金屬焊接性第二章2

金屬焊接性主講教師：陳思杰第一頁，共六十九頁。第六章低合金高強(qiáng)度鋼的焊接第二頁，共六十九頁。第六章低合金高強(qiáng)度鋼的焊接焊接冶金

在碳素鋼的基礎(chǔ)上，通過加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%以下的一種或幾種合金元素而形成的低合金鋼，從而提高了鋼的淬透性，并保證鋼經(jīng)過熱處理后能獲得良好的綜合力學(xué)性能，同時(shí)具有較高的強(qiáng)度和足夠的韌性。第三頁，共六十九頁。第六章低合金高強(qiáng)度鋼的焊接焊接冶金

低合金鋼專用低合金鋼強(qiáng)度熱處理狀態(tài)屈服強(qiáng)度≥294MPa熱軋鋼及正火鋼294~490MPa低碳調(diào)質(zhì)鋼490~980MPa中碳調(diào)質(zhì)鋼490~980MPa強(qiáng)度用低合金鋼第四頁，共六十九頁。第六章低合金高強(qiáng)度鋼的焊接主要內(nèi)容

低合金高強(qiáng)剛的種類和性能低合金高強(qiáng)度剛的焊接性分析低合金高強(qiáng)剛的焊接工藝要點(diǎn)典型低合金高強(qiáng)度鋼的焊接

焊接冶金

第五頁，共六十九頁。低合金高強(qiáng)度鋼的種類和性能主要內(nèi)容

熱軋鋼和正火鋼低碳調(diào)質(zhì)鋼中碳調(diào)質(zhì)鋼焊接冶金

第六頁，共六十九頁。低合金鋼的種類和性能——熱軋鋼和正火鋼焊接冶金

V、Nb的碳化物和氮化物的沉淀析出進(jìn)一細(xì)化晶粒，提高剛的強(qiáng)度、塑性和韌性從而形成C-Mn-V、C-Mn-Nb和C-Mn-V-Nb系鋼種，熱軋鋼基本上屬于C-Mn和C-Mn-Si系的鋼種，其強(qiáng)度主要是通過合金元素的固溶強(qiáng)化提高的。Mn：固溶強(qiáng)化效果顯著而比較便宜的元素，增加強(qiáng)度，改善塑性和韌性?！?.8%。Si：固容強(qiáng)化效果也很好，但質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于0.6%時(shí)對沖擊韌度不利Q345（16Mn）德國的St52日本的SM50Q345(12MnV、14MnNb)Q390(15MnV、16MnNb)第七頁，共六十九頁。低合金鋼的種類和性能——熱軋鋼和正火鋼焊接冶金

在固溶強(qiáng)化的同時(shí)，必須加入其它的合金元素（如Ni、Mo、Nb和Ti等），通過正火處理后，使這些元素的化合物以細(xì)小的質(zhì)點(diǎn)從固溶體中沉淀析出，彌散分布在晶內(nèi)和晶界，并細(xì)化晶粒，有效的提高強(qiáng)度，改善塑性和韌性，從而形成所謂的正火鋼。組織為細(xì)晶粒的鐵素體和珠光體內(nèi)含有一定數(shù)量的成彌散分布的碳化物和氮化物質(zhì)點(diǎn)Q390（15MnTi）Q420(15MnVN)18MnMoNi第八頁，共六十九頁。低合金鋼的種類和性能——熱軋鋼和正火鋼焊接冶金

常用熱軋鋼和正火鋼的化學(xué)成分（GB/T1591-1994）

牌號質(zhì)量等級化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%CMnSiPSVNbTiAlCrNiQ295A≤0.160.80~1.50≤0.55≤0.045≤0.0450.02~0.150.015~0.060.02~0.20——————Q345A≤0.201.00~1.60≦0.55≤0.045≤0.0450.02~0.150.015~0.060.02~0.20——————Q390A≤0.201.00~1.60≤0.55≤0.045≤0.0450.02~0.200.015~0.060.02~0.20——≦0.30≦0.70Q420A≤0.201.00~1.70≤0.55≤0.045≤0.0450.02~0.200.015~0.060.02~0.20——≦0.40≦0.70Q460C≤0.201.00~1.70≤0.55≤0.035≤0.0350.02~0.200.015~0.060.02~0.20≧0.015≦0.70≦0.70第九頁，共六十九頁。低合金鋼的種類和性能——熱軋鋼和正火鋼焊接冶金

常用熱軋鋼和正火鋼的力學(xué)性能（GB/T1591-1994）

牌號質(zhì)量等級σs/MPaσs/MPad5（%）AKV（縱向）/J180°彎曲試驗(yàn)d=彎心直徑a=試樣厚度厚度（直徑）/mm+20℃0℃≤1616~3535~5050~100鋼材厚度（直徑）/mm不小于≤1616~100Q295A295275255235390~5702334_d=2ad=3aQ345A345325295275470~63021__d=2ad=3aQ390A390370350330490~65019__d=2ad=3aQ420A420400380360520~68018__d=2ad=3aQ460C460440420400550~72017_34d=2ad=3a第十頁，共六十九頁。低合金高強(qiáng)度鋼的種類和性能主要內(nèi)容

熱軋鋼和正火鋼低碳調(diào)質(zhì)鋼中碳調(diào)質(zhì)鋼焊接冶金

第十一頁，共六十九頁。低合金鋼的種類和性能——低碳調(diào)質(zhì)鋼焊接冶金

熱處理強(qiáng)化鋼，含碳量較低（低于0.25%，實(shí)際低于0.18%）添加合金元素（Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Cu）提高淬透性和回火穩(wěn)定性。推遲珠光體和貝氏體的轉(zhuǎn)變，使馬氏體的臨界冷卻速度降低。低碳調(diào)質(zhì)鋼具有較高的強(qiáng)度和良好的塑性和韌性，不同的成分和熱處理工藝，可以獲得不同綜合性能的低碳調(diào)質(zhì)鋼。當(dāng)合金元素含量超過一定范圍后，在正火的條件下會出現(xiàn)韌性大幅度下降的現(xiàn)象，為此σs≧490MPa的高強(qiáng)度鋼需要調(diào)制。屈服強(qiáng)度在490~980MPa的低合金高強(qiáng)度鋼，因在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下供貨使用，稱為低碳調(diào)質(zhì)鋼。14MnMoVN14MnMoNbB

WCF62、HQ70AHQ80C第十二頁，共六十九頁。低合金鋼的種類和性能——低碳調(diào)質(zhì)鋼焊接冶金

典型低碳調(diào)質(zhì)鋼的化學(xué)成分

鋼材牌號化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）Ceq（%）

CMnSiSPNiCrMoV14MnMoVN0.141.410.300.0350.012__0.170.130.5014MnMoNbB0.12~0.181.30~1.80.15~0.35≦0.03≦0.03____0.56WCF60≦0.091.10~1.50.15~0.35≦0.02≦0.03≦0.50≦0.30≦0.300.02~0.060.47HQ70A0.09~0.160.60~1.20.15~0.40≦0.03≦0.030.30~1.000.30~0.60__0.52HQ80C0.10~0.160.60~1.20.15~0.35≦0.015≦0.025_0.60~1.200.30~0.600.03~0.080.58第十三頁，共六十九頁。低合金鋼的種類和性能——低碳調(diào)質(zhì)鋼焊接冶金

典型低碳調(diào)質(zhì)鋼的力學(xué)性能

鋼材牌號板厚h/mmσs/MPaσs/MPa（%）AKV（橫向）/J14MnMoVN365987012020℃：77J/cm2（aku）-40℃：56J/cm2（aku）14MnMoNbB≦50≧686≧755≧14-40℃：≧39/cm2WCF6016~50≧490610~725≧18-40℃:≧40HQ60A≦50≧450≧590≧16_HQ70A≧18≧590≧680≧17-20℃：≧39-40℃:≧29HQ80C_≧685≧785≧16-20℃：≧47-40℃:≧29HQ100_≧880≧950≧10-25℃:≧27第十四頁，共六十九頁。低合金高強(qiáng)度鋼的種類和性能主要內(nèi)容

熱軋鋼和正火鋼低碳調(diào)質(zhì)鋼中碳調(diào)質(zhì)鋼焊接冶金

第十五頁，共六十九頁。低合金鋼的種類和性能——中碳調(diào)質(zhì)鋼焊接冶金

屈服強(qiáng)度介于880~1176MPa之間,中碳調(diào)質(zhì)鋼強(qiáng)度和硬度高而塑性和韌性較差Cr鋼、Cr-Mo鋼、Cr-Mn-Si鋼及Cr-Ni-Mo鋼低碳調(diào)質(zhì)鋼屈服強(qiáng)度一般低于880MPa。的塑性和韌性不至于過低，開發(fā)了碳為0.25%~0.45%的中碳調(diào)質(zhì)鋼。40Cr、35CrMoA、30CrMnSiA及40CrNiMoA鋼材牌號CMnSiCrNiMoV40Cr0.37~0.450.5~0.80.2~0.40.8~1.1———35CrMoA0.30~0.400.4~0.70.17~0.350.9~1.3—0.2~0.3—30CrMnSiA0.28~0.350.8~1.10.9~1.20.8~1.1≦0.30——30CrMnSiNi2A0.27~0.341.0~1.30.9~1.20.9~1.21.4~1.8——40CrNiMoA0.36~0.440.5~0.80.17~0.370.6~0.91.25~1.750.15~0.25—40CrMnSiMoVA0.37~0.420.8~1.21.2~1.61.2~1.5≦0.250.45~0.600.07~0.12第十六頁，共六十九頁。低合金鋼的種類和性能——中碳調(diào)質(zhì)鋼焊接冶金

常用中碳調(diào)質(zhì)鋼的力學(xué)性能

鋼材牌號熱處理σb/MPaσs/MPaσ5（%）（%）AKV/J40Cr850℃淬火（水）520℃回火（水或油）≧980≧785≧945≧4735CrMoA850℃淬火（水）550℃回火（水或油）≧980≧835≧1245≧6330CrMnSiA鍛件880℃淬火（油）540℃回火（水或油）≧1080≧835≧1045≧49J30CrMnSiNi2A890℃淬火（水）200~300℃回火（空）≧1570_≧945≧59J40CrNiMoA850℃淬火（油）600℃回火（水或油）≧980≧835≧1255≧7840CrMnSiMoVA890~970℃淬火（油）250~270℃回火（空）_≧1862≧835≧49第十七頁，共六十九頁。第五章焊接性及其試驗(yàn)方法主要內(nèi)容

低合金高強(qiáng)剛的種類和性能低合金高強(qiáng)度剛的焊接性分析低合金高強(qiáng)剛的焊接工藝要點(diǎn)典型低合金高強(qiáng)度鋼的焊接

焊接冶金

第十八頁，共六十九頁。低合金高強(qiáng)度鋼的焊接性分析主要內(nèi)容

熱裂紋冷裂紋再熱裂紋層狀撕裂脆化和軟化焊接冶金

第十九頁，共六十九頁。低合金鋼的焊接性分析——熱裂紋焊接冶金

熱裂紋的敏感性熱軋及正火鋼低碳調(diào)質(zhì)鋼中碳調(diào)質(zhì)鋼熱裂紋是低合金高強(qiáng)度鋼焊接中比較常見的焊接缺陷，它不但可以出現(xiàn)在焊縫中，也可以出現(xiàn)在熔合區(qū)及其附近的熱影響區(qū)中，具體表現(xiàn)為焊縫金屬的結(jié)晶裂紋和熔合區(qū)附近的液化裂紋，其敏感性隨鋼種的不同而變化。一般含碳量都較低，含錳量又較高，因而w(Mn)/w(S)較高，具有較好的熱裂紋能力。但是，當(dāng)材料成分不合格而發(fā)生嚴(yán)重偏析或局部含C、S量很高時(shí)，也會出現(xiàn)熱裂紋。例如，Q420（15MnVN）鋼埋弧焊時(shí)，因焊縫中心發(fā)生偏析而引起了結(jié)晶裂紋的形成低碳調(diào)質(zhì)鋼含碳量較低，含Mn量較高，一般也無熱裂紋傾向。但對于一些高Ni低Mn類型的低碳調(diào)質(zhì)鋼來說，熱烈傾向?qū)龃蟆４藭r(shí)通過選擇合適的焊接材料，提高焊縫的含錳量，結(jié)晶裂紋是可以避免的，但要注意液化裂紋的產(chǎn)生，盡量減少焊接熱輸入，同時(shí)盡量降低焊接應(yīng)力。中碳調(diào)質(zhì)鋼含碳量及合金元素含量都很高，具有較大的熱烈傾向。焊接時(shí)應(yīng)注意選擇含C量低的，含S、P雜質(zhì)少的焊接材料，例如，30CrMnSi鋼的含碳量和含硅量都很高，因而熱烈傾向較大。在這種情況下，為了提高焊縫金屬的抗熱裂紋能力，不得不采用低碳低硅焊絲，如H18CrMoA等。第二十頁，共六十九頁。低合金鋼的焊接性分析——熱裂紋焊接冶金

防止措施冶金措施嚴(yán)格控制母材和C、P、S和其他易形成低熔點(diǎn)共晶體的合金元素Nb、Ni、Si等的含量。若將母材的C、S和P的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別控制在0.12％、0.01％和0.02％以下，則可以采用較高熱輸入的焊接方法而不至于產(chǎn)生熱裂紋。當(dāng)以Nb作為微量合金元素對鋼進(jìn)行合金化時(shí)，Nb的最高質(zhì)量分?jǐn)?shù)不應(yīng)超過0.03％。

焊接接頭應(yīng)開適當(dāng)?shù)钠驴?，以減小熔合比，這也是控制焊接金屬成分的有效方法。為可靠地防止焊接熱裂紋的形成，講焊縫金屬中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)限制在0.12％以下，S和P質(zhì)量分?jǐn)?shù)都限制在0.025％以下是十分必要的。第二十一頁，共六十九頁。低合金鋼的焊接性分析——熱裂紋焊接冶金

防止措施冶金措施在焊絲成分的設(shè)計(jì)上應(yīng)注意避免采用易形成低熔點(diǎn)共晶的合金元素，而適當(dāng)加入Mo、W和V等能細(xì)化焊縫金屬晶粒的合金元素，從而提高焊縫的抗裂性能。此外，采用高錳焊絲也是一種實(shí)用的防裂措施，因?yàn)橛纱颂岣吡撕缚p金屬，w(Mn)/w(S)提高到50以上，就能起到防止熱裂紋的作用。采用堿性藥皮焊條或焊劑焊接的焊縫金屬，與采用酸性藥皮焊條或焊劑相比，具有較高的抗熱裂紋的能力。第二十二頁，共六十九頁。低合金鋼的焊接性分析——熱裂紋焊接冶金

防止措施工藝措施接頭類型工藝參數(shù)預(yù)熱等設(shè)計(jì)合理的坡口形狀和幾何尺寸。規(guī)定適當(dāng)?shù)慕宇^裝配間隙，以降低母材在焊縫金屬中所占的比例。調(diào)整焊接參數(shù)，如降低焊接電流，以增大焊縫的成形系數(shù)，即增大熔寬與熔深的比例。降低焊接熱輸入，加快焊接速度，從而提高焊縫金屬的結(jié)晶速度，以降低晶間偏析的程度。但要注意由于焊接速度過大而加重區(qū)域偏析所帶來的危害。

正確控制焊前的預(yù)熱溫度及多層焊的層間溫度，焊前預(yù)熱溫度恰當(dāng)，可降低焊縫金屬的應(yīng)變速率，從而降低熱烈的可能性。但過高的預(yù)熱和層間溫度會延長熔池在高溫下的停留時(shí)間，從而降低了液態(tài)金屬的結(jié)晶速度，從而加重了晶間偏析，增大了產(chǎn)生熱裂紋的傾向。第二十三頁，共六十九頁。低合金高強(qiáng)度鋼的焊接性分析主要內(nèi)容

熱裂紋冷裂紋再熱裂紋層狀撕裂脆化和軟化焊接冶金

第二十四頁，共六十九頁。低合金鋼的焊接性分析——冷裂紋焊接性

冷裂紋敏感性焊接冷裂紋是一種危害極大的焊接缺陷。在低合金高強(qiáng)度鋼的焊接接頭中，大多數(shù)冷裂紋是手淬硬組織、氫的富集和拘束應(yīng)力三要素共同作用的結(jié)果。而且隨著鋼材強(qiáng)度級別的提高，其冷裂敏感性相應(yīng)提高熱軋及正火鋼在低合金高強(qiáng)度鋼中，熱軋鋼的冷裂傾向是最小的。與低碳鋼相比，由于含有少量的合金元素而增加了淬硬性，其冷裂傾向要大一些。Q345快冷時(shí)出現(xiàn)少量的鐵素體、珠光體、及貝氏體和大量的馬氏體；低碳鋼有大量鐵素體、少量珠光體、及貝氏體和更少量的馬氏體。

與Q345(16Mn)等熱軋鋼相比，正火鋼由于合金元素較多，強(qiáng)度級別提高，淬硬傾向有所增加。強(qiáng)度級別不同，冷裂傾向也不同。18MnMoNb的過冷奧氏體比Q420(15MnVN)的穩(wěn)定得多，特別是高溫轉(zhuǎn)換區(qū)。其CCT曲線比Q420的靠右，淬硬傾向較大，易于得到貝氏體和馬氏體組織，故冷裂傾向大。隨合金元素含量的增加和強(qiáng)度級別的提高，冷裂敏感性增大。第二十五頁，共六十九頁。低合金鋼的焊接性分析——冷裂紋焊接性

冷裂紋敏感性低碳調(diào)質(zhì)鋼低碳調(diào)質(zhì)鋼的合金化原理就是在低碳鋼的基礎(chǔ)上，通過加入多種提高淬透性的合金元素來保證獲得強(qiáng)度高、韌性好的低碳馬氏體和部分下貝氏體的混合組織。正是由于加入了多種合金元素，時(shí)過冷奧氏體的穩(wěn)定性提高，尤其是在高溫區(qū)，轉(zhuǎn)變曲線明顯右移。第二十六頁，共六十九頁。低合金鋼的焊接性分析——冷裂紋焊接性

冷裂紋敏感性低碳調(diào)質(zhì)鋼這類鋼淬硬傾向比較大，本應(yīng)有較大的冷裂紋傾向。但由于其含碳量比較低，熱影響區(qū)的粗晶區(qū)形成的是低碳馬氏體，馬氏體起始轉(zhuǎn)變點(diǎn)Ms點(diǎn)比較高，如果在該溫度下冷卻速度較慢，則此時(shí)生成的馬氏體在隨后焊接冷卻中還能來得及進(jìn)行一次“自回火”處理，提高了塑性、任性和抗冷裂紋的能力，因而實(shí)際上冷裂紋傾向并不一定很大。也就是說，在馬氏體形成以后如果從工藝上提供一個(gè)“自回火”處理的條件，以保證馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)的冷卻速度很快，得不到“自回火”效果，則冷裂紋傾向必然很大。因此，低碳調(diào)質(zhì)鋼的冷裂紋傾向與馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)的冷卻速度有很大關(guān)系。從淬透性角度來看，低碳調(diào)質(zhì)鋼的冷裂紋傾向應(yīng)該較大，但從低碳馬氏體的“自回火”作用來考慮，只要工藝合適，冷裂紋是可以避免的。第二十七頁，共六十九頁。低合金鋼的焊接性分析——冷裂紋焊接性

冷裂紋敏感性中碳調(diào)質(zhì)鋼由于含碳量比較高，加入的合金元素也較多，其淬硬傾向十分明顯，故冷裂傾向很大。由于含碳量較高，中碳調(diào)質(zhì)鋼在500

℃以下的溫度區(qū)間過冷奧氏體具有更大的穩(wěn)定性。中碳調(diào)質(zhì)鋼對冷裂紋的敏感性要比低碳調(diào)質(zhì)鋼大，其原因不僅在于淬硬傾向大，而且由于Ms點(diǎn)較低造成在低溫下形成的馬氏體不能實(shí)現(xiàn)“自回火”。此外，由于馬氏體的含碳量較高，過飽和度大，晶格點(diǎn)陣畸變嚴(yán)重，因而硬度和脆性加大，顯著增大了冷裂紋的敏感性。因此，為了防止冷裂紋的發(fā)生，除采取預(yù)熱措施外，焊后還必須及時(shí)進(jìn)行回火等熱處理。第二十八頁，共六十九頁。低合金鋼的焊接性分析——冷裂紋焊接性

防治措施焊接低合金高強(qiáng)鋼時(shí)，采用焊縫金屬強(qiáng)度比母材低的焊接材料，能大大提高整個(gè)接頭的抗冷裂性，木材的強(qiáng)度愈高，其效果愈明顯。對于一些強(qiáng)度級別高而又無法進(jìn)行預(yù)熱或希望降低預(yù)熱溫度的構(gòu)建，可以采用奧氏體焊條進(jìn)行焊接。這樣可以增加焊縫的塑性，降低焊接接頭的應(yīng)力水平，同時(shí)奧氏體溶氫量大，能有效防止冷裂紋的產(chǎn)生。低強(qiáng)度熔覆金屬建立低氫環(huán)境低氫焊接方法焊前預(yù)熱處理氫是低合金高強(qiáng)度鋼焊接產(chǎn)生冷裂紋的主要因素之一，因此建立低氫的焊接環(huán)境對于防止冷裂是至關(guān)重要的。被焊鋼種的強(qiáng)度越高，其冷裂傾向越大，對低氫焊接環(huán)境的要求越嚴(yán)格。為建立低氫的焊接環(huán)境，需要控制保護(hù)氣體內(nèi)的水分以及填充材料和鋼板表面的水分。此外，焊接某些中碳調(diào)質(zhì)鋼時(shí)，對焊接區(qū)周圍大氣的相對濕度也要加以控制。采用CO2氣體保護(hù)焊或富氬的混合氣體保護(hù)焊可顯著降低焊縫金屬的含氫量。這是因?yàn)殡娀夥帐腔钚缘模苁箽潆x子結(jié)合成不溶于液態(tài)金屬的OH和水蒸氣，從而排除掉。由于焊縫金屬的氫含量非常低。在某些情況下甚至可取消焊件的預(yù)熱，因此這種低氫型焊接方法也是低合金鋼的一種相當(dāng)經(jīng)濟(jì)的焊接方法。此外，焊條電弧焊和埋弧焊目前仍是低合金鋼焊接中應(yīng)用最廣泛的兩種焊接方法。通過對焊條藥皮配方的改進(jìn)和新型焊劑的研制，也可以使焊接金屬的氫含量達(dá)到低氫的等級，只是效果不如CO2焊。焊前預(yù)熱是防止低合金鋼接頭產(chǎn)生冷裂問的最有效措施之一，在低合金鋼焊接中應(yīng)用最為普遍。目前已通過焊接性實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)際積累了有關(guān)預(yù)熱溫度的大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，許多制造規(guī)程對所認(rèn)可的鋼種亦規(guī)定了最低的預(yù)熱溫度，從而為預(yù)熱溫度的選擇提供了依據(jù)。第二十九頁，共六十九頁。低合金鋼的焊接性分析——冷裂紋焊接性

防治措施焊后低溫?zé)崽幚硎侵负附咏Y(jié)束后將焊件或整條焊縫立即加熱到150~250℃溫度范圍，并保持一定時(shí)間。這種熱處理能有效降低接頭在低溫轉(zhuǎn)變區(qū)的冷卻速度，同時(shí)使焊縫中的氫有充分的時(shí)間向外擴(kuò)散，還可使焊縫及其附近區(qū)域因熱膨脹而受到壓應(yīng)力的作用，因而可明顯降低接頭的冷裂傾向。焊后低溫處理鋼號焊接條件預(yù)熱和及時(shí)后熱裂紋部位和裂紋率13MnNiMo54焊條電弧焊型號E6015直徑4mm預(yù)熱150℃熱影響區(qū)根部裂紋率為10%預(yù)熱180℃無裂紋預(yù)熱60℃+后熱100℃無裂紋2.25Cr1Mo焊條電弧焊型號E6015-B3直徑4mm預(yù)熱180℃熱影響區(qū)及融合區(qū)裂紋率50%預(yù)熱200℃熱影響區(qū)裂紋率為20%預(yù)熱150℃+后熱150℃無裂紋第三十頁，共六十九頁。低合金鋼的焊接性分析——冷裂紋焊接性

防治措施對于強(qiáng)度級別較高的鋼種，特別是中碳調(diào)質(zhì)鋼，由于氫的作用極易在焊縫或熱影響區(qū)中產(chǎn)生延遲裂紋，而且這種裂紋很難采用含鉛預(yù)熱加以消除。為了降低延遲裂紋的敏感性，應(yīng)將整個(gè)接頭焊后立即在300℃以上溫度加熱一段時(shí)間進(jìn)行焊后脫氫處理。在實(shí)際生產(chǎn)中，推薦的脫氫處理溫度為300～400℃，時(shí)間為1～2h.應(yīng)強(qiáng)調(diào)指出的是，脫氫處理必須在焊接結(jié)束后立即進(jìn)行，否則就失去了脫氫處理的意義。在某些情況下，脫氫處理還可代替低合金鋼厚板焊件的中間消除應(yīng)力處理，這樣既節(jié)約了能源消耗，又縮短了生產(chǎn)周期，可取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。焊后脫氫處理第三十一頁，共六十九頁。低合金高強(qiáng)度鋼的焊接性分析主要內(nèi)容

熱裂紋冷裂紋再熱裂紋層狀撕裂脆化和軟化焊接冶金

第三十二頁，共六十九頁。低合金鋼的焊接性分析——再熱裂紋焊接冶金

再熱裂紋敏感性某些低合金高強(qiáng)鋼在焊后600℃左右消除應(yīng)力熱處理過程中或焊后在500~650℃的高溫及高壓條件下運(yùn)行時(shí)，在熔合區(qū)附近的粗晶部位可能產(chǎn)生所謂的再熱裂紋。C-Mn和Mn-Si系的熱軋鋼中，不含強(qiáng)碳化物形成元素，不敏感。正火鋼Q420（15MnVN），雖然含有V，對再熱裂紋并不敏感18MnMoNb和14MnMoV有輕微的再熱裂紋敏感性，提高預(yù)熱溫度或焊后立即后熱調(diào)質(zhì)鋼大多數(shù)是屬于能引起再熱裂紋的元素。Mo-V鋼及Cr-Mo-V鋼對再熱裂紋較為敏感，而Mo-B鋼和Cr-Mo鋼也有一定的再熱裂紋傾向。焊接Cr-Ni-Mo、Cr-Ni-Mo-V和Ni-Mo-V等類型的調(diào)質(zhì)鋼時(shí)，注意意再熱裂紋。化學(xué)成分顯微結(jié)構(gòu)和力學(xué)狀態(tài)過熱區(qū)的粗晶加劇了再熱裂紋的敏感性；焊縫厚度方向外層區(qū)域存在較大的殘余拉應(yīng)力，導(dǎo)致了該區(qū)域再熱裂紋的產(chǎn)生。

第三十三頁，共六十九頁。低合金鋼的焊接性分析——再熱裂紋焊接冶金

防止措施

控制母材的化學(xué)成分，降低含碳量及雜質(zhì)含量，控制Cr、Mo和V等合金元素的含量，采用強(qiáng)度略低于母材或能快速松弛應(yīng)力的焊縫金屬控制鋼材和焊縫成分減少粗晶組織調(diào)整處理工藝降低應(yīng)力及應(yīng)力集中合理的焊接工藝，降低焊接熱輸入，以減小過熱區(qū)的粗晶比例。采用窄坡口和窄焊道技術(shù)也可縮小接頭過熱區(qū)的粗晶比例。為保證焊接接頭的其他重要性能指標(biāo)而必須在再熱裂紋敏感溫區(qū)進(jìn)行熱處理時(shí)，則可采用多級熱處理方法，即先將焊件在略低于敏感溫區(qū)下限的溫度作較長時(shí)間的處理，然后在規(guī)定的熱處理溫度下作短時(shí)的處理。這樣既消除了焊接殘余應(yīng)力保證了接頭的重要性能，又避免了再熱裂紋的產(chǎn)生。合理的坡口形狀、焊接次序和焊前預(yù)熱，可以降低接頭中殘余應(yīng)力的峰值。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)，分開布置焊縫，消除焊縫幾何形狀的不連續(xù)和表面缺陷引起的應(yīng)力集中。第三十四頁，共六十九頁。低合金高強(qiáng)度鋼的焊接性分析主要內(nèi)容

熱裂紋冷裂紋再熱裂紋層狀撕裂脆化和軟化焊接冶金

第三十五頁，共六十九頁。低合金鋼的焊接性分析——層狀撕裂焊接冶金

層狀撕裂的敏感性層狀撕裂往往出現(xiàn)在鋼制結(jié)構(gòu)的施焊或使用過程中，是軋制板材中存在層狀?yuàn)A雜物條件下，在板材厚度方向受到較大應(yīng)力時(shí)產(chǎn)生的。一般來講，層狀撕裂的產(chǎn)生不受鋼材種類和強(qiáng)度級別的限制，但與板厚有關(guān)，一般板厚在16mm以下就不易產(chǎn)生層狀撕裂。如果采取特殊的脫硫、除氣和夾雜物形態(tài)控制等冶金措施，可以得到抗層狀撕裂很好的鋼材。但一般冶煉條件下產(chǎn)生的熱軋鋼和正火鋼都達(dá)不到這樣的要求，因而對層狀撕裂具有撕裂的可能性。

對大多數(shù)調(diào)質(zhì)鋼來講，由于采用了現(xiàn)代的冶煉技術(shù)，對夾雜物控制較嚴(yán)，純凈度較高，因此對層狀撕裂的敏感性較低。然而，對于板厚方向承受特大載荷的結(jié)構(gòu)，還存在層狀撕裂的可能性。第三十六頁，共六十九頁。低合金鋼的焊接性分析——層狀撕裂焊接冶金

選擇抗撕裂的鋼材層狀撕裂的防止合理設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)層狀撕裂的產(chǎn)生與否主要取決于鋼材的化學(xué)成分和冶煉條件，應(yīng)盡量降低鋼材中硫等雜質(zhì)的含量，控制夾雜物的數(shù)量、形態(tài)及其分布，從本質(zhì)上解決層狀撕裂的問題。焊接結(jié)構(gòu)的種類和使用條件、焊縫的形狀和尺寸以及焊接次序等都對層狀撕裂的產(chǎn)生有重要影響。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該做到不使結(jié)構(gòu)在過大的拘束狀態(tài)中施焊和使用，盡量采用簡單的結(jié)構(gòu)形式，并使相鄰焊接接頭之間保持一定的距離。應(yīng)盡量采用對接形式的接頭，避免單面T形填角焊、角接頭和貫通焊縫。應(yīng)盡量采用雙側(cè)焊縫以改善焊縫根部的應(yīng)力狀態(tài)，防止應(yīng)力集中。

第三十七頁，共六十九頁。低合金高強(qiáng)度鋼的焊接性分析主要內(nèi)容

熱裂紋冷裂紋再熱裂紋層狀撕裂脆化和軟化焊接冶金

第三十八頁，共六十九頁。低合金鋼的焊接性分析——脆化和軟化焊接冶金

過熱區(qū)的脆化熱軋鋼焊接接頭的脆化原因因含碳量不同而異。Q345(16Mn)，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏于下限(<0.12%)時(shí)，脆化一般是由于過熱區(qū)晶粒粗化而形成魏氏組織而脆化外，在發(fā)生偏析等情況下還可能出現(xiàn)由于形成高碳馬氏體組織而引起的脆化。正火鋼的脆化程度不僅與晶粒粗化有關(guān)，而且與沉淀強(qiáng)化元素有關(guān)。在焊接熱源的作用下，熔合區(qū)附近的母材被加熱到接近熔點(diǎn)的高溫，碳化物或氮化物幾乎完全溶于奧氏體。即使焊接冷卻速度較低時(shí)，碳化物形成元素（如Ti、V等）也來不及析出而留存在固溶體中，其結(jié)果是使鐵素體的硬度提高，韌性下降。而且，碳化物形成元素的含量越多，脆化越明顯。如果焊后對接頭重新正火，可使正火鋼的塑性和韌性得到恢復(fù)。低碳調(diào)質(zhì)鋼過熱區(qū)脆化的規(guī)律與熱軋鋼、正火鋼不同，低碳調(diào)質(zhì)鋼存在一個(gè)韌性最佳的組織，即馬氏體和10%~30%的下貝氏體，而對應(yīng)于該組織的冷卻時(shí)間則可作為最佳的冷卻時(shí)間。如果冷卻時(shí)間小于最佳冷卻時(shí)間，則會生成較多甚至全部為低碳的馬氏體，韌性也會降低；若冷卻時(shí)間大于最佳冷卻時(shí)間，則容易產(chǎn)生上貝氏體及M-A組元，也會使韌性降低。中碳調(diào)質(zhì)鋼的含碳量較高，合金元素含量較多，過熱區(qū)內(nèi)很容易生成硬而脆的高碳馬氏體，因而脆化傾向比較嚴(yán)重。第三十九頁，共六十九頁。低合金鋼的焊接性分析——脆化和軟化焊接冶金

熱影響區(qū)的軟化焊接熱影響區(qū)的軟化現(xiàn)象主要出現(xiàn)在低碳調(diào)質(zhì)鋼和在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接的中碳調(diào)質(zhì)鋼中。在焊接熱循環(huán)的作用下，熱影響區(qū)上峰值溫度介于母材回火溫度與Ac1之間的區(qū)域，相當(dāng)于經(jīng)受了高于原來母材回火溫度的更高溫度的回火，強(qiáng)度和硬度降低，即出現(xiàn)局部軟化現(xiàn)象。而且調(diào)質(zhì)鋼的強(qiáng)度級別越高，軟化問題越突出。解決軟化問題最好的方法是采用焊后重新進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，但如果不能進(jìn)行重新調(diào)質(zhì)處理，則應(yīng)注意選擇合適的焊接方法和焊接熱輸入。第四十頁，共六十九頁。第五章焊接性及其試驗(yàn)方法主要內(nèi)容

低合金高強(qiáng)剛的種類和性能低合金高強(qiáng)剛的焊接性分析低合金高強(qiáng)剛的焊接工藝要點(diǎn)典型低合金高強(qiáng)度鋼的焊接

焊接冶金

第四十一頁，共六十九頁。低合金鋼的焊接工藝要點(diǎn)主要內(nèi)容

焊接方法及熱輸入焊接材料焊接接頭設(shè)計(jì)和輔助措施焊接冶金

第四十二頁，共六十九頁。低合金鋼的焊接工藝要點(diǎn)——焊接方法及熱輸入焊接冶金

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(hù)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(jié)構(gòu)和具體的施工條件來確定。低碳調(diào)質(zhì)鋼存在高溫回火軟化問題，如果焊后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，常用的弧焊方法都可以采用。不進(jìn)行焊后調(diào)質(zhì)處理時(shí)，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(qiáng)度級別有很大關(guān)系，強(qiáng)度級別越高，越需要注意限制熱輸入。對于強(qiáng)度級別超過980MPa的低碳調(diào)質(zhì)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(qiáng)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(hù)焊和鎢極氬弧焊等方法，并根據(jù)板厚和施工條件進(jìn)行選擇。第四十三頁，共六十九頁。低合金鋼的焊接工藝要點(diǎn)——焊接方法及熱輸入焊接冶金

焊接方法中碳調(diào)質(zhì)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(dá)不到使用要求。因此，中碳調(diào)質(zhì)鋼一般首先進(jìn)行退火，并在退火狀態(tài)下進(jìn)行焊接，焊后通過整體調(diào)質(zhì)處理才能獲得性能滿足要求的焊接接頭。此時(shí)，焊接熱影響區(qū)的性能可以通過焊后的調(diào)質(zhì)處理來保證，焊接重點(diǎn)是通過焊接材料、預(yù)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(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接的中碳調(diào)質(zhì)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(jìn)行調(diào)質(zhì)處理時(shí)是無法解決的。因此，應(yīng)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(yīng)加強(qiáng)預(yù)熱、控制層間溫度并及時(shí)進(jìn)行焊后回火處理；為了減少軟化，應(yīng)盡量采用能量密度高的熱源進(jìn)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(jì)和方便性考慮，目前還在采用焊條電弧焊來焊接這類鋼種。第四十四頁，共六十九頁。低合金鋼的焊接工藝要點(diǎn)——焊接方法及熱輸入焊接冶金

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(dāng)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(dāng)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(yīng)選擇較小的焊接熱輸入。低碳調(diào)質(zhì)鋼的熱影響區(qū)的強(qiáng)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(zhuǎn)變成粗大貝氏體，這對強(qiáng)度和韌性都不利，所以焊接這類鋼時(shí)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(dǎo)致抗裂性和塑性的下降。因此，低碳調(diào)質(zhì)鋼焊接時(shí)有一個(gè)最佳的冷卻速度范圍。焊接熱輸入的選擇應(yīng)結(jié)合焊接時(shí)采用的預(yù)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(nèi)

第四十五頁，共六十九頁。低合金鋼的焊接工藝要點(diǎn)——焊接方法及熱輸入焊接冶金

焊接熱輸入中碳調(diào)質(zhì)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?yàn)榧词共捎么鬅彷斎牒附樱瑹嵊绊憛^(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(jié)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(yù)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第四十六頁，共六十九頁。低合金鋼的焊接工藝要點(diǎn)主要內(nèi)容

焊接方法及熱輸入焊接材料焊接接頭設(shè)計(jì)和輔助措施焊接冶金

第四十七頁，共六十九頁。低合金鋼的焊接工藝要點(diǎn)——焊接材料焊接冶金

熱軋及正火鋼選擇焊接材料時(shí)，應(yīng)保證焊縫金屬的強(qiáng)度、韌性和塑性等性能指標(biāo)符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，綜合考慮焊縫金屬的力學(xué)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(qiáng)原則選擇焊接材料，重要結(jié)構(gòu)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(gè)級別的鋼種，按照力學(xué)性能等強(qiáng)的原則出發(fā)，可以選擇幾種焊接材料，但應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要程度、板厚和結(jié)構(gòu)形式等進(jìn)行具體選擇。對重要結(jié)構(gòu)或厚板、拘束大的焊接結(jié)構(gòu)，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(yīng)選擇韌性好的焊接材料。選擇埋弧焊焊絲和焊劑時(shí)，要考慮焊絲和焊劑的配合，以及焊接坡口和接頭的形式。第四十八頁，共六十九頁。低合金鋼的焊接工藝要點(diǎn)——焊接材料焊接冶金

強(qiáng)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294Q295(09Mn2、09MnV)E4303E4301E4316E4315H08AH08MnAHJ431————————H08Mn2SiA343Q345(16Mn、14MnNb)Q295(12Mn)E5003E5001E5016E5015I性破口對接H08A中厚板開坡口H08MnMoAH10MnH10MnSiHJ431H08MnMoAHJ431HJ360H08Mn2SiA厚板深坡口H08MnMoAHJ350H08Mn2MoVA393Q390(15MnV、15MnTi、16MnNb)E5003E5001E5016E5015E5015-GE55515-GI形坡口對接H08AHJ431H08Mn2MoVAHJ431HJ360H08Mn2SiA中厚板開坡口對接H08MnAH10MnH10MnSiHJ431厚板深坡口H08MnMoAHJ350HJ250442Q420(15MnVN、14MnVTiRE)E5015-GE5515-GE6016-D1E6015-D1H08MnMoAH08MnVTiAHJ431HJ350H10Mn2MoVAHJ431HJ360————第四十九頁，共六十九頁。低合金鋼的焊接工藝要點(diǎn)——焊接材料焊接冶金

強(qiáng)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性破口對接H08A中厚板開坡口H08MnMoAH10MnH10MnSiHJ431H08MnMoAHJ431HJ360H08Mn2SiA厚板深坡口H08MnMoAHJ350H08Mn2MoVAHJ431與H08A配合可以焊接不開坡口（即Ι形坡口）的Q345（16Mn）鋼，因?yàn)棣┬纹驴谌酆媳却?，焊縫仍然有足夠的合金元素，從而保證焊縫的力學(xué)性能。

中厚板的Q345（16Mn）鋼進(jìn)行埋弧焊時(shí)，一般開V形、Y形或X形等坡口形式，熔合比小。如果仍然采用HJ431與H08A配合，焊縫強(qiáng)度偏低，應(yīng)采用HJ431與H08MnA、H10MnSi等含有一定合金元素的焊絲相配合，以保證焊縫金屬的力學(xué)性能。對于開深坡口的大厚板Q345（16Mn）鋼埋弧焊，不僅要降低熔合比，而且應(yīng)選擇抗裂性較好的焊劑HJ350，再配合韌性好的H08MnMo焊絲，以滿足焊縫金屬的力學(xué)性能和抗裂性的要求。第五十頁，共六十九頁。低合金鋼的焊接工藝要點(diǎn)——焊接材料焊接冶金

低碳調(diào)制鋼低碳調(diào)質(zhì)鋼一般也按等強(qiáng)原則進(jìn)行焊接材料的選擇，但當(dāng)結(jié)構(gòu)剛度較大時(shí)，可選擇比母材強(qiáng)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(hù)焊焊條型號或牌號焊絲牌號焊劑牌號焊絲牌號保護(hù)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第五十一頁，共六十九頁。低合金鋼的焊接工藝要點(diǎn)——焊接材料焊接冶金

中碳調(diào)制鋼中碳調(diào)質(zhì)鋼一般是先退火（或正火）后再進(jìn)行焊接，焊后再進(jìn)行整體調(diào)質(zhì)。此時(shí)選擇焊接材料應(yīng)該考慮冷裂紋和熱裂紋的敏感性，應(yīng)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(diào)質(zhì)處理后達(dá)到等強(qiáng)。必須在調(diào)質(zhì)下焊接的構(gòu)件，由于焊后不再進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，因此選擇焊接材料時(shí)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(diǎn)防止冷裂紋的形成。由于在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下直接焊接，母材的強(qiáng)度高，剛性大，冷裂紋傾向嚴(yán)重，所以有事采用抗裂性好的純奧氏體焊接材料。第五十二頁，共六十九頁。低合金鋼的焊接工藝要點(diǎn)——焊接材料焊接冶金

中碳調(diào)制鋼鋼材牌號焊條電弧焊埋弧焊氣體保護(hù)焊焊條型號或牌號焊絲牌號焊劑牌號焊絲牌號保護(hù)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)———__________——第五十三頁，共六十九頁。低合金鋼的焊接工藝要點(diǎn)主要內(nèi)容

焊接方法及熱輸入焊接材料焊接接頭設(shè)計(jì)和輔助措施焊接冶金

第五十四頁，共六十九頁。低合金鋼的焊接工藝要點(diǎn)——接頭設(shè)計(jì)和輔助措施焊接冶金

焊接接頭設(shè)計(jì)合理的接頭設(shè)計(jì)應(yīng)使應(yīng)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(yàn)。一般來說，對接焊縫比角焊縫更為合理，因?yàn)楹笳邞?yīng)力集中系數(shù)大并有明顯的缺口效應(yīng)。坡口形式以U形或V形為佳，也可以采用雙V形（X形）或雙U形坡口，以降低焊接應(yīng)力。不同的焊接方法焊接不同厚度的鋼材時(shí)，坡口形式和尺寸是不同的，按照國家標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定，采用氣焊、焊條電弧焊和氣體保護(hù)焊焊接不同板厚的鋼材時(shí)，幾種坡口形式。

第五十五頁，共六十九頁。低合金鋼的焊接工藝要點(diǎn)——接頭設(shè)計(jì)和輔助措施焊接冶金

焊前預(yù)熱焊前預(yù)熱是防止冷裂紋的有效措施，預(yù)熱溫度的確定取決于鋼種的化學(xué)成分、板厚、焊接結(jié)構(gòu)形狀和拘束度以及環(huán)境溫度等。中碳調(diào)質(zhì)鋼焊接時(shí)都需預(yù)熱，預(yù)熱溫度為200~350℃。鋼號板厚/mm預(yù)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第五十六頁，共六十九頁。低合金鋼的焊接工藝要點(diǎn)——接頭設(shè)計(jì)和輔助措施焊接冶金

焊后低溫?zé)崽幚砗负鬅崽幚硐龖?yīng)力處理焊后正火處理焊后調(diào)質(zhì)處理焊后低溫處理是在焊接結(jié)束后將焊件或整條焊縫立即加熱到150~250℃溫度范圍內(nèi)并保持一段時(shí)間的一種處理工藝，主要目的是降低接頭在低溫轉(zhuǎn)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(diào)質(zhì)鋼來講，一般不需要焊后低溫?zé)崽幚恚珜τ诮Y(jié)構(gòu)拘束應(yīng)力比較大而使冷裂紋傾向明顯增大時(shí)，可以考慮采取這種后熱措施。中碳調(diào)質(zhì)鋼焊接時(shí)，為防止冷裂紋的產(chǎn)生，焊后應(yīng)立即采取這種低溫?zé)崽幚泶胧Ｋ玫暮鬅釡囟群蜁r(shí)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(shí)可達(dá)300℃，保溫時(shí)間可按每毫米厚度保溫1min計(jì)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(yīng)力較大、低溫工作、承受動(dòng)載荷或有應(yīng)力腐蝕要求，以及尺寸穩(wěn)定性要求的結(jié)構(gòu)。消除應(yīng)力處理過程將焊接構(gòu)件以一定速度均勻加熱到Ac1點(diǎn)以下足夠高的溫度并保持一定的時(shí)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(qiáng)化元素的某些低合金鋼焊接結(jié)構(gòu)，在消除應(yīng)力處理時(shí)應(yīng)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(fù)到焊前狀態(tài)。這種焊后熱處理措施主要用于電渣焊結(jié)構(gòu)件，以改善焊接接頭的組織和性能。正火溫度應(yīng)一般比Ac3高30~50℃，而正火時(shí)間一般按每毫米厚度1~2min計(jì)算。當(dāng)?shù)秃辖鸶邚?qiáng)度鋼的強(qiáng)度級別達(dá)到500MPa時(shí)，焊后調(diào)質(zhì)處理可以提高接頭的強(qiáng)度和韌性。淬火溫度一般比Ac3高30~50℃，保溫一定時(shí)間后，在水中急冷，然后按母材的回火制度進(jìn)行回火。

第五十七頁，共六十九頁。低合金鋼的焊接工藝要點(diǎn)——接頭設(shè)計(jì)和輔助措施焊接冶金

焊后熱處理在選擇焊后熱處理規(guī)范時(shí)，除了依據(jù)母材的化學(xué)成分和焊件厚度外，還應(yīng)綜合考慮冶金和工藝特點(diǎn)，以避免在材料回火脆性或再熱裂紋的敏感溫區(qū)進(jìn)行，加快敏感溫區(qū)內(nèi)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(shè)計(jì)準(zhǔn)則、材料標(biāo)準(zhǔn)及焊接工藝評定標(biāo)準(zhǔn)不同有關(guān)，使用時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況綜合考慮。強(qiáng)度等級σs/MPa鋼材牌號回火溫度/℃正火溫度/℃消除應(yīng)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第五十八頁，共六十九頁。第五章焊接性及其試驗(yàn)方法主要內(nèi)容

低合金高強(qiáng)剛的種類和性能低合金高強(qiáng)剛的焊接性分析低合金高強(qiáng)剛的焊接工藝要點(diǎn)典型低合金高強(qiáng)度鋼的焊接

焊接冶金

第五十九頁，共六十九頁。典型低合金鋼的焊接主要內(nèi)容

正火鋼Q345(14MnNb)的焊接低碳調(diào)質(zhì)鋼HQ80C的焊接中碳調(diào)質(zhì)鋼35CrMoA的焊接焊接冶金

第六十頁，共六十九頁。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(qiáng)度為345MPa級的Nb微合金化橋梁用鋼，鋼板厚度為16~50mm。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(shí)，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(shí)，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(gè)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(jié)構(gòu)形式，為了滿足焊接接頭各種力學(xué)性能要求，分別采用不同的焊接材料與焊接工藝進(jìn)行焊接。第六十一頁，共六十九頁。典型低合金鋼的焊接——正火鋼Q345