結(jié)構(gòu)鋼的焊接性ppt課件

1、1Northeastern University at Qinhuangdao第一節(jié)第一節(jié) 合金構(gòu)造鋼的分類和性合金構(gòu)造鋼的分類和性能能第二節(jié)第二節(jié) 熱軋及正火鋼的焊接熱軋及正火鋼的焊接第三章第三章 合金構(gòu)造鋼的焊接合金構(gòu)造鋼的焊接 第三節(jié)第三節(jié) 低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接第四節(jié)第四節(jié) 珠光體耐熱鋼的焊接珠光體耐熱鋼的焊接第五節(jié)第五節(jié) 低溫鋼的焊接低溫鋼的焊接2Northeastern University at Qinhuangdao1 合金構(gòu)造鋼的分類和性能合金構(gòu)造鋼的分類和性能 合金構(gòu)造鋼是在碳素鋼的根底上有目的地參與一種或幾種合金元素的鋼。常用的合金元素有：錳、硅、鉻、鎳、鉬、鎢

2、、釩、鈦、硼等。參與合金元素可使鋼的性能產(chǎn)生預(yù)期的變化，如提高其強(qiáng)度，改善其韌性，或使其具有特殊的物理、化學(xué)性能，如耐熱性和耐蝕性等。1. 按合金元素總含量的多少分： 1低合合鋼，普通w (Me)5； 2中合金鋼，w (Me)=510; 3高合金鋼，w (Me)10。2. 按用途和性能分 ：強(qiáng)度用鋼和低中合金特殊用鋼1.1 合金構(gòu)造鋼的分類3Northeastern University at Qinhuangdao 強(qiáng)度用鋼強(qiáng)度用鋼類別類別屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度（MPa）供貨供貨狀態(tài)狀態(tài)特點(diǎn)特點(diǎn)應(yīng)用應(yīng)用熱軋及熱軋及正火鋼正火鋼294490熱軋或正火包括：微合金化控軋鋼、抗層狀撕裂的Z向鋼等；非熱處

3、理強(qiáng)化鋼RT下受力結(jié)構(gòu)：壓力容器、動力設(shè)備、工程機(jī)械、橋梁、建筑結(jié)構(gòu)和管線等。低碳調(diào)低碳調(diào)質(zhì)鋼質(zhì)鋼490980淬火-回火調(diào)質(zhì)C%0.22%，強(qiáng)度高，塑性、韌性好，調(diào)質(zhì)態(tài)下焊直接，焊后無需調(diào)質(zhì)處理；熱處理強(qiáng)化鋼大型工程機(jī)械、壓力容器及艦船制造等。中碳調(diào)中碳調(diào)質(zhì)鋼質(zhì)鋼8801176調(diào)質(zhì)C%=0.25%0.5%，高強(qiáng)高硬，韌性低，淬硬性高，焊接性差；熱處理強(qiáng)化鋼強(qiáng)度高的部件：火車發(fā)動機(jī)殼體，飛機(jī)起落架 即高強(qiáng)構(gòu)造鋼，主要性能是力學(xué)性能，合金元素的參與是為了保證足夠的塑性和韌性的前提下，獲得不同的強(qiáng)度等級。4Northeastern University at Qinhuangdao類別類別合金元素合

4、金元素特點(diǎn)特點(diǎn)應(yīng)用應(yīng)用珠光體珠光體耐熱鋼耐熱鋼以Cr、Mo為基礎(chǔ)的低中合金鋼，工作溫度提高，還可加入V、W、Nb、B等合金元素具有較好的高溫強(qiáng)度和高溫抗氧化性 用于工作溫度在500600的高溫設(shè)備：熱動力設(shè)備和化工設(shè)備等。低溫鋼低溫鋼大部分是一些含Ni或無Ni的低合金鋼正火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用；低溫下具有足夠高的低溫韌性，對強(qiáng)度無特殊要求。 用于各種低溫裝置（-40-196）和在嚴(yán)寒地區(qū)的一些工程結(jié)構(gòu)：液化石油氣、天然氣的儲存容器等。低合金低合金耐蝕鋼耐蝕鋼主要含Cr，Ni元素具有一般的力學(xué)性能外，必須具有耐腐蝕性能這一特殊要求。用于像大氣、海水、石油化工等腐蝕介質(zhì)中工作的各種機(jī)械設(shè)備和焊接結(jié)構(gòu)。

5、 低中合金特殊用鋼低中合金特殊用鋼 主要用于一些特定條件下任務(wù)的機(jī)械零件和工程構(gòu)造。除了主要用于一些特定條件下任務(wù)的機(jī)械零件和工程構(gòu)造。除了要滿足常規(guī)力學(xué)性能外，還必需順應(yīng)特殊環(huán)境下任務(wù)的要求。要滿足常規(guī)力學(xué)性能外，還必需順應(yīng)特殊環(huán)境下任務(wù)的要求。5Northeastern University at Qinhuangdao1.2 合金構(gòu)造鋼的根本性質(zhì) 化學(xué)成分： 低合金構(gòu)造鋼是在低碳鋼根底上低碳鋼的化學(xué)成分為：wC=0.10%0.25%，wSi0.3%，wMn=0.5%0.8%添加一定量的合金元素構(gòu)成的。低合金鋼參與的元素有Mn、Si、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Cu等，雜質(zhì)元素P、S的

6、含量要限制在較低的程度。C C： 控制鋼材強(qiáng)度、硬度的重要元素，每控制鋼材強(qiáng)度、硬度的重要元素，每1 1CC可添加抗拉強(qiáng)度約可添加抗拉強(qiáng)度約980MPa980MPa。SiSi：也是增大強(qiáng)度、硬度的元素，每：也是增大強(qiáng)度、硬度的元素，每1 1SiSi可添加抗拉強(qiáng)度約可添加抗拉強(qiáng)度約98MPa98MPa。MnMn：添加淬透性，提高韌性，降低：添加淬透性，提高韌性，降低 S S 的危害等。的危害等。AlAl：細(xì)化鋼材組織，控制冷軋鋼板退火織構(gòu)。：細(xì)化鋼材組織，控制冷軋鋼板退火織構(gòu)。NbNb：細(xì)化鋼材組織，添加強(qiáng)度、韌性等。：細(xì)化鋼材組織，添加強(qiáng)度、韌性等。V V： 細(xì)化鋼材組織，添加強(qiáng)度、韌性等。細(xì)

7、化鋼材組織，添加強(qiáng)度、韌性等。CrCr：添加強(qiáng)度、硬度、耐腐蝕性能。：添加強(qiáng)度、硬度、耐腐蝕性能。6Northeastern University at Qinhuangdao 用于焊接構(gòu)造的低中合金鋼合金元素總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)普用于焊接構(gòu)造的低中合金鋼合金元素總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)普通通10%。各種元素對合金構(gòu)造鋼下臨界點(diǎn)溫度的綜合影響。各種元素對合金構(gòu)造鋼下臨界點(diǎn)溫度的綜合影響可用下述公式表示：可用下述公式表示： A1 = 720 + 28wSi + 5wCr + 6wCo + 3wTi 5wMn 10wNi 3wV ， 3-1 由上述公式可見：由上述公式可見：Si、Cr、Co和和Ti等元素能提高下臨界等

8、元素能提高下臨界點(diǎn)點(diǎn)A1的溫度減少的溫度減少區(qū)，而區(qū)，而Mn、Ni和和V那么降低那么降低A1點(diǎn)溫度點(diǎn)溫度擴(kuò)展擴(kuò)展區(qū)。區(qū)?；瘜W(xué)成分：化學(xué)成分：以以Ni元素為代表元素為代表Ni組元素，擴(kuò)展組元素，擴(kuò)展區(qū)：區(qū)：Ni、Mn、Co以以Cr元素為代表元素為代表Cr組元素，減少組元素，減少區(qū)：區(qū)：Cr、Si、P、Al、Ti、V、Mo、W。合金元素的影響程度不僅取決于它的含量，還取決于同時存在的其它合金元素的性質(zhì)和含量。合金元素的影響程度不僅取決于它的含量，還取決于同時存在的其它合金元素的性質(zhì)和含量。7Northeastern University at Qinhuangdao 參與合金元素能細(xì)化晶粒，而且各

9、種合金元素在不同程度上改動了參與合金元素能細(xì)化晶粒，而且各種合金元素在不同程度上改動了鋼的奧氏體轉(zhuǎn)變動力學(xué)，直接影響鋼的淬硬傾向。如鋼的奧氏體轉(zhuǎn)變動力學(xué)，直接影響鋼的淬硬傾向。如C、Mn、Cr、Mo、V、W、Ni和和Si等元素能提高鋼的淬硬傾向，而等元素能提高鋼的淬硬傾向，而Ti、Nb、Ta等碳化物構(gòu)等碳化物構(gòu)成元素那么降低鋼的淬硬傾向。圖成元素那么降低鋼的淬硬傾向。圖3-1各元素對鋼的性能的影響各元素對鋼的性能的影響 合金元素對低合金鋼屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的綜合影響，可按以下合金元素對低合金鋼屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的綜合影響，可按以下閱歷公式進(jìn)展計(jì)算：閱歷公式進(jìn)展計(jì)算： s = 122 + 274

10、wC + 82wMn + 55wSi + 54wCr + 44wNi + 78wCu + 353wV + 755wTi + 540wP + 30-2(h-5), MPa b = 230 + 686wC + 78wMn + 90wSi + 73wCr + 33wNi + 56wCu + 314wV + 529wTi + 450wP + 21-1.4(h-5), MPa式中 h為板厚mm。8Northeastern University at QinhuangdaoN 元素對鋼的性能的影響元素對鋼的性能的影響 氮在鋼中的作用與碳類似，當(dāng)它溶解在鐵中時，將擴(kuò)氮在鋼中的作用與碳類似，當(dāng)它溶解在鐵中時，

11、將擴(kuò)展展區(qū)。氮能與鋼中的其他合金元素構(gòu)成穩(wěn)定的氮化物，區(qū)。氮能與鋼中的其他合金元素構(gòu)成穩(wěn)定的氮化物，這些氮化物往往以彌散的微粒分布，從而細(xì)化晶粒，提高這些氮化物往往以彌散的微粒分布，從而細(xì)化晶粒，提高鋼的屈服點(diǎn)和抗脆斷才干。鋼的屈服點(diǎn)和抗脆斷才干。 氮的影響既決議于其含量，也決議于在鋼中存在的其他氮的影響既決議于其含量，也決議于在鋼中存在的其他合金元素的種類和數(shù)量。合金元素的種類和數(shù)量。Al、Ti和和V等合金元素對氮具有等合金元素對氮具有較高的親和力，并能構(gòu)成較穩(wěn)定的氮化物。因此，為了充較高的親和力，并能構(gòu)成較穩(wěn)定的氮化物。因此，為了充分發(fā)揚(yáng)氮作為合金元素的作用，鋼中必需同時參與分發(fā)揚(yáng)氮作為合

12、金元素的作用，鋼中必需同時參與Al、V和和Ti等氮化物構(gòu)成元素。等氮化物構(gòu)成元素。 9Northeastern University at Qinhuangdao合金元素的作用合金元素的作用 合金元素或者與Fe構(gòu)成固溶體，或者構(gòu)成碳化物除Ti、Nb和Ta外，都產(chǎn)生了延遲奧氏體分解的作用并由此提高了鋼的淬硬傾向。各種元素對鋼的力學(xué)性能和工藝性能的影響，取決于它的含量和同時存在的其他合金元素。 添加一些合金元素，如Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Cu等，主要是為了提高鋼的淬透性和馬氏體的回火穩(wěn)定性。這些元素可以推遲珠光體和貝氏體的轉(zhuǎn)變，使產(chǎn)生馬氏體轉(zhuǎn)變的臨界冷卻速率降低。低合金調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼由于

13、含碳量低，所以淬火后得到低碳馬氏體，而且發(fā)生“自回火景象，脆性小，具有良好的焊接性。 10Northeastern University at Qinhuangdao強(qiáng)度(strength)：在外力作用下，資料抵抗塑性變形和斷裂的才干 。屈強(qiáng)比：屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之比s /b 闡明： 鋼材的強(qiáng)度越高，屈強(qiáng)比增大，屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之差越小。 不同溫度下，鋼材的強(qiáng)度不同。圖3-2 低碳鋼的屈強(qiáng)比約為0.7左右，控軋鋼板的屈強(qiáng)比約為0.700.85，800MPa級高強(qiáng)鋼的屈強(qiáng)比約為0.95。 2. 力學(xué)性能力學(xué)性能強(qiáng)度強(qiáng)度11Northeastern University at Qinhuangd

14、ao闡明： 實(shí)驗(yàn)GB/T 229-2007：取10mm10mm 55mm的長方形試樣，在試樣中央開深度2mm的V形缺口，尖端半徑為0.25mm。將擺錘置于一定的高度釋放，沖斷試件，然后剎車，讀出試件沖斷時耗費(fèi)的功。 不同溫度，Ak值不同。2. 力學(xué)性能力學(xué)性能韌性韌性韌性toughness：表示資料在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的才干。沖擊韌性(impact toughness)：資料沖擊載荷作用下的斷裂時的沖擊吸收功Ak ， Ak 與試樣缺口底部處橫截面積之比為沖擊韌度。12Northeastern University at Qinhuangdao 合金構(gòu)造鋼具有較高的強(qiáng)度和良好的塑性和韌

15、性，采用不同的合金成分和熱處置工藝，可以獲得具有不同綜合性能的低中合金構(gòu)造鋼。 1. Mn的固溶強(qiáng)化作用很顯著，wMn1.7%時可提高韌性、降低脆性轉(zhuǎn)變溫度 2. Si雖然顯著固溶強(qiáng)化但降低塑性、韌性，普通wSi0.6%； 3. Ni是獨(dú)一既固溶強(qiáng)化又同時提高韌性且大幅度降低脆性轉(zhuǎn)變溫度的元素， 常用于低溫鋼。 4. V、Ti、Nb劇烈構(gòu)成碳化物，Al、V、Ti、Nb構(gòu)成氮化物，析出的微小VC、TiC、NbC及AlN、VN、TiN、NbC、N產(chǎn)生明顯的沉淀強(qiáng)化作用，在固溶強(qiáng)化的根底上屈服強(qiáng)度提高50100MPa，并堅(jiān)持了韌性。 微量參與 5.微合金化元素還有B，主要作用是在晶界上阻止先共析鐵素

16、體生成及長大，從而改善韌性。13Northeastern University at Qinhuangdao3. 顯微組織顯微組織 低合金鋼熱影響區(qū)中的顯微組織主要是低碳馬氏體、低合金鋼熱影響區(qū)中的顯微組織主要是低碳馬氏體、貝氏體、貝氏體、M-A組元和珠光體類組織，導(dǎo)致具有不同的硬度、組元和珠光體類組織，導(dǎo)致具有不同的硬度、強(qiáng)度性能、塑性和韌性。幾種典型組織特別是貝氏體組強(qiáng)度性能、塑性和韌性。幾種典型組織特別是貝氏體組織對低合金鋼強(qiáng)度和韌性的影響如圖織對低合金鋼強(qiáng)度和韌性的影響如圖3-3所示。所示。 低合金構(gòu)造鋼為了獲得稱心的強(qiáng)度和韌性的組合，晶低合金構(gòu)造鋼為了獲得稱心的強(qiáng)度和韌性的組合，晶粒

17、尺寸必需細(xì)小、均勻，而且應(yīng)是等軸晶。經(jīng)調(diào)質(zhì)處置后粒尺寸必需細(xì)小、均勻，而且應(yīng)是等軸晶。經(jīng)調(diào)質(zhì)處置后的鋼材具有較高的強(qiáng)度、韌性和良好焊接性，裂紋敏感性的鋼材具有較高的強(qiáng)度、韌性和良好焊接性，裂紋敏感性小，熱影響區(qū)組織性能穩(wěn)定。小，熱影響區(qū)組織性能穩(wěn)定。14Northeastern University at Qinhuangdao1. 熱軋及正火鋼的成分和性能熱軋及正火鋼的成分和性能第二節(jié)第二節(jié) 熱軋及正火鋼的焊接熱軋及正火鋼的焊接2. 熱軋及正火鋼的焊接性熱軋及正火鋼的焊接性3. 熱軋及正火鋼的焊接工藝熱軋及正火鋼的焊接工藝15Northeastern University at Qinhua

18、ngdao1. 熱軋及正火鋼的成分和性能熱軋及正火鋼的成分和性能類別類別熱軋鋼熱軋鋼正火鋼正火鋼s/ MPa294392 390成分成分wC0.2%，wSi0.55%，wMn 1.5%。在Q345的基礎(chǔ)上加入V，Nb，Ti 、 Mo等元素（沉淀強(qiáng)化）組織組織/狀態(tài)狀態(tài)熱軋態(tài)（非熱處理強(qiáng)化鋼）一般為鋁鎮(zhèn)靜的細(xì)晶粒FP正火（含V，Nb，Ti）正火+回火（含Mo）強(qiáng)化機(jī)理強(qiáng)化機(jī)理Mn、Si合金固溶強(qiáng)化；V、Nb 、 Ti ( 形成碳化物和氮化物 ) 細(xì)晶強(qiáng)化，沉淀強(qiáng)化。在固溶強(qiáng)化的基礎(chǔ)上，加入促C、N化合物形成元素（如V、Nb、Ti和Mo等），通過沉淀強(qiáng)化和細(xì)化晶粒進(jìn)一步提高鋼材的強(qiáng)度和保證韌性。典

19、型鋼種典型鋼種Q345(16Mn)Q390，Q345 （s/b 高）14MnMoV、18MnMoNb（中溫性能好），Z向鋼（抗撕裂）16Northeastern University at Qinhuangdaou 微合金控軋鋼是熱軋及正火鋼中的一個分支，是近年來開展起來的一類新鋼種。u 采用微合金化參與微量Nb、V、Ti和控制軋制等技術(shù)到達(dá)細(xì)化晶粒和沉淀強(qiáng)化相結(jié)合的效果。在冶煉工藝上采取了降C、降S、改動夾雜物形狀、提高鋼的純真度等措施，使鋼材具有均勻的細(xì)晶粒等軸晶鐵素體基體。u 微合金化鋼就其本質(zhì)來講與正火鋼類似，它是在低碳的C-Mn鋼根底上經(jīng)過V、Nb、Ti微合金化及爐外精煉、控軋、控冷

20、等工藝，獲得細(xì)化晶粒和綜合力學(xué)性能良好的微合金鋼。u 控軋鋼具有高強(qiáng)度、高韌性和良好的焊接性等優(yōu)點(diǎn)。微合金控軋鋼微合金控軋鋼17Northeastern University at Qinhuangdao2. 熱軋及正火鋼的焊接性熱軋及正火鋼的焊接性2.1 冷裂及影響要素冷裂及影響要素類別類別熱軋鋼熱軋鋼正火鋼正火鋼微合金控扎鋼微合金控扎鋼焊接焊接性特性特點(diǎn)點(diǎn)合金元素少，Ceq小，冷裂傾向小合金元素較多，淬硬傾向增加。級別及Ceq低時，冷裂紋傾向不大；隨Ceq及增加，淬硬性及冷裂傾向增加Wc%小Ceq低冷裂傾向小 低合金鋼的焊接性主要取決于它的化學(xué)成分和組織形狀。隨著鋼材強(qiáng)度級別的提高和合金元

21、素含量的添加，焊接性也隨之發(fā)生變化。18Northeastern University at Qinhuangdao1碳當(dāng)量碳當(dāng)量Ceq 淬硬傾向主要取決于鋼的化學(xué)成分，其中以碳的作用最明顯。淬硬傾向主要取決于鋼的化學(xué)成分，其中以碳的作用最明顯。可以經(jīng)過碳當(dāng)量公式來大致估算不同鋼種的冷裂敏感性。通常碳當(dāng)量越高，冷裂敏可以經(jīng)過碳當(dāng)量公式來大致估算不同鋼種的冷裂敏感性。通常碳當(dāng)量越高，冷裂敏感性越大。感性越大。5156VMoCrNiCuMnCCeq， (IIW公式：wt%) Ceq0.4%時，淬硬傾向不明顯，焊件普通不會產(chǎn)時，淬硬傾向不明顯，焊件普通不會產(chǎn)生裂痕，但對厚大工件或低溫下焊接時應(yīng)思索預(yù)

22、生裂痕，但對厚大工件或低溫下焊接時應(yīng)思索預(yù)熱。熱。 Ceq=0.4%0.6%時，鋼材塑性下降，淬硬傾向明時，鋼材塑性下降，淬硬傾向明顯，焊性較差。焊前預(yù)熱，焊后緩冷，顯，焊性較差。焊前預(yù)熱，焊后緩冷， Ceq0.6%時，鋼材塑性較低，淬硬傾向很強(qiáng)，焊時，鋼材塑性較低，淬硬傾向很強(qiáng)，焊接區(qū)易產(chǎn)生冷裂，焊接性不好。焊前須較高溫度接區(qū)易產(chǎn)生冷裂，焊接性不好。焊前須較高溫度預(yù)熱到，焊接時要采取減少焊接應(yīng)力和防止開裂預(yù)熱到，焊接時要采取減少焊接應(yīng)力和防止開裂的工藝措施，焊后要進(jìn)展適當(dāng)?shù)臒崽幹茫鸥杀５墓に嚧胧?，焊后要進(jìn)展適當(dāng)?shù)臒崽幹?，才干保證焊接接頭質(zhì)量。證焊接接頭質(zhì)量。2.1 冷裂及影響要素冷裂及影響

23、要素19Northeastern University at Qinhuangdao (2) 淬硬傾向： 焊接熱影響區(qū)產(chǎn)生淬硬的M或M+B+F混合組織時，對氫致裂紋敏感； 而產(chǎn)生B或B+F組織時，對氫致裂紋不敏感。淬硬傾向可以經(jīng)過HAZ的SHCCT或母材的CCT圖來進(jìn)展分析圖3-4。結(jié)論：Q345與低碳鋼比較：2.1 冷裂及影響要素冷裂及影響要素類別類別熱軋鋼熱軋鋼正火鋼正火鋼特點(diǎn)特點(diǎn)快冷時，淬硬傾向大合金元素含量、強(qiáng)度級別越大，淬硬傾向大原因原因V冷大時，HAZ的組織：少量F+B+大量M。（低碳鋼：大量F+少量B+M。 ）V冷小時，和低碳鋼類似Me%越大，冷卻組織中B+M多，淬硬傾向大20N

24、ortheastern University at Qinhuangdao16Mn 的的SHCCT圖圖當(dāng)冷卻速度VVc時，F(xiàn)析出后剩下的富碳A來不及轉(zhuǎn)變?yōu)镻，直接轉(zhuǎn)變?yōu)楦咛糂和M，硬度添加，淬硬傾向添加。少量F+大量B+大量M21Northeastern University at Qinhuangdao低碳鋼低碳鋼SHCCT圖圖大量F+少量P+部分B22Northeastern University at Qinhuangdao3熱影響區(qū)最高硬度熱影響區(qū)最高硬度 HAZ最高硬度允許值就是剛好不出現(xiàn)冷裂紋的臨界硬度最高硬度允許值就是剛好不出現(xiàn)冷裂紋的臨界硬度值。即假設(shè)實(shí)踐值。即假設(shè)實(shí)踐HAZ的

25、硬度高于的硬度高于HAZ最高硬度允許值，那么這個接頭有能夠產(chǎn)生最高硬度允許值，那么這個接頭有能夠產(chǎn)生冷裂紋；假設(shè)在最高硬度允許值內(nèi)，普通以為此接頭不會產(chǎn)生冷裂。冷裂紋；假設(shè)在最高硬度允許值內(nèi)，普通以為此接頭不會產(chǎn)生冷裂。 HAZ最高硬度值與資料的強(qiáng)度、成分、工藝都有關(guān)。最高硬度值與資料的強(qiáng)度、成分、工藝都有關(guān)。2.1 冷裂及影響要素冷裂及影響要素 1.Ceq越高，熱影響區(qū)最高硬度越大，HAZ淬硬傾向越大，圖3-7 2.冷卻速度越大，熱影響區(qū)最高硬度越大，HAZ淬硬傾向越大，圖3-8，3-923Northeastern University at Qinhuangdao2.2 熱裂和再熱裂紋熱裂

26、和再熱裂紋1熱裂熱裂 熱軋及正火鋼普通碳含量較低、而熱軋及正火鋼普通碳含量較低、而Mn含量較高，因此這類鋼的含量較高，因此這類鋼的Mn/S比能到比能到達(dá)要求，具有較好的抗熱裂性能，焊接過程中的熱裂紋傾向較小。達(dá)要求，具有較好的抗熱裂性能，焊接過程中的熱裂紋傾向較小。 但是假設(shè)鋼中但是假設(shè)鋼中C、S、P等元素含量偏高或偏析嚴(yán)重，導(dǎo)致等元素含量偏高或偏析嚴(yán)重，導(dǎo)致Mn/S低于要求，也能低于要求，也能夠出現(xiàn)裂紋。夠出現(xiàn)裂紋。P56頁：頁：C：影響結(jié)晶裂紋的主要元素。由：影響結(jié)晶裂紋的主要元素。由FeC相圖，相圖，C含量添加，初生相可由含量添加，初生相可由相轉(zhuǎn)為相轉(zhuǎn)為相，而相，而S、P在在相中的溶解度

27、比在相中的溶解度比在相中低很多，析出的相中低很多，析出的S、P就會富集在晶界，添就會富集在晶界，添加結(jié)晶裂紋傾向。所以加結(jié)晶裂紋傾向。所以C加劇了加劇了S，P的危害。的危害。Mn：脫：脫S：FeO-FeS熔點(diǎn)熔點(diǎn)940，純，純MnS熔點(diǎn)熔點(diǎn)1610， FeO-MnS熔點(diǎn)熔點(diǎn)1164Si：是：是相構(gòu)成元素，有利于消除結(jié)晶裂紋；但是含量超越相構(gòu)成元素，有利于消除結(jié)晶裂紋；但是含量超越0.4%，易構(gòu)成硅酸鹽夾，易構(gòu)成硅酸鹽夾雜，添加裂紋傾向。雜，添加裂紋傾向。WC% WMn% 越大 Mn/S要求24Northeastern University at Qinhuangdao2.2 熱裂和再熱裂紋熱裂

28、和再熱裂紋2再熱裂再熱裂 緣由：焊后熱處置時，剩余應(yīng)力松弛過程中，粗晶區(qū)應(yīng)力集中部位的晶界滑緣由：焊后熱處置時，剩余應(yīng)力松弛過程中，粗晶區(qū)應(yīng)力集中部位的晶界滑動變形量超越該部分的塑性變形才干，就會產(chǎn)生再熱裂紋。動變形量超越該部分的塑性變形才干，就會產(chǎn)生再熱裂紋。較大的焊接剩余應(yīng)力。較大的焊接剩余應(yīng)力。 特點(diǎn)：粗晶區(qū)沿晶開裂，遇細(xì)晶裂紋停頓擴(kuò)展；存在剩余應(yīng)力且應(yīng)力集中；特點(diǎn)：粗晶區(qū)沿晶開裂，遇細(xì)晶裂紋停頓擴(kuò)展；存在剩余應(yīng)力且應(yīng)力集中；存在溫度敏感區(qū)存在溫度敏感區(qū)A不銹鋼不銹鋼700-900；沉淀強(qiáng)化的低合金鋼；沉淀強(qiáng)化的低合金鋼500-700 ；含一定沉淀強(qiáng)化元素的資料才具有含一定沉淀強(qiáng)化元素的

29、資料才具有SR敏感性，碳素和固溶強(qiáng)化鋼不會產(chǎn)生敏感性，碳素和固溶強(qiáng)化鋼不會產(chǎn)生SR一一次焊接熱時，合金元素固溶，冷后未充分析出，再熱時，在晶界寫出，脆化晶界。次焊接熱時，合金元素固溶，冷后未充分析出，再熱時，在晶界寫出，脆化晶界。Mo、Cr元素及含量對元素及含量對SR傾向的影響見傾向的影響見3-10圖隨圖隨Mo、Cr ，SR傾向性傾向性 預(yù)防工藝措施：預(yù)防工藝措施： 提高預(yù)熱溫度、焊后立刻熱處置等措施來防止再熱裂紋的產(chǎn)生。提高預(yù)熱溫度、焊后立刻熱處置等措施來防止再熱裂紋的產(chǎn)生。 25Northeastern University at Qinhuangdao2.3 層狀撕裂層狀撕裂緣由：軋制鋼

30、材內(nèi)部存在不同程度的分層夾雜物硫化物和氧化物，在焊接時產(chǎn)生垂直于鋼板外表的拉應(yīng)力，致使熱影響區(qū)附近或稍遠(yuǎn)的部位，沿軋制方向產(chǎn)生呈“臺階形的層狀開裂，并可穿晶擴(kuò)展。位置：主要發(fā)生于要求熔透的角接接頭或T形接頭的厚板構(gòu)造中圖3-16。闡明：1層狀撕裂的產(chǎn)生不受鋼材種類和強(qiáng)度級別的限制，與板厚有關(guān)，板厚在16mm以下普通不會產(chǎn)生層狀撕裂。2從本質(zhì)來說，主要取決于鋼的冶煉質(zhì)量，鋼中的片狀硫化物與層狀硅酸鹽或大量成片地密集于同一平面內(nèi)的氧化物夾雜都使Z 向塑性降低，導(dǎo)致層狀撕裂的產(chǎn)生，其中層片狀硫化物的影響最為嚴(yán)重。3硫含量和Z向斷面收縮率是評定鋼材層狀撕裂敏感性的主要目的。 26Northeaster

31、n University at Qinhuangdao2.4 焊縫組織及韌性焊縫組織及韌性韌性是表征金屬對脆性裂紋產(chǎn)生和擴(kuò)展難易程度的性能。影響要素：顯微組織、夾雜和析出物等。低合金高強(qiáng)鋼焊縫金屬的組織主要包括：先共析鐵素體PF、側(cè)板條鐵素體FSP、針狀鐵素體AF、上貝氏體Bu、珠光體P等，馬氏體較少。焊縫韌性取決于針狀鐵素體(AF)和先共析鐵素體(PF)組織所占的比例。焊縫中針狀鐵素體組織比例高時，韌性顯著升高，韌脆轉(zhuǎn)變溫度vTrs降低，如圖3-11a所示針狀鐵素體晶粒細(xì)小，晶粒邊境交角大且相互交叉，每個晶界都對裂紋的擴(kuò)展起妨礙作用焊縫中先共析鐵素體組織比例增多那么韌性下降，韌脆轉(zhuǎn)變溫度上升

32、，如圖3-11b所示先共析鐵素體沿晶界分布，裂紋易于萌生、也易于擴(kuò)展，導(dǎo)致韌性較差。27Northeastern University at Qinhuangdao2.4 焊縫組織及韌性焊縫組織及韌性以AF為主的焊縫金屬，屈強(qiáng)比(s/b)普通大于0.8；以PF組織為主的焊縫金屬，屈強(qiáng)比多在0.8以下；焊縫金屬中有上貝氏體存在時，屈強(qiáng)比小于0.7。焊縫金屬中AF越多，韌性越好；合金化程度越高，韌性越低 Eg- Mn、Si 既是氧化元素，又是合金元素1Si是鐵素體構(gòu)成元素，焊縫中Si含量添加，將使晶界鐵素體添加。Mn是擴(kuò)展奧氏體區(qū)的元素，推遲轉(zhuǎn)變，所以添加焊縫中的Mn含量，將減少先共析鐵素體的比例

33、。但Si、Mn含量的添加，都將使焊縫金屬的晶粒粗大。2當(dāng)Mn、Si含量較少時，轉(zhuǎn)變構(gòu)成粗大的先共析鐵素體組織，焊縫韌性較低，由于微裂紋擴(kuò)展的阻力較小。當(dāng)Mn、Si含量過高時，構(gòu)成大量平行束狀陳列的板條狀鐵素體，這些晶粒的結(jié)晶位向很類似，擴(kuò)展裂紋與這些晶粒邊境相遇不會有多大的妨礙，這也使焊縫金屬韌性較低。因此，Mn和Si含量過多或過少都使韌性下降。28Northeastern University at Qinhuangdao類別類別粗晶區(qū)脆化粗晶區(qū)脆化熱應(yīng)變脆化熱應(yīng)變脆化位置位置熱影響區(qū)過熱區(qū)焊接熔合區(qū)；加熱溫度低于Ac1的亞臨界熱影響區(qū)原因原因焊接熱輸入過大，粗晶區(qū)將因晶粒長大或出現(xiàn)M、W、

34、上B組織而降低韌性；熱輸入過小，粗晶區(qū)中M組織所占的比例增大而降低韌性，焊接碳含量偏高的熱軋鋼時較明顯（C,脆化)。含N量高的鋼，由于氮、碳原子聚集在位錯周圍，對位錯造成釘軋作用。在200400時熱應(yīng)變脆化最為明顯（動應(yīng)時效脆化-藍(lán)脆）。熔合區(qū)易于產(chǎn)生熱應(yīng)變脆化與此區(qū)域常存在缺口性質(zhì)的缺陷和不利組織有關(guān)。措施措施1.降低焊縫S、P、N含量2.小焊接熱輸入，適當(dāng)?shù)暮负鬅崽幚恚▓D3-15）1.加氮化物形成元素（如Al、Ti、V等），細(xì)晶降低脆化傾向。2.退火處理：如Q345經(jīng)600 1h退火處理后，韌性大幅提高2.5 HAZ脆化脆化29Northeastern University at Qinh

35、uangdao3. 熱軋及正火鋼的焊接工藝熱軋及正火鋼的焊接工藝3.1 坡口加工、裝配及定位焊坡口加工、裝配及定位焊坡口加工：機(jī)械加工精度高，火焰切割或碳弧氣刨。 對強(qiáng)度級別較高、厚度較大的鋼材，經(jīng)過火焰切割和碳弧氣刨的坡口運(yùn)用砂輪仔細(xì)打磨，去除氧化皮及凹槽；在坡口兩側(cè)約50mm范圍內(nèi)，應(yīng)去除水、油、銹及臟物等。 焊接方法：焊條電弧焊、埋弧自動焊、CO2氣體維護(hù)焊等裝配間隙：不應(yīng)過大，盡量防止強(qiáng)力裝配，減小焊接應(yīng)力。為防止定位焊縫開裂，要求定位焊縫應(yīng)有足夠的長度普通不小于50mm。定位焊：其順序應(yīng)能防止過大的拘謹(jǐn)、允許工件有適當(dāng)?shù)淖冃?，定位焊焊縫應(yīng)對稱均勻分布。30Northeastern U

36、niversity at Qinhuangdao3.2 焊接資料的選擇焊接資料的選擇 低合金鋼選擇焊接資料時必需思索兩方面的問題：一是不能有裂紋等焊接缺陷；二是能滿足運(yùn)用性能要求。選擇焊接資料的根據(jù)是保證焊縫金屬的強(qiáng)度、塑性和韌性等力學(xué)性能與母材相匹配。 熱軋及正火鋼焊接普通是根據(jù)其強(qiáng)度級別選擇焊接資料，而不要求與母材同成分，其要點(diǎn)如下： (1)等強(qiáng)匹配：選擇與母材力學(xué)性能匹配的相應(yīng)級別的焊接資料：要求焊縫的強(qiáng)度性能與母材等強(qiáng)或稍低于母材。焊縫中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不應(yīng)超越0.14%，焊縫中其他合金元素也要求低于母材中的含量，以防止裂紋及焊縫強(qiáng)度過高。 (2)熔合比和冷卻速度：焊條或焊絲成分的選擇應(yīng)思

37、索到板厚和坡口方式對熔合比的影響。薄板焊接時熔合比較大，應(yīng)選用強(qiáng)度較低的焊接資料，厚板深坡口那么相反。冷卻速度影響焊縫組織。 (3) 焊后熱處置：焊后需進(jìn)展正火處置的焊縫，應(yīng)選擇強(qiáng)度高一些的焊接資料。31Northeastern University at Qinhuangdao3.3 焊接工藝參數(shù)確實(shí)定焊接工藝參數(shù)確實(shí)定 (1) 焊接熱輸入： 焊接熱輸入取決于接頭區(qū)能否出現(xiàn)冷裂紋和熱影響區(qū)脆化。對于碳當(dāng)量(Ceq)小于0.40%的熱軋及正火鋼，如Q295、09Mn2Si和Q345，焊接熱輸入的選擇可適當(dāng)放寬。碳當(dāng)量大于0.40%的鋼種，隨其碳當(dāng)量和強(qiáng)度級別的提高，所適用的焊接熱輸入的范圍隨之

38、變窄。焊接碳當(dāng)量為0.40%0.60%的熱軋及正火鋼時，由于淬硬傾向加大，馬氏體含量也添加，小熱輸入時冷裂傾向會增大，過熱區(qū)的脆化也變得嚴(yán)重，在這種情況下熱輸入寧可偏大一些比較好。但在加大熱輸入、降低冷速的同時，會引起接頭區(qū)過熱的加劇增大線能量對冷速的降低效果有限，但對過熱的影響較明顯。在這種情況下采用大熱輸入的效果不如采用小熱輸入預(yù)熱更有效。預(yù)熱溫度控制恰當(dāng)時，既能防止產(chǎn)生裂紋，又能防止晶粒的過熱。 32Northeastern University at Qinhuangdao(2) 預(yù)熱和焊后熱處置 目的防裂，也有一定的改善組織、性能的作用。1) 預(yù)熱： 預(yù)熱溫度與鋼材的淬硬性、板厚、拘

39、謹(jǐn)度和氫含量等要素有關(guān)，工程中必需結(jié)合詳細(xì)情況經(jīng)實(shí)驗(yàn)后才干確定：多層焊時應(yīng)堅(jiān)持層間溫度不低于預(yù)熱溫度，但也要防止層間溫度過高引起的不利影響。見表3-12。2) 焊后熱處置： 除了電渣焊由于接頭區(qū)嚴(yán)重過熱而需求進(jìn)展正火處置外，其它熱軋及正火鋼焊接普通無需焊后熱處置。對要求抗應(yīng)力腐蝕的焊接構(gòu)造、低溫下運(yùn)用的焊接構(gòu)造和厚板構(gòu)造等，焊后需進(jìn)展消除應(yīng)力的高溫回火： 不要超越母材原來的回火溫度，以免影響母材本身的性能。 對于有回火脆性的資料，要避開出現(xiàn)回火脆性的溫度區(qū)間。 如焊后不能及時進(jìn)展熱處置，應(yīng)立刻在200350保溫26h，以便焊接區(qū)的氫分散逸出。為了消除焊接應(yīng)力，焊后應(yīng)立刻悄然錘擊焊縫金屬外表，但

40、這不適用于塑性較差的焊件。3.3 焊接工藝參數(shù)確實(shí)定焊接工藝參數(shù)確實(shí)定33Northeastern University at Qinhuangdao3.4 力學(xué)性能力學(xué)性能 焊縫金屬和熱影響區(qū)的力學(xué)性能是影響接頭運(yùn)用可靠性的根本性能，而其中強(qiáng)度與韌性又是關(guān)鍵的考核要素，特別是對合金構(gòu)造鋼接頭更為重要。幾種典型熱軋及正火鋼焊接接頭的力學(xué)性能見表3-14。 34Northeastern University at Qinhuangdao1.低碳調(diào)質(zhì)鋼的分類、成分和性能低碳調(diào)質(zhì)鋼的分類、成分和性能第三節(jié)第三節(jié) 低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接2.低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性3.低碳調(diào)質(zhì)鋼的

41、焊接工藝低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接工藝35Northeastern University at Qinhuangdao1.低碳調(diào)質(zhì)鋼的成分和性能低碳調(diào)質(zhì)鋼的成分和性能低碳調(diào)質(zhì)鋼與熱軋及正火鋼的比較類別類別強(qiáng)度強(qiáng)度s（MPa）合金元素強(qiáng)化機(jī)制合金元素強(qiáng)化機(jī)制供貨狀態(tài)供貨狀態(tài)性能性能熱軋及熱軋及正火鋼正火鋼294490細(xì)晶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化（到一定值后，塑性，韌性下降）熱軋或正火C%0.2%；強(qiáng)度相對低低碳調(diào)低碳調(diào)質(zhì)鋼質(zhì)鋼490980提高淬透性和M回火穩(wěn)定性，通過熱處理使組織強(qiáng)韌化淬火+回火調(diào)質(zhì)C%0.18%，高強(qiáng)，高塑、高韌、耐磨；自回火，脆性小，焊接性好，焊后無需調(diào)質(zhì)處理；調(diào)質(zhì)： “淬火+高溫回火；“淬火+

42、高/中/低溫回火，經(jīng)過“淬火+回火熱處置的鋼稱為“調(diào)質(zhì)鋼QT鋼36Northeastern University at Qinhuangdao類別類別b(MPa)典型鋼種典型鋼種應(yīng)用應(yīng)用高強(qiáng)度高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼60080014MnMoNbB、15MnMoVNRE、HQ70、HQ80C主要用于工程焊接結(jié)構(gòu)，焊縫及焊接區(qū)多承受拉伸載荷高強(qiáng)度高強(qiáng)度耐磨鋼耐磨鋼1000HQ100、HQ130主要用于工程結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度耐磨、要求承受沖擊磨損的部位高強(qiáng)高高強(qiáng)高韌性鋼韌性鋼70012Ni3CrMoV10Ni5CrMoV在高強(qiáng)度的同時要具有高韌性，主要用于高強(qiáng)度高韌性焊接結(jié)構(gòu)。1.低碳調(diào)質(zhì)鋼的分類低碳調(diào)質(zhì)鋼的分類

43、根據(jù)運(yùn)用條件的不同，低碳調(diào)質(zhì)鋼又可分為以下幾種：思索：思索：HQ80CHQ80C，各字母代表什么意思？，各字母代表什么意思？37Northeastern University at Qinhuangdao1.低碳調(diào)質(zhì)鋼的成分和性能低碳調(diào)質(zhì)鋼的成分和性能 部分低碳調(diào)質(zhì)鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能見表3-15和表3-16。低碳調(diào)質(zhì)鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)限制在0.18%以下，為了保證較高的缺口韌性，普通含有較高的Ni和Cr，具有高強(qiáng)度，特別是具有優(yōu)良的低溫缺口韌性。Ni能提高鋼的強(qiáng)度、塑性和韌性，降低鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度。Ni與Cr一同參與時可顯著添加淬透性，得到高的綜合力學(xué)性能。Cr元素在鋼中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從提高淬透性

44、出發(fā)，上限普通約為1.6%，繼續(xù)添加反而對韌性不利。 熱處置工藝：奧氏體化熱處置工藝：奧氏體化+ +淬火淬火+ +回火回火熱處置后的組織：低碳熱處置后的組織：低碳M M、下、下B B、回火、回火S S 高強(qiáng)高韌低脆高強(qiáng)高韌低脆無裂紋鋼無裂紋鋼CFCF： C%C%0.09%+0.09%+微合金化微合金化+ +調(diào)質(zhì)處置調(diào)質(zhì)處置CeqCeq低，低，PcmPcm低，低溫低，低溫AkAk高表高表3-173-17。38Northeastern University at Qinhuangdao低碳調(diào)質(zhì)鋼的總體焊接性分析低碳調(diào)質(zhì)鋼的總體焊接性分析 低碳調(diào)質(zhì)鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超越低碳調(diào)質(zhì)鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超越0.

45、18%，焊接性能遠(yuǎn)優(yōu)于中碳調(diào)，焊接性能遠(yuǎn)優(yōu)于中碳調(diào)質(zhì)鋼。由于這類鋼焊接熱影響區(qū)構(gòu)成的是低碳馬氏體，馬氏體開場轉(zhuǎn)質(zhì)鋼。由于這類鋼焊接熱影響區(qū)構(gòu)成的是低碳馬氏體，馬氏體開場轉(zhuǎn)變溫度變溫度Ms較高，所構(gòu)成的馬氏體具有較高，所構(gòu)成的馬氏體具有“自回火特性，使得焊接冷裂自回火特性，使得焊接冷裂紋傾向比中碳調(diào)質(zhì)鋼小。紋傾向比中碳調(diào)質(zhì)鋼小。2.低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性焊焊接接性性分分析析焊縫強(qiáng)韌性匹配冷裂熱裂與再熱裂HAZ的性能轉(zhuǎn)變闡明：由于現(xiàn)代冶煉技術(shù)對闡明：由于現(xiàn)代冶煉技術(shù)對夾雜物、純真度控制較好，夾雜物、純真度控制較好，低碳調(diào)質(zhì)鋼的層狀撕裂敏感低碳調(diào)質(zhì)鋼的層狀撕裂敏感性極低，故其焊接性分析

46、中性極低，故其焊接性分析中不討論層狀撕裂。不討論層狀撕裂。39Northeastern University at Qinhuangdao強(qiáng)度：接頭性能首先要思索的問題。屈服強(qiáng)度(s)：工程設(shè)計(jì)中確定許用應(yīng)力的主要根據(jù)?？估瓘?qiáng)度b：強(qiáng)度貯藏的目的。屈強(qiáng)比s/b：屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之比焊縫強(qiáng)度匹配系數(shù)S(b)w/(b)b：表征接頭力學(xué)非均質(zhì)性的參數(shù)之一。s1稱為“超強(qiáng)匹配 ； s=1稱為“等強(qiáng)匹配 ；s1稱為“低強(qiáng)匹配。焊縫強(qiáng)度選擇：普通選擇s1，焊縫更平安。存在問題：強(qiáng)度，韌性2.1 焊縫強(qiáng)韌性匹配焊縫強(qiáng)韌性匹配對于b800MPa高強(qiáng)鋼，除思索強(qiáng)度外，還必需思索焊接區(qū)韌性和裂紋敏感性。40No

47、rtheastern University at Qinhuangdao韌性：低合金高強(qiáng)鋼焊接突出問題焊縫韌性低于母材。韌度(KIC)：含裂紋的構(gòu)件抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的才干。 當(dāng)應(yīng)力或裂紋尺寸增大到某臨界值時，裂紋尖端一定區(qū)域內(nèi)應(yīng)力超出資料斷裂強(qiáng)度裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展資料斷裂。這一臨界值即稱為斷裂韌度KIC。闡明： KIC 是資料的力學(xué)性能目的之一，反映了資料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展即抵抗脆性斷裂的才干。它決議于資料的成分、組織構(gòu)造等內(nèi)在要素，而與外加應(yīng)力及試樣尺寸等外在要素 無關(guān)。問題：假設(shè)要求焊縫金屬與母材等強(qiáng)，焊縫韌性往往貯藏不夠，高 強(qiáng)鋼焊接構(gòu)件易產(chǎn)生脆性斷裂。 此時，思索犧牲少許強(qiáng)度而使韌性貯藏提高，

48、對接頭綜合性能是有利的。特別是接受動載荷、重載荷和低溫任務(wù)條件的焊件。對于高強(qiáng)鋼，宜采用“低強(qiáng)匹配。詳細(xì)情況詳細(xì)分析2.1 焊縫強(qiáng)韌性匹配焊縫強(qiáng)韌性匹配41Northeastern University at Qinhuangdao2.2 冷裂u 低碳調(diào)質(zhì)鋼的合金化原那么：在低碳根底上經(jīng)過入多種提高淬透性的合金元素，來保證獲得強(qiáng)度高、韌性好的低碳“自回火M和部分下B的混合組織。 u 這類鋼由于淬硬性大，在焊接熱HAZ粗晶區(qū)有產(chǎn)生冷裂紋和韌性下降的傾向。但HAZ淬硬組織為Ms點(diǎn)較高的低碳M，具有一定韌性，裂紋敏感性小。綜合冷裂敏感性較小。u例如：Wc0.12%的低合金鋼，HAZ最高硬度修正為40

49、0HV。u u 此外，H%越高，V冷越大，低碳調(diào)質(zhì)鋼焊接冷裂傾向性越大42Northeastern University at Qinhuangdao2.3 熱裂與再熱裂1、熱裂總體焊接性：C%低、Mn%高，對S、P控制嚴(yán)厲，熱裂傾向小。但是高Ni低Mn型鋼種易產(chǎn)生液化裂紋。類別類別結(jié)晶裂紋結(jié)晶裂紋液化裂紋液化裂紋多邊裂紋位置位置只存在于焊縫中，從焊縫中心縱向開裂或枝晶間母材近縫區(qū)或多道焊的前一焊道上，尺寸不大于1mm。多存在高合金鋼和不銹鋼中。多層焊層間金屬及HAZ，以任意方向貫穿于枝晶中機(jī)理機(jī)理冷卻時受拉應(yīng)力超過低熔點(diǎn)共晶液膜所具有的塑性開裂。母材近縫區(qū)或焊縫層間金屬在高溫下，A晶界低熔點(diǎn)

50、共晶重熔，在拉應(yīng)力下開裂晶格缺陷的移動和集聚，形成二次晶界，其熱塑性低，應(yīng)力作用下開裂元素元素害：害：S、P、C、Ni益：益：Mn、Ti、Zr稀稀土元素土元素同左，另外：同左，另外：B、Cr增加增加開裂傾向。開裂傾向。提高多邊化激活能元素：提高多邊化激活能元素：Mo、W、Ti、Ta工藝工藝降降:適當(dāng)增加適當(dāng)增加E和和提高預(yù)熱提高預(yù)熱T防低熔相熔化：減小熱輸防低熔相熔化：減小熱輸入入降降43Northeastern University at Qinhuangdao2.3 熱裂與再熱裂2、再熱裂總體焊接性：低合金調(diào)質(zhì)鋼為加強(qiáng)淬透性和抗回火性而參與的合金元素Cr、Mo、Cu、V、Nb、Ti、B等，

51、大多數(shù)都是引起再熱裂的元素。 其中V的影響最為嚴(yán)重，Mo次之，兩者同時參與更嚴(yán)重。Cr的影響與其含量有關(guān)Cr% 1%，隨Cr的添加，RC傾向添加；Cr% 1%，隨Cr的添加，RC傾向減小。緣由： Cr、Mo、Cu、V、Nb、Ti、B等元素的碳化物、氮化物，以及Ni基合金的沉淀相Ni3Al，Ti，在一次焊接熱作用下因受熱而固溶，在焊后冷卻時不能充分析出，而在二次加熱處置過程中，有晶內(nèi)析出，富集在晶界，從而使晶內(nèi)強(qiáng)化，晶界脆化，產(chǎn)生RC。44Northeastern University at Qinhuangdao2.4 熱影響區(qū)性能變化1、HAZ的組織特點(diǎn)：不均勻性，力學(xué)性能不均勻。HAZ的組

52、織：M、ML、BL、Bg、Bu、F、PV冷大小熱輸入時：近縫區(qū)主要ML或ML+ BL，強(qiáng)度高，韌性好V冷小大熱輸入時：近縫區(qū)主要Bu或F+ Bu，強(qiáng)度低，韌性差緣由： 有效晶粒直徑d越小，韌性轉(zhuǎn)變溫度T越?。篸ML dF+Bu ML中板條束的交界妨礙解離裂紋的擴(kuò)展，ML+BL的復(fù)相組織效果更好 Ml、BL比Bu、Bg的韌性好。低碳調(diào)質(zhì)鋼HAZ的特點(diǎn)：同時存在脆化和軟化景象。 低碳調(diào)質(zhì)鋼母材本身具有較高的韌性，但是構(gòu)造運(yùn)轉(zhuǎn)中微裂紋也易在熱影響區(qū)脆化部位產(chǎn)生和開展，存在接頭區(qū)域出現(xiàn)脆性斷裂的能夠性。受焊接熱循環(huán)影響，低碳調(diào)質(zhì)鋼熱影響區(qū)能夠存在強(qiáng)化效果的損失景象稱為軟化或失強(qiáng)，焊前母材強(qiáng)化程度越大，

53、焊后熱影響區(qū)的軟化程度越大。45Northeastern University at Qinhuangdao2、HAZ的脆化： 由于低合金高強(qiáng)鋼中含較多的固N(yùn)元素，故HAZ中主要為過熱區(qū)脆化，2.4 熱影響區(qū)性能變化 在焊接熱循環(huán)作用下t8/5繼續(xù)添加時，低碳調(diào)質(zhì)鋼熱影響區(qū)過熱區(qū)易發(fā)生脆化，即沖擊韌性明顯降低。熱影響區(qū)脆化的緣由除了奧氏體晶粒粗化的緣由外，更主要的是由于上貝氏體和M-A組元的構(gòu)成。 M-A組元普通在中等冷速下構(gòu)成，是奧氏體中碳含量升高的結(jié)果，圖3-27。 M-A組元構(gòu)成條件與上貝氏體Bu類似，故Bu構(gòu)成常伴隨M-A組元。上貝氏體在500450溫度范圍構(gòu)成，長大速度很快，而碳的分散較慢，由條狀鐵素體包圍著的島狀富碳奧氏體區(qū)一部分轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，另一部分堅(jiān)持為剩余奧氏體，即構(gòu)成M-A組元。 M-A組元的韌性低是由于剩余奧氏體增碳后易于構(gòu)成孿晶馬氏體，夾雜于貝氏體與鐵素體板條之間，在界面上產(chǎn)生微裂紋并沿M-A組元的邊境擴(kuò)展。因此，M-A組元的存在導(dǎo)致脆化，M-A組元數(shù)量越多脆化越嚴(yán)重。M-A組元本質(zhì)上成為潛在的裂紋源，起了應(yīng)力集中的作用。因此M-A組元的產(chǎn)生對低碳調(diào)質(zhì)鋼熱影響區(qū)韌性有不利的影響46N