高强钢焊接的现状和发展

1、PAGE PAGE 8高强钢焊接的现状和发展 武汉铁锚焊接材料股份有限公司 吕奎清 随着国民经经济的飞飞速发展展，各行行各业都都呈现出出欣欣向向荣的局局面，但但我们看看到在繁繁荣的背背后同时时暴露出出了一些些问题：各行各各业都在在消耗大大量的能能源及资资源，全全球资源源减少的的同时污污染日益益严重。国家已经认识到了一些问题的严重性，中央已明确提出各行业要节约20%的能源、20%钢铁，要求从源头做起。对于我们钢铁使用单位都必须减少用钢量，减少用钢量的有效途径是提高钢的强度，所以在今后的日子里，高强度会逐步替代目前大量采用500MPa级以内的低强钢。低合金高强强钢是今今后将采用量量最大的的钢种，它

2、它通常是是指抗拉拉强度550010000MPPa范围围并考虑虑焊接性性而生产产制造的的钢材，而而抗拉强强度在110000MPaa以上的的一般称称为超高高强钢。低低合金高高强钢的的种类可可以分为为非调质质钢和经经过淬火火-回火火的调质质钢。非非调质钢钢又可分分为热轧轧钢、控控轧钢和和正火钢钢等。一一般非调调质钢指指常温抗抗拉强度度6000MPaa以下的的钢材，调调质钢则则为抗拉拉强度6600MMPa以以上的钢钢材。根根据调质质、非调调质钢强强度级别别的差别别，这两两类钢材材的焊接接性、焊焊接工艺艺和接头头性能有有很大的不不同。低合金高强强钢总体体来说明明其焊接接性较好好，可基基本上采采有现有有的

3、焊接接方法与与工艺。常用的方法法从上世纪初初，焊接接技术得得到应用用以来，多多种焊接接方法得得以发明明与应用用。手工电弧焊焊手工电弧焊焊适用于于各种不不规则形形状、各各种焊接接位置的的焊缝。手手工焊时时主要根根据焊件件厚度、坡坡口形式式、焊缝缝位置等等选择焊焊接工艺艺参数。多多层焊的的第一层层以及非非平焊位位置焊接接时，焊焊条直径径应小一一些。在在保证焊焊接质量量的前提提下，应应尽可能能采用大大直径焊焊条和大大电流焊焊接，以以提高生生产效率率。手工电弧焊焊使用范范围广，焊焊接材料料与工艺艺成熟，对对于5000110000MPaa范围内内的钢种种都可采采用此焊焊接方法法，其配配套的焊焊条有CCJ

4、6007RHH、CJJ7077RH、CCJ8007RHH、CJJ1077等，但但其焊接接效率低低下，成成型较差差，在条条件允许许的情况况下，我我们应尽可能能地不采采用手工工电弧焊焊。埋弧自动焊焊埋弧自动焊焊由于具具有熔敷敷效率高高、大熔熔深以及及机械自自动操作作的优点点，特别别适用于于大型焊焊接结构构的制造造，广泛泛用于船船舶、管管道和要要求长焊焊缝的结结构制造造，多用用于平焊焊和平角角焊位置置。埋弧弧自动焊焊包括双双面埋弧弧自动焊焊和单面面焊双面面成形埋埋弧自动动焊工艺艺。对于于抗拉强强度50007700MMPa的的钢种目目前都可可采用埋埋弧焊进进行平焊焊与平角角焊，焊焊接结构构有钢结结构、

5、管管线、桥桥梁等，配配套的焊焊丝有：CJGGNH-1、CCJQ-1、CCJGXX-1、HH1OMMn2、CH62CF、H70Q等。对于抗拉强强度7000MPPa以上上的钢种种，使用用埋弧焊焊进行实实例不是是很多，主主要是埋埋弧焊的的焊接线线能量大大，导致致焊缝及及热影响响区的晶晶粒粗大大，增加加了脆性性而降低低了韧性性。CO2气体体保护焊焊CO2气体体保护焊焊是目前前大力推推广的高高效焊接接方法，其其包含CCO2气体保保护焊实实芯焊丝丝与药芯芯焊丝，其其实芯焊焊丝应用用范围较较广，5500900MMPa的的高强钢钢都采用用了实芯芯焊丝，应应用领域域基本包包括了现现有的结构，使使用效果果较好，气

6、保焊焊丝的窄窄间隙焊焊具有生生产率高高、焊接接热输入入小，热热影响区区窄等优优点，更更适于焊焊接性较较差的低低合金钢钢。其配配套的焊焊丝：WWH500-6、WWH600-G、WWH700-G、WWH800-G、WWH900-G等等。药芯焊丝作作为高效效焊接材材料目前前在造船船行业得得到了广广泛的应应用，其其应用率率达到了了60%以上，主主要采用用5000MPaa的药芯芯焊丝，如如我公司司生产的的YCJJ5011-1（GB E501T-1），目前国产500MPa级药芯焊丝质量较好，无论焊接工艺性能，还是力学性能都与外国产品相当。600MPa的药芯焊丝部分得到应用，700MPa以上的药芯焊丝实际应

7、用很少，主要由于对于高强度的药芯焊丝，我们研制还不够，现有产品的焊接工艺性能及力学性能有待提高，随着我们研发的不断深入，相信不久，药芯焊丝的品种也会达到目前焊条的水平。我公司为配配合舰船船建设的的需要，研研制了一一种用于于6500MPaa钢种的的CW9921FFCW药药芯焊丝丝，焊接工工艺性能能及力学学性能都都较好，其扩散氢含量在3ml/100g（色谱法）。其熔敷金属化学成分及力学性能分别见表1、表2和表3。表1 熔熔敷金属属化学成成分牌 号CMnSiMoNiVSPCW92110.0771.001.4450.3550.6002.033.40.01150.0220典型值0.03001.130.2

8、00.412.670.03990.007710.0177表2 熔熔敷金属属力学性性能牌 号抗拉强度（Rm） MPaa屈服强度（Rel） MPaa伸长率（A） %Akv 冲冲击功 J-20-50CW9211FCWW6558805590166427典型值68061521.57653表3 对对接接头头力学性性能牌 号抗拉强度（Rm） MPaa正、反冷弯弯D=3tAkv 冲冲击功 J-50CW9211FCWW6558805120不不裂、1180不断27典型值705合格48自保护药芯芯焊丝自保护药芯芯焊丝的的芯内组组成物和和电焊条条药皮相相似，焊焊接时起起着造渣渣、造气气、稳弧弧、脱氧氧等作用用，所以以

9、焊接时时不需另另加任何何保护气气体。自自保药芯芯焊丝的的焊接效效率高，适适应性强强，特别别适合野野外焊接接，如管管线建设设。我公公司目前前研制用用于X660、XX70管管线钢焊焊接的自自保护药药芯焊丝丝。5、电渣焊焊与气电电立焊电渣焊与气气电立焊焊在焊接接接头形形式、方方式及焊焊接效率率都有类类似之处处，焊接接效率非非常高，焊焊接线能能量大。特特别是气气电立焊焊，采用用的是药药芯焊丝丝，其焊焊缝内在在质量高高，成型型美观，在在船体大大合拢、储储油罐的的建造等等应用量量日益增增加。公公司目前前正在研研制5000MPPa级船船用气电电立焊焊丝丝。二、低合金金高强钢钢的焊接接热轧及正火火钢常用用的自

10、动动焊方法法是埋弧弧自动焊焊、电渣渣焊、CCO2气体保保护焊等等。对于于厚壁压压力容器器等大型型厚板结结构，电电渣焊是是常用的的焊接方方法，由由于电渣渣焊焊缝缝及热影影响区过过热，晶晶粒粗化化，焊后后需进行行正火处处理。低碳调质钢钢常用的的焊接方方法有手手工电弧弧焊、CCO2气体保保护焊和和混合气气体保护护焊等。对对于屈服服强度RRel6800MPaa的低碳碳调质钢钢，熔化化极气体体保护焊焊较合适适的焊接接方法。这这类钢焊焊接时应应严格限限制线能能量，控控制焊接接热影响响区冷却却时间不不能过长长，因为为在过低低的冷却却速度下下热影响响区粗晶晶区可能能出现上上贝氏体体、M-A组元元等组织织而导致

11、致脆化。冷冷却时间间过短会会出现淬淬硬组织织组织并并导致焊焊接裂纹纹产生。低碳调质钢钢焊接所所面临在在解决的的问题一一是防止止裂纹；二是在在保证满满足高强强度要求求的同时时，提高高焊缝金金属及焊焊接热影影响区的的冲击韧韧性。为为了消除除裂纹和和最大限限度地提提高焊接接效率，一一般采用用熔化极极气体保保护焊（MMIG）或或活性气气体保护护焊（MMAG）自自动焊或或半自动动化焊接接方法。工程机械中中的焊接接结构比比较复杂杂，目前前最常用用的焊接接方法是是手工电电弧焊和和气体保保护焊，但但是对于于不同的的板厚要要求开不不同形式式的坡口口。对于于机架类类结构和和轴类结结构中的的钢板拼拼接处通通常采用用

12、气体保保护焊和和埋弧自自动焊拼拼板工艺艺，其中中对于一一些重型型机械或或输送机机中的滚滚筒结构构，通常常采用CCO2气体保保护焊打打底，随随后用埋埋弧自动动焊盖面面。三、大力发发展高效效焊接技技术从各行业来来看，我我国手工工电弧焊焊的比例例大约为为60%，高效效化焊接接只有440%左左右，而而发达国国家的高高效化率率已超过过70%，说明明我国焊焊接自动动化率还还处于一一个较低低的水平平。电焊焊条的产产销量及及低强度度还占有有较大的的比例，我我们应发发展高效效自动化化焊接材材料与焊焊接工艺艺，如各各种型号号、各强强度级别别的埋弧弧焊丝、实实芯焊丝丝及药芯芯焊丝，我我们必须须研制齐齐全，制制订合理

13、理的焊接接工艺，杜杜绝焊接接缺陷的的产生。药芯焊丝在在组成上上由于类类似焊条条，作为为一种高高效的焊焊接材料料，大力力推广有有其得天天独厚的的基础，不不仅可研研制出低低合金高高强钢药药芯焊丝丝，而且且还可通通过改变变钢带材材料研制制出不锈锈钢、耐耐热钢、耐耐磨钢等等用焊接接材料，具具有广泛泛的应用用前景。四、21世世纪超级级钢的崛崛起，将将引起焊焊接材料料和焊接接技术的的重大变变革日本19997年启启动“超级钢钢”研制项项目，我我国也于于19998年启启动了“新一代代钢铁材材料重大大基础研研究”项目。其其最终目目标，是是将占我我国钢产产量600%以上上的三类类钢（碳碳素钢、低低合金钢钢、合金金

14、结构钢钢）的强强度或寿寿命提高高一倍。经经过几年年的工作作，所谓谓超级钢钢或称221世纪纪新一代代钢铁材材料的基基本特征征已显现现出来，是是将现代代冶金理理论和最最新控制制技术相相结合，应应用纯净净化、微微合金化化、超强强力轧制制下快冷冷、形变变诱导相相变、可可变强磁磁场精密密热处理理技术，制制成的超超细晶粒粒钢。试试验已表表明：对对Q2335碳素素钢和屈屈服强度度4000Mpaa的低合合金钢，在在不改动动主要化化学组元元的情况况下，通通过纯净净化和细细化晶粒粒，可提提高其屈屈服强度度一倍，分分别达到到4000Mpaa和8000Mppa。而而超级合合金结构构钢，例例如具有有耐疲劳劳性能的的高强

15、螺螺栓钢，强强度可提提高到115000Mpaa。目前，国内内外对221世纪纪超级钢钢的研制制都已取取得进展展。日本本已明确确提出：在20007年年完成研研制工作作，20010年年推广应应用。日日本希望望在20010年年前后，以以“超级钢钢”更换220世纪纪六、七七十年代代日本经经济高速速增长时时期建立立的各种种基础建建设设施施，这些些设施到到20110年前前后，都都已服役役50年年，需要要更新了了。我国国也已制制出超细细晶粒薄薄板，试试用于汽汽车中。国国内的各各大型钢钢铁企业业，也已已提出到到20110年推推广生产产超级钢钢的计划划，在抓抓紧改进进冶炼和和轧制生生产设备备与工艺艺。预期十年后后

16、，推广广采用强强度级别别达8000115000Mpaa的新一一代钢材材产品时时，将逐逐渐引起起那时的的焊接技技术发生生重大变变革。由于钢材的的“超细晶晶粒”组织，在在热作用用下，晶晶粒长大大驱动力力很大，将将使焊接接热影响响区易因因晶粒粗粗化而降降低强度度与韧性性，甚至至出现软软化带。同同时焊缝缝金属不不可能呈呈现钢材材经强力力轧制与与处理的的“超细晶晶粒”，不可可能在相相近成分分下使焊焊缝金属属与母材材等强等等韧。因因此目前前常用的的焊接材材料与焊焊接工艺艺，将不不适应于于“超级钢钢”的焊接接。日本在8000Mppa级结结构钢的的研究计计划中，设设置的研研究项目目包括：研制微微细铁素素体组织

17、织、研究究小线能能量焊接接工艺、研研究改善善焊接接接头性能能的措施施。一方方面在研研究如何何尽量减减少钢材材热影响响区晶粒粒长大的的倾向，另另一方面面则是研研究如何何变革焊焊接工艺艺。目前前认为最最有希望望应用于于8000Mpaa级结构构钢的焊焊接方法法是激光光焊。1960年年发明的的激光，经经过400多年的的发展，在在军用与与民用的的巨大驱驱动下，在在21世世纪将进进入高速速发展时时期。随随着各类类激光发发生器向向大功率率化、轻轻便化和和经济化化的发展展，激光光焊接和和切割，由由于能源源高度集集中和热热影响区区小，并并且激光光束具有有可以在在大气中中焊接的的优点，既既可以对对大型构构件作深深熔焊，又又可以进进