广东 佛山 528255
【摘 要】随着现代科技的快速发展，以及产品对机动性、灵活性、快速反应性等要求的不断提高，产品中高承载、轻质量焊接结构件的综合性能要求也越来越高。基于这种性能要求，高强度承载结构越来越广泛地选用高强钢作为主要材料，同时对焊接接头的质量提出了更高要求。本文就高强钢焊接技术方法进行了分析。
【关键词】工程机械；低合金高强钢；焊接技术
1、低合金高强钢的焊接材料选择
工程机械广泛使用低合金高强钢，最大的益处在于其焊接结构具备很高的强度，同时减轻了自重。为了最大限度地减轻自重，一般焊缝按等强度设计，因此，工程机械焊接低合金高强钢时，焊接材料可以按如下原则选择。
总的原则是根据产品对焊缝金属的性能要求选用焊接材料。焊接高强钢时，一般焊缝设计力学指标以工作要求为主，不低于母材力学指标的保证值，再留有适当的裕量；但必须综合考虑韧性、塑性和强度，有时为了提高焊缝的塑性可适当降低焊缝的设计强度指标。若焊缝金属强度过高，将导致焊缝韧度、塑性、抗裂性下降，从而降低焊接结构的使用安全性。实践证明，低强匹配的焊缝往往能提高焊缝的韧性和抗裂敏感性，提高焊接结构的疲劳寿命。
对对接焊缝而言，推荐选用等强度焊接材料；而对角焊缝而言，推荐选用低强度焊接材料。
实际生产中，应在确保焊接质量的前提下，选用高效率、低成本的焊接材料。国内生产高强钢（如
HG60、HG70、HG785）厂家一般不推荐相应的匹配焊接材料，市场上较多的推荐进口焊接材料（目前，国产化焊接材料用量有所提高，如正在批量使用的有HS-70、JS-70，效果均较好），但成本较高。
2、低合金高强钢的焊接方法选择
低合金高强钢焊接的关键在于如何保证焊接构件的焊接质量，并获得适当的强度和良好的韧性。因此，在低合金高强钢焊接时，必须避免焊接裂纹的产生和在保证满足其高强度的同时，提高焊缝金属及焊接热影响区（HAZ）冲击韧度。
为了尽可能避免裂纹的产生和尽量提高生产效率，高强钢焊接一般宜采用热输入较小的熔化极气体保护焊（活性气体保护焊或惰性气体保护焊），并提高施焊的自动或半自动化程度。
在此采用富氩混合气体[ φ（Ar）80％+φ（CO2）20％]保护焊技术焊接低合金高强钢，其优点是：保护气体的体积质量大，隔离空气保护焊接区的效果好，热输入集中，穿透力强、熔化快，生产效率高，并且熔敷金属的含氢量低，能有效降低焊接冷裂倾向。
3、工艺措施和规范
根据低合金高强钢的焊接性和产品的结构特性，低合金高强钢焊接需严格控制焊接冷却时间t85，保证焊接接头的高性能，防止冷裂纹的产生。
3．1 焊前预热及层间温度控制
低合金高强钢随着其强度级别的提高，冷裂纹敏感性增加，并且要求尽量小线能量施焊，焊接裂纹倾向明显增加，所以，焊接过程中选择正确的预热温度和层间温度是至关重要的。在首次使用高强钢材料时，焊接工艺师可根据钢材和焊接材料的推荐资料，通过工艺试验，确定相应的预热制度是否可靠、合适。层间温度一般以不低于预热温度最低要求温度，但不高于225 oC为宜。
3．2 焊前热输入控制
工程机械一般是按等强度设计焊缝。对于高强钢，必须限制线能量上限，要最大限度地减少过热，防止焊接热影响区的软化区加宽，并且增大焊接线能量时，焊缝韧性下降，热影响区的韧性也同样要降低。在实际施焊中，根据焊接坡口情况和相关技术要求采用多层多道是最为有效的。
我公司采用控制焊道的方法控制焊接热输入（手工焊推荐使用）。当钢材的名义屈服强度б ≤600 MPa，50o坡口对接焊用气体保护焊时，焊道数为：
式中n为焊道数；δ1、δ2为板厚（单位：mm）。
当钢材的名义屈服强度600MPa≤б1≤780MPa，50o坡口对接焊用气体保护焊时，焊道数为：
计算焊道数采取四舍五入的方法取整数。当不开坡口角接接头水平角焊时，δ1、δ2均取其角焊尺寸的有效厚度进行计算。
3．3 焊接规范参数选用
在焊接工艺设计中，焊接电流、电弧电压和焊接速度是影响焊接质量的重要工艺因素。为了获得满足设计要求的焊接接头，应在一定范围内调整和控制好焊接电流、电弧电压和焊接速度。
焊接电流大小的选择恰当与否直接影响到焊接的最终质量。焊接电流过大，虽可以使熔透深度增加，但易出现咬肉、焊瘤等缺陷，并在立焊操作时熔池难以控制，弧长增加，产生咬边。焊接电流过小，熔透深度减小，易出现未焊透、熔合不良、夹渣等缺陷。中厚板（8～30 mm）的低合金高强钢，推荐以达到喷射过渡焊接电流为宜。
焊接过程中，合理控制电弧长度是保证焊接质量稳定的重要因素。电弧过长，对熔化金属保护差，空气中氧、氮等有害气体容易侵入，焊缝易产生气孔，焊接金属的机械性能降低。但弧长也不能过短，否则会引起粘丝现象，且由于电弧对熔池的表面压力过大，不利于熔池的搅拌、熔池中气体和熔渣上浮受阻，从而引起气孔、夹渣等缺陷的产生。在焊接前，应先调好与焊接电流相匹配的电弧电压，以获得稳定的焊接质量。
焊接速度是表征焊接生产效率的主要参数，是控制焊接线能量的关键因素，合理选择焊接速度对保证焊接质量尤为重要。焊速过快，熔池温度不够，易造成未焊透、未熔合、焊缝成形不良等缺陷；焊速过慢，高温时间长，热影响区宽度增加，焊接接头的晶粒变粗，机械性能降低。同时，焊速过慢还会增加每层厚度，导致熔渣倒流，形成夹渣等缺陷，并且焊件的变形量增加。例如车架箱体、泵车臂架焊接时，尤其是要控制好焊接速度，在不会产生焊接缺陷的前提下尽量提高焊接速度，以避免焊接发生过热软化或脆化，并防止箱体过大的焊接变形。
4、质量控制措施
焊接生产中，优质的焊接质量是满足设计要求、保证构件正常使用寿命的前提。工程机械焊接，因其难度大，焊后返工困难，因此必须严格控制各T序的焊接质量。
实际生产中，预热温度和层问温度很难控制。如车架箱体多为厚板角接，导热快，预热工作量大，施焊过程中温度不易测定。为此应根据实际情况，配备适量的红外线测温仪便于焊工实时监测。
在焊接施工中，确保焊接面的清洁和干燥也是减少焊接冷裂纹的有效措施。在生产管理上，需加强过程质量的控制，结构件组焊前须将焊缝区和距焊缝边缘不小于20 mm范围内焊接结构表面上的铁锈、油、油漆、尘土等污物除净，并用低温火焰去除焊接区表面的潮湿。
5、结论
低合金高强钢焊接技术的应用，为工程机械广泛使用低合金高强钢提供了可靠的技术保障，其焊接结构强度得到提高，并减轻自身质量，加快了工程机械向高参数发展的开发速度。
参考文献：
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[2] 张子荣，时炜．简明焊接材料选用手册[M]．北京：机械工业出版社，2005．
[3] 中国机械工程学会焊接学会．焊接手册——焊接方法及设备[M]．北京：机械工业出版社2005．
论文作者:周兆明1,胡雄亮2,蓝家辉3
论文发表刊物:《低碳地产》2015年第8期
论文发表时间:2016/8/24
标签：强度论文; 质量论文; 低合金论文; 熔池论文; 材料论文; 电弧论文; 工程机械论文; 《低碳地产》2015年第8期论文;