摘要：当前众多行业都涉及到钢材等金属的使用，如水力发电、建筑、工程设备制造等其他行业，主要是利用金属材料的结构坚固及可再朔的特点，通过对钢材进行断截后重新焊接再造形状，以达到满足工程设计的需要与节省社会资源的作用。金属材料焊接的具体操作在实际工作中充满技术性和可控制性，在把握材质的性能特点时，主要是设计和制造钢结构体需要注意金属焊后的组织性能与力学性能等问题。本文也将对这一工艺中可能存在的问题与操作技术进行简单的了解。
关键词：高强度钢；焊接组织；质量控制措施
引言
近年来，随着我国水力发电建设技术逐步成熟，高水头，大直径岔管和压力钢管不断得到应有，尤其是应用在大容量的抽水蓄能电站。少数电站开始使用800MP级别的高强度钢板。因此，利用高强度钢板制作的钢构件，焊接质量的好坏起到关键作用，研究和分析高强钢焊接组织与工艺性能非常有必要。
1焊接特性
（1）焊接性差Q460以上的钢是低合金高强度钢，经过标准化处理，碳当量为0.47％以上。这种高强度钢在焊接时具有一定的硬化倾向，并且非常易于冷裂并且具有较差的可焊性。焊缝熔合区是最薄弱的部分，具有明显的化学和物理不均匀性，以及组织性质的突然变化。
（2）部件焊接的残余应力和变形当钢的厚度超过100mm时，钢部件的横截面在整个部件的横截面中相对较大。如果大多数焊缝通过外单面坡口焊接工艺焊接，则在结构焊接完成后将产生残余应力。当外部载荷产生的应力与结构中某一区域的残余应力之和达到屈服点时，该区域的材料将发生局部塑性变形，导致其不再承受外部的影响。承载能力，减小了结构的有效横截面积，这又导致结构的低刚度，导致构件的残余变形小。如果结构形式不简单，如果单个单体结构属于“复合型”组件，则很可能发生不一致的焊接应力方向，并且垂直，水平，上下三维交叉点相互影响，因此很难使组件变形。对于超厚钢板焊接结构，如果焊接变形控制不好，直接后果是元件尺寸精度与规格之间的差异非常大，不仅元件质量不符合设计和规范的要求。这将给施工安装带来很大麻烦，特别是当部件承受外部负荷时。
（3）与薄板相比，易产生焊后裂纹。焊接时厚钢板具有以下特点：1，焊接时间长；2，焊缝一侧有大量沉积金属；3，焊接残余应力大；4，克制更大；5金相多样
2 高强度钢的焊接性能分析
2.1铁素体型不锈钢的焊接特点
铁元素在高强度钢中碳含量大概在0.06到0.20%之间，金元素的总含量大概少于百分之五，而碳元素的含量大概在0.27%～0.57%范围内。由此，由于碳元素的含量不高导致在室温焊接过程中不容易形成冷裂纹，而高强度钢中硫、磷等元素的含量，则不容易形成热裂纹。所以可知，在预热温度的操作过程中，铁元素含量较多的钢材料通过焊接再造，其稳定性和焊接性会更好。焊接的过程中，在板厚二十五毫米的情况下常常不需要进行预热，当板厚超过二十五毫米或焊接接头较大时，为防止出现焊接裂纹则需要进行预热。当晶粒增大，则由于预热温度过高，热量造成。而晶界的增大会使氧化物与碳化物增多而降低韧性。大多数铁素体型不锈钢通过加入细化晶粒的合金元素以及正火处理提高其韧性，韧性指标一般能得到保证。对于含有V、Ti、Nb、Cu、N等元素的钢种，在进行消除应力热处理时，当加热温度处于回火脆性敏感温度区间时，会析出脆性相，使韧性显著下降。因此，要合理地选择焊后热处理工艺，以保证接头的韧性。
2.2低碳马氏体型高强度钢的焊接特点
典型的低碳马氏体型高强度钢为9Ni，其中大量的Ni使钢材料具有一定的淬硬性。低碳板条马氏体的形成是由于焊接前的高温加热或用九百摄氏度的水淬后又使用五百多摄氏度的高火燃烧。通常，金属需要在焊接过程中熔化和再冷凝。 焊接环境引起的收缩现象经常影响金属熔合的速度，这将导致金属的焊接强度受损。金属在高温环境下的焊接熔合过程不会受到影响。然而，金属材料的焊接过程需要对电极进行严格的加热和熔化控制，这将与温度条件密切相关。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆低碳板条马氏体类钢材具有很高的韧性，其焊接性能要高于一般的低合金高强度钢。当板厚低于五十毫米时不进行预热，焊接后不得进行应力消除热处理。如果钢的S含量偏高，可以形成低熔点共晶镍- NisSz（644℃）；过量的P，也可以形成Ni - Ni3P2共晶（880℃），这很容易导致结晶裂纹。
3解决高强度钢焊接过程中常见问题的关键措施
3.1焊前预热工艺
为了降低焊缝和热影响区的冷却速度，减小淬硬倾向，防止冷裂纹。合理预热还可以改善焊接接头的塑性，减少焊后残余应力。金属材料的焊接过程需要对电极进行严格的加热和熔化控制，这将与温度条件密切相关。金属焊接的具体操作在实际工作中充满技术性，这是困难的。它主要是设计金属重现性和其他问题，如金属熔点和回火。焊接过程结束后，重新加热焊接材料。因此，焊接前的预热效果也非常重要。重新焊接和重塑钢等金属材料的形状，可以满足水利发电设计的需要，节约社会资源。本文认为，采用预焊预热的方法，可以利用火焰提高焊接材料在焊接前和焊接中温度的稳定性，从而实现金属结构在整个焊接过程中的稳定性。
3.2层间温度控制技术
在金属焊接过程中，焊接目的不能一次完成。因此，在金属焊接过程中，除了对金属进行一定程度的预热外，还应严格控制各焊点与焊接水平之间的温度关系。就工艺而言，温度最好保持在120到150摄氏度之间。此外，为了保证各级之间的紧密连接，焊接过程中应密切注意焊点与焊接基材之间的温度关系。严格来说，焊接层之间的温度应接近焊接材料的预热温度。
3.3后热处理
焊后热处理是指焊接材料在焊后加热后以包装形式保温的措施。这一点与焊接前后的加热效果相同，即可以减少焊接材料的裂纹和脆性断裂。焊接后保温可以有效控制焊接后金属材料的散热，从而防止突然的冷、热对焊接过程的影响。
3.4坡口的制备及结构设计的控制
切割和斜切控制对于坯料切割过程，必须严格控制切割过程，并应仔细选择厚板焊接坡口形式。板坯切割质量对结构装配有直接影响。厚板切割，端面厚，如果坡口尺寸过大，精度值会超过规定的要求，焊缝间隙会过大，角度会过大，焊接工作量会增加；如果坡口角度太小则不能达到标准穿透。目前采取的主要措施是“小坡口”措施。也就是说，应尽可能地增加圆角尺寸而不增加坡口角度；坡口角度和间隙应尽可能小，坡口一般应避开板的中心区域。
在结构设计上，焊缝接头形式需要得到最大优化，因钢出现裂纹的可能性还与接头形式、结构刚性等因素密切相关，T形接头散热最快，淬硬倾向最大；对接接头散热最缓；十字接头介于两者之间。从刚度比较，十字接头刚性最大，故其裂纹倾向也最大；T形接头、搭接接头裂纹程度较轻，有时裂纹往往出现在头道焊缝和焊根上，因此焊接大刚性、大厚度焊件时，对不同焊缝接头形式的头道焊缝的焊接工艺很关键。
3.4 应遵循焊接工艺规程，应进行焊前检查，除了焊接接头需平滑过渡之外，需检查坡口边缘是否光滑，焊接接头区域附近的母材应无油污，锈蚀，氧化皮等异物。防止焊接缺陷的产生及接合面强度的突然变化引起的应力集中和部件损坏；减少层撕裂发生裂纹的可能性，有利于产生高质量的焊缝。
4 结束语
一般来说，焊接工艺是一个技术性很强的过程。在实施过程中，需要比本文的内容更多的关注。在焊接的过程中，必须严格地按照规定的焊接工艺进行工作，同时在材料的选取上也必须保证符合设计要求，焊接完成后，还要对容器进行相关方面的检测，确保焊接的质量。同时科技的不断进步，为压力容器也提供了很多新型的制造技术，在焊接技术上也应该积极地接受新的技术，进一步提高压力容器的焊接质量。
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[2] 钱锋，张朝，钱焕.天津博物馆工程多工况 焊接工艺应用及焊接质量控制[J].焊接技术，2012，（07）：69-72.
论文作者:彭小雄
论文发表刊物:《电力设备》2018年第36期
论文发表时间:2019/6/5
标签：裂纹论文; 高强度论文; 应力论文; 金属论文; 温度论文; 过程中论文; 结构论文; 《电力设备》2018年第36期论文;