18CrMnMoB合金結構鋼與Q345D碳素鋼的焊接屬於異種鋼的焊接。由於18CrMnMoB合金結構鋼與Q345D鋼的化學成分差異較大,導致兩者的性能相差很多。化學成分的差異必然會給這兩種材料的焊接帶來一定的困難。若結構需要欲將兩種鋼組合焊接在一起,操作人員必須對其焊接工藝認真討論與設計,這樣才能保證其焊接後接頭的可靠性。只有通過對這兩種材料的化學成分和力學性能進行對比分析,找到焊接方法和焊接工藝參數,才能保證焊接質量達到使用要求。兩種焊件材料的化學成分見圖1
對18CrMnMoB合金結構鋼與Q345D鋼來講,兩種材料之的熔點相差越多,成分差異越大,焊接就越困難,尤其是對於動荷狀態工作的構件,有些受到較大剪切應力,工作環境比較差,要求焊縫具有較高的強韌性和一定的耐高溫、耐蝕性。因此，焊接這類構件,焊接工藝參數的選擇是保證焊接質量的關鍵。
一般情況下,18CrMnMoB8的屈服強度不小於785MPa,抗拉強度不小於588MPa;Q345D的屈服強度為345MPa,抗拉強度為540MPa。由此可見,18CrMnMoB具有較高的強度和較好的衝擊韌性,但其碳當量不小於0.42%。因此,焊接時有較強的淬硬傾向,容易形成冷裂紋。冷裂紋的產生除了與材料的淬硬傾向有關外,還與擴散氫的含量和殘餘應力的大小有關。焊接這類鋼材,為了防止冷裂紋的產生,在焊接前必須採取預熱措施,焊後對焊件應立即進行熱處理。同時,焊接工程中應嚴格控制焊縫中氫的含量,減少焊接應力,避免產生冷裂紋。
Q345D的焊接性較好,其含碳量、合金元素的含量和強度都遠低於18CrMnMoB。由於兩者在化學成分上存在巨大的差異在焊接時必須採取合適的焊接工藝參數和焊接工藝措施才能保證其焊接質量。具體措施有以下幾點：
1，焊接前,其焊接工藝措施的制定要考慮兩種材料的碳當量，根據碳當量的計算值確定預熱溫度,18CrMnMoB合金結構鋼與Q345D鋼焊接時的最小預熱溫度為160℃~180℃,根據18CrMnMoB鋼件加熱的特點,加熱後可能會出現熱影響區成分偏析較嚴重的現象,也可能使焊接被加熱區的組織粗大。因此,焊接後裂紋最易出現在熱影響區。考慮環境因素和工作條件的影響,18CrMnMoB合金結構鋼與Q345D鋼焊接時的最小預熱溫度可選擇為180℃。
預熱時可以採用加熱帶,也可以採用氧乙炔火焰加熱。如果採用氧乙炔火焰加熱,為保證加熱過程中工件受熱均勻,應由兩個人採用兩把加熱工具同時對工件加熱。為了保持加熱溫度均衡並使焊接過程中熱量不流失,工件的上部應採用石棉氈等耐火材料覆蓋。溫度的測量可以用遠紅外測溫儀或測溫筆,當溫度達到180℃時可以開始焊接。
2，焊接材料的選擇也要考慮碳當量,由於18 CrMnMoB碳含量高,如果焊接過程中母材過多的熔入焊縫,焊縫的脆硬傾向增加,就會容易引起焊接裂紋。為了減少焊縫中的碳含量和合金元素的含量,減少淬硬傾向,必須減少母材在焊縫中的熔合比。因此,打底焊時宜於採用手工電弧焊(SMAW),同時嚴格控制焊接熱輸入,減少母材中碳元素及其他合金元素的熔入,中間層焊接時為提高生產效率,可採用其他機械化程度較高的焊接方法。
18CrMnMoB合金結構鋼與Q345D鋼焊接時,根據焊材的選用原則,應按弱強匹配原則選用與較低強度Q345D母材相匹配的J507低氫型焊條進行打底焊接。這樣,可避免選用其他焊接材料在焊接第一層打底焊時產生裂紋的弊端,充分利用低氫型焊條焊接焊縫具有較好的塑性和韌性的特點,賦予焊縫較高的抗裂性能。
採用焊條電弧焊打底,在保證氣體能充分保護熔池的條件下,可利用氬氣保護焊縫中熔化的金屬和焊接熱影響區。採用電弧焊充氬氣保護進行焊接,既提高了效率又保證了焊接質量。
在使用J507低氫型焊條打底焊接前,為防止焊接過程中焊條內的水分子分解進入焊縫形成氫致冷裂紋,焊條必須按規定進行嚴格烘乾,J507低氫型焊條的烘乾溫度一般是350℃/1h.烘乾後的焊條應隨用隨取,使用時放入保溫桶中。
3，由於低氫型焊條對氫很敏感。因此,焊接前必須徹底清除號材坡口表面上的鐵鏽、油汙、水分等影響焊接質量的雜質。焊接過程中注意控制層間溫度不低於預熱溫度,並注意採用短弧與窄焊道焊接。每焊完一層要用圓角小錘錘擊焊道表面,使焊縫金屬晶粒細化,防止形成粗大的馬氏體組織,同時釋放殘餘應力,防止各種裂紋的產生。
為防止產生延遲冷裂紋,使焊縫中擴散氫充分逸出,同時消除焊縫冷卻過程中產生的收縮應力,避免在熱影響區出現層狀裂紋等焊接缺陷,18CrMnMoB合金結構鋼與Q345D鋼焊後應立即進行熱處理。有條件時熱處理最好在爐中進行,熱處理溫度可選擇為620℃並保溫4h以上,然後緩冷至250℃出爐空冷。
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