于各類元素及化合物熔點(diǎn)上的差距，在高溫區(qū)停留的時(shí)間不同。微合金元素及其化合物氣化在高溫區(qū)停留的時(shí)間相對較長，氣化較鐵及鐵的化合物充分，因此微量元素?fù)p失的程度比鐵及鐵的化合物氣化損失高得多，這是一種比例失調(diào)的損失；對焊接而論，是多次進(jìn)行相同或者相似的熱循環(huán)。分析認(rèn)為，熱循環(huán)次數(shù)越多，比例失調(diào)也就越嚴(yán)重（工程實(shí)踐中稱微合金元素?zé)龘p），于是便產(chǎn)生了高強(qiáng)鋼焊接的第一問題。

　　綜上所述，在焊接這些新鋼種時(shí)，除嚴(yán)格的熱輸入外，減少焊縫及其HAZ焊接熱循環(huán)的次數(shù)，從而降低微合金元素及其化合物和鐵及鐵的化合物比例失調(diào)程度的研究，保證焊縫同母材等強(qiáng)或合適的低強(qiáng)（0.86），逐漸引起了人們的興趣。

　　為防止冷裂紋，要采取相應(yīng)的預(yù)熱和后熱措施，選用低氫型和超低氫型焊接材料；抗拉強(qiáng)度在800兆帕以上的鋼種，還可以考慮選擇低強(qiáng)匹配的焊材，以保證其綜合指標(biāo)。

　　為減少熱影響區(qū)脆化，主要是限制焊接熱輸入，多層、多道錯(cuò)位焊接技術(shù)能降低HAZ高溫停留時(shí)間，對防止焊接接頭脆性斷裂有很大作用；同時(shí)應(yīng)根據(jù)鋼種、板厚和性能要求等，通過工藝評定試驗(yàn)，選擇合適的焊接參數(shù)。熱影響區(qū)中的軟化區(qū)也可以通過限制熱輸入來減小軟化區(qū)寬度和軟化程度。

　　二、高強(qiáng)鋼快速脈沖壓縮電弧焊接新技術(shù)的開發(fā)研究

　　該研究是高強(qiáng)鋼焊接領(lǐng)域內(nèi)較為前沿的試驗(yàn)研究工作，涉及工藝裝備、人員素質(zhì)、科技成果的開發(fā)與應(yīng)用三大要素，因此，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

　　第一，高強(qiáng)鋼高標(biāo)準(zhǔn)焊接技術(shù)問題。眾所周知，GMAW是理論上的無氫焊接，具有抗裂性強(qiáng)、熔深大、抗疲勞、焊接效率高等優(yōu)點(diǎn)。然而，GMAW焊接時(shí)電弧穩(wěn)定性差、飛濺大、工藝性差，焊工掌握困難，所以焊縫成型較差。

　　為了克服GMAW缺點(diǎn)，目前，國內(nèi)外對高強(qiáng)鋼的焊接正在深入研究富氬氣體保護(hù)焊接技術(shù)，并取得重大技術(shù)突破。

　　在我國，人們已開始使用二元～三元?dú)怏w保護(hù)，以改善噴射過渡形式，GMAW的飛濺大大減少，焊縫成型質(zhì)量大幅度提高。但是，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，隨著氬比例的增加，焊縫的熔深逐漸下降、熔敷效率提高不大，說明單純在保護(hù)氣體上做文章顯然是不夠的，應(yīng)當(dāng)考慮采用性能優(yōu)良的設(shè)備，配以己經(jīng)成功的二元～三元?dú)怏w，這是高強(qiáng)鋼焊接試驗(yàn)研究的基本思想，也是目前唯一正確的技術(shù)路線。

　　有關(guān)研究證實(shí)，由于CO2氣體在弧柱中的吸熱分解反應(yīng)，對焊接電弧的強(qiáng)烈冷卻作用，與氬弧焊比較，其焊接電弧弧柱區(qū)窄，電弧斑點(diǎn)尺寸小。隨著保護(hù)氣體的CO2含量增加，焊接寬度明顯降低，電弧面積明顯收縮。

　　在焊接過程中，按照相同的焊接規(guī)程，電弧面積越小，電弧密度也就越大；CO2比例越高，焊接電流越大，電弧面積收縮越??；比例差距越大，焊接HAZ熔深也隨之增大。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，要增加焊接HAZ的熔深，就必須增加CO2的含量，最好是100％采用CO2做保護(hù)氣體。然而，電弧的穩(wěn)定性變差、飛濺變大、合金成分不成比例燒損等問題也隨之增加。于是，人們在需要焊接HAZ熔深和電弧穩(wěn)定性之間莫衷一是。

　　從價(jià)值工程的角度上看，普通低合金高強(qiáng)鋼采用GMAW技術(shù)是合理的，由于采用高強(qiáng)和等強(qiáng)配比，焊縫及HAZ強(qiáng)韌性儲備很高，合金元素的燒損不會影響焊接接頭的綜合性能；飛濺不是焊縫質(zhì)量的否決指標(biāo)，通過人工處理即可滿足技術(shù)要求；在強(qiáng)韌性要求較嚴(yán)的場合，人們更看重成本低、抗裂性能好的GMAW技術(shù)。

　　然而、在高強(qiáng)鋼的焊接中，盡管20％CO2＋80％富氬氣體保護(hù)焊能滿足高強(qiáng)鋼焊接中電弧穩(wěn)定和減少飛濺的部分技術(shù)要求，但對電弧的穩(wěn)定性及焊縫的表面質(zhì)量高標(biāo)準(zhǔn)要求，特別是減少微合金元素的燒損，增加焊接HAZ的熔深逼迫人們研究更新的焊接技術(shù)。（待續(xù)）

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