Q345R鋼與S30408鋼異種鋼焊接工藝的研究

唐文慶　劉明亮

摘 要：Q345R鋼與S30408鋼的異種材料焊接，在壓力容器制造中應(yīng)用很廣泛。該文詳細(xì)介紹了兩種材質(zhì)的焊接特點，并對其焊縫進行射線檢驗、力學(xué)性能、彎曲性能、化學(xué)成分分析及金相組織觀察。結(jié)果表明，采取合理的工藝措施，可以獲得無焊接缺陷的焊縫，避免了焊接接頭出現(xiàn)脆性馬氏體組織，可以控制碳的擴散。而且，焊接接頭的拉伸性能、沖擊性能、彎曲性能、化學(xué)成分及金相組織均能滿足要求。

關(guān)鍵詞：Q345R鋼 A30408鋼 焊接 異種材料

中圖分類號：TG457.11 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（a）-0070-02

在壓力容器的制造中，為了免除一些焊縫的熱處理，存在著大量異種材料的焊接接頭。由于異種材料在物理性能方面如熔化溫度、導(dǎo)熱系數(shù)、線膨脹系數(shù)和電阻系數(shù)等方面存在明顯差異，所以其焊接具有一定的難度。

某反應(yīng)器的接管與外接管路材質(zhì)分別為Q345R鋼與S30408鋼，屬于典型的異種材料結(jié)構(gòu)形式。由于該條焊縫是在產(chǎn)品進行最終焊后熱處理之后進行焊接，為了免去該條焊縫的熱處理，所以接管端面堆焊ENiCrFe-3，堆焊后再進行該條組焊焊縫的焊接。

1 試驗材料

Q345R鋼屬于珠光體低合金鋼，具有良好的綜合機械性能、焊接性能、工藝性能及低溫沖擊韌性，冷沖壓及切削性能較好。因此，廣泛應(yīng)用于石油化工設(shè)備中的低壓及中壓容器，也是我國使用最早、生產(chǎn)量最大的低合金鋼之一。

Q345R鋼和S30408鋼兩者本身有較大差異，焊接時除了母材本身易產(chǎn)生的焊接問題外，還有如下特點。

1）焊接接頭出現(xiàn)脆性馬氏體組織：Q345R為珠光體組織，S30408為奧氏體組織，珠光體鋼含有很少的合金元素，會對焊縫金屬稀釋，使奧氏體元素含量降低，焊縫中可能出現(xiàn)脆性馬氏體組織，使焊縫塑性韌性降低，甚至產(chǎn)生裂紋。

2）焊接接頭化學(xué)成分不均勻：在焊接過程中，焊縫中心與邊緣的液態(tài)金屬溫度、液態(tài)金屬停留時間各部相同，熔池邊緣的液態(tài)金屬溫度較低，流動性差，而且在液態(tài)停留時間段，熔化的母材不能與填充金屬充分混合，因此邊緣焊縫中母材所占比例較大：靠近Q345R側(cè)熔合區(qū)的焊縫金屬中，形成一層與焊縫中心成分不同的過渡層。

3）焊接接頭中碳的擴散：Q345R鋼中含碳量高，S30408鋼中含碳量低，在焊接過程中，尤其是接頭熱處理過程中，存在碳的擴散遷移：Q345R鋼被脫碳，S30408鋼被增碳。脫碳對焊接接頭的持久強度有不利影響，而增碳會造成S30408鋼抗晶間腐蝕能力降低。

4）焊接接頭的熱應(yīng)力：S30408鋼線膨脹系數(shù)比Q345R鋼大30%～50%，熱導(dǎo)系數(shù)卻只有Q345R鋼的1/3，這兩種材質(zhì)的接頭，在焊后冷卻、熱處理以及將來使用中，都會在熔合區(qū)產(chǎn)生熱應(yīng)力，大大降低焊接接頭的強度。

2 焊接工藝評定

按照NB/T47014-2011《承壓設(shè)備焊接工藝評定》的要求，試板材質(zhì)為Q345R，試板厚度為30mm，長度和寬度滿足取樣要求。工藝評定試板接頭形式示意圖如（圖1）所示。

2.1 堆焊隔離層

在Q345R材質(zhì)上堆焊ENiCrFe-3，考慮到母材和母材對堆焊金屬的稀釋，為了防止產(chǎn)生焊接裂紋，堆焊第一層ENiCrFe-3時需要進行預(yù)熱，預(yù)熱溫度≥100℃，焊后緩冷即可。在焊完第一層ENiCrFe-3后，其余各層均為冷焊，并注意控制層間溫度。堆焊時，盡可能采用小規(guī)范、短弧和較快的焊接速度，焊接參數(shù)嚴(yán)格按照（表1）中的規(guī)定執(zhí)行。

試板堆焊后，按JB/T4730-2005進行100%PT、100%UT探傷檢測，合格等級為Ⅰ級。探傷合格后，試件按NB/T 47015-2011規(guī)定，Q345R材質(zhì)熱處理溫度為600-640℃[2]，保溫時間為6小時。熱處理后，試件按照圖1所示的坡口型式進行加工坡口。

2.2 組焊

產(chǎn)品圖紙要求焊縫為全焊透的結(jié)構(gòu)，由于焊縫背面無法進行清根操作，該試板采用鎢極氬弧焊+手工電弧焊進行焊接。施焊過程中，焊接參數(shù)嚴(yán)格按照（表2）中的規(guī)定執(zhí)行。

工藝評定試板的對接焊縫焊接完成后，按JB/T4730-2005進行100%PT、100%RT探傷檢測，合格等級分別為Ⅰ級和Ⅱ級。

2.3 工藝評定結(jié)果分析

焊件探傷合格后，按照NB/T47014-2011的要求，進行了拉伸試驗、彎曲試驗和Q345R側(cè)的熱區(qū)沖擊試驗。從試驗結(jié)果可以看出，抗拉強度結(jié)果滿足母材抗拉強度的要求，并具有較高的強度儲備。Q345R的熱區(qū)沖擊試驗結(jié)果滿足沖擊功的要求，并且與原母材的沖擊性能接近，基本沒有降低，證明在堆焊完ENiCrFe-3后進行最終焊后熱處理，對熱區(qū)性能起到改善作用。ENiCrFe-3焊縫焊接時，焊接過程對Q345R母材的性能沒有產(chǎn)生不利的影響，證明隔離層起到作用且工藝規(guī)范合理。彎曲試驗結(jié)果表明在焊縫和熱區(qū)內(nèi)不存在焊接缺陷，且焊縫的韌性沒有降低，說明所采取的焊接工藝措施可行并能獲得滿足要求的焊接接頭。

3 結(jié)語

1）根據(jù)Q345R鋼和S30408鋼的焊接特點，焊接時采取合理的措施并嚴(yán)格按照工藝的要求執(zhí)行，能夠有效的避免了焊接接頭出現(xiàn)脆性馬氏體組織，可以控制碳的擴散，確保焊接接頭化學(xué)成分均勻。

2）焊件經(jīng)無損檢測合格后，其拉伸性能、沖擊性能、彎曲性能均能夠滿足要求。而且，金相組織分析也滿足要求。

參考文獻

[1] GB713-2008，鍋爐和壓力容器用鋼板 [S]

[2] NB/T 47015-2011，壓力容器焊接規(guī)程[S].endprint

摘 要：Q345R鋼與S30408鋼的異種材料焊接，在壓力容器制造中應(yīng)用很廣泛。該文詳細(xì)介紹了兩種材質(zhì)的焊接特點，并對其焊縫進行射線檢驗、力學(xué)性能、彎曲性能、化學(xué)成分分析及金相組織觀察。結(jié)果表明，采取合理的工藝措施，可以獲得無焊接缺陷的焊縫，避免了焊接接頭出現(xiàn)脆性馬氏體組織，可以控制碳的擴散。而且，焊接接頭的拉伸性能、沖擊性能、彎曲性能、化學(xué)成分及金相組織均能滿足要求。

關(guān)鍵詞：Q345R鋼 A30408鋼 焊接 異種材料

中圖分類號：TG457.11 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（a）-0070-02

在壓力容器的制造中，為了免除一些焊縫的熱處理，存在著大量異種材料的焊接接頭。由于異種材料在物理性能方面如熔化溫度、導(dǎo)熱系數(shù)、線膨脹系數(shù)和電阻系數(shù)等方面存在明顯差異，所以其焊接具有一定的難度。

某反應(yīng)器的接管與外接管路材質(zhì)分別為Q345R鋼與S30408鋼，屬于典型的異種材料結(jié)構(gòu)形式。由于該條焊縫是在產(chǎn)品進行最終焊后熱處理之后進行焊接，為了免去該條焊縫的熱處理，所以接管端面堆焊ENiCrFe-3，堆焊后再進行該條組焊焊縫的焊接。

1 試驗材料

Q345R鋼屬于珠光體低合金鋼，具有良好的綜合機械性能、焊接性能、工藝性能及低溫沖擊韌性，冷沖壓及切削性能較好。因此，廣泛應(yīng)用于石油化工設(shè)備中的低壓及中壓容器，也是我國使用最早、生產(chǎn)量最大的低合金鋼之一。

Q345R鋼和S30408鋼兩者本身有較大差異，焊接時除了母材本身易產(chǎn)生的焊接問題外，還有如下特點。

1）焊接接頭出現(xiàn)脆性馬氏體組織：Q345R為珠光體組織，S30408為奧氏體組織，珠光體鋼含有很少的合金元素，會對焊縫金屬稀釋，使奧氏體元素含量降低，焊縫中可能出現(xiàn)脆性馬氏體組織，使焊縫塑性韌性降低，甚至產(chǎn)生裂紋。

2）焊接接頭化學(xué)成分不均勻：在焊接過程中，焊縫中心與邊緣的液態(tài)金屬溫度、液態(tài)金屬停留時間各部相同，熔池邊緣的液態(tài)金屬溫度較低，流動性差，而且在液態(tài)停留時間段，熔化的母材不能與填充金屬充分混合，因此邊緣焊縫中母材所占比例較大：靠近Q345R側(cè)熔合區(qū)的焊縫金屬中，形成一層與焊縫中心成分不同的過渡層。

3）焊接接頭中碳的擴散：Q345R鋼中含碳量高，S30408鋼中含碳量低，在焊接過程中，尤其是接頭熱處理過程中，存在碳的擴散遷移：Q345R鋼被脫碳，S30408鋼被增碳。脫碳對焊接接頭的持久強度有不利影響，而增碳會造成S30408鋼抗晶間腐蝕能力降低。

4）焊接接頭的熱應(yīng)力：S30408鋼線膨脹系數(shù)比Q345R鋼大30%～50%，熱導(dǎo)系數(shù)卻只有Q345R鋼的1/3，這兩種材質(zhì)的接頭，在焊后冷卻、熱處理以及將來使用中，都會在熔合區(qū)產(chǎn)生熱應(yīng)力，大大降低焊接接頭的強度。

2 焊接工藝評定

按照NB/T47014-2011《承壓設(shè)備焊接工藝評定》的要求，試板材質(zhì)為Q345R，試板厚度為30mm，長度和寬度滿足取樣要求。工藝評定試板接頭形式示意圖如（圖1）所示。

2.1 堆焊隔離層

在Q345R材質(zhì)上堆焊ENiCrFe-3，考慮到母材和母材對堆焊金屬的稀釋，為了防止產(chǎn)生焊接裂紋，堆焊第一層ENiCrFe-3時需要進行預(yù)熱，預(yù)熱溫度≥100℃，焊后緩冷即可。在焊完第一層ENiCrFe-3后，其余各層均為冷焊，并注意控制層間溫度。堆焊時，盡可能采用小規(guī)范、短弧和較快的焊接速度，焊接參數(shù)嚴(yán)格按照（表1）中的規(guī)定執(zhí)行。

試板堆焊后，按JB/T4730-2005進行100%PT、100%UT探傷檢測，合格等級為Ⅰ級。探傷合格后，試件按NB/T 47015-2011規(guī)定，Q345R材質(zhì)熱處理溫度為600-640℃[2]，保溫時間為6小時。熱處理后，試件按照圖1所示的坡口型式進行加工坡口。

2.2 組焊

產(chǎn)品圖紙要求焊縫為全焊透的結(jié)構(gòu)，由于焊縫背面無法進行清根操作，該試板采用鎢極氬弧焊+手工電弧焊進行焊接。施焊過程中，焊接參數(shù)嚴(yán)格按照（表2）中的規(guī)定執(zhí)行。

工藝評定試板的對接焊縫焊接完成后，按JB/T4730-2005進行100%PT、100%RT探傷檢測，合格等級分別為Ⅰ級和Ⅱ級。

2.3 工藝評定結(jié)果分析

焊件探傷合格后，按照NB/T47014-2011的要求，進行了拉伸試驗、彎曲試驗和Q345R側(cè)的熱區(qū)沖擊試驗。從試驗結(jié)果可以看出，抗拉強度結(jié)果滿足母材抗拉強度的要求，并具有較高的強度儲備。Q345R的熱區(qū)沖擊試驗結(jié)果滿足沖擊功的要求，并且與原母材的沖擊性能接近，基本沒有降低，證明在堆焊完ENiCrFe-3后進行最終焊后熱處理，對熱區(qū)性能起到改善作用。ENiCrFe-3焊縫焊接時，焊接過程對Q345R母材的性能沒有產(chǎn)生不利的影響，證明隔離層起到作用且工藝規(guī)范合理。彎曲試驗結(jié)果表明在焊縫和熱區(qū)內(nèi)不存在焊接缺陷，且焊縫的韌性沒有降低，說明所采取的焊接工藝措施可行并能獲得滿足要求的焊接接頭。

3 結(jié)語

1）根據(jù)Q345R鋼和S30408鋼的焊接特點，焊接時采取合理的措施并嚴(yán)格按照工藝的要求執(zhí)行，能夠有效的避免了焊接接頭出現(xiàn)脆性馬氏體組織，可以控制碳的擴散，確保焊接接頭化學(xué)成分均勻。

2）焊件經(jīng)無損檢測合格后，其拉伸性能、沖擊性能、彎曲性能均能夠滿足要求。而且，金相組織分析也滿足要求。

參考文獻

[1] GB713-2008，鍋爐和壓力容器用鋼板 [S]

[2] NB/T 47015-2011，壓力容器焊接規(guī)程[S].endprint

摘 要：Q345R鋼與S30408鋼的異種材料焊接，在壓力容器制造中應(yīng)用很廣泛。該文詳細(xì)介紹了兩種材質(zhì)的焊接特點，并對其焊縫進行射線檢驗、力學(xué)性能、彎曲性能、化學(xué)成分分析及金相組織觀察。結(jié)果表明，采取合理的工藝措施，可以獲得無焊接缺陷的焊縫，避免了焊接接頭出現(xiàn)脆性馬氏體組織，可以控制碳的擴散。而且，焊接接頭的拉伸性能、沖擊性能、彎曲性能、化學(xué)成分及金相組織均能滿足要求。

關(guān)鍵詞：Q345R鋼 A30408鋼 焊接 異種材料

中圖分類號：TG457.11 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（a）-0070-02

在壓力容器的制造中，為了免除一些焊縫的熱處理，存在著大量異種材料的焊接接頭。由于異種材料在物理性能方面如熔化溫度、導(dǎo)熱系數(shù)、線膨脹系數(shù)和電阻系數(shù)等方面存在明顯差異，所以其焊接具有一定的難度。

某反應(yīng)器的接管與外接管路材質(zhì)分別為Q345R鋼與S30408鋼，屬于典型的異種材料結(jié)構(gòu)形式。由于該條焊縫是在產(chǎn)品進行最終焊后熱處理之后進行焊接，為了免去該條焊縫的熱處理，所以接管端面堆焊ENiCrFe-3，堆焊后再進行該條組焊焊縫的焊接。

1 試驗材料

Q345R鋼屬于珠光體低合金鋼，具有良好的綜合機械性能、焊接性能、工藝性能及低溫沖擊韌性，冷沖壓及切削性能較好。因此，廣泛應(yīng)用于石油化工設(shè)備中的低壓及中壓容器，也是我國使用最早、生產(chǎn)量最大的低合金鋼之一。

Q345R鋼和S30408鋼兩者本身有較大差異，焊接時除了母材本身易產(chǎn)生的焊接問題外，還有如下特點。

1）焊接接頭出現(xiàn)脆性馬氏體組織：Q345R為珠光體組織，S30408為奧氏體組織，珠光體鋼含有很少的合金元素，會對焊縫金屬稀釋，使奧氏體元素含量降低，焊縫中可能出現(xiàn)脆性馬氏體組織，使焊縫塑性韌性降低，甚至產(chǎn)生裂紋。

2）焊接接頭化學(xué)成分不均勻：在焊接過程中，焊縫中心與邊緣的液態(tài)金屬溫度、液態(tài)金屬停留時間各部相同，熔池邊緣的液態(tài)金屬溫度較低，流動性差，而且在液態(tài)停留時間段，熔化的母材不能與填充金屬充分混合，因此邊緣焊縫中母材所占比例較大：靠近Q345R側(cè)熔合區(qū)的焊縫金屬中，形成一層與焊縫中心成分不同的過渡層。

3）焊接接頭中碳的擴散：Q345R鋼中含碳量高，S30408鋼中含碳量低，在焊接過程中，尤其是接頭熱處理過程中，存在碳的擴散遷移：Q345R鋼被脫碳，S30408鋼被增碳。脫碳對焊接接頭的持久強度有不利影響，而增碳會造成S30408鋼抗晶間腐蝕能力降低。

4）焊接接頭的熱應(yīng)力：S30408鋼線膨脹系數(shù)比Q345R鋼大30%～50%，熱導(dǎo)系數(shù)卻只有Q345R鋼的1/3，這兩種材質(zhì)的接頭，在焊后冷卻、熱處理以及將來使用中，都會在熔合區(qū)產(chǎn)生熱應(yīng)力，大大降低焊接接頭的強度。

2 焊接工藝評定

按照NB/T47014-2011《承壓設(shè)備焊接工藝評定》的要求，試板材質(zhì)為Q345R，試板厚度為30mm，長度和寬度滿足取樣要求。工藝評定試板接頭形式示意圖如（圖1）所示。

2.1 堆焊隔離層

在Q345R材質(zhì)上堆焊ENiCrFe-3，考慮到母材和母材對堆焊金屬的稀釋，為了防止產(chǎn)生焊接裂紋，堆焊第一層ENiCrFe-3時需要進行預(yù)熱，預(yù)熱溫度≥100℃，焊后緩冷即可。在焊完第一層ENiCrFe-3后，其余各層均為冷焊，并注意控制層間溫度。堆焊時，盡可能采用小規(guī)范、短弧和較快的焊接速度，焊接參數(shù)嚴(yán)格按照（表1）中的規(guī)定執(zhí)行。

試板堆焊后，按JB/T4730-2005進行100%PT、100%UT探傷檢測，合格等級為Ⅰ級。探傷合格后，試件按NB/T 47015-2011規(guī)定，Q345R材質(zhì)熱處理溫度為600-640℃[2]，保溫時間為6小時。熱處理后，試件按照圖1所示的坡口型式進行加工坡口。

2.2 組焊

產(chǎn)品圖紙要求焊縫為全焊透的結(jié)構(gòu)，由于焊縫背面無法進行清根操作，該試板采用鎢極氬弧焊+手工電弧焊進行焊接。施焊過程中，焊接參數(shù)嚴(yán)格按照（表2）中的規(guī)定執(zhí)行。

工藝評定試板的對接焊縫焊接完成后，按JB/T4730-2005進行100%PT、100%RT探傷檢測，合格等級分別為Ⅰ級和Ⅱ級。

2.3 工藝評定結(jié)果分析

焊件探傷合格后，按照NB/T47014-2011的要求，進行了拉伸試驗、彎曲試驗和Q345R側(cè)的熱區(qū)沖擊試驗。從試驗結(jié)果可以看出，抗拉強度結(jié)果滿足母材抗拉強度的要求，并具有較高的強度儲備。Q345R的熱區(qū)沖擊試驗結(jié)果滿足沖擊功的要求，并且與原母材的沖擊性能接近，基本沒有降低，證明在堆焊完ENiCrFe-3后進行最終焊后熱處理，對熱區(qū)性能起到改善作用。ENiCrFe-3焊縫焊接時，焊接過程對Q345R母材的性能沒有產(chǎn)生不利的影響，證明隔離層起到作用且工藝規(guī)范合理。彎曲試驗結(jié)果表明在焊縫和熱區(qū)內(nèi)不存在焊接缺陷，且焊縫的韌性沒有降低，說明所采取的焊接工藝措施可行并能獲得滿足要求的焊接接頭。

3 結(jié)語

1）根據(jù)Q345R鋼和S30408鋼的焊接特點，焊接時采取合理的措施并嚴(yán)格按照工藝的要求執(zhí)行，能夠有效的避免了焊接接頭出現(xiàn)脆性馬氏體組織，可以控制碳的擴散，確保焊接接頭化學(xué)成分均勻。

2）焊件經(jīng)無損檢測合格后，其拉伸性能、沖擊性能、彎曲性能均能夠滿足要求。而且，金相組織分析也滿足要求。

參考文獻

[1] GB713-2008，鍋爐和壓力容器用鋼板 [S]

[2] NB/T 47015-2011，壓力容器焊接規(guī)程[S].endprint