在－20～－℃低温下工作的焊接结构专用钢材称为低温钢。通常其含碳量较低.淬硬倾向较小,焊接接头近缝区具有较好的素性和韧性,不易出现硬化组织和冷裂纹,总的来说,其焊接性较好。低温用钢的最主要的特点是在低温工作条件下,具有足够的韧性,并且钢材的脆性转变温度低于最低工作温度。常用低温钢的机械力学性能见图1。
低温钢实质上是属于中等强度的低碳低合金钢,其焊接的关键是保证焊缝和粗晶区的低温韧性。常用的焊接方法是:手工焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护焊、钨极氩弧焊等。那么哪些因素会影响到低温韧性呢?
焊前准备
为了能彻底焊透,一般坡口要开稍大些,坡口角约为70～80°但总的指导思想是尽量减少填充量;焊前必须对工件坡口及坡口两侧20～30mm范围内的水汽、油污、锈蚀、氧化皮等进行清理，打磨出金属光泽。焊前焊条要进行～℃烘1h,随用随取。
焊接电流
焊接电流的影响应从焊接热输入的角度来考虑；当焊接电流增大时，也应加大焊接速度，否则由于焊接电流的增大，使焊接热量输入加大，从而导致熔敷金属化学成分发生变化，引起焊缝金属的力学性能下降。
焊接电压
在焊接速度不变的条件下，加大电弧电压，会使焊接热量输入加大，焊接热影响区加宽，焊缝晶粒易粗大，同样导致焊缝力学性能的降低。
焊接速度
焊接过程中，在焊接电流不变的条件下，随着焊接速度的加大，焊接热量输入减少，每道焊缝的厚度变薄，焊缝的焊道数就要增多；而后面的焊接加热作用使焊缝晶粒细化的区域增大，有利于低温韧性的提高。
焊接热的控制
在低温钢焊接过程中，除了要防止出现裂纹外，关键是要保证焊缝和热影响区的低温韧性，这是制定低温钢焊接工艺的根本出发点。低温韧性除了与热输入有关外，最根本的还是取决于焊缝成分的选择。比如：铝镇静钢焊接时热输入应控制在20～40kJ/cm；用MIG和TIG焊时热输入应控制在28～45kJ/cm;埋弧焊时，热输入应控制在28～45kJ/cm;屈服点≥MPa的低温钢用焊条电弧焊时，热输入应控制在15～35kJ/cm。
用焊条电弧焊焊接3.5Ni低温钢时，热输入应控制20～25kJ/cm；埋弧焊时δ＜20mm时，热输入应控制在≤30kJ/cm;δ＝25mm时热输入应控制在≤40kJ/cm;9Ni钢焊条电弧焊时，热输入应控制在10～35kJ/cm。
焊接层数
低温钢进行多层焊或多层多道焊时前一层焊道对后一层焊道起到预热作用，而后一层焊道对前一层焊道有细化晶粒的热处理作用，对提高焊缝金属的韧性和塑性有很大好处。要注意的是，每层焊道焊缝不能太厚，应小于2～3mm,否则会使焊缝金属组织晶粒变粗，降低低温钢的力学性能。
操作手法
在低温钢焊条电弧焊焊接过程中，焊条不做横向摆动，因为焊条的横向摆动不仅使焊接接头的热影响区变宽，也使焊接热输入增多，焊接接头晶粒就会变得粗大，造成焊缝低温冲击韧度降低。在多层焊中尽量使每个焊道平坦，防止应力集中现象发生。
低温钢采用奥氏体钢材料焊接时，焊缝中产生热裂纹是个普遍问题。这种热烈倾向是随着焊缝中的含Ni量的增加而增加的，该裂纹主要产生在焊缝的头部和弧坑处。所以，在根部焊道等拘束度较大的部位焊接时，必须用小电流，低焊速；收弧时，必须填满弧坑。9Ni钢是一种强磁性材料，采用直流焊机进行焊条电弧焊时，容易产生磁偏吹现象，影响焊接质量，一般宜用交流电源。
常用低温钢的焊接参数见图2
焊前预热
低温钢焊前预热是避免产生淬硬组织、减小焊接应力、防止产生焊接裂纹的有效措施之一。预热温度必须合适，如果预热温度不够高，近缝区的金属仍会产生淬硬组织，甚至还会有冷裂纹产生；相反，如果预热温度过高，又会因为焊缝晶粒粗大而引起该钢材的塑性、韧性急剧下降。预热温度应根据板厚决定，当δ≥16mm时，预热温度约为～℃。
焊后热处理
低温钢的焊后热处理,不仅可使焊缝组织晶粒细化、改善焊接接头的组织与性能、增加焊缝抗应力腐蚀的能力,而且还可消除焊接残余应力,从而提高焊缝冲击韧度。凡需热处理的焊件,必须先经过无损探伤检查合格后进行,最好采用整体热处理操作,这样可以使温度分布均匀,热处理的效果更好。
常用低温钢的焊前预热和焊后热热处理见图3
焊条选用
选择低温钢焊接用的焊条时,按照使用性能,如强度、塑性、韧性、耐蚀性、抗氧化性等,应考虑的因素有:低温钢的化学成分、性能、焊接特点;焊接结构的设计要求和工作条件;焊接结构接头形式和结构刚性拘束度大小;焊接方法和工艺特点等。
不同钢号的低温钢焊接在一起时,应选择与低温韧性较高钢材相匹配的焊条焊接;当铁素体、马氏体和奥氏体型三类不同组织的低温钢相互焊接在一起时,为防止成分的差异而在熔合区产生脆性带,使该区的韧性急剧下降,可选择镍基合金焊条或在坡口上堆焊过渡层等。
常见低温钢焊接用焊材见图4