18CrMnMoB合金结构钢与Q345D碳素钢焊接：确保质量的关键要素

18CrMnMoB 合金结构钢和 Q345D 碳素钢的焊接属于异种钢的焊接。18CrMnMoB 合金结构钢与 Q345D 钢的化学成分差异较大。这种化学成分的差异使得两者的性能相差很多。化学成分的差异肯定会给这两种材料的焊接带来一定的困难。若结构需要将两种钢组合焊接在一起，那么操作人员必须认真讨论并设计其焊接工艺，以此来保证焊接后接头的可靠性。只有把这两种材料的化学成分和力学性能进行对比分析，找到合适的焊接方法和焊接工艺参数，才能够保证焊接质量达到使用要求。两种焊件材料的化学成分如图 1 所示。

对于 18CrMnMoB 合金结构钢和 Q345D 钢而言，两种材料的熔点相差越大，成分差异就越大，焊接也就越困难。特别是对于在动荷状态下工作的构件，有些会受到较大的剪切应力，工作环境较为恶劣，要求焊缝具备较高的强韧性以及一定的耐高温和耐蚀性。所以，焊接这类构件时，焊接工艺参数的选择是确保焊接质量的关键。

通常来讲，18CrMnMoB8 的屈服强度能达到 785MPa 及以上，抗拉强度能达到 588MPa 及以上；Q345D 的屈服强度是 345MPa，抗拉强度是 540MPa。由此能看出，18CrMnMoB 具备较高的强度以及较好的冲击韧性，然而它的碳当量不低于 0.42%。所以，在焊接时会有较强的淬硬倾向，容易产生冷裂纹。冷裂纹的产生，一方面与材料的淬硬倾向有关；另一方面，也与扩散氢的含量以及残余应力的大小有关。对于这类钢材的焊接，为防止冷裂纹产生，在焊接前必须采取预热措施，并且在焊后要立即对焊件进行热处理。同时，在焊接工程中，应严格控制焊缝中氢的含量，减少焊接应力，以此避免冷裂纹的产生。

Q345D 的焊接性较为良好。它的含碳量、合金元素的含量以及强度，都比 18CrMnMoB 低很多。因为二者在化学成分方面有着极大的差异，所以在进行焊接时，必须采用合适的焊接工艺参数以及焊接工艺措施，这样才能够确保焊接质量。具体的措施包含以下一些方面：

焊接之前，在制定其焊接工艺措施时要考虑两种材料的碳当量。依据碳当量的计算值来确定预热温度。当 18CrMnMoB 合金结构钢与 Q345D 钢进行焊接时，最小预热温度为 160℃~180℃。由于 18CrMnMoB 钢件加热具有自身特点，加热之后可能会出现热影响区成分偏析较为严重的情况，同时也有可能使焊接被加热区的组织变得粗大。因此，热影响区最容易在焊接后出现裂纹。考虑到环境因素以及工作条件的影响，在 18CrMnMoB 合金结构钢与 Q345D 钢进行焊接时，可将最小预热温度选择为 180℃。

预热时可选用加热带，也能选用氧乙炔火焰加热。若选用氧乙炔火焰加热，为确保加热过程中工件受热均匀，需由两人使用两把加热工具同时对工件进行加热。为维持加热温度均衡且让焊接过程中热量不流失，工件的上部应使用石棉毡等耐火材料进行覆盖。温度的测量可借助远红外测温仪或测温笔，当温度达到 180℃时便可开始焊接。

焊接材料的选择需考虑碳当量。18CrMnMoB 的碳含量较高，若在焊接过程中母材过多地熔入焊缝，焊缝的脆硬倾向会增加，从而容易引发焊接裂纹。为降低焊缝中的碳含量和合金元素含量，减少淬硬倾向，就必须降低母材在焊缝中的熔合比。因此，打底焊宜采用手工电弧焊（SMAW）。同时，要严格控制焊接热输入，以减少母材中碳元素及其他合金元素的熔入。中间层焊接时，为提高生产效率，可采用其他机械化程度较高的焊接方法。

18CrMnMoB 合金结构钢与 Q345D 钢进行焊接时，按照焊材的选用原则，要依据弱强匹配原则，选用与强度较低的 Q345D 母材相匹配的 J507 低氢型焊条来进行打底焊接。如此一来，就能够避免选用其他焊接材料在焊接第一层打底焊时出现裂纹的问题，能够充分运用低氢型焊条焊接焊缝所具备的较好的塑性和韧性的特性，赋予焊缝较高的抗裂性能。

上海电力牌的 PP-J507 低碳钢焊条有 2.5 的规格，有 3.2 的规格，有 4.0 的规格，还有 5.0 的规格。

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采用焊条电弧焊进行打底操作。在能够确保气体充分对熔池起到保护作用的情况下，可以运用氩气来保护焊缝中正在熔化的金属以及焊接热影响区。使用电弧焊并充入氩气进行保护来进行焊接，这样既提升了效率，又保障了焊接质量。

在使用 J507 低氢型焊条进行打底焊接之前，要防止焊接过程中焊条内的水分子分解后进入焊缝从而形成氢致冷裂纹，所以焊条必须按照规定进行严格的烘干。J507 低氢型焊条的烘干温度通常是 350℃且持续 1 小时。烘干后的焊条应当随用随拿，使用时要将其放入保温桶中。

因为低氢型焊条对氢很敏感，所以在焊接前必须把母材坡口表面上的铁锈、油污、水分等会影响焊接质量的杂质彻底清除干净。在焊接过程中，要注意控制层间温度不能低于预热温度，并且要采用短弧与窄焊道进行焊接。每焊完一层，要用圆角小锤锤击焊道表面，这样能使焊缝金属晶粒细化，防止形成粗大的马氏体组织，同时还能释放残余应力，避免各种裂纹的产生。

为避免产生延迟冷裂纹，要让焊缝中的扩散氢充分逸出，同时消除焊缝冷却过程中产生的收缩应力，防止在热影响区出现层状裂纹等焊接缺陷，18CrMnMoB 合金结构钢与 Q345D 钢焊后需立即进行热处理。若有条件，热处理最好在炉中进行。热处理温度可选择为 620℃，且要保温 4h 以上，之后缓慢冷却至 250℃再出炉空冷。