该类钢作为高强度焊接结构钢,其含碳量限于较低,通常碳质量分数小于0.18%,并且在合金成分设计时也考虑了焊接性要求,因此低碳回火钢的焊接性基本上与正火钢相似。焊接过程中主要出现以下问题。
①焊缝热裂纹和热影响区液化裂纹。低碳回火钢一般含碳量较低,而含锰量较高,S、P控制也较严,因此热裂倾向较小,但高镍低锰型的低合金高强钢,则会增加热裂和液化裂纹倾向。
②冷裂纹。由于这类钢含有较多能提高淬透性的合金元素,因此有很大的冷裂倾向。但由于该类钢的Ms点较高,如果能在该温度下使接头冷却得更慢一些,使生成的马氏体有时间进行“自回火”处理,就能在一定程度上减少冷裂倾向,因此实际的冷裂倾向并不一定大。
③再热裂纹。低碳回火钢含有V、Mo、Nb、Cr等强碳化物形成元素,因此有一定的再热裂纹倾向。
④热影响区软化。当加热到焊接温度已达到Ac1时,软化发生在母材原始回火温度之间的区域。原始回火温度越低,软化区范围越大,软化程度越严重。
⑤热影响区脆化。如果过热区产生低碳马氏体和体积分数为10%-30%的下贝氏体,则可获得高韧性。但冷却速度过快时,形成体积分数100%的低碳马氏体,韧性会下降;当冷却速度太慢时,一方面使晶粒粗化,另一方面在过热区会产生低碳马氏体加贝氏体加MA元素的混合组织,会使过热区产生更严重的脆化。
在焊接σs≥980MPa的回火钢时,必须采用钨极电弧焊或电子束焊等焊接方法。对于σs<980MPa的低碳回火钢,可采用焊条电弧焊、埋弧自动焊、熔化极气体保护焊和钨极电弧焊。但对于σs≥686MPa的钢材,熔化极气体保护焊是最合适的自动焊接工艺方法。另外,如果必须采用多丝埋弧焊和电渣焊等热输入量大、冷却速度极低的焊接方法,就必须进行焊后回火处理。
当热输入增加到最大允许值时,裂纹无法避免时,必须采取预热措施。对于低碳回火钢来说,预热的目的主要是防止冷裂,而预热可能对韧性产生不利影响,因此一般用于焊接低碳回火钢时预热温度较低(≤200℃)。预热主要希望降低马氏体转变的冷却速度,通过马氏体的自回火作用来提高抗裂性能。当预热温度过高时,不仅防止冷冷没有必要,反而会使800-500℃的冷却速度低于出现脆性混合组织的临界冷却速度,使热影响区出现明显的脆化,因此要避免盲目提高预热温度,这也包括层间温度。
低碳回火钢焊后一般不再进行热处理,因此在选择焊接材料时,所得焊缝金属应接近焊缝状态下母材的力学性能。在特殊情况下,如结构刚度很大,冷裂纹难以避免,必须选择强度比母材稍低的金属作为填充金属。