碳素结构钢及低合金高强钢焊接方法选择

概要：从青云和葛洲坝集团提供的材料看，实验虽还不完善，但数据也完全说明此结论(见6.1，6.2内容)。无限制提高冲击韧度裕量不但在经济上不可取，在保证质量方面也无大好处，因为冲击韧度是代表塑性和强度的综合指标，冲击韧度很高时，σs会相应提高，断裂韧性的指标-裂纹容限尺寸就会减小，所以接头冲击韧度数值应保证其最低平均值达到母材的设计保证值且有一定裕量即可，不应以母材实测值为标准。 6 关于C02实心焊丝和药芯焊丝焊接 6.1 关于实心焊丝的焊接实心焊丝气保护焊应是这两种钢的首选工艺方法，不仅可在厂房内预制，还应用到工地安装上，但要在工地风力允许或解决防风措施情况下，上面已阐述了此方法的优点，效率是手工焊的2～3倍，低H，特别是脉冲焊，在平均电流较低的情况下达到大熔深，并能控制热输入和全位置焊的成形。①此方法的韧性不但被过去的实践证明，本次葛洲坝集团的实验也证明了接头具有良好的冲击韧性，其数据如下： 焊丝和保护气所达到的冲击韧性(平均值)J(-20℃) 钢种 冲击韧性 部位 要求值 国产08MnSi+CO2 日本MG50，Ar+20%CO2 16Mn

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　　从青云和葛洲坝集团提供的材料看，实验虽还不完善，但数据也完全说明此结论(见6.1，6.2内容)。无限制提高冲击韧度裕量不但在经济上不可取，在保证质量方面也无大好处，因为冲击韧度是代表塑性和强度的综合指标，冲击韧度很高时，σs会相应提高，断裂韧性的指标-裂纹容限尺寸就会减小，所以接头冲击韧度数值应保证其最低平均值达到母材的设计保证值且有一定裕量即可，不应以母材实测值为标准。

    6 关于C02实心焊丝和药芯焊丝焊接

    6.1 关于实心焊丝的焊接

　　实心焊丝气保护焊应是这两种钢的首选工艺方法，不仅可在厂房内预制，还应用到工地安装上，但要在工地风力允许或解决防风措施情况下，上面已阐述了此方法的优点，效率是手工焊的2～3倍，低H，特别是脉冲焊，在平均电流较低的情况下达到大熔深，并能控制热输入和全位置焊的成形。

　　①此方法的韧性不但被过去的实践证明，本次葛洲坝集团的实验也证明了接头具有良好的冲击韧性，其数据如下：


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   焊丝和保护气所达到的冲击韧性(平均值)J(-20℃) 
钢种 冲击韧性 部位 
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 要求值  国产08MnSi+CO2 日本MG50，Ar+20%CO2 

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16MnR ≥27(常温) 焊缝热影响区 45 94～124 
  49 74～152 
 ≥47(-20℃) 焊缝热影响区 日本MG60，Ar+20%CO2 MGA63B，Ar+20%CO2 
610U2 ≥47(-40℃) 108.6 105～128 
   265 > 294，不断 

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　　②过去，实心焊丝CO2保护焊不被人欢迎的的另一个原因是这种方法飞溅大，焊缝成型不美观，设备复杂等，但随着技术进步，随着对工艺方法本质的认识和设备不断改进，利用气保焊工艺方法的特点和设备配合，可取得更大效益。

　　由于气保焊的特点，熔滴过渡有短路、大滴、喷射三种方式 初期，三种过渡方式只决定于电弧电压和电流参数，在短路和大滴过渡时，熔滴是非轴向过渡，颗粒又大，所以焊接飞溅很大。而对于CO2气体又很难得到细滴喷射。后来采用了富氩的混合气体保护(Ar+20%～25%CO2或Ar+2%～5%C02)，使产生喷射过渡的临界电流大大下降，焊接时飞溅极少，无噪音，全位置焊时易成形。

　　气保焊的另一个技术进步就是脉冲焊的应用，脉冲焊采用峰值电流和维持电流间断改变，这对特殊(横立仰全位置)焊接有很大好处，而且对需控制热输入的材料以小的热输入(小的平均电流)达到高效高质量焊接。初期要得到脉冲焊较难，因为气保焊的电流大小决定于送丝速度，小规范时，送丝速度低，为短路过渡，电弧不稳，飞溅大，而现在设备先进，特别是逆变技术和计算机技术的结合，使脉冲焊不必以脉动送丝取得，且可在任意电流下得到喷射过渡，也可得到频率范围很宽的脉冲焊接——即现在几种混合气体不必单独输送，气体厂已混合好，另外焊把已把气丝电合一，送丝机经中间装置可长距离送丝。所以，根据其效率高，质量好，特别是脉冲焊的优点，应该尽量在工地安装中应用。

    6.2 关于药芯焊丝的焊接

　　药芯焊丝有气保护和自保护两大类，白保护主要用于工地安装和用气不方便的地方，防风能力可达四级(<15m/s，)，由于仅靠熔渣和造气剂保护，药粉量相对焊条比例较少(焊条占30%，药芯占15%)，所以一般不用于重要结构。

　　气保护药芯焊丝属气联合保护，兼有气保护焊和手工焊两方面的优点，例如高效、冶金反应完善、工艺性能好、低H。特别是弧稳，飞溅少，熔敷速度是各种焊接方法中最高的，而且可以采用大电流进行全位置焊，对设备要求低等独特优点。所以国外此种方法的应用速度最快，且有适应各种要求的产品供选择。

　　气保护药芯焊丝为气渣联合保护，其药皮与焊条相同，有钛型(酸性)、钙型(碱性)、钛钙型(中性或弱碱性)。酸性工艺性能好，碱性工艺性能不好，但塑韧性高。中性介于其间。

　　为什么认为药芯焊丝的韧性不好呢?主要还是焊材选择不当和工艺不合理而不是这种方法固有的，特别是对气保护的气渣联合情况。其实本次会议提供的实验资料也说明了这点。葛洲坝集团搜集的一些资料，其中说气保护药芯焊丝“焊缝冲击韧性低，扩散氢含量大，CO气孔及氢致裂纹倾向大……”但未指明各自的出处，因为他们调研的岩滩和隔河岩均用的是自保护焊丝NR203Nil，又说韧性塑性较低，但到底是多大?使用后有什么问题并未说明，相反在青云公司所作的药芯焊丝的实验中，其结果却相反。实验结果中16MnR用国产芯焊丝GL-YJ502(Q)，CO2保护，其机械性能全部合格，其冲击值最低为-20℃时78J，60公斤级的610U2分别用日本种钢DW60焊丝+CO2，美国林肯91K2H+(Ar+CO2)，韩国TWE811Nil+CO2，TWE811Nil+(Ar+CO2)，TWE911N12+CO2进行试验，其结果强度、冷弯、硬度全部合格，但是塑性、韧性、美国与日本焊丝不但合格，且保持较高水平(δ5>21%；Ak-200℃，美国平均108J、98J、日本平均85J)；南韩焊丝其δ5一般为16%～19%，Ak-20℃平均值TWE811Nil42-49J，TWE911Ni2平均52-67J，但δb(δs)高，δ低，刚满足要求值也不理想。其实，葛洲坝集团自己的药芯焊丝的实验也否认了上述资料的结论。

　　从以上实验可以得到这样的结论：①只要焊材选择适当，气保护药芯焊接完全可以满足母材的性能要求；②药芯焊丝制造水平影响焊丝稳定性；③接头的塑性不仅取决于焊材和气体，而且还取决于线能量和预热等工艺参数。上述试验均为特殊位置，如经仔细研究后确定工艺参数，其接头性能可能比上述试验还好。

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