金屬材料焊接工藝電子 合金結(jié)構(gòu)鋼P(yáng)PT課件

1、第一模塊 合金結(jié)構(gòu)鋼的種類、性能用途 用于機(jī)械零件和各種工程結(jié)構(gòu)的鋼統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)鋼。 碳素結(jié)構(gòu)鋼是最早使用的結(jié)構(gòu)鋼。 合金結(jié)構(gòu)鋼是在碳素結(jié)構(gòu)鋼基礎(chǔ)上添加一定量的合金元素達(dá)到所需性能要求的鋼材。第1頁/共142頁 一、一、合金結(jié)構(gòu)鋼的分類與用途 用于焊接結(jié)構(gòu)的大多是用于焊接結(jié)構(gòu)的大多是低合金鋼（合金總量低合金鋼（合金總量3%3%以下）以下）， 綜合考慮其性能和用途后，一般分為兩大類：高強(qiáng)度鋼和專用鋼。 高強(qiáng)度鋼主要應(yīng)用其力學(xué)性能高強(qiáng)度鋼主要應(yīng)用其力學(xué)性能，合金元素的加入是為了在獲得高強(qiáng)度的同時(shí)保證有足夠的塑性和韌性； 專用鋼主要應(yīng)用的是其特殊性能專用鋼主要應(yīng)用的是其特殊性能，例如耐高溫、耐低溫和耐

2、腐蝕等，合金元素的加入是為了獲得通常所需的力學(xué)性能外，主要是滿足結(jié)構(gòu)的特殊性能需要。第2頁/共142頁1高強(qiáng)度鋼 高強(qiáng)鋼：凡是屈服點(diǎn)s295MPa、抗拉強(qiáng)度b390MPa的鋼，均稱為高強(qiáng)鋼。 （發(fā)達(dá)國家該鋼種年產(chǎn)量占10%） 1噸高強(qiáng)鋼相當(dāng)于1.22噸碳鋼使用。 應(yīng)用：常規(guī)條件下承受靜載荷和動(dòng)載荷的機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)，例如壓力容器、動(dòng)力設(shè)備、運(yùn)輸機(jī)械、橋梁和管道等。第3頁/共142頁 按鋼的屈服點(diǎn)和熱處理狀態(tài)不同，一般分為熱軋及正火鋼、低碳調(diào)質(zhì)鋼和中碳調(diào)質(zhì)鋼。熱軋鋼：熱軋鋼：把鋼錠加熱到1300左右，經(jīng)熱軋成板材，然后空冷即成；正火鋼：正火鋼：鋼板軋制和冷卻后，經(jīng)900正火；調(diào)質(zhì)鋼：調(diào)質(zhì)鋼：鋼

3、板經(jīng)900加熱后水淬，再經(jīng)600回火處理即成。第4頁/共142頁 近年來這類鋼又開發(fā)出具有很大發(fā)展前途的新鋼種，如微合金化控軋鋼微合金化控軋鋼、焊接無裂紋鋼焊接無裂紋鋼（CF鋼）、抗層狀撕裂鋼抗層狀撕裂鋼（Z向鋼）和焊接大熱輸入鋼等，主要用在嚴(yán)寒地區(qū)輸油管線、海上采油平臺(tái)、大型壓力容器、大型水輪機(jī)蝸殼和大跨度全焊接橋梁等工程中。 國內(nèi)外常見的合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)見表3-1。第5頁/共142頁表3-1 3-1 國內(nèi)外常見的合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào) 類類 型型類別類別屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)/MPa常用鋼牌號(hào)常用鋼牌號(hào)高高強(qiáng)強(qiáng)度度鋼鋼熱軋及熱軋及正火鋼正火鋼295490Q295(Cu)、09Mn2Si、Q345(Cu)、

4、Q390、Q390(Cu)、Q420、18MnMoNb、14MnMoV、WH530、X60、D36低碳低碳調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼49098014MnMoVN、14MnMoNbB、WCF60、WCF62、HQ70、HQ80、HQ100、T-1、HY80、HY110中碳中碳調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼880117635CrMoA、35CrMoVA、30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A、40CrMnSiMoVA、40CrNiMoA、34CrNi3MoA專專用用鋼鋼珠光體耐熱鋼珠光體耐熱鋼26564012CrMo、15CrMo、2.25Cr1Mo、12Cr1MoV、15Cr1Mo1V、12Cr5Mo、12Cr9Mo1、

5、12Cr2MoWVB、12Cr3MoVSiTiB低溫鋼低溫鋼34358509Mn2V、06AlCuNbN、2.5Ni、3.5Ni、5Ni、9Ni低合金耐蝕鋼低合金耐蝕鋼-12MnCuCr、09MnCuPTi、09CuPCrNi、12AlMoV、12AlMo、15Al3MoWTi第6頁/共142頁（1 1）熱軋及正火鋼熱軋及正火鋼 Q295、 Q345、 Q390、 Q420 屈服點(diǎn)為295490MPa，在熱軋或正火狀態(tài)下使用，屬于非熱處理強(qiáng)化鋼，包括微合金化控軋鋼、焊接無裂紋鋼和抗層狀撕裂鋼，盡管采用了不同的冶煉和控軋技術(shù)，但從本質(zhì)上講它們都屬于正火鋼。 這類鋼廣泛應(yīng)用于常溫下工作的各種焊接結(jié)

6、構(gòu)，如壓力容器、動(dòng)力設(shè)備、工程機(jī)械、橋梁、建筑結(jié)構(gòu)和管線等。第7頁/共142頁 例如：1957年建成通車的武漢長江大橋采用碳素鋼，是在蘇聯(lián)專家援助下建成的。 1968年建成通車的南京長江大橋，是我國自行設(shè)計(jì)制造的公路、鐵路兩用橋，主體鋼梁采用鞍鋼生產(chǎn)的16Mn（Q345），當(dāng)年被稱為“爭氣鋼”； 1993年通車九江長江大橋采用鞍鋼生產(chǎn)15MnVTi鋼； 2000年通車蕪湖長江大橋采用武鋼生產(chǎn)14MnNb鋼。第8頁/共142頁（2 2）低碳調(diào)質(zhì)鋼）低碳調(diào)質(zhì)鋼 屈服點(diǎn)為490980MPa，在調(diào)質(zhì)（淬火+高溫回火）狀態(tài)下供貨使用，屬于熱處理強(qiáng)化鋼。其特點(diǎn)是含碳量較低（碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般低于0.22%）

7、、合金元素總量低于5%，既有高的強(qiáng)度，又有良好的塑性和韌性，可以直接在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下進(jìn)行焊接，焊后也不需進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。 這類鋼在焊接結(jié)構(gòu)中也得到越來越廣泛的應(yīng)用，主要用于受力復(fù)雜的重要零部件，如大型機(jī)械大型機(jī)械工程、壓力容器及艦船工程、壓力容器及艦船等。第9頁/共142頁（3 3）中碳調(diào)質(zhì)鋼）中碳調(diào)質(zhì)鋼 40Gr、 40GrNi 屈服點(diǎn)一般在8801176MPa或以上，鋼中含碳量比低碳調(diào)質(zhì)鋼高（碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%0.5%），也屬于熱處理強(qiáng)化鋼熱處理強(qiáng)化鋼。其淬硬性比低碳調(diào)質(zhì)鋼高很多，具有很高的強(qiáng)度和硬度，但韌性較低，給焊接帶來很大的困難，因此一般是在退火狀態(tài)下焊接，焊后再進(jìn)行整體熱處理來達(dá)到

8、所要求的強(qiáng)度和硬度。 這類鋼主要用于強(qiáng)度要求很高的產(chǎn)品或部件，如飛機(jī)起落架、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體等。第10頁/共142頁2 2專用鋼專用鋼 專用鋼是指專門用于在特定條件下工作的機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)的鋼。按用途不同分為珠光體珠光體耐熱鋼、低溫鋼和低合金耐蝕鋼。耐熱鋼、低溫鋼和低合金耐蝕鋼。（1）珠光體耐熱鋼 ：12GrMoGrMo、15GrMoGrMo 、12GrMoGrMoV。 具有較好的高溫強(qiáng)度和高溫抗氧化性，其最高工作溫度為500600，可用于在這一溫度下工作的動(dòng)力設(shè)備和化工設(shè)備等。它是以Cr、Mo為基礎(chǔ)的低中合金鋼。隨著使用溫度的提高，鋼中往往還加入W、V、Nb、B等合金元素。第11頁/共142

9、頁（2）低溫鋼 具有良好的低溫韌性，其工作溫度為-40-40- -196196，可用于各種低溫容器（液化石油氣-45、液化天然氣-162）、嚴(yán)寒地區(qū)的工程結(jié)構(gòu)（橋梁、管道等）和露天礦山機(jī)械等。這類鋼中大部分含有Ni，一般在正火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用，和普通低合金鋼的區(qū)別在于除具有滿足要求強(qiáng)度外，還必須具有足夠的低溫韌性。第12頁/共142頁（3）低合金耐蝕鋼 除具有一般的力學(xué)性能外，還必須滿足耐腐蝕性能的特殊要求，主要用于在大氣、海水、石油化工等腐蝕性介質(zhì)中工作的各種零件和結(jié)構(gòu)。由于所處介質(zhì)不同，耐蝕鋼的成分和類型也不同，應(yīng)用最多的是耐大氣和海水腐蝕用鋼。09MnCuPTi第13頁/共142頁 二、

10、合金結(jié)構(gòu)鋼的成分與性能二、合金結(jié)構(gòu)鋼的成分與性能 1合金元素的作用 碳是最能提高鋼材強(qiáng)度的元素，但易于引起淬硬和焊接裂紋，所以在保證強(qiáng)度的前提下，碳的含量越少越好。低合金鋼中加入的合金元素有Mn、Si、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Cu等，對(duì)合金結(jié)構(gòu)鋼的組織和性能的影響很復(fù)雜。各種合金元素對(duì)結(jié)構(gòu)鋼抗拉強(qiáng)度和屈服點(diǎn)的影響如圖3-1所示第14頁/共142頁圖圖3-1各種合金元素對(duì)結(jié)構(gòu)鋼抗拉強(qiáng)度和屈服點(diǎn)的影響各種合金元素對(duì)結(jié)構(gòu)鋼抗拉強(qiáng)度和屈服點(diǎn)的影響a）對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響）對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響 b)對(duì)屈服點(diǎn)的影響對(duì)屈服點(diǎn)的影響第15頁/共142頁 Mn的固溶強(qiáng)化作用很明顯，當(dāng)wMn1.7%時(shí)，可提高韌性

11、和降低脆性轉(zhuǎn)變溫度（屈服點(diǎn)提高約50%、脆性轉(zhuǎn)變溫度約下降20），如Q345（16Mn）為典型的固溶強(qiáng)化鋼，其屈服點(diǎn)為345MPa、脆性轉(zhuǎn)變溫度低于-40； Si的固溶強(qiáng)化作用也很顯著，但會(huì)降低塑性和韌性，因此一般鋼中wSi0.6%； Ni是惟一能起固溶強(qiáng)化作用同時(shí)又提高韌性且大幅度降低脆性轉(zhuǎn)變溫度的合金元素，在低溫鋼中最常用。第16頁/共142頁 Cr能提高鋼的耐熱性、耐蝕性和降低脆性轉(zhuǎn)變溫度；Mo可提高鋼的熱強(qiáng)性，一般認(rèn)為wMo=0.25%0.50%時(shí)，既可以強(qiáng)化金屬又能改善韌性，當(dāng)wMo0.5%時(shí)韌性開始惡化。Cr和Mo都是提高鋼的淬透性的元素，使其裂紋敏感性增加，因此在低合金結(jié)構(gòu)鋼中的

12、含量應(yīng)加以控制。第17頁/共142頁 V、Ti、Nb是強(qiáng)烈碳化物的元素，Al、V、Ti、Nb還可形成氮化物，可產(chǎn)生明顯的沉淀強(qiáng)化作用，在固溶強(qiáng)化的基礎(chǔ)上屈服點(diǎn)可提高50100MPa，并能保持韌性。V、Ti、Nb均是微量加入，故稱為微合金化。 B是微合金化的元素，它可以細(xì)化晶粒從而改善韌性。第18頁/共142頁 2合金結(jié)構(gòu)鋼的性能 合金結(jié)構(gòu)鋼具有較高的強(qiáng)度和良好的塑性、韌性，采用不同的合金成分和熱處理方法可獲得具有不同綜合性能的低中合金結(jié)構(gòu)鋼。 熱軋及正火條件下，合金元素對(duì)鋼的塑性和韌性的影響與其強(qiáng)化作用相反，即強(qiáng)化效果越大，塑性和韌性就降低越多，當(dāng)鋼中合金元素的含量超過一定值后會(huì)引起韌性大幅度

13、下降。因此抗拉強(qiáng)度大于600MPa的高強(qiáng)鋼一般都需進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。第19頁/共142頁第二模塊第二模塊 熱軋及正火鋼的焊接熱軋及正火鋼的焊接一、熱軋及正火鋼的成分和性能1熱軋鋼屈服點(diǎn)為295390MPa的鋼大都屬于熱軋鋼；合金系統(tǒng)為C-Mn或C-Mn-Si系；熱軋鋼的組織為鐵素體+珠光體;第20頁/共142頁第二模塊第二模塊 熱軋及正火鋼的焊接熱軋及正火鋼的焊接一、熱軋及正火鋼的成分和性能 當(dāng)板厚較大時(shí)，可以要求在正火條件下供貨，經(jīng)正火處理可使鋼的化學(xué)成分均勻化，塑性、韌性提高，但強(qiáng)度略有下降。 熱軋鋼的綜合力學(xué)性能和加工工藝性能都較好，且冶煉工藝簡單、價(jià)格較低，因此在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。第21

14、頁/共142頁 Q345（16Mn）是我國1957年研制生產(chǎn)和應(yīng)用最廣泛的熱軋鋼，用于南京長江大橋和我國第一艘萬噸運(yùn)洋貨輪。 Q345按其中Mn和Si的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同又分為AE5個(gè)質(zhì)量等級(jí)，Q345A即舊牌號(hào)中的16Mn，Q345C相當(dāng)于鍋爐和壓力容器用鋼中的16Mng和16MnR。 在低碳條件下，wMn1.6%、wSi0.6%，可以保持鋼具有較高的塑性和韌性，超出這一范圍后，塑、韌性明顯惡化。因此合金元素的用量和鋼的強(qiáng)度水平都受到限制。第22頁/共142頁 2正火鋼 當(dāng)要求鋼的屈服點(diǎn)大于390MPa時(shí)，必須在固溶強(qiáng)化的同時(shí)加強(qiáng)合金元素的沉淀強(qiáng)化作用。 正火鋼是在固溶強(qiáng)化的基礎(chǔ)上，加入碳、氮化物

15、（V、Ti、Nb和Mo等）形成元素，通過沉淀強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化來進(jìn)一步提高鋼的強(qiáng)度和保證韌性。 正火處理的目的是促使碳化物和氮化物質(zhì)點(diǎn)從正火處理的目的是促使碳化物和氮化物質(zhì)點(diǎn)從固溶體中沉淀析出并同時(shí)細(xì)化晶粒。固溶體中沉淀析出并同時(shí)細(xì)化晶粒。第23頁/共142頁 3微合金控軋鋼 加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%0.1%左右對(duì)鋼的組織性能有顯左右對(duì)鋼的組織性能有顯著或特殊影響的微量合金元素的鋼，稱為微合著或特殊影響的微量合金元素的鋼，稱為微合金鋼。金鋼。多種微合金元素的共同作用稱為多元微合金化。第24頁/共142頁 3微合金控軋鋼 微合金控軋鋼采用微合金化微合金化和控制軋制等技術(shù)控制軋制等技術(shù)，達(dá)

16、到細(xì)化晶粒和沉淀強(qiáng)化相結(jié)合的效果，同時(shí)從冶煉工藝上采取降碳、降硫，降碳、降硫，改變夾雜物形態(tài)，提高鋼的純凈度等措施，使鋼材具有細(xì)晶組織。具有高強(qiáng)度、高韌性和良好的焊接性等具有高強(qiáng)度、高韌性和良好的焊接性等優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)，是熱軋及正火鋼的一個(gè)新分支，是近年發(fā)展起來的一類新鋼種。主要用于石油和天然氣的輸送管線，如X60、X65和X70等管線鋼。第25頁/共142頁 二、熱軋及正火鋼的焊接性 熱軋及正火鋼中碳和合金元素的含量都較低，焊接性總體來看較好，但隨合金元素含量的增加，焊接性變差。焊接時(shí)需要注意的問題是焊接裂紋和熱影響區(qū)性能變化。第26頁/共142頁 （一）焊接裂紋（一）焊接裂紋 1焊接冷裂紋 產(chǎn)生

17、冷裂紋的三要素淬硬組織、拘束度和擴(kuò)散氫含量 淬硬組織和材料有關(guān)，因此鋼材的淬硬傾向可以作為判斷冷裂紋敏感性的標(biāo)準(zhǔn)之一。而淬硬傾向又可以通過碳當(dāng)量、Pc、熱影響區(qū)最高硬度等來判斷。 例如鋼材碳當(dāng)量越大，冷裂紋敏感性也越大，利用國際焊接學(xué)會(huì)推薦的碳當(dāng)量計(jì)算公式計(jì)算CE。第27頁/共142頁 一般認(rèn)為，CE0.4%時(shí)，鋼材在焊接過程中基本無淬硬傾向，冷裂敏感性小。屈服點(diǎn)為295390MPa熱軋鋼的碳當(dāng)量一般都小于0.4%，焊接性良好，除大厚度鋼板和在環(huán)境溫度很低等情況下焊接外，一般不需預(yù)熱和嚴(yán)格控制焊接熱輸入。第28頁/共142頁 碳當(dāng)量CE=0.4%0.6%時(shí)，鋼的淬硬傾向逐漸增加，屬于有淬硬傾向

18、的鋼，對(duì)冷裂紋比較敏感。屈服點(diǎn)為440490MPa的正火鋼基本屬于這一范圍，其中碳當(dāng)量不超過0.5%時(shí)，淬硬傾向不太嚴(yán)重，焊接性尚好，板厚較大（25mm）時(shí)需要采取預(yù)熱措施。第29頁/共142頁 2焊接熱裂紋 熱軋及正火鋼含碳量都較低，而含Mn量較高，Mn/S的比值可以達(dá)到防止結(jié)晶裂紋的要求，具有較好的抗熱裂紋能力，在母材化學(xué)成分正常，焊接材料和焊接參數(shù)選擇正確的情況下，一般不會(huì)產(chǎn)生熱裂紋。特殊情況，母材中的碳與硫同時(shí)居上限或嚴(yán)重偏析，則有可能產(chǎn)生結(jié)晶裂紋。第30頁/共142頁 2焊接熱裂紋 反之，如果焊接時(shí)焊縫產(chǎn)生結(jié)晶裂紋，則是由母材中的碳與硫的不正常造成的，這時(shí)就要從工藝上設(shè)法減小熔合比，

19、選用碳含量少、Mn含量高的焊接材料，以降低焊縫中的碳和提高焊縫中的Mn，可以達(dá)到消除結(jié)晶裂紋的目的。第31頁/共142頁 3 3消除應(yīng)力裂紋（再熱裂紋）消除應(yīng)力裂紋（再熱裂紋）含有含有MoMo、CrCr元素的鋼元素的鋼在在焊后消除應(yīng)力熱處理或焊后消除應(yīng)力熱處理或焊后再次高溫加熱焊后再次高溫加熱（包括長期高溫下使用）過（包括長期高溫下使用）過程中，可能出現(xiàn)裂紋，即程中，可能出現(xiàn)裂紋，即消除應(yīng)力裂紋，也稱消除應(yīng)力裂紋，也稱再熱裂紋再熱裂紋。一般產(chǎn)生在熱影響區(qū)的粗晶區(qū)，裂。一般產(chǎn)生在熱影響區(qū)的粗晶區(qū)，裂紋沿熔合線方向斷續(xù)分布。該裂紋的產(chǎn)生一般紋沿熔合線方向斷續(xù)分布。該裂紋的產(chǎn)生一般須有較大的焊接殘余

20、應(yīng)力，因此須有較大的焊接殘余應(yīng)力，因此在拘束度大的在拘束度大的厚大工件中或應(yīng)力集中部位更易于出現(xiàn)消除應(yīng)厚大工件中或應(yīng)力集中部位更易于出現(xiàn)消除應(yīng)力裂紋。力裂紋。第32頁/共142頁 3 3消除應(yīng)力裂紋（再熱裂紋）消除應(yīng)力裂紋（再熱裂紋） 在熱軋及正火鋼中，在熱軋及正火鋼中，18MnMoNb18MnMoNb和和14MnMoV14MnMoV有輕微的消除應(yīng)力裂紋傾向，可采取提高預(yù)熱有輕微的消除應(yīng)力裂紋傾向，可采取提高預(yù)熱溫度或焊后立即熱處理等措施來防止消除應(yīng)力溫度或焊后立即熱處理等措施來防止消除應(yīng)力裂紋的產(chǎn)生裂紋的產(chǎn)生。第33頁/共142頁 4層狀撕裂 層狀撕裂主要與鋼的冶煉軋制質(zhì)量、板厚、接頭形式和

21、Z向應(yīng)力有關(guān)，與鋼材強(qiáng)度無直接關(guān)系。 一般認(rèn)為，鋼中的含硫量和Z是衡量抗層狀撕裂能力的判據(jù)。經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)Z20%時(shí)，即使Z向拘束應(yīng)力較大，也不會(huì)產(chǎn)生層狀撕裂。 對(duì)有可能在焊接過程產(chǎn)生層狀撕裂的重要結(jié)構(gòu)，可采用Z向鋼（如D36），其Z最高值可達(dá)55%。這些鋼在冶煉過程中采取了特殊的工藝措施，因此成本較高。第34頁/共142頁第35頁/共142頁 （二）熱影響區(qū)性能變化（二）熱影響區(qū)性能變化 熱軋及正火鋼焊接熱影響區(qū)性能變化主要是過熱區(qū)的脆化；在一些合金元素含量較低的鋼中有時(shí)還可能出現(xiàn)熱應(yīng)變脆化問題。第36頁/共142頁 （二）熱影響區(qū)性能變化（二）熱影響區(qū)性能變化 1過熱區(qū)脆化 在被加熱到120

22、0以上的熱影響區(qū)過熱區(qū)，會(huì)發(fā)生奧氏體晶粒的顯著長大和一些難熔質(zhì)點(diǎn)（如碳化物和氮化物）熔入基體的過程。在冷卻過程中可能會(huì)產(chǎn)生脆性較大的魏氏組織、粗大的馬氏體組織和塑性很低的混合組織（即鐵素體、高碳馬氏體和貝氏體的混合組織）等。第37頁/共142頁 熱軋鋼過熱區(qū)脆化主要是由于在熱輸入較大時(shí)產(chǎn)生魏氏組織或是由于含碳量偏高和冷卻速度較快時(shí)產(chǎn)生的馬氏體組織引起的。第38頁/共142頁正火鋼過熱區(qū)脆化與魏氏組織無關(guān)，除晶粒粗化外，主要是由于在1200高溫下，起沉淀強(qiáng)化作用的碳化物和氮化物質(zhì)點(diǎn)分解并熔于奧氏體，在隨后的冷卻過程中來不及析出而固溶在基體中，結(jié)果使鐵素體基體的硬度上升而韌性下降，這時(shí)如果減小熱輸

23、入，就可以減少過熱區(qū)在高溫的停留時(shí)間，抑制碳化物和氮化物的熔解，從而有效防止過熱區(qū)脆化。第39頁/共142頁 2熱應(yīng)變脆化 熱應(yīng)變脆化是指在焊接過程中，在熱和應(yīng)變共同作用下產(chǎn)生的一種應(yīng)變時(shí)效。一般發(fā)生在固溶氮含量較高而強(qiáng)度級(jí)別不高的低合金鋼中，如抗拉強(qiáng)度490MPa的C-Mn鋼。第40頁/共142頁 2熱應(yīng)變脆化 若在鋼中加入足夠的氮化物形成元素（Al、Ti、V等）可以有效降低熱應(yīng)變脆化傾向，如Q420（15MnVN）比Q345（16Mn）的熱應(yīng)變傾向小。 消除熱應(yīng)變時(shí)效的有效措施是焊后熱處理，如Q345經(jīng)6001h退火處理后，其韌性可恢復(fù)到原有水平。第41頁/共142頁 三、熱軋及正火鋼焊接

24、工藝要點(diǎn)三、熱軋及正火鋼焊接工藝要點(diǎn) （一）焊接方法（一）焊接方法 熱軋及正火鋼焊接時(shí)對(duì)焊接方法無特殊要求，不同焊接方法對(duì)焊接質(zhì)量無顯著影響，因此可以采用各種焊接方法進(jìn)行焊接，常用焊接方法如焊條電弧焊、埋弧焊、CO2氣體保護(hù)焊和電渣焊等，一般是根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、批量、生產(chǎn)條件和經(jīng)濟(jì)效益等綜合情況進(jìn)行選擇。第42頁/共142頁 （二）下料、坡口加工和定位焊（二）下料、坡口加工和定位焊 熱軋及正火鋼可以采用各種切割方法下料。 坡口加工可采用機(jī)械加工，也可采用氣割和碳弧氣刨。對(duì)強(qiáng)度級(jí)別較高、厚度較大的焊件，經(jīng)過火焰切割或碳弧氣刨的坡口應(yīng)用砂輪仔細(xì)打磨，消除氧化皮及凹槽；在坡口兩側(cè)2030mm范圍內(nèi)

25、清除油污、鐵銹等。第43頁/共142頁 定位焊焊縫應(yīng)有足夠的長度（一般不小于50mm）以防開裂，對(duì)厚度較薄的板材定位焊縫長度應(yīng)不小于4倍板厚。 定位焊應(yīng)選用與焊縫相同的焊接材料，也可選用強(qiáng)度稍低的焊條或焊絲。焊接順序應(yīng)能防止過大的拘束、允許工件有適當(dāng)?shù)淖冃危捎玫暮附与娏骺缮源笥诤附訒r(shí)的焊接電流。第44頁/共142頁 （三）焊接材料（三）焊接材料 選擇焊接材料時(shí)必須考慮到兩方面的問題： 一是保證焊縫不產(chǎn)生裂紋等焊接缺陷； 二是能滿足使用性能的要求。 選擇焊接材料的主要依據(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，而不要求與母材成分相同，因此選擇焊接材料應(yīng)考慮以下問題：第45頁/共

26、142頁 1根據(jù)母材的強(qiáng)度級(jí)別選用相應(yīng)的焊接材料 按照焊縫與母材等強(qiáng)匹配的等強(qiáng)匹配的原則選擇焊接材料，一般要求焊縫與母材強(qiáng)度相等或略低于母材。 例如適用于焊接Q420（15MnVN）的焊條E5515，其中C、Mn的含量都比母材低，且其中不含沉淀強(qiáng)化元素V，但用它焊接的焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度可達(dá)549608MPa，同時(shí)還具有高的塑性和韌性。第46頁/共142頁 2考慮熔合比和冷卻速度的影響 焊縫的力學(xué)性能取決于它的化學(xué)成分和組織狀態(tài)。焊縫化學(xué)成分不僅取決于焊接材料，而且與母材的熔入量（即熔合比）有很大關(guān)系；而焊縫組織則與冷卻速度有很大關(guān)系。第47頁/共142頁 2考慮熔合比和冷卻速度的影響 采用同樣

27、焊接材料，在熔合比和冷卻速度不同時(shí)，所得焊縫的性能也會(huì)有很大差別。 選擇焊條或焊絲時(shí)應(yīng)考慮到板厚和坡口形式的影響，焊接薄板時(shí)因熔合比較大，應(yīng)選用強(qiáng)度較低的焊接材料，焊接厚板時(shí)則相反。第48頁/共142頁 3考慮焊后熱處理對(duì)焊縫力學(xué)性能的影響 焊后熱處理（如消除應(yīng)力退火）會(huì)使焊縫的強(qiáng)度有所降低，當(dāng)焊縫強(qiáng)度余量不大時(shí)，焊后熱處理后焊縫強(qiáng)度可能低于母材，因此，對(duì)于焊后要求正火處理的焊縫，應(yīng)選擇強(qiáng)度高一些的焊接材料。第49頁/共142頁 3考慮焊后熱處理對(duì)焊縫力學(xué)性能的影響 此外，如果對(duì)焊縫金屬的使用性能有特殊要求，應(yīng)同時(shí)加以考慮。例如，在焊接16MnCu時(shí)，要求焊縫金屬與母材具有相同的耐蝕性能，則需

28、選用含銅的焊條。第50頁/共142頁 （四）焊接參數(shù)四）焊接參數(shù) 1焊接熱輸入 確定焊接熱輸入主要考慮熱影響區(qū)的脆化和冷裂兩個(gè)因素。 各類鋼材的脆化傾向和冷裂傾向是不同的，因此對(duì)熱輸入的要求也不同。第51頁/共142頁 （四）焊接參數(shù)四）焊接參數(shù) 在焊接碳當(dāng)量（Ceq）小于0.4%熱軋及正火鋼時(shí)，如Q295和Q345，對(duì)熱輸入沒有嚴(yán)格限制。 焊接碳當(dāng)量為0.4%0.6%的熱軋及正火鋼時(shí)，熱輸入應(yīng)偏大一些比較好。 但最好是采用小熱輸入+預(yù)熱。恰當(dāng)控制預(yù)熱溫度，既能避免產(chǎn)生裂紋，又能防止晶粒過熱。第52頁/共142頁 2預(yù)熱溫度 預(yù)熱的目的是為了防止裂紋，同時(shí)還有一定的改善組織和性能的作用。預(yù)熱溫

29、度與鋼材的淬硬性、板厚、拘束度、環(huán)境溫度等因素有關(guān)，工程中必須結(jié)合具體情況經(jīng)試驗(yàn)后才能確定，推薦的一些預(yù)熱溫度只能作為參考。多層焊時(shí)應(yīng)保證道間溫度不低于預(yù)熱溫度，但也要避免道間溫度過高產(chǎn)生的不利影響，如韌性下降等。 常用熱軋及正火鋼推薦的預(yù)熱溫度見表3-5第53頁/共142頁表3-5 3-5 幾種常用熱軋及正火鋼的預(yù)熱溫度和焊后熱處理參數(shù)鋼號(hào)鋼號(hào)預(yù)熱溫度預(yù)熱溫度焊后熱處理規(guī)范焊后熱處理規(guī)范型號(hào)型號(hào)牌號(hào)牌號(hào)電弧焊電弧焊電渣焊電渣焊Q29509Mn209MnNb09MnV不預(yù)熱（一般供應(yīng)不預(yù)熱（一般供應(yīng)的板厚的板厚16mm）不熱處理不熱處理-Q34516Mn14MnNb100150（30mm）60

30、0650退火退火900930正火正火600650回火回火Q39015MnV15MnTi16MnNb100150（28mm）550或或650退火退火950980正火正火550或或650回火回火Q42015MnVN14MnVTiRE100150（25mm）950正火正火650回火回火14MnMoV18MnMoNb200600650退火退火950980正火正火600650回火回火第54頁/共142頁 3焊后熱處理 熱軋及正火鋼一般不需要焊后熱處理；但對(duì)要求抗應(yīng)力腐蝕的焊接結(jié)構(gòu)、低溫下使用的焊接結(jié)構(gòu)和厚壁高壓容器等，焊后需要進(jìn)行消除應(yīng)力的高溫回火（550650）。確定回火溫度的原則是：第55頁/共14

31、2頁 3焊后熱處理 1）不超過母材原來的回火溫度，以免影響母材本身的性能。2）對(duì)有回火脆性的材料，要避開出現(xiàn)回火脆性的溫度區(qū)間。例如，對(duì)含V或V+Mo的低合金鋼，在回火時(shí)要避免在600左右的溫度區(qū)間停留較長時(shí)間，以防因V的二次碳化物析出而造成脆化，如Q420（15MnVN）的消除應(yīng)力回火的溫度為（55025）。第56頁/共142頁 另外，對(duì)于抗拉強(qiáng)度大于490MPa的高強(qiáng)度鋼，由于產(chǎn)生延遲裂紋的傾向較大，為了在消除應(yīng)力的同時(shí)起到消氫處理的作用，要求焊后立即進(jìn)行回火處理。如焊后不能及時(shí)進(jìn)行熱處理，應(yīng)立即在250350保溫26h，以便焊接區(qū)的氫逸出。第57頁/共142頁 四、典型鋼種四、典型鋼種Q

32、345Q345的焊接工藝要點(diǎn)的焊接工藝要點(diǎn) 1焊前準(zhǔn)備 氣割或碳弧氣刨下料和加工坡口，切口可直接進(jìn)行焊接 Q345鋼可以順利進(jìn)行冷彎和機(jī)械切割。筒節(jié)冷彎當(dāng)板厚與直徑之比大于1/40時(shí)，成形后應(yīng)進(jìn)行600650的消除應(yīng)力回火，以消除冷作硬化。第58頁/共142頁 四、典型鋼種四、典型鋼種Q345Q345的焊接工藝要點(diǎn)的焊接工藝要點(diǎn) Q345鋼加熱到850以上可以進(jìn)行各種熱壓成形，經(jīng)熱壓后力學(xué)性能無明顯變化，一般不需再進(jìn)行熱處理。Q345鋼也可采用加熱矯正變形。經(jīng)驗(yàn)表明，火焰矯正的加熱溫度應(yīng)控制在700800之間，不宜超過900。第59頁/共142頁 2預(yù)熱 Q345鋼的焊接性較好，但當(dāng)結(jié)構(gòu)剛度較

33、大或在低溫條件下焊接時(shí)，應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱。板厚板厚/mm/mm預(yù)預(yù) 熱熱 溫溫 度度1616不低于不低于-10-10不預(yù)熱，不預(yù)熱，-10-10以下預(yù)熱以下預(yù)熱10010015015016162424不低于不低于-5-5不預(yù)熱，不預(yù)熱，-5-5以下預(yù)熱以下預(yù)熱10010015015025254040不低于不低于00不預(yù)熱，不預(yù)熱，00以下預(yù)熱以下預(yù)熱1001001501504040均預(yù)熱均預(yù)熱100100150150表3-6 Q3453-6 Q345鋼在不同環(huán)境溫度下的預(yù)熱溫度第60頁/共142頁 3焊條電弧焊工藝 可采用I形、V形或X 形坡口。 一般選用E50型的焊條。 重要結(jié)構(gòu)（如壓力容器）應(yīng)選

34、用堿性焊條（E5016、5015）； 對(duì)厚度小、坡口角度小或強(qiáng)度要求不高的產(chǎn)品也可選用E43型的焊條（E4316、E4315）。 焊條應(yīng)嚴(yán)格按要求進(jìn)行烘干：如堿性焊條必須經(jīng)350400烘干2h。焊接參數(shù)見表3-7。 第61頁/共142頁表3-7 Q3453-7 Q345鋼平對(duì)接焊條電弧焊工藝參數(shù)坡口坡口形式形式焊件厚度焊件厚度或焊腳尺寸或焊腳尺寸/mm/mm第一層焊縫第一層焊縫其他各層焊縫其他各層焊縫封底焊縫封底焊縫焊條直徑焊條直徑/mm/mm焊接電流焊接電流/A/A焊條直徑焊條直徑/mm/mm焊接電流焊接電流/A/A焊條直徑焊條直徑/mm/mm焊接電流焊接電流/A/AI I形形2 22.52

35、.550506060- - -2.52.5555560602.52.54 43.23.29090120120- - -3.23.290901201204 45 53.23.2100100130130- - -3.23.21001001301304 4160160200200- - -4 4160160120120V V形形5 56 63.23.2100100130130- - -3.23.21001001301304 4160160210210- - -4 4180180210210663.23.21001001301304 41601602102104 41801802102104 4160

36、1602102105 52202202802805 5220220260260X X形形12124 41601602102104 4160160210210- - -5 5220220280280- - -第62頁/共142頁 5CO2氣體保護(hù)焊的工藝參數(shù) CO2氣體保護(hù)焊焊絲按表3-4選用，目前應(yīng)用較多的是H08Mn2SiA。Q345鋼CO2氣體保護(hù)焊的工藝參數(shù)焊接焊接焊絲直徑焊絲直徑/mm/mm保護(hù)氣體保護(hù)氣體氣體流量氣體流量/Lmin/Lmin-1-1預(yù)熱或道預(yù)熱或道間溫度間溫度/焊接參數(shù)焊接參數(shù)焊接電流焊接電流/A/A焊接電壓焊接電壓/V/V焊接速度焊接速度/cmmin/cmmin-1

37、-1單焊道單焊道1.21.2COCO2 28 81515不預(yù)熱或不預(yù)熱或1001001001001501502121242412121818多焊道多焊道8 815151601602402402222262614142222單焊道單焊道1.61.6COCO2 2101018183003003603603333353520202626多焊道多焊道101018182802803403403030323218182424第63頁/共142頁第三模塊 低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接 屈服點(diǎn)大于490MPa的高強(qiáng)鋼必須采用調(diào)質(zhì)處理，通過組織強(qiáng)化獲得很高的綜合力學(xué)性能。 低碳調(diào)質(zhì)鋼屬于熱處理強(qiáng)化鋼。 這類鋼既有較高的強(qiáng)度

38、，又有良好的塑性和韌性，在工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用日益廣泛。第64頁/共142頁一、低碳調(diào)質(zhì)鋼的成分與性能一、低碳調(diào)質(zhì)鋼的成分與性能 為了保證良好的綜合性能和焊接性，低碳調(diào)質(zhì)鋼要求鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于0.22%（實(shí)際上一般wc0.18%），此外添加一些合金元素如Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Cu等，目的是為了提高鋼的淬透性和馬氏體的回火穩(wěn)定性。這類鋼由于含碳量低，淬火后得到低碳馬氏體，而且會(huì)發(fā)生“自回火”，脆性小，具有良好的焊接性。第65頁/共142頁 抗拉強(qiáng)度600Mpa、700MPa的低碳調(diào)質(zhì)鋼（HQ60、HQ70）這類鋼可在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接，焊后不再進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，必要時(shí)進(jìn)行消除應(yīng)力處理。

39、主要用于工程機(jī)械、動(dòng)力設(shè)備、交通運(yùn)輸機(jī)械和橋梁等. 抗拉強(qiáng)度800MPa的低碳調(diào)質(zhì)鋼如14MnMoNbB、HQ80和HQ80C也在工程中獲得廣泛應(yīng)用。焊接無裂紋鋼（簡稱CF鋼），為了改善野外施工焊接條件和提高低溫韌性而開發(fā)的一種含碳極低（wc0.09%）的調(diào)質(zhì)鋼；焊接時(shí)采用超低氫焊材，在板厚50mm以下或在0都可焊前不預(yù)熱。第66頁/共142頁 二、低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性二、低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性 低碳調(diào)質(zhì)鋼主要是作為高強(qiáng)度的焊接結(jié)構(gòu)用鋼，因此其中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)限制得較低，在合金成分的設(shè)計(jì)上也考慮了焊接性的要求。 低碳調(diào)質(zhì)鋼是熱處理強(qiáng)化鋼，是通過調(diào)質(zhì)處理獲得強(qiáng)化效果的，因此焊接時(shí)在熱影響區(qū)內(nèi)除會(huì)發(fā)生脆化

40、外還有軟化問題，在選擇焊接材料時(shí)應(yīng)著重考慮。第67頁/共142頁 （一）焊接裂紋（一）焊接裂紋 1焊接熱裂紋 低碳調(diào)質(zhì)鋼一般含碳量都較低，而含Mn量較高，且對(duì)S、P的限制也較嚴(yán)格，因此焊縫金屬的結(jié)晶裂紋傾向較小。但對(duì)一些高Ni低Mn類型的低合金高強(qiáng)鋼來講，由于Ni的作用會(huì)增加結(jié)晶裂紋傾向，但只要選擇合適的焊接材料，提高焊縫金屬的含Mn量，就可以避免產(chǎn)生這種裂紋。第68頁/共142頁 2焊接冷裂紋 低碳調(diào)質(zhì)鋼在嚴(yán)格控制焊縫擴(kuò)散氫含量的情況下，對(duì)冷裂紋不敏感。 一般焊縫組織為馬氏體或貝氏體。 馬氏體雖然屬于淬火組織，但由于含碳量低，仍保持了較高的韌性； 這類鋼的Ms點(diǎn)比較高（400），如果焊接時(shí)控

41、制在Ms點(diǎn)附近的冷卻速度比較低，馬氏體形成后可以進(jìn)行一次“自回火”過程，使韌性得到改善，因此可以避免產(chǎn)生冷裂紋。第69頁/共142頁3消除應(yīng)力裂紋 低碳調(diào)質(zhì)鋼中大都含有Cr、Ni、Mo、V、Nb、B等提高消除應(yīng)力裂紋敏感性的元素，其中影響最大的是V，其次是Mo，二者共存時(shí)情況更嚴(yán)重。一般認(rèn)為Mo-V系的鋼，特別是Cr-Mo-V系的鋼對(duì)消除應(yīng)力裂紋最敏感；Mo-B和Cr-Mo系的鋼也有一定的敏感性。但不同成分的鋼對(duì)該裂紋的敏感溫度范圍有所差別，焊接時(shí)可通過一定的工藝措施，如控制預(yù)熱和后熱溫度、降低消除應(yīng)力退火溫度等，來防止消除應(yīng)力裂紋的發(fā)生。第70頁/共142頁（二）熱影響區(qū)性能變化（二）熱影響

42、區(qū)性能變化1、熱影響區(qū)脆化 低碳調(diào)質(zhì)鋼熱影響區(qū)脆化的原因和規(guī)律與熱軋及正火鋼都不同。這類鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后的組織是低碳馬氏體或下貝氏體，都有較高的韌性，因此產(chǎn)生正常的淬火組織不是引起脆化的原因。第71頁/共142頁圖圖3-2 典型低碳調(diào)質(zhì)鋼連續(xù)冷卻曲線典型低碳調(diào)質(zhì)鋼連續(xù)冷卻曲線第72頁/共142頁 2熱影響區(qū)軟化熱影響區(qū)軟化是指其強(qiáng)度和硬度下降的現(xiàn)象，是焊接調(diào)質(zhì)鋼時(shí)普遍存在的問題。熱影響區(qū)內(nèi)凡是加熱溫度高于母材回火溫度至Ac1的區(qū)域，由于組織轉(zhuǎn)變及碳化物的沉淀和聚集長大引起軟化，而且溫度越接近Ac1的區(qū)域，軟化越嚴(yán)重，如圖所示。 鋼材的強(qiáng)度級(jí)別越高，焊前母材強(qiáng)化程度越大（母材調(diào)質(zhì)處理的回火溫度越低

43、），焊后熱影響區(qū)的軟化越嚴(yán)重。第73頁/共142頁 低碳調(diào)質(zhì)鋼熱影響區(qū)的軟化是由母材的強(qiáng)化特性決定的，只能通過一定的工藝措施來防止。軟化區(qū)的寬度和軟化程度與焊接方法和熱輸入有很大關(guān)系，低碳調(diào)質(zhì)鋼焊接時(shí)不宜采用大的焊接熱輸入和較高的預(yù)熱溫度。第74頁/共142頁圖圖3-3 調(diào)質(zhì)鋼熱影響區(qū)的硬度分布調(diào)質(zhì)鋼熱影響區(qū)的硬度分布A-焊前淬火焊前淬火+低溫回火低溫回火 B-焊前淬火焊前淬火+高溫回火高溫回火 C-焊前退火焊前退火1-淬火區(qū)淬火區(qū) 2-部分淬火區(qū)部分淬火區(qū) 3-回火區(qū)回火區(qū)第75頁/共142頁 三、低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接工藝要點(diǎn)三、低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接工藝要點(diǎn) 低碳調(diào)質(zhì)鋼焊接時(shí)要注意兩個(gè)基本問題：一是

44、要求在馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)的速度不能太快，使馬氏體能夠發(fā)生“自回火”過程，以免產(chǎn)生冷裂紋； 二是要使熱影響區(qū)在800500之間的冷卻速度大于產(chǎn)生脆性混合組織的臨界冷卻速度。 這兩個(gè)問題是制定低碳調(diào)質(zhì)鋼焊接工藝的主要依據(jù)。第76頁/共142頁 1 1焊前準(zhǔn)備焊前準(zhǔn)備 對(duì)于屈服點(diǎn)大于600MPa的低碳調(diào)質(zhì)鋼，接頭形式盡量采用對(duì)接接頭，坡口以U形或V形為好,為減小應(yīng)力還可采用雙U形或雙V形坡口。 低碳調(diào)質(zhì)鋼可以用氣割方法切割坡口，但割縫邊緣有硬化層，應(yīng)通過加熱或機(jī)械加工消除。板厚小于100mm時(shí)，切割前不需預(yù)熱；板厚大于100mm時(shí)，應(yīng)進(jìn)行100150的預(yù)熱。強(qiáng)度級(jí)別較高的鋼，應(yīng)盡量采用機(jī)械切割或等離子切割

45、方法，以減小硬化層。第77頁/共142頁 2焊接方法 低碳調(diào)質(zhì)鋼在焊接時(shí)需要解決的問題：一是防止裂紋； 二是在保證獲得高強(qiáng)度的同時(shí)，提高焊縫金屬和熱影響區(qū)的韌性。 屈服點(diǎn)s980MPa的低碳調(diào)質(zhì)鋼焊接時(shí)，需要采用鎢極氬弧焊或真空電子束焊才能獲得滿足要求的焊接接頭； 對(duì)于屈服點(diǎn)s980MPa的低碳調(diào)質(zhì)鋼，焊條電弧焊、埋弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊和鎢極氬弧焊等焊接方法都可以采用； 屈服點(diǎn)s686MPa的低碳調(diào)質(zhì)鋼，熔化極氣體保護(hù)焊（如Ar+CO2混合氣體保護(hù)焊）是最合適的焊接方法。第78頁/共142頁 3焊接材料 選擇原則是“等強(qiáng)匹配”或“低強(qiáng)匹配”，任何情況下都不可選擇“超強(qiáng)匹配”。鋼種鋼種焊條電弧

46、焊焊條電弧焊埋弧焊埋弧焊氣體保護(hù)焊氣體保護(hù)焊焊絲焊絲焊劑焊劑焊絲焊絲保護(hù)氣保護(hù)氣14MnMoVN14MnMoVNE7015-D2E7015-D2E7015-GE7015-GH08Mn2NiMoAH08Mn2NiMoAH08Mn2NiMoVAH08Mn2NiMoVAHJ250HJ250HJ350HJ350H08Mn2SiAH08Mn2SiAH08Mn2MoAH08Mn2MoACOCO2 2或或Ar+COAr+CO2 214MnMoNbB14MnMoNbBE7015-D2 E7015-D2 E7015-G E7015-G E7515-G E7515-G E8015-GE8015-GH08Mn2Mo

47、A H08Mn2MoA H08Mn2Ni2CrMH08Mn2Ni2CrMoAoAHJ350HJ350H08Mn2MoAH08Mn2MoAH08MnNi2MoH08MnNi2MoCOCO2 2或或Ar+COAr+CO2 2HQ80HQ80E8015-GE8015-GE7515-GE7515-G- - -H08MnNi2MoAH08MnNi2MoAER110ER110COCO2 2或或Ar+COAr+CO2 2 (20%)(20%)HQ100HQ100E9015-GE9015-GE1005-GE1005-G- - -H08MnNi2CrMoAH08MnNi2CrMoAAr+COAr+CO2 2(5

48、%(5%20%)20%)表表3-12第79頁/共142頁 4焊接參數(shù) （1）焊接熱輸入 從防止熱影響區(qū)脆化出發(fā)，要求冷卻速度較快為好；而從防止冷裂來講，要求冷卻速度越慢越好，因此確定冷卻速度應(yīng)該兼顧兩者的要求，選擇一個(gè)合適的范圍，上限要不產(chǎn)生冷裂，下限要不產(chǎn)生引起脆化的混合組織，如圖3-2中的陰影區(qū)域是既能得到良好韌性，又能保證不產(chǎn)生冷裂的冷卻速度范圍。第80頁/共142頁 選擇焊接熱輸入的原則是：在保證不出現(xiàn)裂紋和滿足熱影響區(qū)韌性的條件下，應(yīng)選擇盡可能大的焊接熱輸入。例如，HQ70鋼焊接時(shí)的預(yù)熱溫度和最大焊接熱輸入見表3-13。鋼種板厚/mm預(yù)熱溫度/道間溫度/焊接熱輸入/kJcm-1焊條電

49、弧焊氣體保護(hù)焊埋弧焊HQ70613502550150251326751005050752004526501257510022048HQ80C6135050501502513267510050757510020045265012510012522048第81頁/共142頁 （2）預(yù)熱和后熱溫度 低碳調(diào)質(zhì)鋼在板厚不大、接頭拘束度較小的情況下焊接時(shí)可以不預(yù)熱。 但當(dāng)焊接熱輸入提高到最大允許值還不能避免裂紋時(shí)，就必須采取預(yù)熱措施。一般采用較低的預(yù)熱溫度（T0200）。第82頁/共142頁板厚板厚/mm/mm14MnMoVN14MnMoVN14MnMoNbB14MnMoNbB1313- - -13131

50、6165050100100100100150150161619191001001501501501500000191922221001001501501501502002002222252515015020020020020025025025253535150150200200200200250250低碳調(diào)質(zhì)鋼焊接結(jié)構(gòu)一般是在焊態(tài)下使用，正常情況下不進(jìn)行焊后熱處理。除非焊后接頭區(qū)強(qiáng)度和韌性過低、結(jié)構(gòu)要求耐應(yīng)力腐蝕以及焊后需要進(jìn)行高精度加工來保證結(jié)構(gòu)尺寸等，才進(jìn)行焊后熱處理。為了保證材料的強(qiáng)度性能，焊后熱處理溫度必須比母材原調(diào)質(zhì)處理的回火溫度低30。表3-14 3-14 兩種低碳調(diào)質(zhì)鋼的最低預(yù)熱

51、溫度和道間溫度 （單位：）第83頁/共142頁四、典型鋼四、典型鋼WCFWCF6262的焊接工藝要點(diǎn)的焊接工藝要點(diǎn)WCFWCF62鋼是在940水淬+630回火調(diào)制狀態(tài)下進(jìn)行加工和焊接的。為了保證母材性能在制造過程中不下降，不允許采用熱彎、熱卷成形，矯正的加熱溫度不得超過焊前回火溫度。 焊接方法一般用焊條電弧焊、CO2或（Ar+CO2）氣體保護(hù)電弧焊。第84頁/共142頁四、典型鋼四、典型鋼WCFWCF6262的焊接工藝要點(diǎn)的焊接工藝要點(diǎn) 焊條選用E6015G型，如J607RH等。焊條烘焙溫度4001h，烘后應(yīng)立即放入低溫干燥保溫桶內(nèi)，隨用隨取。焊條在保溫桶內(nèi)存放的時(shí)間不應(yīng)超過4h。烘后焊條允許

52、在大氣中放置的時(shí)間按生產(chǎn)廠家的規(guī)定。 氣體保護(hù)焊焊絲為Mn-Si-Mo系或Mn-Ni-Mo系焊絲。保護(hù)氣體的純度及含水量應(yīng)嚴(yán)加控制，CO2氣體應(yīng)符合GB/T6052-1993中規(guī)定的級(jí)或級(jí)1類氣體的要求。第85頁/共142頁 焊接熱輸入對(duì)熱影響區(qū)的韌性有明顯的影響，熱輸入上升，韌性下降。最佳熱輸入為1725kJ/cm，允許熱輸入為1040kJ/cm。 預(yù)熱溫度與擴(kuò)散氫H有關(guān)，當(dāng)焊條經(jīng)400烘干，H2mL/100g時(shí)可不進(jìn)行預(yù)熱。板厚較大或母材的CE（或Pcm）偏高時(shí)，應(yīng)進(jìn)行50的預(yù)熱。第86頁/共142頁 一般情況下，焊后不需進(jìn)行熱處理。當(dāng)36mm時(shí)，要求進(jìn)行消除應(yīng)力退火。退火溫度應(yīng)低于焊前回

53、火溫度，若超過回火溫度強(qiáng)度將明顯下降。綜合考慮保證性能及防止消除應(yīng)力裂紋，退火溫度應(yīng)選在550580之間，加熱速度不超過120/h，保溫后隨爐冷至300后再出爐空冷。第87頁/共142頁 為了防止消除應(yīng)力裂紋，可采取以下措施： 降低消除應(yīng)力退火溫度。 控制母材中V、B的含量。 適當(dāng)預(yù)熱（100）。 焊后及時(shí)進(jìn)行200（0.51）h后熱。第88頁/共142頁第四模塊第四模塊 中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接 中碳調(diào)質(zhì)鋼中碳和其他合金元素的含量都較高，通過調(diào)質(zhì)處理獲得較高的強(qiáng)度。其中加入合金元素的作用是保證淬透性和提高抗回火性，而其強(qiáng)度主要還是取決于含碳量。但隨含碳量的增加，鋼的焊接性明顯變差，焊

54、接時(shí)必須采取嚴(yán)格的工藝措施，焊后必須經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理才能達(dá)到使用要求的接頭性能。第89頁/共142頁 一、中碳調(diào)質(zhì)鋼的成分和性能 中碳調(diào)質(zhì)鋼都是在淬火+回火狀態(tài)下使用，屈服點(diǎn)達(dá)8801176MPa以上，具有高的比強(qiáng)度和高硬度，可以用作火箭外殼和裝甲鋼等。 其中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為wc=0.25%0.5%，并加入合金元素（如Mn、Si、Ni、Cr、Mo、V、Ti等），以保證鋼的淬透性，消除回火脆性，再通過調(diào)質(zhì)處理獲得較好的綜合性能。 中碳調(diào)質(zhì)鋼的淬硬性比低碳調(diào)質(zhì)鋼高得多，淬火后得到馬氏體組織，再經(jīng)回火得到的是片狀馬氏體，屬于硬脆組織，因此鋼的韌性較低，給焊接帶來很大困難。常用的中碳調(diào)質(zhì)鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性

55、能見表3-15和3-16。第90頁/共142頁 表3-15 3-15 中碳調(diào)質(zhì)鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（% %）鋼牌號(hào)鋼牌號(hào)C CMnMnSiSiCrCrNiNiMoMoV VS SP P30CrMnSiA30CrMnSiA0.280.280.30.35 50.80.81.11.10.90.91.21.20.80.81.11.10.300.30- - -0.0300.0300.0350.03540CrMnSiMoVA40CrMnSiMoVA0.370.370.40.42 20.80.81.21.21.21.21.61.61.21.21.51.50.250.250.450.450.60.60 0

56、0.070.070.10.12 20.0300.0300.0250.02535CrMoA35CrMoA0.300.300.40.40 00.40.40.70.70.170.170.30.35 50.90.91.31.3- -0.20.20.30.3- -0.0300.0300.0350.03535CrMoVA35CrMoVA0.300.300.30.38 80.40.40.70.70.20.20.40.41.01.01.31.3- -0.20.20.30.30.10.10.20.20.0300.0300.0350.03534CrNi3MoA34CrNi3MoA0.30.30.40.40.50.

57、50.80.80.270.270.30.37 70.70.71.11.12.752.753.23.25 50.250.250.40.4- -0.0300.0300.0350.03540CrNiMoA40CrNiMoA0.360.360.40.44 40.50.50.80.80.170.170.30.37 70.60.60.90.91.251.251.71.75 50.150.150.20.25 5- -0.0300.0300.0300.03030Cr3SiNiMoVA30Cr3SiNiMoVA0.320.320.700.700.960.963.103.100.910.910.700.700.1

58、10.110.0030.0030.0190.019第91頁/共142頁表3-16 3-16 中碳調(diào)質(zhì)鋼的力學(xué)性能鋼號(hào)鋼號(hào)熱處理規(guī)范熱處理規(guī)范屈服屈服點(diǎn)點(diǎn)s/s/MPaMPa抗拉強(qiáng)抗拉強(qiáng)度度b/MPb/MPa a伸長伸長率率（% %）斷面收斷面收縮率縮率（% %）沖擊吸收沖擊吸收功功A AKVKV/J/J硬度硬度HBWHBW30CrMnSiA30CrMnSiA870870890890油油淬淬510510550550回回火火8338331078107810104040494934634636336330CrMnSiNi2A30CrMnSiNi2A890890910910油油淬淬2002003003

59、00回回火火1372137215681568994545595944444440Cr40Cr850850油淬油淬520520回火（水回火（水或油）或油）785785980980994545474720720740CrMnSiMoVA40CrMnSiMoVA890890970970油油淬淬250250270270回回火，空冷火，空冷- -18621862883535494952HRC52HRC35CrMoA35CrMoA860860880880油油淬淬560560580580回回火火49049065765715153535494919719724124135CrMoVA35CrMoVA88088

60、0900900油油淬淬640640660660回回火火686686814814131335353939255255302302第92頁/共142頁 按照合金系統(tǒng)，中碳調(diào)質(zhì)鋼大概可以歸納為以下幾種： 1 1 CrCr鋼鋼 40Cr是一種廣泛使用的含Cr調(diào)質(zhì)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，如齒輪和軸類。 Cr能增加高溫或低溫的回火穩(wěn)定性，但Cr 鋼有回火脆性。該鋼中wCr1.5%時(shí)能有效提高鋼的淬透性，繼續(xù)增加無實(shí)際意義；當(dāng)wCr=1% 時(shí)對(duì)鋼的塑性和韌性略有提高；當(dāng)wCr2%時(shí)對(duì)塑性影響不大，但略使鋼的沖擊韌度降低。第93頁/