在現(xiàn)代工程建設(shè)領(lǐng)域，高強(qiáng)耐候鋼以其獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)逐漸成為眾多關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的理想材料選擇。隨著各類(lèi)大型基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目的不斷推進(jìn)，高強(qiáng)耐候鋼的應(yīng)用范圍持續(xù)擴(kuò)大。但在高強(qiáng)耐候鋼的焊接過(guò)程中，不可避免地會(huì)面臨一系列復(fù)雜的問(wèn)題，這些問(wèn)題若不加以妥善解決，將極大地影響鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、安全性和耐久性。深入研究高強(qiáng)耐候鋼焊接的問(wèn)題并制定科學(xué)有效的應(yīng)對(duì)措施，具有至關(guān)重要的現(xiàn)實(shí)意義。
一、耐候鋼概述
耐候鋼，亦稱(chēng)耐大氣腐蝕鋼，屬于低合金鋼系列，介于普通鋼與不銹鋼之間。其由普碳鋼添加少量銅、鎳等耐腐蝕元素制成，兼具優(yōu)質(zhì)鋼的強(qiáng)韌、塑延、成型、焊割、磨蝕、高溫及抗疲勞等特性。耐候性為普碳鋼的 2 至 8 倍，涂裝性為普碳鋼的 1.5 至 10 倍。耐候鋼主要應(yīng)用于鐵道、車(chē)輛、橋梁、塔架、光伏、高速工程等長(zhǎng)期暴露于大氣中的鋼結(jié)構(gòu)，以及用于制造集裝箱、鐵道車(chē)輛、石油井架、海港建筑、采油平臺(tái)及化工石油設(shè)備中含硫化氫腐蝕介質(zhì)的容器等結(jié)構(gòu)件。
二、高強(qiáng)耐候鋼焊接的三大問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施
1、高強(qiáng)耐候鋼焊接冷裂紋
導(dǎo)致焊接冷裂紋的主要因素有三：一是鋼的淬硬傾向；二是焊接拉應(yīng)力；三是焊接接頭的含氫量及其分布。
應(yīng)對(duì)措施如下：
（1）選用堿性低氫型焊條、焊劑。此類(lèi)焊條、焊劑焊接接頭含氫量低，脫硫、脫磷性能好，沖擊韌性高。使用前需在 350℃～420℃溫度下烘干 1～2 小時(shí)，以有效去除水分，減少焊接接頭含氧量，降低冷裂傾向。
（2）焊接備件經(jīng)檢驗(yàn)合格方可組對(duì)，不得強(qiáng)力組對(duì)，避免過(guò)大組裝應(yīng)力。
（3）焊前清理焊件，對(duì)鋼材欲焊部位及兩側(cè)各 20 毫米范圍內(nèi)認(rèn)真清理，去除水分、鐵銹、油污等雜物。
（4）合理安排焊接次序，使多數(shù)焊縫在剛度較小條件下焊接，減少焊接應(yīng)力。
（5）焊前預(yù)熱、焊后緩冷或熱處理。焊前預(yù)熱是防止高強(qiáng)鋼焊接冷裂紋的重要工藝措施。焊后緩冷或熱處理可使擴(kuò)散的氫充分逸出，降低焊接殘余應(yīng)力，改善組織，減少淬硬性，從而降低冷裂傾向。高強(qiáng)度耐候鋼焊接一般無(wú)需預(yù)熱及焊后緩冷等工藝措施。
（6）選用合適的焊接線(xiàn)能量。適當(dāng)增大合理的焊接線(xiàn)能量，可延長(zhǎng)焊接接頭冷卻時(shí)間，減少或避免焊接熱影響區(qū)的淬火組織，利于氫逸出，降低冷裂紋傾向。
（7）選用合適的焊接方法和焊接操作規(guī)范。中厚板常用焊接方法中，清根雙面多層混合氣體保護(hù)焊焊接接頭低溫沖擊韌性最好，其次是清根雙面多層手工焊條焊，再次為不清根雙面單層埋弧自動(dòng)焊。混合氣體保護(hù)焊應(yīng)優(yōu)先采用，多層焊時(shí)前一層焊道對(duì)后一層焊道有預(yù)熱作用，后一層焊道對(duì)前一層焊道有后熱緩冷和回火作用。手工焊條焊須保持短弧操作，在離開(kāi)焊縫端頭 20～30 毫米引弧，焊縫末端采用回焊收尾法，弧坑必須焊滿(mǎn)。
2、高強(qiáng)耐候鋼焊接熱裂紋
高強(qiáng)度耐候鋼的焊接熱裂紋主要是焊縫的結(jié)晶裂紋。實(shí)踐證明，高強(qiáng)度耐候鋼焊縫熱裂傾向比普通耐候鋼小，可能與高強(qiáng)度耐候鋼更低的硫、磷含量及較高的錳含量以及手弧焊時(shí)使用堿性焊條有關(guān)。
應(yīng)對(duì)措施如下：
（1）選用堿性焊條、焊劑。
（2）合理安排焊接次序，減小焊接應(yīng)力。
（3）控制焊縫形狀。寬而淺的對(duì)接焊縫抗熱裂性較高，對(duì)接焊縫形狀系數(shù)一般控制在 1.3—2，且有 1—2 毫米焊縫余高。對(duì)接焊縫和角焊縫應(yīng)為微凸形，焊縫末端采用回焊收尾法，手弧焊和半自動(dòng)氣電焊焊縫弧坑須焊滿(mǎn)，埋弧自動(dòng)焊應(yīng)設(shè)引弧板和引出板。
（4）采用合理的焊接規(guī)范。適當(dāng)減小焊接電流并提高電弧電壓。
3、高強(qiáng)耐候鋼焊縫脆化問(wèn)題
高強(qiáng)度耐候鋼焊接接頭低溫 V 形缺口沖擊試驗(yàn)表明，沖擊韌性最低區(qū)域在焊縫，與一般高強(qiáng)鋼不同。且大規(guī)范焊接的焊縫沖擊韌性較小規(guī)范焊接的低。
從提高焊接接頭沖擊韌性考慮，采用較小線(xiàn)能量有利，但減小線(xiàn)能量對(duì)接頭抗冷裂性能及塑性指標(biāo)有不利影響，選擇焊接線(xiàn)能量須綜合考慮。高強(qiáng)度耐候鋼的較大線(xiàn)能量手弧焊和半自動(dòng)氣電焊焊縫沖擊韌性雖低，但仍高于母材沖擊韌性要求，故手弧焊和半自動(dòng)氣電焊時(shí)可不單獨(dú)考慮接頭沖擊韌性問(wèn)題。而粗絲埋弧自動(dòng)焊時(shí)，需考慮焊接線(xiàn)能量對(duì)接頭沖擊韌性的影響，在保證焊透和完全熔合的前提下，焊接線(xiàn)能量不能超過(guò) 30kJ/cm。
高強(qiáng)耐候鋼焊接過(guò)程中的三大問(wèn)題不容忽視，通過(guò)對(duì)冷裂紋、熱裂紋以及焊縫脆化問(wèn)題的深入分析和針對(duì)性的應(yīng)對(duì)措施實(shí)施，能夠在很大程度上提高高強(qiáng)耐候鋼焊接的質(zhì)量和可靠性。在未來(lái)的工程實(shí)踐中，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和對(duì)高強(qiáng)耐候鋼性能認(rèn)識(shí)的不斷深化，我們有理由相信，能夠更加高效、精準(zhǔn)地解決這些焊接問(wèn)題，為各類(lèi)重大工程建設(shè)提供更加堅(jiān)實(shí)的保障，推動(dòng)工程建設(shè)行業(yè)向著更高質(zhì)量、更可持續(xù)的方向發(fā)展。
