中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接

1、中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接 3.4 中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接n中碳調(diào)質(zhì)鋼中的碳和其他合金元素含量較高，中碳調(diào)質(zhì)鋼中的碳和其他合金元素含量較高，通過(guò)調(diào)質(zhì)處理（淬火通過(guò)調(diào)質(zhì)處理（淬火+回火）可獲得較高的強(qiáng)回火）可獲得較高的強(qiáng)度性能。度性能。n中碳調(diào)質(zhì)鋼合金元素的加入主要是起保證淬透中碳調(diào)質(zhì)鋼合金元素的加入主要是起保證淬透性和提高抗回火性能的作用，而其強(qiáng)度性能主性和提高抗回火性能的作用，而其強(qiáng)度性能主要還是取決于含碳量。要還是取決于含碳量。n隨著碳含量的提高，鋼的焊接性明顯變差，焊隨著碳含量的提高，鋼的焊接性明顯變差，焊接難度增大。接難度增大。 3.4.1 中碳調(diào)質(zhì)鋼的成分和性能中碳調(diào)

2、質(zhì)鋼的成分和性能n屈服強(qiáng)度達(dá)屈服強(qiáng)度達(dá)8801176MPa以上，含碳量較高以上，含碳量較高（0.25%0.5%），加入），加入Mn、Si、Cr、Ni、B及及Mo、W、V、Ti等，以保證鋼的淬透性，消除回火脆等，以保證鋼的淬透性，消除回火脆性，通過(guò)調(diào)質(zhì)處理獲得綜合性能較好的高強(qiáng)鋼。性，通過(guò)調(diào)質(zhì)處理獲得綜合性能較好的高強(qiáng)鋼。n中碳調(diào)質(zhì)鋼的主要特點(diǎn)中碳調(diào)質(zhì)鋼的主要特點(diǎn): 高的比強(qiáng)度和高硬度（例如可用作火箭外殼和裝甲鋼高的比強(qiáng)度和高硬度（例如可用作火箭外殼和裝甲鋼等），中碳調(diào)質(zhì)鋼的淬硬性比低碳調(diào)質(zhì)鋼高很多，熱等），中碳調(diào)質(zhì)鋼的淬硬性比低碳調(diào)質(zhì)鋼高很多，熱處理后達(dá)到很高的強(qiáng)度和硬度，但韌性相對(duì)較低，給處

3、理后達(dá)到很高的強(qiáng)度和硬度，但韌性相對(duì)較低，給焊接帶來(lái)了很大的困難。焊接帶來(lái)了很大的困難。 典型鋼種典型鋼種nCr-Mn-Si系系 30CrMnSiA 前蘇聯(lián)王牌鋼，不含貴重的前蘇聯(lián)王牌鋼，不含貴重的Ni元素，在我國(guó)元素，在我國(guó) 得到廣泛的應(yīng)用。得到廣泛的應(yīng)用。 C 0.25-0.45%, Cr、Mo均均0.8-1.1%, Si 0.9-1.2% 880油淬，油淬，530回火，組織是回火索氏體回火，組織是回火索氏體 b1100MPa，低溫回火，低溫回火b1600MPa 主要用于坦克、裝甲車(chē)外殼、飛機(jī)起落架、汽車(chē)主軸等主要用于坦克、裝甲車(chē)外殼、飛機(jī)起落架、汽車(chē)主軸等 30CrMnSiNi2A 加加

4、Ni，提高淬透性、強(qiáng)度，焊接性差，提高淬透性、強(qiáng)度，焊接性差 40CrMnSiMoVA 加加Mo、V，提高強(qiáng)度，但焊接性差，提高強(qiáng)度，但焊接性差 飛機(jī)起落架飛機(jī)起落架 nCr-Ni-Mo系系 美國(guó)美國(guó)4340（相當(dāng)于（相當(dāng)于40CrNi2Mo） s 1330MPa 綜合性能良好，強(qiáng)度高、韌性好、高負(fù)荷、抗沖擊。綜合性能良好，強(qiáng)度高、韌性好、高負(fù)荷、抗沖擊。 主要用于坦克、飛機(jī)、火箭外殼、航天主要用于坦克、飛機(jī)、火箭外殼、航天 40CrNiMoA、34CrNi3MoA 由于加入由于加入3%Ni和和Mo，顯著地提高了淬透性和抗回火，顯著地提高了淬透性和抗回火軟化的能力，對(duì)改善鋼的韌性也有好處，具有

5、良好的綜軟化的能力，對(duì)改善鋼的韌性也有好處，具有良好的綜合性能，如強(qiáng)度高、韌性好等。主要用于高負(fù)荷、大截合性能，如強(qiáng)度高、韌性好等。主要用于高負(fù)荷、大截面的軸類以及承受沖擊載荷的構(gòu)件，如汽輪機(jī)、噴氣渦面的軸類以及承受沖擊載荷的構(gòu)件，如汽輪機(jī)、噴氣渦輪機(jī)軸以及噴氣式客機(jī)的起落架和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)外殼等。輪機(jī)軸以及噴氣式客機(jī)的起落架和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)外殼等。 nCr-Mo系系 美國(guó)美國(guó)H-11，超高強(qiáng)鋼，極高的強(qiáng)度且有較高的耐熱性，超高強(qiáng)鋼，極高的強(qiáng)度且有較高的耐熱性 成分相當(dāng)于成分相當(dāng)于35Cr5MoSiV 真空冶煉，真空冶煉，1000空淬，空淬，500回火，回火，s 2000MPa S、P0.01%，強(qiáng)化

6、相，強(qiáng)化相Mo2C、V4C3，彌散分布，彌散分布 主要用于：超音速噴氣式飛機(jī)主要用于：超音速噴氣式飛機(jī) 40Cr 一種廣泛應(yīng)用的含一種廣泛應(yīng)用的含Cr中碳調(diào)質(zhì)鋼中碳調(diào)質(zhì)鋼 （b 1000MPa，AKV47J）n40Cr鋼具有良好的綜合力學(xué)性能、較高的淬透性和較高的疲勞強(qiáng)鋼具有良好的綜合力學(xué)性能、較高的淬透性和較高的疲勞強(qiáng)度，用于制造較重要的在交變載荷下工作的機(jī)器零件，如用于制度，用于制造較重要的在交變載荷下工作的機(jī)器零件，如用于制造齒輪、軸類等。造齒輪、軸類等。n鋼中加入鋼中加入Cr1.5%時(shí)能有效的提高鋼的淬透性，繼續(xù)增加時(shí)能有效的提高鋼的淬透性，繼續(xù)增加Cr含含量無(wú)實(shí)際意義。量無(wú)實(shí)際意義。

7、Cr約約1%時(shí)對(duì)鋼的塑性、韌性略有提高，超過(guò)時(shí)對(duì)鋼的塑性、韌性略有提高，超過(guò)2%時(shí)對(duì)塑性影響不大，但略使沖擊韌性下降。時(shí)對(duì)塑性影響不大，但略使沖擊韌性下降。nCr能增加低溫或高溫的回火穩(wěn)定性，但能增加低溫或高溫的回火穩(wěn)定性，但40Cr鋼有回火脆性。鋼有回火脆性。 3.4.2 中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性分析中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性分析 1. 焊縫中的熱裂紋焊縫中的熱裂紋 2. 淬硬性和冷裂紋淬硬性和冷裂紋 3. 熱影響區(qū)的脆化和軟化熱影響區(qū)的脆化和軟化 1焊縫中的熱裂紋焊縫中的熱裂紋 （1）產(chǎn)生原因）產(chǎn)生原因：(C高、合金元素總量高、成分偏析高、合金元素總量高、成分偏析)n中碳調(diào)質(zhì)鋼含碳量及合金元素總量較高，

8、焊縫凝固結(jié)中碳調(diào)質(zhì)鋼含碳量及合金元素總量較高，焊縫凝固結(jié)晶時(shí)，固晶時(shí)，固-液相液相溫度區(qū)間大，結(jié)晶偏析傾向嚴(yán)重，焊接溫度區(qū)間大，結(jié)晶偏析傾向嚴(yán)重，焊接時(shí)易產(chǎn)生結(jié)晶裂紋，具有較大的熱裂紋敏感性。時(shí)易產(chǎn)生結(jié)晶裂紋，具有較大的熱裂紋敏感性。n例如例如30CrMnSi由于由于C、Si含量較高，熱裂傾向較大。含量較高，熱裂傾向較大。為了防止產(chǎn)生熱裂紋，要求采用低碳低硅焊絲（焊絲為了防止產(chǎn)生熱裂紋，要求采用低碳低硅焊絲（焊絲中中C0.15%，最高不超過(guò)，最高不超過(guò)0.25%），嚴(yán)格限制母材），嚴(yán)格限制母材及焊絲中的及焊絲中的S、P含量（含量（S+P0.03%0.035%）。）。n對(duì)于重要產(chǎn)品的鋼材和焊絲，

9、要求采用真空熔煉或電對(duì)于重要產(chǎn)品的鋼材和焊絲，要求采用真空熔煉或電渣精煉，將渣精煉，將S、P總量限制在總量限制在0.025%以下。以下。 （2）防止熱裂紋的措施）防止熱裂紋的措施n焊接中碳調(diào)質(zhì)鋼時(shí)，應(yīng)考慮到可能出現(xiàn)熱裂紋問(wèn)題焊接中碳調(diào)質(zhì)鋼時(shí)，應(yīng)考慮到可能出現(xiàn)熱裂紋問(wèn)題，盡，盡可能選用低碳、低可能選用低碳、低Si以及含以及含S、P雜質(zhì)少的焊材。雜質(zhì)少的焊材。n采用堿性焊條。采用堿性焊條。n在焊接工藝上應(yīng)注意填滿弧坑和保證良好的焊縫成形。在焊接工藝上應(yīng)注意填滿弧坑和保證良好的焊縫成形。因?yàn)闊崃鸭y容易出現(xiàn)在未填滿的弧坑處，特別是多層焊因?yàn)闊崃鸭y容易出現(xiàn)在未填滿的弧坑處，特別是多層焊時(shí)第一層焊道的弧坑

10、中以及焊縫的凹陷部位。時(shí)第一層焊道的弧坑中以及焊縫的凹陷部位。n控制焊接熱輸入?？刂坪附訜彷斎?。 2淬硬性和冷裂紋淬硬性和冷裂紋n中碳調(diào)質(zhì)鋼的淬硬傾向十分明顯，中碳調(diào)質(zhì)鋼的淬硬傾向十分明顯，HAZ容易出現(xiàn)硬脆容易出現(xiàn)硬脆的馬氏體組織，增大了焊接接頭區(qū)的冷裂紋傾向。的馬氏體組織，增大了焊接接頭區(qū)的冷裂紋傾向。n母材母材C含量越高，淬硬性越大，焊接冷裂紋傾向越大。含量越高，淬硬性越大，焊接冷裂紋傾向越大。n中碳調(diào)質(zhì)鋼對(duì)冷裂紋的敏感性之所以比低碳調(diào)質(zhì)鋼大，中碳調(diào)質(zhì)鋼對(duì)冷裂紋的敏感性之所以比低碳調(diào)質(zhì)鋼大，除了淬硬傾向大外，還由于除了淬硬傾向大外，還由于Ms點(diǎn)較低，在低溫下形成點(diǎn)較低，在低溫下形成的馬氏

11、體難以產(chǎn)生的馬氏體難以產(chǎn)生“自回火自回火”效應(yīng)。效應(yīng)。n由于馬氏體中的碳含量較高，有很大的過(guò)飽和度，點(diǎn)由于馬氏體中的碳含量較高，有很大的過(guò)飽和度，點(diǎn)陣畸變更嚴(yán)重，因而硬度和脆性更大，冷裂紋敏感性陣畸變更嚴(yán)重，因而硬度和脆性更大，冷裂紋敏感性也更突出。也更突出。 （1）冷裂原因分析）冷裂原因分析n屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度590980MPa的中碳調(diào)質(zhì)鋼的的中碳調(diào)質(zhì)鋼的Ceq一般超過(guò)一般超過(guò)0.5%，多數(shù)超過(guò)，多數(shù)超過(guò)0.6%，屬于高淬硬傾向的鋼。，屬于高淬硬傾向的鋼。n從碳當(dāng)量來(lái)看，中碳調(diào)質(zhì)鋼與低碳調(diào)質(zhì)鋼的差別不很從碳當(dāng)量來(lái)看，中碳調(diào)質(zhì)鋼與低碳調(diào)質(zhì)鋼的差別不很顯著。二者的焊接性卻差別很大。顯著。二者的焊接

12、性卻差別很大。n因此，中碳調(diào)質(zhì)鋼的冷裂傾向比低碳調(diào)質(zhì)鋼更為嚴(yán)重因此，中碳調(diào)質(zhì)鋼的冷裂傾向比低碳調(diào)質(zhì)鋼更為嚴(yán)重的原因主要在馬氏體的類型和性能上。的原因主要在馬氏體的類型和性能上。n低碳馬氏體有低碳馬氏體有“自回火自回火”作用，所以冷裂紋傾向較小。作用，所以冷裂紋傾向較小。分析各種鋼的冷裂敏感性時(shí)，不僅要看焊接區(qū)的馬氏分析各種鋼的冷裂敏感性時(shí)，不僅要看焊接區(qū)的馬氏體形成的傾向，還必須考慮到馬氏體的類型和性能。體形成的傾向，還必須考慮到馬氏體的類型和性能。 （2）防止冷裂紋的措施）防止冷裂紋的措施n焊接中碳調(diào)質(zhì)鋼時(shí)，應(yīng)盡量降低焊接接頭的含氫量，焊接中碳調(diào)質(zhì)鋼時(shí)，應(yīng)盡量降低焊接接頭的含氫量，除采取焊前

13、預(yù)熱措施外，焊后須及時(shí)進(jìn)行回火處理。除采取焊前預(yù)熱措施外，焊后須及時(shí)進(jìn)行回火處理。n中碳調(diào)質(zhì)超高強(qiáng)鋼還具有應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感性。這種中碳調(diào)質(zhì)超高強(qiáng)鋼還具有應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感性。這種應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂常發(fā)生在水或高濕度空氣等弱腐蝕性介應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂常發(fā)生在水或高濕度空氣等弱腐蝕性介質(zhì)中。質(zhì)中。n為了降低焊接接頭的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂傾向，應(yīng)采用熱量為了降低焊接接頭的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂傾向，應(yīng)采用熱量集中的焊接方法和較小的焊接熱輸入，避免焊件表面集中的焊接方法和較小的焊接熱輸入，避免焊件表面的焊接缺陷和劃傷。的焊接缺陷和劃傷。 3熱影響區(qū)的脆化和軟化熱影響區(qū)的脆化和軟化 (1) 熱影響區(qū)脆化熱影響區(qū)脆化 n中碳調(diào)質(zhì)鋼由于碳

14、含量較高（中碳調(diào)質(zhì)鋼由于碳含量較高（C=0.25%0.45%），合），合金元素較多，有相當(dāng)大的淬硬傾向。金元素較多，有相當(dāng)大的淬硬傾向。n馬氏體起始轉(zhuǎn)變溫度馬氏體起始轉(zhuǎn)變溫度Ms一般低于一般低于400，無(wú)，無(wú)“自回火自回火”過(guò)程。過(guò)程。n在焊接在焊接HAZ易產(chǎn)生大量脆硬的馬氏體組織（尤其是高易產(chǎn)生大量脆硬的馬氏體組織（尤其是高碳、粗大的馬氏體），導(dǎo)致熱影響區(qū)脆化。碳、粗大的馬氏體），導(dǎo)致熱影響區(qū)脆化。n生成的高碳馬氏體越多，脆化越嚴(yán)重。生成的高碳馬氏體越多，脆化越嚴(yán)重。n馬氏體的硬度馬氏體的硬度500HV，這樣高硬度的馬氏體組織必，這樣高硬度的馬氏體組織必然導(dǎo)致較低的韌性。然導(dǎo)致較低的韌性。

15、防止防止HAZ脆化的措施脆化的措施n從減小淬硬傾向出發(fā)，本應(yīng)采用大熱輸入才有利，但從減小淬硬傾向出發(fā)，本應(yīng)采用大熱輸入才有利，但由于這種鋼的淬硬性強(qiáng)，僅通過(guò)增大熱輸入還難以避由于這種鋼的淬硬性強(qiáng)，僅通過(guò)增大熱輸入還難以避免馬氏體的形成，相反卻增大了奧氏體的過(guò)熱，促使免馬氏體的形成，相反卻增大了奧氏體的過(guò)熱，促使形成粗大的馬氏體，反而使形成粗大的馬氏體，反而使HAZ過(guò)熱區(qū)的脆化更為嚴(yán)過(guò)熱區(qū)的脆化更為嚴(yán)重。重。n因此，防止因此，防止HAZ脆化的工藝措施主要是采用小熱輸入，脆化的工藝措施主要是采用小熱輸入，同時(shí)采取預(yù)熱、緩冷、后熱等措施。同時(shí)采取預(yù)熱、緩冷、后熱等措施。n因?yàn)椴捎眯彷斎霚p少了高溫停

16、留時(shí)間，避免奧氏體因?yàn)椴捎眯彷斎霚p少了高溫停留時(shí)間，避免奧氏體晶粒的過(guò)熱，同時(shí)采取預(yù)熱和緩冷等措施來(lái)降低冷卻晶粒的過(guò)熱，同時(shí)采取預(yù)熱和緩冷等措施來(lái)降低冷卻速度，這對(duì)改善速度，這對(duì)改善HAZ性能也是有利的。性能也是有利的。 (2) 熱影響區(qū)軟化熱影響區(qū)軟化 n焊前為調(diào)質(zhì)狀態(tài)的鋼材，被加熱到該鋼調(diào)質(zhì)處理的回焊前為調(diào)質(zhì)狀態(tài)的鋼材，被加熱到該鋼調(diào)質(zhì)處理的回火溫度以上時(shí)，焊接火溫度以上時(shí)，焊接HAZ將出現(xiàn)強(qiáng)度、硬度低于母材將出現(xiàn)強(qiáng)度、硬度低于母材的軟化區(qū)。的軟化區(qū)。n如果焊后不再進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，該軟化區(qū)可能成為接頭如果焊后不再進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，該軟化區(qū)可能成為接頭區(qū)的薄弱區(qū)。中碳調(diào)質(zhì)鋼的強(qiáng)度級(jí)別越高時(shí)，軟化

17、問(wèn)區(qū)的薄弱區(qū)。中碳調(diào)質(zhì)鋼的強(qiáng)度級(jí)別越高時(shí)，軟化問(wèn)題越突出。因此，在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接時(shí)應(yīng)考慮題越突出。因此，在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接時(shí)應(yīng)考慮HAZ軟軟化問(wèn)題?；瘑?wèn)題。n母材焊前所處的熱處理狀態(tài)不同，軟化區(qū)的溫度范圍母材焊前所處的熱處理狀態(tài)不同，軟化區(qū)的溫度范圍和軟化程度有很大差別。低溫回火的鋼材，和軟化程度有很大差別。低溫回火的鋼材，HAZ軟化軟化區(qū)的溫度范圍越大，軟化程度也越大。區(qū)的溫度范圍越大，軟化程度也越大。n從韌性方面出發(fā)，過(guò)熱區(qū)是接頭中最薄弱的環(huán)節(jié)；而從韌性方面出發(fā)，過(guò)熱區(qū)是接頭中最薄弱的環(huán)節(jié)；而從強(qiáng)度方面考慮，軟化區(qū)是接頭中最薄弱的環(huán)節(jié)。從強(qiáng)度方面考慮，軟化區(qū)是接頭中最薄弱的環(huán)節(jié)。 (a) 焊

18、條電弧焊焊條電弧焊 (b) 氣焊氣焊 圖圖3-32 調(diào)質(zhì)狀態(tài)的調(diào)質(zhì)狀態(tài)的30CrMnSi鋼焊接接頭的強(qiáng)度分布鋼焊接接頭的強(qiáng)度分布 其中在其中在AC1附近失強(qiáng)最大附近失強(qiáng)最大 n中碳調(diào)質(zhì)鋼中碳調(diào)質(zhì)鋼HAZ軟化最明顯的部位，是溫度處于軟化最明顯的部位，是溫度處于Ac1Ac3之間的區(qū)段，這與該區(qū)段的不完全淬火過(guò)程之間的區(qū)段，這與該區(qū)段的不完全淬火過(guò)程有密切關(guān)系。有密切關(guān)系。n因?yàn)椴煌耆慊饏^(qū)的奧氏體成分遠(yuǎn)未達(dá)到平衡濃度，因?yàn)椴煌耆慊饏^(qū)的奧氏體成分遠(yuǎn)未達(dá)到平衡濃度，鐵素體和碳化物均未充分溶解，冷卻時(shí)奧氏體易發(fā)生鐵素體和碳化物均未充分溶解，冷卻時(shí)奧氏體易發(fā)生分解，造成這個(gè)區(qū)段的強(qiáng)度和硬度都較低。分解，

19、造成這個(gè)區(qū)段的強(qiáng)度和硬度都較低。 焊接熱源越集中，對(duì)減少焊接熱源越集中，對(duì)減少HAZ軟化越有利。軟化越有利。 nHAZ軟化程度和軟化區(qū)的寬度與焊接熱輸入、焊接軟化程度和軟化區(qū)的寬度與焊接熱輸入、焊接方法等有很大關(guān)系。方法等有很大關(guān)系。n焊接熱輸入越小，加熱和冷卻速度越快，軟化程度越焊接熱輸入越小，加熱和冷卻速度越快，軟化程度越小，軟化區(qū)的寬度越窄。小，軟化區(qū)的寬度越窄。n30CrMnSi鋼氣焊后，鋼氣焊后，HAZ軟化區(qū)的軟化區(qū)的b降為降為590685MPa；而采用；而采用SMAW時(shí)，軟化區(qū)的時(shí)，軟化區(qū)的b為為8801030MPa?？梢?jiàn)，氣焊時(shí)?？梢?jiàn)，氣焊時(shí)HAZ軟化區(qū)比軟化區(qū)比SMAW時(shí)寬得多

20、（見(jiàn)圖時(shí)寬得多（見(jiàn)圖3-32b）。）。 3.4.3 中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接工藝特點(diǎn)中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接工藝特點(diǎn)n中碳調(diào)質(zhì)鋼的淬透性很大，因此焊接性較差，焊后的中碳調(diào)質(zhì)鋼的淬透性很大，因此焊接性較差，焊后的淬火組織是硬脆的高碳馬氏體，不僅冷裂紋敏感性大，淬火組織是硬脆的高碳馬氏體，不僅冷裂紋敏感性大，而且焊后若不經(jīng)熱處理時(shí)，而且焊后若不經(jīng)熱處理時(shí)，HAZ性能達(dá)不到原來(lái)基體性能達(dá)不到原來(lái)基體金屬的性能。金屬的性能。n中碳調(diào)質(zhì)鋼焊前母材所處的狀態(tài)非常重要，它決定了中碳調(diào)質(zhì)鋼焊前母材所處的狀態(tài)非常重要，它決定了焊接時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題性質(zhì)和采取的工藝措施，而且對(duì)焊焊接時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題性質(zhì)和采取的工藝措施，而且對(duì)焊接工藝的要

21、求和工藝參數(shù)的控制非常嚴(yán)格。接工藝的要求和工藝參數(shù)的控制非常嚴(yán)格。 1. 退火或正火狀態(tài)下焊接退火或正火狀態(tài)下焊接 工藝特點(diǎn)工藝特點(diǎn)n中碳調(diào)質(zhì)鋼最好在退火（或正火）狀態(tài)下焊接，焊后中碳調(diào)質(zhì)鋼最好在退火（或正火）狀態(tài)下焊接，焊后通過(guò)整體調(diào)質(zhì)處理獲得滿足性能要求的焊接接頭通過(guò)整體調(diào)質(zhì)處理獲得滿足性能要求的焊接接頭，這，這是焊接中碳調(diào)質(zhì)鋼的一種比較合理的工藝方案。是焊接中碳調(diào)質(zhì)鋼的一種比較合理的工藝方案。n這時(shí)焊接中所要解決的主要是裂紋問(wèn)題，這時(shí)焊接中所要解決的主要是裂紋問(wèn)題，HAZ和焊縫和焊縫的性能通過(guò)焊后的調(diào)質(zhì)處理來(lái)保證。的性能通過(guò)焊后的調(diào)質(zhì)處理來(lái)保證。 焊接方法焊接方法n這種情況下對(duì)選擇焊接方

22、法幾乎沒(méi)有限制，常用的一這種情況下對(duì)選擇焊接方法幾乎沒(méi)有限制，常用的一些焊接方法：些焊接方法：SMAW、SAW、TIG/MIG、PAW都能都能采用。采用。在焊后調(diào)質(zhì)的情況下，焊接參數(shù)的確定主要是保證在調(diào)在焊后調(diào)質(zhì)的情況下，焊接參數(shù)的確定主要是保證在調(diào)質(zhì)處理前不出現(xiàn)裂紋，接頭性能由焊后熱處理來(lái)保證。質(zhì)處理前不出現(xiàn)裂紋，接頭性能由焊后熱處理來(lái)保證。 焊材選用焊材選用n1）除要求保證不產(chǎn)生冷、熱裂紋外，還有一些特殊要求，即）除要求保證不產(chǎn)生冷、熱裂紋外，還有一些特殊要求，即要求焊要求焊縫金屬與母材在同一熱處理工藝下調(diào)質(zhì)處理，能獲得相同性能的焊縫金屬與母材在同一熱處理工藝下調(diào)質(zhì)處理，能獲得相同性能的焊

23、接接頭。接接頭。n2）焊縫金屬的主要合金組成應(yīng)與母材相似，對(duì)能引起焊縫熱裂傾向）焊縫金屬的主要合金組成應(yīng)與母材相似，對(duì)能引起焊縫熱裂傾向和促使金屬脆化的元素（如和促使金屬脆化的元素（如C、Si、S、P等）應(yīng)加以嚴(yán)格控制。等）應(yīng)加以嚴(yán)格控制。 預(yù)熱和焊后處理預(yù)熱和焊后處理n1）可采用很高的預(yù)熱溫度（）可采用很高的預(yù)熱溫度（200350）和層間溫度。局部預(yù)熱）和層間溫度。局部預(yù)熱時(shí)，預(yù)熱溫度范圍離焊縫兩側(cè)應(yīng)不小于時(shí)，預(yù)熱溫度范圍離焊縫兩側(cè)應(yīng)不小于100mm，焊后若不能及時(shí)調(diào)，焊后若不能及時(shí)調(diào)質(zhì)處理應(yīng)進(jìn)行質(zhì)處理應(yīng)進(jìn)行680回火處理?；鼗鹛幚怼2）很多情況下焊后來(lái)不及立即進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，為了保證焊接接

24、頭冷）很多情況下焊后來(lái)不及立即進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，為了保證焊接接頭冷卻到室溫后在調(diào)質(zhì)處理前不產(chǎn)生延遲裂紋，須在焊后及時(shí)進(jìn)行一次卻到室溫后在調(diào)質(zhì)處理前不產(chǎn)生延遲裂紋，須在焊后及時(shí)進(jìn)行一次中間熱處理。一般是在焊后中間熱處理。一般是在焊后預(yù)熱溫度下保持一段時(shí)間，目的一是起預(yù)熱溫度下保持一段時(shí)間，目的一是起擴(kuò)散除氫的作用；二是使組織轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)冷裂紋敏感性低的組織。擴(kuò)散除氫的作用；二是使組織轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)冷裂紋敏感性低的組織。n3）當(dāng)焊后處理溫度高時(shí)，還有消除應(yīng)力的作用。）當(dāng)焊后處理溫度高時(shí)，還有消除應(yīng)力的作用。 n產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜和有許多條焊縫時(shí)，焊完一定數(shù)量的焊縫產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜和有許多條焊縫時(shí)，焊完一定數(shù)量的焊縫后應(yīng)及

25、時(shí)進(jìn)行中間回火處理，這樣能避免等到最后處理后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行中間回火處理，這樣能避免等到最后處理時(shí)，先焊接部位已出現(xiàn)延遲裂紋的問(wèn)題。中間回火的次時(shí)，先焊接部位已出現(xiàn)延遲裂紋的問(wèn)題。中間回火的次數(shù)，要根據(jù)焊縫的多少和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度來(lái)決定。數(shù)，要根據(jù)焊縫的多少和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度來(lái)決定。 焊接實(shí)例焊接實(shí)例n1）在退火狀態(tài)下焊接厚度）在退火狀態(tài)下焊接厚度30mm的的30CrMnSiA時(shí)，為了時(shí)，為了防止冷裂紋應(yīng)將工件預(yù)熱到防止冷裂紋應(yīng)將工件預(yù)熱到250350，并在整個(gè)焊，并在整個(gè)焊接過(guò)程中保持該溫度。接過(guò)程中保持該溫度。n2）對(duì)于淬硬傾向更大的）對(duì)于淬硬傾向更大的30CrMnSiNi2A，為了防止冷裂

26、為了防止冷裂紋的產(chǎn)生，焊后須立即（焊縫處的金屬不能冷到低于紋的產(chǎn)生，焊后須立即（焊縫處的金屬不能冷到低于250）將工件入爐加熱到（）將工件入爐加熱到（65010）或或680回回火，然后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。火，然后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。 2. 調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接 工藝特點(diǎn)工藝特點(diǎn)n如果必須在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接，而且焊后不能再進(jìn)行調(diào)如果必須在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接，而且焊后不能再進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理的焊接結(jié)構(gòu)件，這時(shí)的主要問(wèn)題是防止焊接裂質(zhì)處理的焊接結(jié)構(gòu)件，這時(shí)的主要問(wèn)題是防止焊接裂紋和避免紋和避免HAZ軟化。軟化。n除了裂紋外，除了裂紋外，HAZ主要問(wèn)題是：高碳主要問(wèn)題是：高碳M引起的硬化和引起的硬化和脆化，以及高溫回

27、火區(qū)軟化引起的強(qiáng)度降低。脆化，以及高溫回火區(qū)軟化引起的強(qiáng)度降低。n高碳高碳M引起的硬化和脆化可以通過(guò)焊后回火處理來(lái)解引起的硬化和脆化可以通過(guò)焊后回火處理來(lái)解決。但高溫回火區(qū)軟化引起的強(qiáng)度下降，在焊后不能決。但高溫回火區(qū)軟化引起的強(qiáng)度下降，在焊后不能調(diào)質(zhì)處理的情況下是無(wú)法彌補(bǔ)的。調(diào)質(zhì)處理的情況下是無(wú)法彌補(bǔ)的。n由于焊后不再進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，焊縫金屬成分可與母材由于焊后不再進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，焊縫金屬成分可與母材有差別。為了防止焊接冷裂紋，也可以選用塑韌性好有差別。為了防止焊接冷裂紋，也可以選用塑韌性好的奧氏體焊條。的奧氏體焊條。對(duì)于必須在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接，且焊后不能再進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理的焊對(duì)于必須在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接

28、，且焊后不能再進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理的焊接結(jié)構(gòu)，這時(shí)接結(jié)構(gòu)，這時(shí)HAZ性能下降是很難解決的。因此應(yīng)采用盡可能性能下降是很難解決的。因此應(yīng)采用盡可能小的焊接熱輸入。小的焊接熱輸入。 n為了消除為了消除HAZ淬硬組織和防止延遲裂紋的產(chǎn)生，必須淬硬組織和防止延遲裂紋的產(chǎn)生，必須適當(dāng)采用預(yù)熱、層間溫度控制、中間熱處理，并應(yīng)焊適當(dāng)采用預(yù)熱、層間溫度控制、中間熱處理，并應(yīng)焊后及時(shí)進(jìn)行回火處理。上述工藝過(guò)程的溫度控制應(yīng)比后及時(shí)進(jìn)行回火處理。上述工藝過(guò)程的溫度控制應(yīng)比母材淬火后的回火溫度至少低母材淬火后的回火溫度至少低50。 焊接方法焊接方法n為了減少為了減少HAZ軟化，從焊接方法考慮，應(yīng)該是采用熱量越集中、軟化，從焊

29、接方法考慮，應(yīng)該是采用熱量越集中、能量密度越大的方法越有利，而且焊接熱輸入越小越好。能量密度越大的方法越有利，而且焊接熱輸入越小越好。n氣焊在這種情況下是最不合適的，氣體保護(hù)焊比較好，特別是氣焊在這種情況下是最不合適的，氣體保護(hù)焊比較好，特別是TIG，它的熱量容易控制，焊接質(zhì)量容易保證。，它的熱量容易控制，焊接質(zhì)量容易保證。PC-TIG、PAW、EBW用于這類鋼的焊接是很有前途的。用于這類鋼的焊接是很有前途的。n從經(jīng)濟(jì)性和方便性考慮，焊接這類鋼時(shí)從經(jīng)濟(jì)性和方便性考慮，焊接這類鋼時(shí)SMAW用得最為普遍。用得最為普遍。 由于焊后不再進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，選擇焊接材料時(shí)不必考由于焊后不再進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，選擇焊

30、接材料時(shí)不必考慮成分和熱處理規(guī)范與母材相匹配的問(wèn)題。慮成分和熱處理規(guī)范與母材相匹配的問(wèn)題。 焊材選用焊材選用n從防止焊接冷裂紋的要求出發(fā)，可以采用塑韌性好的從防止焊接冷裂紋的要求出發(fā)，可以采用塑韌性好的奧氏體焊條或鎳基焊條。這時(shí)在工藝上應(yīng)注意到異種奧氏體焊條或鎳基焊條。這時(shí)在工藝上應(yīng)注意到異種鋼焊接時(shí)的一些特點(diǎn)。例如在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接鋼焊接時(shí)的一些特點(diǎn)。例如在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接30CrMnSiA和和30CrMnSiNi2A時(shí)采用奧氏體焊條，焊時(shí)采用奧氏體焊條，焊后采用后采用2502h或更長(zhǎng)時(shí)間的低溫回火處理。或更長(zhǎng)時(shí)間的低溫回火處理。n焊接焊接30CrMnSiNi2A淬硬傾向很大的鋼材時(shí)，除了焊淬硬

31、傾向很大的鋼材時(shí)，除了焊后低溫回火外，還要采取一定的預(yù)熱措施，預(yù)熱溫度后低溫回火外，還要采取一定的預(yù)熱措施，預(yù)熱溫度應(yīng)低于母材淬火后的回火溫度，一般采用的預(yù)熱和層應(yīng)低于母材淬火后的回火溫度，一般采用的預(yù)熱和層間溫度為間溫度為200250。 3. 焊接方法及焊接材料焊接方法及焊接材料 （中碳調(diào)質(zhì)鋼）（中碳調(diào)質(zhì)鋼） （1）焊接方法）焊接方法nSMAW、TIG、MIG/MAG、SAW。n熱量集中的熱量集中的PC-TIG、PAW、EBW等方法，有利于減等方法，有利于減小焊接小焊接HAZ，獲得細(xì)晶組織，提高焊接接頭力學(xué)性能。，獲得細(xì)晶組織，提高焊接接頭力學(xué)性能。n薄板焊接多采用薄板焊接多采用MIG/MA

32、G、TIG和微束和微束PAW等。等。凸輪軸電子束焊凸輪軸電子束焊（2）焊接材料：）焊接材料：根據(jù)焊縫受力條件、性能要求及焊后熱處理情況選根據(jù)焊縫受力條件、性能要求及焊后熱處理情況選 擇。采用低碳合金系，降低焊縫的擇。采用低碳合金系，降低焊縫的S、P含量，提高焊縫金屬的抗裂含量，提高焊縫金屬的抗裂 性。焊后需要熱處理的構(gòu)件，焊縫金屬的化學(xué)成分應(yīng)與母材相近。性。焊后需要熱處理的構(gòu)件，焊縫金屬的化學(xué)成分應(yīng)與母材相近。 表表3-28 中碳調(diào)質(zhì)鋼焊接材料的選用中碳調(diào)質(zhì)鋼焊接材料的選用（3）焊接參數(shù)）焊接參數(shù) 應(yīng)采用盡可能小的焊接熱輸入，這樣可以降低應(yīng)采用盡可能小的焊接熱輸入，這樣可以降低HAZ 淬火區(qū)的脆化