B610CF鋼焊接工藝研究

陳志高

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650000）

摘 要：B610CF鋼板為寶鋼開發(fā)，屈服強度490MPa，屬于低合金高強鋼。文章簡述了低合金高強鋼的焊接性及易出現的焊接問題，對B610CF鋼的化學成分及力學性能進行了公式計算分析。并總結生產實踐中應用焊條電弧焊和（80% Ar+20%CO2）氣保焊焊接B610CF鋼的施工工藝，希望對水電站焊接同類材質蝸殼、壓力鋼管等給予一定的借鑒和指導意義。同時，對今后低合金高強鋼在工程機械等領域的推廣和應用工藝控制關鍵點提供參照。

關鍵詞：B610CF鋼；低合金高強鋼；焊接；工藝

目前，根據國外理論，將屈服強度為600～1000MPa的鋼稱為低合金調質高強度鋼。低合金高強鋼含碳量W(C)較低，一般小于0.18%，其良好性能的實現得益于低碳、多種合金元素以提高淬透性以及調質熱處理等技術。低合金高強鋼具有強度高、塑韌性好、焊接性能廣等特點，現被廣泛用于電力、汽車、工程機械等專業(yè)領域。焊接工藝是低合金高強度鋼的重要影響因素，目前最常見的高強鋼焊接工藝包括氣體保護焊、手弧焊條電弧焊等類型。

表1 B610CF鋼板的化學成分 （﹪）

牌號 厚度mm C Si Mn P S Cu B610CF HQL2 10～80 ≤0.09 ≤0.40 0.60～1.60 ≤0.015 ≤0.007 ≤0.25 Ni Cr Mo V B / ≤0.60 ≤0.30 ≤0.40 0.02～0.06 ≤0.002 /

表2 B610CF鋼板的力學性能

備注：（1）a屈服現象不明顯時采用Rp0.2。（2）沖擊功值為一組三個試樣試驗結果的平均值，允許其中一個試樣的試驗結果小于規(guī)定值，但不得小于規(guī)定值的70%。

拉伸試驗 沖擊試驗 180°彎曲試驗b＝2a （a＝試樣厚度， b＝試樣寬度，d＝彎心直徑）B610CF HQL2 10～75 ≥490 610～740 ≥17 -20 ≥47 d=3a牌號 厚度mm 下屈服強度aReL沖擊功kV2J MPa抗拉強度Rm MPa斷后伸長率A% （L0=5.65 )溫度℃

1 低合金高強鋼的焊接性

（1）低合金高強鋼焊接時易出現問題。實際應用過程中發(fā)現，因低合金高強鋼淬硬性大，焊接過程中存在兩個方面的問題，具體如下：①熱影響區(qū)軟化。若調質鋼材的加熱溫度大于回火溫度，鋼材性能必然發(fā)生改變，因此不可避免地出現熱影響鋼材區(qū)溫度、韌性等的降低，且材料強度越高效果越明顯。為獲得適當的軟化區(qū)域寬度及軟化程度，鋼焊接工藝一定要加強對熱輸入參數等的控制。②熱影響區(qū)脆化及冷裂紋。熱影響區(qū)脆化及焊接冷裂紋是一對矛盾，若拘束度相同，其產生的原因多為冷卻速度的快慢。低合金高強鋼因淬透性大，冷裂傾向變大。但此類鋼材碳含量低，焊接形成低碳馬氏體且其Ms轉變溫度高，導致冷卻較慢，馬氏體能做到“自回火”，此時可以避免冷裂紋的出現。若馬氏體轉變速度過快，馬氏體不能實現“自回火”，必然增大冷裂紋出現的傾向。因此，低合金高強鋼焊接工藝的關鍵點，在于交集區(qū)域內尋找恰當的冷卻速度。

（2）B610CF鋼板的化學成分及力學性能。B610CF鋼以調質、熱機械控制軋制或熱機械控制軋制加回火狀態(tài)交貨，具有冷裂紋敏感性低、綜合力學性能好等特點。此類鋼的牌號由寶鋼股份中“寶”的拼音字母首位“B”、規(guī)定最小抗拉強度（單位MPa）的數值、代表其特性的英文字母、用途、交貨狀態(tài)和質量等級組成。表示低焊接裂紋敏感性時用英文Crack Free首位字母“CF”，現將B610CF鋼板的化學成分及力學性能介紹如下，表1和表2。

根據公式及表1計算出板厚10～80mm的B610CF鋼的碳當量Ceq（JIS）、冷裂紋敏感系數Pcm：

Ceq（JIS）（max）=0.44%；Pcm（max）=0.22%

說明：日本JIS標準規(guī)定碳當量公式：

Ceq（JIS）=C+（%）；

冷裂紋敏感系數

Pcm =C++5B（%）；

根據計算結果可以初步判定B610CF鋼板有一定的淬硬傾向（Ceq=0.4%～0.6%，在一定條件下焊接）。

高強鋼常需要焊接，在焊態(tài)下使用。外界溫度較低時應進行焊前熱處理，防止裂紋出現，隨板厚增大預熱溫度要相應提高（20～150℃）。一般不進行焊后熱處理，若必須要進行，其溫度應低于母材調質回火溫度（30～50℃）。

2 B610CF鋼焊接工藝要點

我單位分包合同工程清單包括尾水管、蝸殼、機坑里襯三部分金屬結構的制作，其中蝸殼結構型式為鋼板焊接結構，材質為B610CF型高強鋼。蝸殼與蝸殼進口延伸段相接處的內徑為8.76m。蝸殼共有36個管節(jié)、96個瓦塊，每節(jié)“C”型管由三個瓦塊組成，在工地現場廠房組焊為整節(jié)出廠。

B610CF鋼焊接施工前應根據焊接工藝評定報告（PQR）、焊接性分析、現場環(huán)境條件、相關標準等制定專門的焊接工藝，此工藝應介紹焊接的工程量、焊接位置、母材材質和結構等?，F場環(huán)境條件包括溫度、濕度、風速、照明、通道、電源等；工藝細節(jié)包含人員資質要求、設備型號規(guī)格、焊材管理、焊條烘焙、焊前預熱、消氫處理、無損探傷和缺陷返修等。除此之外，還應介紹現場施工管理、質量管理、安全管理、工程進度、資源配置等內容，B610CF鋼焊接工藝要點包括以下幾點：

（1）對定位焊要求。裝配時的定位焊采用與焊接該焊件相同的焊接工藝，定位焊不允許有浮焊、裂紋、氣孔等缺陷。定位焊位置應距焊縫端部30mm以上，其長度應在50mm以上，間距為100～400mm，厚度不宜超過正式焊縫高度的1/2，最厚不超過8mm。

（2）為防止焊接裂紋和減小內應力，裝配時要盡量避免強行組裝。

（3）焊件的裝配質量經檢查合格后，方可進行正式焊接，嚴禁在間隙內添入金屬材料。

（4）焊接操作。整體組焊時按組裝順序進行焊接，先焊筒內，外側打底清根焊透，必須嚴格認真打磨掉滲碳層，以露出金屬光澤為合格。焊接應采用多層多道、分段退步焊，分段退步的長度為300～500mm，較合適的層間溫度為80～200℃，其溫度下限用以保證在多層焊中后道焊縫有起碼的預熱條件，其溫度上限以避免出現熱應力裂紋。通過補充加熱或緩慢焊接，來控制層間溫度。

（5）錘擊消應力。除定位焊、打底焊（前3層）和焊縫蓋面不得錘擊消應力外，其余每焊一層應使用風鏟錘擊消應力，消應力的效果應使焊縫表面屈服方可施焊下一層。消應力所使用的風鏟的錘頭部應磨成圓形，其圓弧半徑應大于2mm，必須在每層焊縫焊完后立即進行錘擊消應力。

（6）變形監(jiān)測和控制。焊接過程中由技術人員對蝸殼的變形隨時進行監(jiān)測，定時用觀測蝸殼變形及焊接收縮情況，以便隨時發(fā)現問題并及時處理。

（7）焊后消氫后熱處理。焊接完畢后焊縫溫度未低于預熱溫度前，必須立即進行消氫后熱處理，消氫溫度為250～300℃，保溫時間2～4h（根據板厚來確定）。用履帶式紅外線電加熱，加熱時必須緩慢且均勻，用紅外線測溫槍測量，人工監(jiān)控溫度。

（8）無損檢測。設計圖紙要求為：蝸殼所有縱向焊縫按ASME標準做100%RT，個別不能做RT的部位做100%UT，蝸殼所有焊縫均按ASME標準做100%MT/PT。考慮RT實際操作的工作環(huán)境等因素，經與業(yè)主、設計溝通，工地RT檢測用TOFT檢測替代。

（9）返修處理。無損檢測焊縫發(fā)現超標缺陷時，用角磨機、砂輪機或碳弧氣刨清理缺陷部位，清除缺陷應擴大范圍20～50mm。如果缺陷清除時有裂紋延伸現象，必須根據實際情況分析處理，在采取相應措施后徹底清除。

缺陷清除區(qū)域應過渡光澤，坡度不小于25°并且應打磨至露出金屬光澤，然后用磁粉檢測儀確認缺陷清除情況后再完整執(zhí)行焊接工藝，返修補焊，并進行無損檢測。

3 結束語

雖然高強鋼在焊接時存在一定的缺陷，但在保證焊接工藝、焊材管理、施焊環(huán)境和順序等的前提下，是能逐步克服這些問題的。通過分析高強鋼板焊接時易出現的問題，有的放矢地制定相應的工藝流程，明確注意事項，同時對焊接工藝進行質量控制并制定相應的安全生產條例，定會提高對B610CF鋼的焊接能力。

筆者公司對B610CF鋼焊接工藝評定報告（PQR）（采用ASME標準）結果如下：第一，焊條電弧焊：拉伸、彎曲試驗均合格，沖擊功（-20℃）在焊縫的正表面為110～136J，在距焊縫正表面3/4厚度處為116～138J，熱影響區(qū)均大于290J。第二，（80% Ar+20%CO2）氣保焊：拉伸、彎曲試驗均合格，沖擊功（-20℃）在焊縫的正表面為112～118J，在距焊縫正表面3/4厚度處為121～126J，熱影響區(qū)282～285J。

附：具體焊接工藝參數（見表3、表4）

注：手工焊，采用 CHE62CFLH 焊條。

表3 CHE62CFLH焊條焊接工藝參數

注：（80%Ar+20%CO2）氣保焊，采用CHW—65A焊絲。

焊條直徑（mm） 焊接電流（A） 電壓（V） 焊接速度（cm/min）Φ3.2（打底層） 100～120 21～23 6～11 Φ4.0（填充、蓋面層） 140～160 22～25 6～15

表4 CHW-65A焊絲焊接工藝參數

焊絲直徑（mm） 焊接電流（A） 電壓（V） 焊接速度（cm/min）Φ1.2（打底層） 120～140 17～20 7～12 Φ1.2（填充層） 140～240 18～26 10～20 Φ1.2（蓋面層） 140～180 18～22 7～12

參考文獻：

[1]郭學兵.低合金調質高強度鋼的焊接[J].能源技術與管理,2009,(2):76-77.

[2]王勇.低合金調質高強鋼焊接工藝研究進展[J].應用能源技術,2009,(8):11-13.

中圖分類號：TG44

文獻標志碼：A

文章編號：1671-3818（2016）04-0019-02

作者簡介：陳志高（1987-），男，漢族，大學本科，云南昆明人，助理工程師，研究方向：水工金屬結構制造。