金屬焊接性第二章34

第六章低合金高強度鋼的焊接第一頁，共三十五頁。第六章低合金高強度鋼的焊接主要內容

低合金高強剛的種類和性能低合金高強度剛的焊接性分析低合金高強剛的焊接工藝要點典型低合金高強度鋼的焊接

焊接性第二頁，共三十五頁。第五章焊接性及其試驗方法主要內容

低合金高強剛的種類和性能低合金高強度剛的焊接性分析低合金高強剛的焊接工藝要點典型低合金高強度鋼的焊接

焊接性

第三頁，共三十五頁。低合金高強度鋼的焊接性分析主要內容

熱裂紋冷裂紋再熱裂紋層狀撕裂脆化和軟化焊接冶金

第四頁，共三十五頁。低合金高強度鋼的焊接性分析主要內容

熱軋及正火鋼低碳調質鋼中碳調質鋼焊接性

第五頁，共三十五頁。低合金高強度鋼的焊接性分析低碳調質鋼焊接性

熱裂紋含Mn高無熱裂傾向高Ni低Mn熱裂紋傾向增大冷裂紋傾向小自回火現(xiàn)象再熱裂紋熱裂紋敏感性較大，因為加入再熱裂敏感元素層狀撕裂不敏感，冶煉技術高脆化及軟化馬氏體+10-30%下貝氏體AC1與回火溫度之間第六頁，共三十五頁。低合金高強度鋼的焊接性分析中碳調質鋼焊接性

熱裂紋含C和合金元素高較大熱裂紋傾向30CrMnSiH18CrMoA冷裂紋含元素含量高冷裂傾向大無自回火再熱裂紋熱裂紋敏感性較大，因為加入再熱裂敏感元素層狀撕裂不敏感，冶煉技術較高脆化及軟化過熱區(qū)生成硬的高碳馬氏體脆化傾向大AC1與回火溫度之間的軟化第七頁，共三十五頁。低合金高強度鋼的焊接性分析熱軋及正火鋼焊接性

熱裂紋較好的抗熱裂能力偏析時出現(xiàn)熱裂紋Q420冷裂紋熱軋鋼最小大于低碳鋼少量合金化元素正火鋼合金元素較多強度級別提高淬硬性增大冷裂增大再熱裂紋C-MnC-Mn-Si不敏感含V正火鋼不敏感18MnMoNb和14MnMoV輕微敏感性層狀撕裂較敏感，冶煉技術較低脆化及軟化熱軋低碳粗晶區(qū)魏氏體組織高碳偏析高碳馬氏體正火鋼晶粒粗化沉淀強化元素第八頁，共三十五頁。第五章焊接性及其試驗方法主要內容

低合金高強剛的種類和性能低合金高強剛的焊接性分析低合金高強剛的焊接工藝要點典型低合金高強度鋼的焊接

焊接性

第九頁，共三十五頁。低合金鋼的焊接工藝要點主要內容

焊接方法及熱輸入焊接材料焊接接頭設計和輔助措施焊接性

第十頁，共三十五頁。低合金鋼的焊接工藝要點——焊接方法及熱輸入焊接性

焊接方法對于熱軋鋼及正火鋼，焊條電弧焊、埋弧焊、氣體保護電弧焊等常規(guī)焊接方法都可以采用，主要根據(jù)材料的厚度、產(chǎn)品的結構和具體的施工條件來確定。低碳調質鋼存在高溫回火軟化問題，如果焊后進行調質處理，常用的弧焊方法都可以采用。不進行焊后調質處理時，必須盡量限制焊接過程中熱量對母材的作用。由于軟化程度與母材強度級別有很大關系，強度級別越高，越需要注意限制熱輸入。對于強度級別超過980MPa的低碳調質鋼，最好采用鎢極氬弧焊和電子束焊等能量集中的焊接方法，強度級別低于980MPa的低碳鋼，可采用焊條電弧焊、埋弧焊、熔化極氣體保護焊和鎢極氬弧焊等方法，并根據(jù)板厚和施工條件進行選擇。第十一頁，共三十五頁。低合金鋼的焊接工藝要點——焊接方法及熱輸入焊接性

焊接方法中碳調質鋼焊后的淬火組織是硬脆的高碳馬氏體，對冷裂紋的敏感性很大，而且存在過熱區(qū)脆化和熱影響區(qū)軟化等問題，焊后若不經(jīng)熱處理，熱影響區(qū)性能達不到使用要求。因此，中碳調質鋼一般首先進行退火，并在退火狀態(tài)下進行焊接，焊后通過整體調質處理才能獲得性能滿足要求的焊接接頭。此時，焊接熱影響區(qū)的性能可以通過焊后的調質處理來保證，焊接重點是通過焊接材料、預熱及焊后熱處理解決冷裂紋問題。因此，在這種情況下，對選擇焊接方法幾乎沒有限制。在調質狀態(tài)下焊接的中碳調質鋼來講，除了焊接裂紋問題外，還要考慮熱影響區(qū)的脆化和軟化問題。熱影響區(qū)的脆化問題可以通過焊后回火解決，但熱影響區(qū)的軟化問題，在焊后不進行調質處理時是無法解決的。因此，應從防止冷裂紋和避免軟化兩方面來選擇焊接工藝和方法。為了防止冷裂紋應加強預熱、控制層間溫度并及時進行焊后回火處理；為了減少軟化，應盡量采用能量密度高的熱源進行焊接，如氬弧焊、等離子弧焊、激光束焊和電子束焊等。從經(jīng)濟和方便性考慮，目前還在采用焊條電弧焊來焊接這類鋼種。第十二頁，共三十五頁。低合金鋼的焊接工藝要點——焊接方法及熱輸入焊接性

焊接熱輸入各種熱軋鋼和正火鋼焊接接頭的脆化程度、脆化原因和冷裂傾向是不同的，因此對熱輸入的要求也是不同的。對于含碳量很低的熱軋鋼如Q295（09Mn2）等，焊接熱輸入可以適當降低，以免過熱區(qū)粗化甚至形成魏氏組織。而對于含碳量偏于上限的Q345（16Mn），焊接熱輸入可以適當加大，以降低淬硬傾向，防止冷裂紋的產(chǎn)生。對于含有V、Nb和Ti的鋼種，為降低過熱區(qū)粗晶區(qū)脆化造成的不利影響，應選擇較小的焊接熱輸入。低碳調質鋼的熱影響區(qū)的強度、塑性和韌性是靠低碳馬氏體或下貝氏體提供的。如果熱影響區(qū)的冷卻速度過低，則奧氏體將轉變成粗大貝氏體，這對強度和韌性都不利，所以焊接這類鋼時其冷卻速度要高于某一臨界冷卻速度。然而，過高的冷卻速度也會導致抗裂性和塑性的下降。因此，低碳調質鋼焊接時有一個最佳的冷卻速度范圍。焊接熱輸入的選擇應結合焊接時采用的預熱溫度，使焊接接頭的冷卻速度出現(xiàn)在最佳的冷卻速度范圍之內

第十三頁，共三十五頁。焊接熱影響區(qū)——

熱影響區(qū)的性能焊接性

控制焊接熱輸入配合預熱或緩冷才是提高焊接熱影響區(qū)脆性最好的辦法熱輸入過大晶粒粗化，粗大鐵素體或魏氏體粗晶脆化上貝氏體體MA組元熱輸入過小大量片狀馬氏體引起片狀馬氏體脆化中等偏下大量的條狀馬氏體和下貝氏體改善韌性第十四頁，共三十五頁。低合金鋼的焊接工藝要點——焊接方法及熱輸入焊接性

焊接熱輸入中碳調質鋼一般采用小焊接熱輸入焊接，有利于降低奧氏體的過熱。因為即使采用大熱輸入焊接，熱影響區(qū)仍然避免不了產(chǎn)生馬氏體，卻增大了奧氏體的穩(wěn)定性，結果使淬火區(qū)形成粗大的馬氏體，反而增大了脆化和冷裂傾向。

預熱溫度/℃板厚/mm68101216202530364050焊接熱輸入（J/cm）207500~1600010000~1950014000~2350021500~2900017500~46000抗裂性差100沖擊韌度低16000~3000022500~3600024000~4500026000~57500抗裂性差150沖擊韌度低16000~2850019000~3500022500~4400025000~4900031000~6000031500~61500200沖擊韌度低16000~3250020000~3950022000~4650023500~5400014NiCrMoCuVB第十五頁，共三十五頁。低合金鋼的焊接工藝要點主要內容

焊接方法及熱輸入焊接材料焊接接頭設計和輔助措施焊接性

第十六頁，共三十五頁。低合金鋼的焊接工藝要點——焊接材料焊接性

熱軋及正火鋼選擇焊接材料時，應保證焊縫金屬的強度、韌性和塑性等性能指標符合產(chǎn)品設計要求，綜合考慮焊縫金屬的力學性能與抗裂性。由熱軋鋼及正火鋼的焊接性分析可知，這類鋼焊縫金屬的熱裂紋傾向正常情況下是較小的，有一定的冷裂紋傾向，一般可按等強原則選擇焊接材料，重要結構或厚板焊接優(yōu)先選擇低氫焊條或堿性適度的埋弧焊劑

對于每一個級別的鋼種，按照力學性能等強的原則出發(fā)，可以選擇幾種焊接材料，但應根據(jù)結構的重要程度、板厚和結構形式等進行具體選擇。對重要結構或厚板、拘束大的焊接結構，采用低氫焊條或堿性稍高的焊劑，以防止冷裂紋的發(fā)生。對于重要的焊接產(chǎn)品，應選擇韌性好的焊接材料。選擇埋弧焊焊絲和焊劑時，要考慮焊絲和焊劑的配合，以及焊接坡口和接頭的形式。第十七頁，共三十五頁。低合金鋼的焊接工藝要點——焊接材料焊接性

強度等級鋼材牌號焊條電弧焊埋弧焊電渣焊CO2焊焊條型號焊絲牌號焊劑牌號焊絲牌號焊劑牌號焊絲牌號343Q345(16Mn、14MnNb)Q295(12Mn)E5003E5001E5016E5015I型破口對接H08A中厚板開坡口(V,Y.X)H08MnMoAH10MnH10MnSiHJ431H08MnMoAHJ431HJ360H08Mn2SiA厚板深坡口H08MnMoAHJ350H08Mn2MoVA對于每一個級別的鋼種，按照力學性能等強的原則出發(fā)，可以選擇幾種焊接材料，但應根據(jù)結構的重要程度、板厚和結構形式等進行具體選擇。對重要結構或厚板、拘束大的焊接結構，采用低氫焊條或堿性稍高的焊劑，以防止冷裂紋的發(fā)生。對于重要的焊接產(chǎn)品，應選擇韌性好的焊接材料。選擇埋弧焊焊絲和焊劑時，要考慮焊絲和焊劑的配合，以及焊接坡口和接頭的形式。第十八頁，共三十五頁。低合金鋼的焊接工藝要點——焊接材料焊接性

低碳調制鋼低碳調質鋼一般也按等強原則進行焊接材料的選擇，但當結構剛度較大時，可選擇比母材強度稍低的焊接材料，以防止冷裂紋的形成鋼材牌號焊條電弧焊埋弧焊氣體保護焊焊條型號或牌號焊絲牌號焊劑牌號焊絲牌號保護氣體14MnMoVNE7015-D2E8515-GH08Mn2MoAH08Mn2NiMoVAHJ350H08Mn2SiH08Mn2MoCO2H08Mn2MoAHJ25014MnMoNbBH14(Mn-Mo)E8515-GH08Mn2MoAH08Mn2Ni2CrMoVAHJ350——_____HQ60E6015E6016-GE6017——____H08MnNiMoAH08MnSiMoAAr+20%或CO2HQ70E7015-GE7015-GE7015-G——____H08Mn2NiMoAAr+20%或CO2HQ80CE8015-G——____H08MnNi2MoAAr+20%HQ100E9516-G________H08MnNi2CrMoVAAr+（5~20）%CO2第十九頁，共三十五頁。低合金鋼的焊接工藝要點——焊接材料焊接性

中碳調制鋼中碳調質鋼一般是先退火（或正火）后再進行焊接，焊后再進行整體調質。此時選擇焊接材料應該考慮冷裂紋和熱裂紋的敏感性，應盡量降低焊縫金屬中硫和磷的含量，控制焊縫金屬的含碳量和含硅量，使焊縫金屬的主要成分盡量與母材相似，以保證在焊后調質處理后達到等強。必須在調質下焊接的構件，由于焊后不再進行調質處理，因此選擇焊接材料時沒有必要考慮熱處理規(guī)范對焊縫性能的影響，可以不采用和母材成分相匹配的焊接材料，重點防止冷裂紋的形成。由于在調質狀態(tài)下直接焊接，母材的強度高，剛性大，冷裂紋傾向嚴重，所以有事采用抗裂性好的純奧氏體焊接材料。第二十頁，共三十五頁。低合金鋼的焊接工藝要點——焊接材料焊接性

中碳調制鋼鋼材牌號焊條電弧焊埋弧焊氣體保護焊焊條型號或牌號焊絲牌號焊劑牌號焊絲牌號保護氣體30CrMoAE10015-GH20CrMoAHJ260H20CrMoAH08Mn2MoAr30CrMnSiAE8515-GE10015-GHT-1(H08A焊芯)HT-1(H08CrMoA焊芯)HT-3(H08A焊芯)HT-3(H08CrMoA焊芯)HT-4(HGH41焊芯)HT-4(HGH30焊芯)H20CrMoAHJ431H08Mn2SiMoAH08Mn2SiACO2H18CrMoAHJ431HJ260H18CrMoAAr30CrMnSiNi2AHT-3(H08CrMoA焊芯)HT-4(HGH41焊芯)HT-4(HGH30焊芯)H18CrMoAHJ350-1HJ260H18CrMoAAr30CrMoVAE5515-B2-VN6E8515-GH20CrMoAHJ260H20CrMoAAr34CrNi3MoAE2-11MoVNiW-15E8515-G———____H20Cr3MoNiAAr40CrMnSiMoVAE10015-GHT-3(H18CrMoA焊芯)HT-2(H18CrMoA焊芯)———__________——第二十一頁，共三十五頁。低合金鋼的焊接工藝要點主要內容

焊接方法及熱輸入焊接材料焊接接頭設計和輔助措施焊接性

第二十二頁，共三十五頁。低合金鋼的焊接工藝要點——接頭設計和輔助措施焊接性

焊接接頭設計應力集中系數(shù)盡可能小，具有好的可焊到性，且便于焊后檢驗。對接焊縫比角焊縫更為合理，因為后者應力集中系數(shù)大并有明顯的缺口效應。

坡口形式以U形或V形為佳，也采用雙V形（X形）或雙U形坡口，以降低焊接應力。

不同的焊接方法焊接不同厚度的鋼材時，坡口形式和尺寸是不同的按照國家標準中的規(guī)定，采用氣焊、焊條電弧焊和氣體保護焊焊接不同板厚的鋼材時，幾種坡口形式。

卷邊坡口1-2mmI形坡口1-6mmY型坡口3-26mmX型坡口>10mmU型坡口20-60mm雙U型坡口>30mm第二十三頁，共三十五頁。低合金鋼的焊接工藝要點——接頭設計和輔助措施焊接性

焊前預熱焊前預熱是防止冷裂紋的有效措施，預熱溫度的確定取決于鋼種的化學成分、板厚、焊接結構形狀和拘束度以及環(huán)境溫度等。中碳調質鋼焊接時都需預熱，預熱溫度為200~350℃。鋼號板厚/mm預熱溫度范圍/℃Q345(16Mn)、SM50、HT50、17Mn4、19Mn6、15MoV、15MnTi、SA-299≧30100~15020MnMo、HT60、12CrMo、15CrMo、13CrMo44、StE47、SA-387-P22≧15150~20014MnMoV、18MnMoNb、13MnNiMo54、HT70、StE60、SA-387-P22、10CrMo910、22NiCrMo37≧10150~20012Cr1MoV、13CrMoV42、StE70、HT80、24CrMoV55、12Cr2MoWVTiB≧6150~200第二十四頁，共三十五頁。低合金鋼的焊接工藝要點——接頭設計和輔助措施焊接性

焊后低溫熱處理焊后熱處理消除應力處理焊后正火處理焊后調質處理

焊后低溫處理是在焊接結束后將焊件或整條焊縫立即加熱到150~250℃溫度范圍內并保持一段時間的一種處理工藝，主要目的是降低接頭在低溫轉變區(qū)的冷卻速度，以降低接頭的冷裂傾向

對于熱軋鋼及正火鋼和低碳調質鋼來講，一般不需要焊后低溫熱處理，但對于結構拘束應力比較大而使冷裂紋傾向明顯增大時，可以考慮采取這種后熱措施。中碳調質鋼焊接時，為防止冷裂紋的產(chǎn)生，焊后應立即采取這種低溫熱處理措施。所用的后熱溫度和時間取決于被焊鋼種的冷裂紋敏感性、焊接材料的含氫量和接頭的拘束度。一般來講，后熱溫度為150~250℃，含碳量高時可達300℃，保溫時間可按每毫米厚度保溫1min計算，但至少不小于30min。這種焊后熱處理措施主要用于板厚較大、焊接殘余應力較大、低溫工作、承受動載荷或有應力腐蝕要求，以及尺寸穩(wěn)定性要求的結構。消除應力處理過程將焊接構件以一定速度均勻加熱到Ac1點以下足夠高的溫度并保持一定的時間，所用的溫度一般比母材的回火溫度低30~60℃。對于含有一定數(shù)量的Cr、Mo、V、Ti和Nb等沉淀強化元素的某些低合金鋼焊接結構，在消除應力處理時應注意防止再熱裂紋的發(fā)生。

對于正火鋼的焊接接頭來講，處于過熱區(qū)的部位由于承受較高的溫度而破壞了具有良好綜合性能的正火態(tài)組織，使其回到了正火前的熱軋狀態(tài)，通過焊后正火處理，可以使組織再恢復到焊前狀態(tài)。這種焊后熱處理措施主要用于電渣焊結構件，以改善焊接接頭的組織和性能。正火溫度應一般比Ac3高30~50℃，而正火時間一般按每毫米厚度1~2min計算。當?shù)秃辖鸶邚姸蠕摰膹姸燃墑e達到500MPa時，焊后調質處理可以提高接頭的強度和韌性。淬火溫度一般比Ac3高30~50℃，保溫一定時間后，在水中急冷，然后按母材的回火制度進行回火。

第二十五頁，共三十五頁。低合金鋼的焊接工藝要點——小結焊接性

焊接方法焊后熱處理焊接熱輸入焊接材料接頭設計輔助措施能量密度的集中熱輸入脆化軟化粗晶脆化淬硬傾向合理組織晶粒長大等強匹配冶金措施等強防止冷裂紋減少應力集中熔合比預熱和后熱處理防止裂紋減少應力集中恢復正火態(tài)恢復調質態(tài)第二十六頁，共三十五頁。第五章焊接性及其試驗方法主要內容

低合金高強剛的種類和性能低合金高強剛的焊接性分析低合金高強剛的焊接工藝要點典型低合金高強度鋼的焊接

焊接性

第二十七頁，共三十五頁。低合金鋼的焊接工藝要點——接頭設計和輔助措施焊接性

焊后熱處理在選擇焊后熱處理規(guī)范時，除了依據(jù)母材的化學成分和焊件厚度外，還應綜合考慮冶金和工藝特點，以避免在材料回火脆性或再熱裂紋的敏感溫區(qū)進行，加快敏感溫區(qū)內的加熱速度和冷卻速度。針對不同用途的材料，各國法規(guī)所規(guī)定的熱處理溫度的差別較大，這與設計準則、材料標準及焊接工藝評定標準不同有關，使用時應根據(jù)具體情況綜合考慮。強度等級σs/MPa鋼材牌號回火溫度/℃正火溫度/℃消除應力處理溫度/℃295Q295(09Mn2、09MnV)——900~940550~600345Q345(16Mn、14MnNb)Q295(12Mn)580~620900~940550~600390Q390(15MnV、15MnTi、16MnNb)620~640910~950600~65044214MnMoV620~640910~950600~66049118MnMoNb640~660620~640920~950600~660第二十八頁，共三十五頁。典型低合金鋼的焊接主要內容

正火鋼Q345(14MnNb)的焊接低碳調質鋼HQ80C的焊接中碳調質鋼35CrMoA的焊接焊接冶金

第二十九頁，共三十五頁。典型低合金鋼的焊接——正火鋼Q345的焊接焊接冶金

Q345（14MnNb）是屈服強度為345MPa級的Nb微合金化橋梁用鋼，鋼板厚度為16~50min。在正火狀態(tài)下，鋼材具有優(yōu)良的低溫沖擊韌度，50mm厚板抗層狀撕裂性能良好。通過焊接性研究表明，該鋼材采用低熱輸入焊接時，焊接熱影響區(qū)會產(chǎn)生脆硬組織，具有一定的冷冽敏感性；而采用較高熱輸入焊接時，熱影響區(qū)的粗晶區(qū)有過熱脆化傾向。由Q345（14MnNb）焊接而成的弦桿箱形梁是橋梁上的一個重要受力部件，箱形梁由對接、角接及棱角接頭組成。根據(jù)箱形梁的具體結構形式，為了滿足焊接接頭各種力學性能要求，分別采用不同的焊接材料與焊接工藝進行焊接。第三十頁，共三十五頁。典型低合金鋼的焊接——正火鋼Q345的焊接焊接冶金

手工定位焊接工藝對接接頭焊接工藝焊接材料：E5015，Φ4.0mm，350~400℃烘于1h后存放于保溫筒中，2h內使用。施焊環(huán)境：溫度＞5℃，濕度＜80%。預熱溫度：δ=16~24min，不預熱；δ=32~40mm，預熱≧60℃；δ=44~50mm，預熱≥80℃。焊接參數(shù)：焊接電流160~200A，電弧電壓23~26V。坡口形式：δ≤24mm，X形坡口，夾角76°；δ≥32mm，雙U形坡口，根部R=8mm。焊接材料：焊絲H08Mn2E,焊劑SJ101，使用前350℃烘干2h。預熱及層間溫度：不預熱，焊道層間溫度不超過200℃。焊接參數(shù)：Φ1.6mm焊絲，焊接電流320~360A，焊接電壓32~36V，焊接速度21.5~25m/h；Φ5.0mm焊絲，焊接電流660~700A，焊接電壓32V，焊接速度21.5m/h。焊絲深處長度：Φ1.6mm焊絲，20~25mm；Φ5.0mm焊絲，35~40mm。第1道焊接，背面用焊劑襯墊；翻身焊時，背面清根，翻身焊焊接方向與第1道焊接方向相反。第三十一頁，共三十五頁。典型低合金鋼的焊接——正火鋼Q345的焊接焊接冶金

開坡口接頭焊接工藝棱角接頭焊接工藝坡口形式：豎板開45°的V形坡口。施焊位置：船形位置焊接，水平板與水平面夾角67.5°。焊接材料：焊絲H08MnE，焊劑SJ101，使用前350℃烘干2h。預熱及層間溫度：打底焊預熱溫度不低于50℃，焊道層間溫度不超過200℃.焊接參數(shù)：打底焊道Φ1.6mm焊絲，240~260A，22~24V，焊速21.5m/h；其他Φ5.0mm焊絲，焊接電流680~700A