船用22Si2Mn2低温回火马氏体钢的焊接工艺研究.pdf

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1、第39卷第5期2010年10月船海工程SHIP&0CEANENGINEERINGV01．39No．5Oct2010DOI：i0．3963／j．issn．1671-7953．2010．05．011船用22Si2Mn2低温回火马氏体钢的焊接工艺研究陈倩清1。赵汉星2(1．浙·；r-Iig际海运职业技术学院船舶工程学院，浙江舟山316021；2．浙江省海运集团舟山五洲船舶修造有限公司，浙江舟山316000)摘要：基于船用22Si2Mn2回火马氏体钢板的化学性能及热处理交货条件，对其焊接特性及焊接性进行分析，通过焊接工艺

2、认可试验，提出焊接方法、焊接材料和焊接规范。阐述该焊接性试验结果应用于实船上层建筑的焊接工艺，并针对实船建造中出现的问题，提出焊前准备、下料、平面组合件装配和焊接、铁舾件的安装等工艺要求。关键词：低温回火马氏体；焊接性；焊接T艺；冷裂纹；焊接变形中图分类号：U671．83文献标志码：A文章编号：1671—7953(2010)05—0036—04某舰上层建筑罗经甲板及驾驶室前端壁大面积采用了船用22Si2Mn2回火马氏体钢板，这类钢板属高硬度特性的金属板材，满足了船舶航行和使用中的某些性能要求，但却为焊缝成型和质量

3、保证带来极大困难。另外，罗经甲板及驾驶室前端壁宽13000mrn，使用钢板规格为7n】nl×l500mmX6000inln的较薄钢板，对接焊缝较多，故焊接过程中既要考虑钢板的焊接变形控制，保证焊接后船体外形的美观度，又要考虑防止接头约束度过大，产生各类裂纹‘1

4、。1钢板的特性及焊接性分析1．I钢板特性船用22Si2Mn2钢为经920℃淬火加220℃低温回火的船用特种钢板，金相试验发现其显微组织主要是板条马氏体，属于低温回火马氏体钢。马氏体是碳在铁中的固溶体，铁的晶格为体心立方，由于碳的固溶造成晶格畸变，因此其硬度

5、较高，塑性较差，易引起冷裂纹，其化学成分见表1。表l22Si2Mn2钢的化学成分1．2钢板的焊接性分析根据国际焊接学会推荐的碳当量计算公式：C朗一C+Mn／6+(Cr+Mo+V)／5+(Ni+Cu)／15(％)22Si2Mn2钢的碳当量约为0．49％，一般强度船体结构用钢的Ceq值约为0．27％，一般认为Ceq值越大，钢的焊接性越差，其热影响区冷裂纹倾向越大。36收稿日期：2010—06—29修回日期：2010—07—02基金项目：浙汀省蓖大科技专项(2008COL057—3)作者简介：陈倩清(1964一)，女，

6、硕士，副教授。研究方向：船舶焊接技术E-mail：cqql88@．163．com对于低合金高强度钢焊接冷裂纹的研究，目前已建立了冷裂的临界关系式，通过冷裂纹敏感指数：Pw—P例+[H]／60+RF／4X105式中：P例——冷裂敏感组成，实际为碳当量，经验公式为P例一C+Si／30+(Mn+Cr+Cu)／20+Ni／60+Mo／15+V／10+5B；[H]——扩散氢；R，——拉伸拘束度。上述关系式说明，影响冷裂的主要因素有3个，即钢的化学成分P洲，反映淬硬倾向；[H]扩散氢，反映氢脆程度；拘束度R，，反映拘束拉伸应

7、力。22Si2Mn2钢的P例值约为0．35％，一般强度船体结构用钢的P例值约为0．19％，可见船用22Si2Mn2低温回火马氏体钢的焊接工艺研究——陈倩清，赵汉星22Si2Mn2钢的的焊接性较差，冷裂纹倾向大，必须采取严格的工艺措施。船用22Si2Mn2回火马氏体钢板塑性极差，焊接性差。同时，其焊接后易产生冷裂纹(即延迟裂纹)，这类裂纹是高淬硬性钢材生产中较为普遍的一种裂纹。它是当焊接接头焊后冷却过程中，媳点附近或者更低的温度区间逐渐产生的，可能在焊后即出现，也可能延后几小时、几天甚至船舶下水后才出现，具有不可预

8、测的潜伏期。该裂纹在焊缝和热影响区均可能产生，断裂行径有时沿晶扩展，有时穿晶前进，这主要由焊接接头的晶相组织和应力状态，以及氢的含量及分布等情况而定。具有延迟性质的裂纹，带有更大隐蔽性和危险

9、生，所以在装焊过程中应特别注意进行焊接工艺及施工过程控制。由于这类钢的淬硬性相当大，但由于其含碳量较低，所以它的开始转变温度M：点较高，如果在该温度下冷却较慢，可以减少冷裂倾向。因此，对于这类钢的焊接要注意的基本问题是：在马氏体形成后，通过焊接工艺，控制接头在马氏体的转变时的冷却速度不能太快，以免冷裂纹的产生。另外，马氏体钢

10、的导热性差，焊接残余应力较大，如果产品结构接头拘束度较大，再加上焊缝区域内氢的作用，则冷裂倾向会更明显，解决这些问题的关键是通过焊接工艺控制冷却速度，减少氢的来源，降低接头的拘束度F21。2焊接工艺认可试验2．1焊接方法的选用实践证明，船用22Si2Mn2回火马氏体钢板加热温度超过回火温度后，钢板的性能就会发生变化。因此，焊接时由于热的作用，使热影响区的强度和韧性的下降几