790MPa 级高强钢压力钢管在高湿度环境下的焊接工艺研究与应用

引言

在当代工程建设项目中，790MPa 级别的高强度钢材凭借其卓越的强度和韧性特性，被广泛用于制造压力管道。这类钢材在诸如大型水电站、石油化工输送管线等关键工程中，能够有效应对高压和重负荷等严苛工作条件，确保工程的安全与稳定。但考虑到高湿度环境，如沿海地带、湿润的地下设施或多雨地区的施工场景，这些条件对 790MPa 级高强钢压力管道的焊接工艺构成了挑战，可能影响焊接接头品质并提升缺陷发生的风险。鉴于此，针对 790MPa 级高强钢压力管道在潮湿环境中的焊接技术进行研究，对于提升工程实践中的安全性和实用性至关重要。

一、 高湿度环境对焊接的影响

1.1 水分对焊接冶金过程的影响

在潮湿气候中，焊接区域附近常常有较多的水蒸气。焊接作业时，这些水分在电弧高温的影响下分解为氢气和氧气。氢气能轻易地融入液态金属，而在金属冷却时，由于氢在固态金属中的溶解能力大幅减少，若未能及时排出，便会在焊缝中形成氢气孔。此外，氢还可能引发氢致裂纹，即焊接接头在氢的作用下，在特定应力水平和温度条件下出现延迟性裂纹，这会显著损害焊接接头的力学性能和耐用性。同时，氧气的存在会损耗焊缝中的有益合金元素，削弱焊缝的强度、韧性和耐腐蚀性。特别是在氧含量超标的情况下，焊缝中的铁元素可能被氧化，生成 FeO 等氧化物杂质，这些杂质可能成为裂纹的诱因，进而降低焊缝的整体质量。

1.2 对焊接设备及焊接材料的影响

在湿润的气候条件下，焊接设备的电气性能可能会受到损害，从而提升了设备发生故障的可能性。比如，焊接机内的电路板和电缆连接处容易因潮湿而发生短路或漏电，这会影响焊接过程的稳定性及焊接参数的控制精度。焊接材料如焊条和焊丝在潮湿环境中容易吸收水分。以焊条为例，吸收水分后，其药皮在焊接时会产生过多气体，破坏电弧的稳定性，并导致焊缝中气孔等缺陷增多。特别是对低氢型焊条来说，对水分含量的控制非常严格，一旦吸湿超出了规定的限度，其焊接效果会显著下降。焊丝吸湿后，表面可能产生锈蚀，锈中的水分在焊接时也会分解为氢气，进而进入焊缝，造成焊接缺陷。

二、790MPa 级高强钢焊接特性

2.1 高强钢的化学成分与性能特点

790MPa 级别的高强度钢主要由碳、锰、铬、镍、钼等合金组成。碳是增强材料强度的关键，但含量过剩会削弱焊接性能和材料的韧性。锰能增强铁素体，提升材料的强度和抗热裂性能，并能与硫结合减少热裂纹。铬、镍、钼等合金元素的加入，进一步增强了材料的强度、韧性和抗腐蚀能力。铬在材料表面形成保护性的氧化层，增强抗氧和抗腐蚀性；镍显著提高材料的低温韧性；钼则增强高温下的强度和抗蠕变能力。通过这些合金元素的科学配比，790MPa 级高强钢具备了高强度、优良的韧性和适当的抗腐蚀性，满足了高压和复杂环境下压力管道的应用需求。

2.2 焊接性分析

由于 790MPa 级高强钢的碳当量较高，其焊接性相对较差。在焊接过程中，热影响区容易出现淬硬组织，增加了焊接接头的冷裂倾向。例如，当焊接线能量较低时，热影响区的冷却速度过快，会形成马氏体等淬硬组织，这种组织硬度高、韧性差，在焊接应力和氢的共同作用下，极易产生裂纹。而且，高强钢在焊接时对焊接工艺参数的变化较为敏感，较小的参数波动可能会导致焊接接头性能的显著变化。此外，高强钢焊接时还可能出现热裂纹、再热裂纹等缺陷，对焊接质量控制提出了较高的要求。

三、焊接工艺研究

3.1 焊接方法的选择

在处理 790MPa 级高强钢在潮湿环境中的焊接问题时，经比较研究，选定了熔化极气体保护焊（MAG）和药芯焊丝自保护焊两种焊接技术。熔化极气体保护焊因其高效的焊接速度和优良的焊缝质量而受到青睐。在潮湿条件下，采用合适的保护气体（如富含氩的混合气体）能有效地隔绝空气中的水分和杂质，降低氢的侵入风险。此外，该方法能精确调节焊接电流和电压等关键参数，有助于确保焊接过程稳定和焊缝质量的一致性。药芯焊丝自保护焊不需要额外的保护气体，焊丝药芯在焊接时产生的气体和熔渣足以保护焊缝。这种焊接方式对环境要求不高，能够在高湿度环境中减少保护气体供应的问题，操作灵活，适合于复杂位置焊接。

3.2 焊接材料的选用

根据 790MPa 级高强钢的化学成分和性能特点，以及高湿度环境下的焊接要求，选用了与母材匹配的低氢型焊接材料。对于熔化极气体保护焊，选用的焊丝其合金成分与母材相近，且具有较低的扩散氢含量，能够有效降低焊缝中的氢含量，减少氢致裂纹的产生。例如，某型号焊丝的扩散氢含量控制在 5mL/100g 以下，满足了高强钢在高湿度环境下对低氢的要求。对于药芯焊丝自保护焊，选用的药芯焊丝不仅具有良好的焊接工艺性能，能够保证焊缝成型美观，而且其熔敷金属的强度、韧性等力学性能与母材相匹配，同时也具备较低的氢含量。

3.3 焊接工艺参数的优化

通过大量的焊接工艺试验，对焊接电流、电压、焊接速度、气体流量（对于熔化极气体保护焊）等工艺参数进行了优化。以熔化极气体保护焊为例，在保证焊缝熔透和成型良好的前提下，适当降低焊接电流和电压，可减少焊接热输入，降低热影响区的宽度和峰值温度，从而减少淬硬组织的产生。同时，提高焊接速度可以在一定程度上减少氢在焊缝中的扩散时间，降低氢致裂纹的风险。经过试验优化，确定了合适的焊接电流范围为200 - 250A，电压范围为 25 - 28V，焊接速度为 30-35cm/min ，气体流量为 15-20L/min 。

结语

经过对 790MPa 级高强钢压力钢管在潮湿气候下焊接技术的深入研究，揭示了潮湿环境对焊接过程的诸多影响，掌握了该钢种的焊接特性，并成功研制了一套适用于该条件的焊接工艺。通过精心挑选焊接技术和材料，调整焊接参数，加强焊接前的准备工作、过程中的监控和完成后的处理，显著提升了790MPa 级高强钢压力钢管在潮湿条件下的焊接品质和可靠性。这一研究进展对于扩大 790MPa 级高强钢在多环境工程中的应用具有重要意义，为相关建设提供了技术支持。未来研究将进一步探讨在更高湿度及更复杂环境中提升焊接工艺的优化策略，增强焊接质量，并深入研究焊接接头的长期性能，为工程的长久安全运营提供更全面的技术支撑。

参考文献

1. 王志刚, 刘洋, 张伟, 等. 高湿度环境下 790MPa 级高强钢压力钢管焊接工艺研究[J]. 焊接技术, 2020, 39(6): 1-5.2. 陈鹏, 李强, 王亮, 等. 高湿度条件下 790MPa 级高强钢压力管道焊接工艺优化[J]. 焊接工程, 2019, 40(2): 88-91.3. 赵宇, 马丽, 王晓东, 等. 790MPa 级高强钢压力钢管在高湿度环境下的焊接技术研究[J]. 焊接, 2018, 37(4): 1-4.4. 胡明, 张军, 刘建民, 等. 高湿度环境下 790MPa 级高强钢压力钢管焊接工艺改进[J]. 焊接材料, 2017, 36(3): 1-4.5. 刘涛, 李洪涛, 张晓辉, 等. 高湿度条件下 790MPa 级高强钢压力管道焊接工艺研究[J]. 焊接技术, 2016, 35(5): 1-4.