李延清　陳立超　李江江

【摘 要】部分鋼鐵材料在兩相區(qū)高溫變形時(shí)，流變應(yīng)力往往不隨變形溫度升高而降低，而是在兩相區(qū)內(nèi)出現(xiàn)流變應(yīng)力的谷值。本文主要對(duì)低碳鋼焊接層間溫度對(duì)焊縫金屬?zèng)_擊韌性的影響進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析，以供參考。

【關(guān)鍵詞】低碳鋼；焊接層間溫度；焊縫金屬?zèng)_擊韌性；影響

中圖分類號(hào)：TG174 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

軌道列車碳鋼材料由低合金鋼、耐候鋼發(fā)展到第四代碳鋼材料高強(qiáng)鋼并日趨成熟，其焊接技術(shù)也被國(guó)內(nèi)主機(jī)廠廣泛使用，其產(chǎn)品已形成標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、參數(shù)化的發(fā)展模式。本文主要對(duì)低碳鋼焊接層間溫度對(duì)焊縫金屬?zèng)_擊韌性的影響進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析。

1碳鋼列車焊接技術(shù)研究現(xiàn)狀

由于碳鋼材料自身的特點(diǎn)，在選擇熔化焊方法時(shí)優(yōu)先選擇具有氧化性的GMAW以保證焊接過(guò)程中的電弧穩(wěn)定性。在軌道列車發(fā)展初期，主要使用焊條電弧焊配合J506WCu、J502WCu等焊條對(duì)耐候鋼Q345產(chǎn)品進(jìn)行焊接。隨著焊接設(shè)備的發(fā)展和升級(jí)，為滿足高效率的生產(chǎn)要求，自動(dòng)焊接替代手工焊接應(yīng)用至軌道列車制造行業(yè)，目前碳鋼列車制造主要使用MAG焊。如前所述，相對(duì)于CO2保護(hù)氣體，選用富Ar氣[φ（Ar）80%+φ（CO2）20%]作為保護(hù)氣體，熔滴過(guò)渡形式為短路過(guò)渡或穩(wěn)定射流過(guò)渡，電弧弧長(zhǎng)較短，焊道的熔深較淺，指狀熔深特點(diǎn)不明顯，焊縫成形良好，接頭具有良好的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率及低溫沖擊韌性。短路過(guò)渡的出現(xiàn)使得在焊接薄板時(shí)不僅可以平焊、立焊還能全位置焊接。純Ar氣體保護(hù)焊焊接碳鋼材料時(shí)，電弧不穩(wěn)而使保護(hù)效果變差，焊縫金屬韌性降低。

2層間溫度控制超標(biāo)

2.1案例描述

我們?cè)谶M(jìn)行P92鋼φ330mm×50mm規(guī)格焊接工藝評(píng)定焊后熱處理時(shí)發(fā)現(xiàn)，

手持遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀測(cè)量溫度的數(shù)值與Preheat35熱處理機(jī)（點(diǎn)焊式）所測(cè)量的溫度數(shù)值有40℃的誤差。經(jīng)儀器檢定表明，手持遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀所測(cè)量的溫度偏低，也就是說(shuō)P92鋼焊接時(shí)實(shí)際的預(yù)熱溫度、層間溫度控制高了40℃，預(yù)熱控制實(shí)際為240～250℃，層間溫度控制實(shí)際為250～290℃，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)DL/T819—2010《火力發(fā)電廠焊接熱處理技術(shù)規(guī)程》要求可知，該焊接件層間溫度超標(biāo)。因此，我們又按方案要求重新進(jìn)行了焊接工藝評(píng)定試件的焊接，并同時(shí)對(duì)這兩條焊縫進(jìn)行了無(wú)損檢測(cè)、力學(xué)性能和理化試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，層間溫度超標(biāo)的試樣除了沖擊韌性值偏低外，其余拉伸、彎曲、金屬組織等試驗(yàn)數(shù)據(jù)相差不大。于是，我們又對(duì)本單位所進(jìn)行的T/P92鋼焊接工藝評(píng)定所進(jìn)行的沖擊韌性數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，如附表所示。

2.2原因分析

由附表數(shù)據(jù)可知，沖擊韌性值與層間溫度控制影響很密切，溫度控制低則沖擊韌性值較高。第一，通過(guò)浙江華能玉環(huán)電廠4臺(tái)百萬(wàn)機(jī)組的安裝，國(guó)電信息網(wǎng)出臺(tái)了《T/P92鋼焊接指導(dǎo)性工藝》，工藝規(guī)定T/P92鋼層間溫度控制溫度為≤300℃；隨著T/P92鋼應(yīng)用技術(shù)的成熟，層間溫度的控制溫度降為≤250℃，并在DL/T819、DL/T869標(biāo)準(zhǔn)中先后進(jìn)行了明確規(guī)定。第二，當(dāng)焊接時(shí)層間溫度控制在250℃以下時(shí)，沖擊值較高；當(dāng)層間溫度控制在300℃以下焊接時(shí)，沖擊值較低，與層間溫度控制在250℃以下焊接時(shí)的焊縫相差較大，且有些值處于41J的合格臨界值邊緣。第三，T92鋼由于是小徑薄壁管，散熱狀態(tài)較好，層間溫度容易控制，故沖擊值較為理想；而大徑厚管則由于散熱不好，控制較難，沖擊值處于合格臨界值偏上。若測(cè)溫手段等其他不利因素存在，則不能保證其焊縫的質(zhì)量。第四，層間溫度是焊接過(guò)程中焊接時(shí)該層與前一層的溫度它不是前一層焊接前的瞬時(shí)溫度，而是一個(gè)動(dòng)態(tài)的溫度控制。層間溫度控制主要應(yīng)從以下幾個(gè)方面控制：①測(cè)量?jī)x器的正確性。②測(cè)量位置的正確性。③測(cè)量的連續(xù)性或測(cè)量的頻次。

2.3控制措施

第一，預(yù)熱溫度的上下溫差區(qū)間應(yīng)盡可能窄，應(yīng)控制在200～210℃。焊縫2G位置可采用繩狀加熱器，焊縫5G、6G位置則應(yīng)采用塊狀履帶加熱器，塊狀履帶加熱器功率應(yīng)小而多，更容易保證焊縫周圈溫度的控制并相接近?？s小焊縫的預(yù)熱溫度區(qū)間，從而增大了焊縫焊接時(shí)溫度的控制區(qū)間。第二，加強(qiáng)測(cè)溫儀器儀表的檢定，使儀器儀表一直處于合格有效期內(nèi)且數(shù)據(jù)正確，并進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的校正。第三，焊接時(shí)應(yīng)控制熱輸入，主要是層道厚度、焊道寬度的控制，應(yīng)在保證焊縫質(zhì)量的情況下盡可能的采用最小的焊接熱輸入。第四，控制焊接的節(jié)奏，加強(qiáng)層間溫度的測(cè)量控制，層間溫度并不是焊接前底層的溫度，而是一個(gè)動(dòng)態(tài)的溫度，應(yīng)在焊接過(guò)程中跟蹤測(cè)量底層的溫度，一旦接近上溫度控制點(diǎn)時(shí)應(yīng)立即停止焊接，規(guī)范測(cè)量方法如圖3所示。第五，預(yù)熱時(shí)，應(yīng)在加熱履帶外且接近坡口處布置一支熱電偶，作為遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀或其他測(cè)溫工具測(cè)溫的基準(zhǔn)點(diǎn)，防止遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀等出現(xiàn)設(shè)備問(wèn)題時(shí)影響焊縫的焊接質(zhì)量。

3碳鋼材料典型保溫層下腐蝕

碳鋼材料易發(fā)生保溫層下腐蝕的溫度區(qū)間一般集中在-4℃～150℃之間，溫度作為保溫層下腐蝕發(fā)生的一個(gè)重要因素，還影響腐蝕速率的快慢。保溫層下的腐蝕環(huán)境可看作是個(gè)封閉的系統(tǒng)，隨著溫度的升高，系統(tǒng)內(nèi)的氧濃度增大，保溫層下金屬的腐蝕速率也隨之提高；伴隨持續(xù)高溫，水分在金屬表面更易蒸發(fā)，導(dǎo)致腐蝕介質(zhì)的濃縮和沉積，腐蝕速率進(jìn)一步提高；當(dāng)溫度持續(xù)升高達(dá)到120℃時(shí)，保溫層結(jié)構(gòu)逐漸達(dá)到干燥狀態(tài)，金屬表面水分蒸發(fā)殆盡，無(wú)法形成電解質(zhì)溶液薄膜，此時(shí)保溫層下腐蝕速率為零；然而當(dāng)溫度降低后保溫層被重新浸濕，腐蝕速率在干濕交替的過(guò)渡區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)很大波動(dòng)并產(chǎn)生峰值，這主要是由于高溫干燥狀態(tài)促使了腐蝕介質(zhì)的濃縮和聚積，因此越是工作溫度變化范圍較大的碳鋼材料保溫層下腐蝕越明顯。碳鋼材料的外防腐涂層，能夠有效隔離腐蝕介質(zhì)與金屬表面的接觸，阻止保溫層下腐蝕的發(fā)生。因此防腐涂層的使用壽命直接影響著碳鋼材料的使用壽命，有效延長(zhǎng)防腐涂層的使用壽命，要從以下兩點(diǎn)出發(fā)：（1）金屬材料表面處理。金屬表面處理是防腐涂層施工的關(guān)鍵，通過(guò)噴砂或電動(dòng)等處理手段，使金屬材料表面粗糙度達(dá)到一定的等級(jí)，良好的表面基層能夠增加防腐涂層與金屬表面的黏合力，延長(zhǎng)防腐涂層的使用壽命。（2）防腐涂層方案的選擇。防腐涂裝方案應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的操作溫度及環(huán)境因素，按照最苛刻的條件選用涂料的種類及涂層的厚度，以保證防腐的效果。（3）應(yīng)用先進(jìn)的檢驗(yàn)手段。碳鋼材料保溫層下腐蝕具備隱蔽性，給檢驗(yàn)帶來(lái)了很大困難，如果大面積拆除保溫進(jìn)行檢查，必然造成施工成本過(guò)大。此時(shí)可采用先進(jìn)的檢驗(yàn)手段，如導(dǎo)波檢驗(yàn)，在不必大面積拆除保溫層的情況下，對(duì)檢測(cè)的管道安全等級(jí)進(jìn)行整體評(píng)估。

結(jié)束語(yǔ)

低碳鋼焊縫層間溫度與焊后熱處理溫度控制應(yīng)按熱處理工藝卡要求嚴(yán)格執(zhí)行，而熱處理工藝卡編制時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按焊接工藝評(píng)定實(shí)施時(shí)的熱處理方案進(jìn)行編制。

參考文獻(xiàn)：

[1]張劍君，張慧，席常鎖，譚文，王春峰.薄板坯連鑄中碳鋼角橫裂缺陷成因及控制[J].鋼鐵，2017，52（11）：32-36+42.

[2]盧宋樂(lè).含Cr低合金鋼CO_2/H_2S環(huán)境腐蝕產(chǎn)物膜形成及作用機(jī)理研究[D].北京科技大學(xué)，2018.

[3]薛貫魯，曲家民，王志敏，劉慶鎖.退火溫度對(duì)無(wú)鋁超高碳鋼組織及性能的影響[J].機(jī)械工程材料，2017，41（10）：82-85.

[4]張?zhí)?，張建奎，楊杰，霍桂蘭.影響普碳鋼可澆性因素分析與實(shí)踐[J].河南冶金，2017，25（05）：17-18+39.

[5]周天茹，李曉紅，陳磊磊，趙飛.循環(huán)水溫度對(duì)10～#碳鋼和316L不銹鋼電化學(xué)行為的影響[J].青海大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，34（05）：86-89+96.

（作者單位：中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司）