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1、YCF正版可修改PPT（中职）熔焊基础与金属材料焊接第六章电子教案第第6章低合金高强钢焊接章低合金高强钢焊接6.1热轧及正火钢的焊接热轧及正火钢的焊接6.2低碳调质钢的焊接低碳调质钢的焊接6.3中碳调质钢的焊接中碳调质钢的焊接返回第第6章低合金高强钢焊接章低合金高强钢焊接低合金高强钢是低合金高强度结构钢的简称低合金高强钢是低合金高强度结构钢的简称(GB/T1591-1994)，是在，是在碳素结构钢的基础上加入一种或几种合金元素冶炼而成的。焊接结构碳素结构钢的基础上加入一种或几种合金元素冶炼而成的。焊接结构生产中，低合金结构钢主要用于制造船舶、容器、桥梁及大型金属构生产中，低合金结构钢主要用于制
2、造船舶、容器、桥梁及大型金属构架。架。习惯上，把屈服强度在习惯上，把屈服强度在300Mpa以上，抗拉强度在以上，抗拉强度在450Mpa以上的钢，以上的钢，称为高强度钢。按强度等级与热处理状态，高强度钢一般可分为以下称为高强度钢。按强度等级与热处理状态，高强度钢一般可分为以下3类类:(1)热轧、正火钢。这类钢的屈服强度在热轧、正火钢。这类钢的屈服强度在300500Mpa之间，低合金结之间，低合金结构钢属此类钢，是非热处理强化钢，根据其使用状态的不同，分别为构钢属此类钢，是非热处理强化钢，根据其使用状态的不同，分别为热轧钢和正火钢。热轧钢和正火钢。下一页返回第第6章低合金高强钢焊接章低合金高强钢焊
3、接(2)低碳低合金调质钢。这类钢的屈服强度在低碳低合金调质钢。这类钢的屈服强度在5001000MPa之间，碳之间，碳含量小于含量小于0.25%，一般在调质状态下供货，属于热处理强化钢。低碳，一般在调质状态下供货，属于热处理强化钢。低碳低合金调质钢具有良好的焊接性，调质后既有较高的强度，又有良好低合金调质钢具有良好的焊接性，调质后既有较高的强度，又有良好的塑性和韧性，且具有较好的焊接性。的塑性和韧性，且具有较好的焊接性。(3)中碳调质钢。这类钢的屈服强度一般在中碳调质钢。这类钢的屈服强度一般在9001200 Mpa以上，碳含以上，碳含量在量在0.25%0.45%之间，一般用于要求高强度但对塑性要
4、求不高的之间，一般用于要求高强度但对塑性要求不高的场合。其焊接性较差。场合。其焊接性较差。上一页返回6.1热轧及正火钢的焊接热轧及正火钢的焊接热轧及正火钢包括热轧钢和正火钢。正火钢中的含钥钢需在热轧及正火钢包括热轧钢和正火钢。正火钢中的含钥钢需在“正火正火+回火回火”条件下才能保证良好的塑性和韧性。因此，正火钢又可分为在条件下才能保证良好的塑性和韧性。因此，正火钢又可分为在正火状态下使用和正火状态下使用和“正火正火+回火回火”状态下使用的两类。状态下使用的两类。6.1.1概述概述1.热轧钢热轧钢屈服强度介于屈服强度介于295390 MPa的钢，大都属于热轧钢。热轧钢主要靠的钢，大都属于热轧钢。
5、热轧钢主要靠Mn、Si的固溶强化作用提高强度。在低碳条件下，锰含量不大于的固溶强化作用提高强度。在低碳条件下，锰含量不大于1.6%，硅含量不大于，硅含量不大于0.6%时，可以保持较高的塑性和韧性。热轧钢的时，可以保持较高的塑性和韧性。热轧钢的综合力学性能和加工工艺性能都较好，而且原材料资源丰富，冶炼工综合力学性能和加工工艺性能都较好，而且原材料资源丰富，冶炼工艺简单，因而在国内外得到普遍应用。艺简单，因而在国内外得到普遍应用。上一页 下一页返回6.1热轧及正火钢的焊接热轧及正火钢的焊接Q345是国内应用最广泛的高强度钢。与是国内应用最广泛的高强度钢。与Q235相比，锰含量由相比，锰含量由0.6
6、5%提高到提高到1%1.6%，并加入微量，并加入微量V、Nb、Ti等元素，强度提高近等元素，强度提高近50%。按照钢中锰、硅含量的不同，按照钢中锰、硅含量的不同，Q345又分为又分为AE 5个质量等级。其中个质量等级。其中Q345 A相当于旧牌号的相当于旧牌号的16 Mn,Q345 C相当于锅炉压力容器用钢中相当于锅炉压力容器用钢中的的16Mng和和16MnR。Q390钢是在钢是在Q345的基础上提高了钒的含量，并加入一定量的铬的基础上提高了钒的含量，并加入一定量的铬(含量含量0.30%)和镍和镍(含量含量 0.70%)而成。钒的增加进一步保证了沉淀强化而成。钒的增加进一步保证了沉淀强化作用和
7、细化晶粒的作用。铬是固溶强化元素，并能增加钢中珠光体的作用和细化晶粒的作用。铬是固溶强化元素，并能增加钢中珠光体的相对含量，少量的相对含量，少量的Cr对钢的塑性无明显的影响。镍也是固溶强化元素，对钢的塑性无明显的影响。镍也是固溶强化元素，对一般非热处理强化钢，加入镍可提高强度而基本不降低塑性和韧性。对一般非热处理强化钢，加入镍可提高强度而基本不降低塑性和韧性。上一页 下一页返回6.1热轧及正火钢的焊接热轧及正火钢的焊接热轧钢的组织为热轧钢的组织为“铁素体铁素体+珠光体珠光体”，当板厚较大时，可以要求在正，当板厚较大时，可以要求在正火条件下供货，经正火处理可使钢的化学成分均匀化，塑性、韧性提火条
8、件下供货，经正火处理可使钢的化学成分均匀化，塑性、韧性提高，但强度略有下降。高，但强度略有下降。2.正火状态下使用的钢正火状态下使用的钢这类钢中除了这类钢中除了15 MnTi外，主要是含外，主要是含V、Nb钢。这种钢利用钢。这种钢利用Nb和和V的的碳、氮化物弥散质点所起的沉淀强化和细化晶粒的作用来达到良好的碳、氮化物弥散质点所起的沉淀强化和细化晶粒的作用来达到良好的综合性能。另外，由于综合性能。另外，由于Nb和和V的强化作用，可以适当降低钢中的含碳的强化作用，可以适当降低钢中的含碳量，这对改善材料的焊接性和韧性都是有利的。这类钢的特点是屈强量，这对改善材料的焊接性和韧性都是有利的。这类钢的特点
9、是屈强比高。因此，从提高抗拉强度和降低屈强比出发，一般将比高。因此，从提高抗拉强度和降低屈强比出发，一般将V、Nb正火正火钢中的碳含量控制在钢中的碳含量控制在0.15%0.2%范围内。范围内。上一页 下一页返回6.1热轧及正火钢的焊接热轧及正火钢的焊接属于这种类型的钢属于这种类型的钢Q420,WH530和和WH590等。等。Q420的化学成分与的化学成分与Q390相比，锰含量和铬含量的上限值略有提高。相比，锰含量和铬含量的上限值略有提高。为了保证碳化物充分析出，需要进行正火处理。由于碳化物质点的沉为了保证碳化物充分析出，需要进行正火处理。由于碳化物质点的沉淀强化与细化晶粒作用，在提高强度的同时
10、还能改善韧性。此外，碳淀强化与细化晶粒作用，在提高强度的同时还能改善韧性。此外，碳化物的析出降低了固溶在基体中的碳，使淬透性下降，焊接性亦有所化物的析出降低了固溶在基体中的碳，使淬透性下降，焊接性亦有所改善。改善。WH530是武汉钢铁公司为了适应市场需要研制的新钢种，其强度、是武汉钢铁公司为了适应市场需要研制的新钢种，其强度、韧性优于目前应用较广泛的韧性优于目前应用较广泛的16 MnR，焊接性良好。该钢的供货牌号，焊接性良好。该钢的供货牌号为为15 MnNbR(WH530)。WH530钢板的成功研制与生产，为水电钢板的成功研制与生产，为水电站压力钢管、压力容器站压力钢管、压力容器(特别是球形储
11、罐特别是球形储罐)用钢提供了新的品种。用钢提供了新的品种。上一页 下一页返回6.1热轧及正火钢的焊接热轧及正火钢的焊接 WH590的供货牌号为的供货牌号为17MnNiVNbR(WH590)，它具有高韧性和优，它具有高韧性和优良焊接性。良焊接性。WH590在液化气体槽车上的成功应用，有效解决了槽车壁在液化气体槽车上的成功应用，有效解决了槽车壁厚大、自重系数高、容量比小缺点，为我国国产槽车的大型化起到了厚大、自重系数高、容量比小缺点，为我国国产槽车的大型化起到了积极作用。积极作用。3.正火正火+回火状态使用的钢回火状态使用的钢这类钢中一般加入这类钢中一般加入0.5%的钼以提高强度、细化组织，并提高
12、钢的中的钼以提高强度、细化组织，并提高钢的中温耐热性能。但含温耐热性能。但含Mo钢在正火后往往得到上贝氏体钢在正火后往往得到上贝氏体+少量铁素体，韧少量铁素体，韧性和塑性指标不高，必须在正火后进行回火才能获得良好的塑性和韧性和塑性指标不高，必须在正火后进行回火才能获得良好的塑性和韧性。大多数含性。大多数含Mo的低合金钢在的低合金钢在Mn-Mo系的基础上填加系的基础上填加Ni或或Nb,Ni可可提高厚板的低温韧性，如提高厚板的低温韧性，如13MnNiMoNb钢。钢。上一页 下一页返回6.1热轧及正火钢的焊接热轧及正火钢的焊接13MnNiMoNb钢是我国在钢是我国在20世纪世纪80年代末引进国外配方
13、研制而成并年代末引进国外配方研制而成并在制造高压锅炉锅筒及其他高压容器中得到广泛应用的。由于含碳量在制造高压锅炉锅筒及其他高压容器中得到广泛应用的。由于含碳量低低(0.16%)，合金化配方合理，使这种钢具有较高的强度和韧性，并，合金化配方合理，使这种钢具有较高的强度和韧性，并有良好的焊接性，特别是对再热裂纹的敏感性很低。有良好的焊接性，特别是对再热裂纹的敏感性很低。Mn-Mo系中加入少量的系中加入少量的Nb，可以进一步提高钢的强度，如，可以进一步提高钢的强度，如18MnMoNb钢的钢的s可达可达490 MPa。这种钢主要用于制造高压锅炉锅。这种钢主要用于制造高压锅炉锅筒。但由于含碳量较高筒。但
14、由于含碳量较高(0.17%0.23%，焊接性不如，焊接性不如13MnNiMoNb，而且在正火，而且在正火+回火状态的力学性能不够稳定，目前部分已被回火状态的力学性能不够稳定，目前部分已被13MnNiMoNb取代。取代。上一页 下一页返回6.1热轧及正火钢的焊接热轧及正火钢的焊接微合金化控轧钢是热轧及正火钢中的一个重要的新分支，是微合金化控轧钢是热轧及正火钢中的一个重要的新分支，是20世纪世纪70年代发展起来的一类新钢种。它采用了微合金化年代发展起来的一类新钢种。它采用了微合金化(加入微量加入微量Nb、V、Ti)和控制轧制等新技术，来达到细化晶粒和沉淀强化相结合的效果，和控制轧制等新技术，来达到
15、细化晶粒和沉淀强化相结合的效果，同时从冶炼工艺上采取了降同时从冶炼工艺上采取了降C、降、降S，改变夹杂物形态，提高钢的纯，改变夹杂物形态，提高钢的纯净度等措施，使钢材具有均匀的细晶粒等轴铁素体基体。这种钢在轧净度等措施，使钢材具有均匀的细晶粒等轴铁素体基体。这种钢在轧制状态下就具有相当于或优于正火钢的质量，具有高强度、高韧性和制状态下就具有相当于或优于正火钢的质量，具有高强度、高韧性和良好的焊接性等优点。这类钢主要用于制造石油、天然气的输送管线，良好的焊接性等优点。这类钢主要用于制造石油、天然气的输送管线，如如X60、X65和和X70等管线钢。等管线钢。上一页 下一页返回6.1热轧及正火钢的焊
16、接热轧及正火钢的焊接6.1.2热轧及正火钢的焊接性热轧及正火钢的焊接性热轧及正火钢属于非热处理强化钢，碳及合金元素的含量都比较低，热轧及正火钢属于非热处理强化钢，碳及合金元素的含量都比较低，总体来看焊接性较好。但随着合金元素的增加和强度的提高，焊接性总体来看焊接性较好。但随着合金元素的增加和强度的提高，焊接性也变差，使热影响区母材性能下降，产生焊接裂纹。热轧及正火钢焊也变差，使热影响区母材性能下降，产生焊接裂纹。热轧及正火钢焊接缺陷及防止措施见接缺陷及防止措施见表表6-1。6.1.3热轧及正火钢的焊接工艺热轧及正火钢的焊接工艺热轧及正火钢的焊接性较好，表现在对焊接方法的适应性强，工艺措热轧及正
17、火钢的焊接性较好，表现在对焊接方法的适应性强，工艺措施简单，焊接缺陷敏感性低且较易防止，产品质量稳定。热轧及正火施简单，焊接缺陷敏感性低且较易防止，产品质量稳定。热轧及正火钢焊接时，对焊接质量影响最大的是焊接材料和焊接参数。钢焊接时，对焊接质量影响最大的是焊接材料和焊接参数。上一页 下一页返回6.1热轧及正火钢的焊接热轧及正火钢的焊接1.焊前准备焊前准备彻底清除焊接坡口及两侧的水、油、锈及其他污物，焊丝要严格脱脂、彻底清除焊接坡口及两侧的水、油、锈及其他污物，焊丝要严格脱脂、除锈，尽量减少氢的来源。除锈，尽量减少氢的来源。坡口加工时，对于强度级别较高的钢材，火焰切割应注意边缘的软化坡口加工时，
18、对于强度级别较高的钢材，火焰切割应注意边缘的软化或硬化。为防止切割裂纹，可采用与焊接预热温度相同的温度预热后或硬化。为防止切割裂纹，可采用与焊接预热温度相同的温度预热后进行焰切。进行焰切。组装时，应尽量减小应力。定位焊时，强度级别高的钢材易产生冷裂组装时，应尽量减小应力。定位焊时，强度级别高的钢材易产生冷裂纹，应采用与焊接预热温度相同的温度预热后进行定位焊，并保证定纹，应采用与焊接预热温度相同的温度预热后进行定位焊，并保证定位焊焊缝具有足够的长度和焊缝厚度。位焊焊缝具有足够的长度和焊缝厚度。对低碳调质钢，严禁在非焊接部位随意引弧。对低碳调质钢，严禁在非焊接部位随意引弧。上一页 下一页返回6.1
19、热轧及正火钢的焊接热轧及正火钢的焊接焊接用焊接用CO2保护气体的纯度保护气体的纯度(体积分数体积分数)应不低于应不低于99.5%，气体流量计，气体流量计选用有加热功能的流量计。选用有加热功能的流量计。2.焊接方法的选择焊接方法的选择热轧及正火钢焊接时，焊接方法的选择并不是一个关键问题，它对焊热轧及正火钢焊接时，焊接方法的选择并不是一个关键问题，它对焊接方法无特殊要求，热轧及正火钢可以用各种焊接方法焊接，不同的接方法无特殊要求，热轧及正火钢可以用各种焊接方法焊接，不同的焊接方法对产品质量无显著影响。通常是根据产品的结构特点、批量、焊接方法对产品质量无显著影响。通常是根据产品的结构特点、批量、生产
20、条件及经济效益等综合效果选择焊接方法。生产中常用的焊接方生产条件及经济效益等综合效果选择焊接方法。生产中常用的焊接方法有焊条电弧焊、埋弧焊、法有焊条电弧焊、埋弧焊、CO2气体保护焊、电渣焊、窄间隙焊等。气体保护焊、电渣焊、窄间隙焊等。上一页 下一页返回6.1热轧及正火钢的焊接热轧及正火钢的焊接热轧及正火钢可以用各种切割方法下料，如气割、电弧气刨、等离子热轧及正火钢可以用各种切割方法下料，如气割、电弧气刨、等离子弧切割等。强度级别较高的钢，虽然在热切割边缘会形成淬硬层，但弧切割等。强度级别较高的钢，虽然在热切割边缘会形成淬硬层，但在后续的焊接时可熔入焊缝而不会影响焊接质量。因此，切割前一般在后续
21、的焊接时可熔入焊缝而不会影响焊接质量。因此，切割前一般不需预热，割后可直接焊接而不必加工。不需预热，割后可直接焊接而不必加工。3.焊接材料的选择焊接材料的选择热轧及正火钢主要用于制造受力构件，要求焊接接头具有足够的强度，热轧及正火钢主要用于制造受力构件，要求焊接接头具有足够的强度，适当的屈强比、足够的韧性和低的时效敏感性，即具有与产品技术条适当的屈强比、足够的韧性和低的时效敏感性，即具有与产品技术条件相适应的力学性能。因此选择焊接材料时必须保证焊缝金属的强度、件相适应的力学性能。因此选择焊接材料时必须保证焊缝金属的强度、塑性、韧性等力学性能指标不低于母材，同时还要满足产品的一些特塑性、韧性等力
22、学性能指标不低于母材，同时还要满足产品的一些特殊要求如中温强度、耐大气腐蚀等，并不要求焊缝金属的合金系统或殊要求如中温强度、耐大气腐蚀等，并不要求焊缝金属的合金系统或化学成分与母材相同。化学成分与母材相同。上一页 下一页返回6.1热轧及正火钢的焊接热轧及正火钢的焊接热轧及正火钢常用焊接材料选择示例见热轧及正火钢常用焊接材料选择示例见表表6-2。4.焊接参数的选择焊接参数的选择(1)焊接热输入焊接热输入焊接热输入主要取决于过热区的脆化和冷裂两个因素。各类钢的脆化焊接热输入主要取决于过热区的脆化和冷裂两个因素。各类钢的脆化倾向和冷裂倾向是不同的，因此对热输入的要求也不同。焊接含碳量倾向和冷裂倾向是
23、不同的，因此对热输入的要求也不同。焊接含碳量很低的一些热轧钢，如很低的一些热轧钢，如Q295以及含碳偏下限的以及含碳偏下限的Q345(16Mn)时，对时，对热输入基本没有严格的限制。但若要提高过热区的塑性、韧性，热输热输入基本没有严格的限制。但若要提高过热区的塑性、韧性，热输入偏小一些有利。当焊接含碳量偏高的入偏小一些有利。当焊接含碳量偏高的Q345钢时，由于淬硬倾向加钢时，由于淬硬倾向加大，马氏体的含碳量也提高，小的热输入时冷裂倾向就会增大，过热大，马氏体的含碳量也提高，小的热输入时冷裂倾向就会增大，过热区的脆化也变得严重，所以在这种情况下热输入偏大一些比较好。区的脆化也变得严重，所以在这种
24、情况下热输入偏大一些比较好。上一页 下一页返回6.1热轧及正火钢的焊接热轧及正火钢的焊接对于一些含对于一些含Nb、V、Ti的正火钢来说，为了避免由于沉淀相的溶入以的正火钢来说，为了避免由于沉淀相的溶入以及晶粒过热所引起的脆化，选择热输入应该偏小一些，如及晶粒过热所引起的脆化，选择热输入应该偏小一些，如Q420(15 MnVN。但对淬硬倾向大、含碳量和合金元素量较高的正火钢。但对淬硬倾向大、含碳量和合金元素量较高的正火钢(如如18MnMoNb)来说，随着热输入减小，过热区韧性降低，容易产生延来说，随着热输入减小，过热区韧性降低，容易产生延迟裂纹。因而一般焊接这类钢时，热输入偏大一些较好。但在加大
25、热迟裂纹。因而一般焊接这类钢时，热输入偏大一些较好。但在加大热输入、降低冷却速度的同时，会引起过热的加剧输入、降低冷却速度的同时，会引起过热的加剧(一般来说，加大热输一般来说，加大热输入对冷却速度的降低较有限，但对过热的影响较明显入对冷却速度的降低较有限，但对过热的影响较明显)。因此在这种情。因此在这种情况下采用大热输入的效果不如采用小热输入况下采用大热输入的效果不如采用小热输入+预热更合理。预热温度预热更合理。预热温度控制恰当时，既能确保避免裂纹，又能防止晶粒的过热。控制恰当时，既能确保避免裂纹，又能防止晶粒的过热。上一页 下一页返回6.1热轧及正火钢的焊接热轧及正火钢的焊接(2)预热温度预
26、热温度焊前预热可以控制焊接冷却速度，减少或避免热影响区淬硬马氏体的焊前预热可以控制焊接冷却速度，减少或避免热影响区淬硬马氏体的产生，降低热影响区硬度，降低焊接应力，并有助于氢从焊接接头中产生，降低热影响区硬度，降低焊接应力，并有助于氢从焊接接头中逸出。但预热常常恶化劳动条件，使生产工艺复杂化，尤其是不合理逸出。但预热常常恶化劳动条件，使生产工艺复杂化，尤其是不合理的、过高的预热还会损害焊接接头的性能。预热温度受母材成分、焊的、过高的预热还会损害焊接接头的性能。预热温度受母材成分、焊件厚度与结构、焊条类型、拘束度以及环境温度等因素的影响。因此，件厚度与结构、焊条类型、拘束度以及环境温度等因素的影
27、响。因此，焊前是否需要预热以及合理的预热温度，都需要认真考虑或通过实验焊前是否需要预热以及合理的预热温度，都需要认真考虑或通过实验确定。确定。表表6-3为几种常用热轧及正火钢的预热温度。当接头板厚很大或施工为几种常用热轧及正火钢的预热温度。当接头板厚很大或施工温度较低时，应适当提高预热温度温度较低时，应适当提高预热温度;结构比较复杂、接头拘束度较大时结构比较复杂、接头拘束度较大时，亦应提高预热温度。，亦应提高预热温度。上一页 下一页返回6.1热轧及正火钢的焊接热轧及正火钢的焊接而采用大热输入的焊接方法时而采用大热输入的焊接方法时(如电渣焊如电渣焊)，预热温度应相应降低或不，预热温度应相应降低或
28、不进行预热。进行预热。由于影响预热温度的因素很多，因此由于影响预热温度的因素很多，因此表表6-3中推荐的一些预热温度只中推荐的一些预热温度只能作为参考，工程上应用时还必须结合具体情况经试验后才能确定。能作为参考，工程上应用时还必须结合具体情况经试验后才能确定。此外，在多层焊时应保持层间温度不低于预热温度，但也要避免层间此外，在多层焊时应保持层间温度不低于预热温度，但也要避免层间温度过高引起的不利影响，如冲击韧度下降等。温度过高引起的不利影响，如冲击韧度下降等。(3)焊后热处理焊后热处理除电渣焊由于严重过热而需进行正火处理外，在其他焊接条件下，均除电渣焊由于严重过热而需进行正火处理外，在其他焊接
29、条件下，均应根据使用要求来考虑是否需要采取焊后热处理以及热处理工艺。应根据使用要求来考虑是否需要采取焊后热处理以及热处理工艺。上一页 下一页返回6.1热轧及正火钢的焊接热轧及正火钢的焊接一般情况下，热轧钢及正火钢焊后是不需要热处理的一般情况下，热轧钢及正火钢焊后是不需要热处理的;但对要求抗应力但对要求抗应力腐蚀的焊接结构、低温下使用的焊接结构及厚壁高压容器等，焊后都腐蚀的焊接结构、低温下使用的焊接结构及厚壁高压容器等，焊后都需进行消除应力的高温回火。确定回火温度的原则是需进行消除应力的高温回火。确定回火温度的原则是:不要超过母材原来的回火温度，以免影响母材本身的性能。不要超过母材原来的回火温度
30、，以免影响母材本身的性能。对于一些有回火脆性的材料，要避开出现脆性的温度区间。例如，对于一些有回火脆性的材料，要避开出现脆性的温度区间。例如，对一些含钒，特别是含对一些含钒，特别是含(钒钒+钼钼)的低合金钢，在回火时要避开的低合金钢，在回火时要避开600左左右的温度区间，以免因钒的二次碳化物析出而造成脆化，如右的温度区间，以免因钒的二次碳化物析出而造成脆化，如Q420(15 MnVN)的消除应力处理的温度为的消除应力处理的温度为(55025)。另外，对于另外，对于s490MP。的高强度钢，由于产生延迟裂纹的倾向较大，。的高强度钢，由于产生延迟裂纹的倾向较大，为了在消除应力处理的同时起到除氢处理
31、的作用，因此要求焊后能及为了在消除应力处理的同时起到除氢处理的作用，因此要求焊后能及时进行回火处理。时进行回火处理。上一页返回6.2低碳调质钢的焊接低碳调质钢的焊接6.2.1概述概述为了进一步大幅度地提高钢的强度，仅靠增加合金元素和正火是达不为了进一步大幅度地提高钢的强度，仅靠增加合金元素和正火是达不到理想结果的。因为一般来说，合金元素在强化的同时，对钢材塑性到理想结果的。因为一般来说，合金元素在强化的同时，对钢材塑性和韧性的影响是比较复杂的，固溶强化的同时，往往会引起塑性和韧和韧性的影响是比较复杂的，固溶强化的同时，往往会引起塑性和韧性的下降，只有少数一些元素性的下降，只有少数一些元素(如如
32、Mn和和Ni等等)在一定含量的范围内，能在一定含量的范围内，能在强化的同时对韧性也有所改善，而沉淀强化往往会伴随着韧性和塑在强化的同时对韧性也有所改善，而沉淀强化往往会伴随着韧性和塑性的较大损失。所以，一般来说，合金元素对塑性和韧性的影响大体性的较大损失。所以，一般来说，合金元素对塑性和韧性的影响大体上与其强化的作用相反，即强化效果越大，塑性和韧性的降低就越多。上与其强化的作用相反，即强化效果越大，塑性和韧性的降低就越多。当合金元素的含量超出一定范围后，会出现韧性大幅度下降。当合金元素的含量超出一定范围后，会出现韧性大幅度下降。下一页返回6.2低碳调质钢的焊接低碳调质钢的焊接因此，热轧及正火钢
33、的强度受到限制，必须通过热处理强化才能保证因此，热轧及正火钢的强度受到限制，必须通过热处理强化才能保证在足够韧性与塑性的前提下进一步提高强度，一般来说在足够韧性与塑性的前提下进一步提高强度，一般来说,s490MPa的高强度钢都是热处理强化钢。的高强度钢都是热处理强化钢。低碳低合金调质钢的屈服强度一般为低碳低合金调质钢的屈服强度一般为440980MPa，属于热处理强化，属于热处理强化钢。通过淬火可获得低碳马氏体，再进行高温或低温回火后得到低碳钢。通过淬火可获得低碳马氏体，再进行高温或低温回火后得到低碳索氏体或回火马氏体。低碳低合金调质钢的含碳量是由强度要求决定索氏体或回火马氏体。低碳低合金调质钢
34、的含碳量是由强度要求决定的。为了保证良好的综合性能，要求碳含量小于的。为了保证良好的综合性能，要求碳含量小于0.25%，一般不超过，一般不超过0.22%，加入合金元素主要是为了保证淬透性，提高钢的抗回火性，加入合金元素主要是为了保证淬透性，提高钢的抗回火性，还应使马氏体转变温度降低得最少，以减少淬火裂纹和焊接裂纹。低还应使马氏体转变温度降低得最少，以减少淬火裂纹和焊接裂纹。低碳低合金调质钢中加入碳低合金调质钢中加入Cr、Ni、Mn、Mo、V、Nb、Ti、B等多种合等多种合金元素。金元素。上一页 下一页返回6.2低碳调质钢的焊接低碳调质钢的焊接6.2.2低碳调质钢的焊接性低碳调质钢的焊接性低碳调
35、质钢主要用于高强度的焊接结构制造，因此含碳量限制得较低，低碳调质钢主要用于高强度的焊接结构制造，因此含碳量限制得较低，在合金成分的设计上也都考虑到了焊接性的要求。所以焊接这类钢时在合金成分的设计上也都考虑到了焊接性的要求。所以焊接这类钢时的主要问题和工艺要求基本上与正火钢类似。但这类钢属于热处理强的主要问题和工艺要求基本上与正火钢类似。但这类钢属于热处理强化钢，对加热反应灵敏，因此在焊接中需要采取的防止焊接缺陷及热化钢，对加热反应灵敏，因此在焊接中需要采取的防止焊接缺陷及热影响区性能变化的措施，都比热轧及正火钢复杂些，具体见影响区性能变化的措施，都比热轧及正火钢复杂些，具体见表表6-4。6.2
36、.3低碳调质钢的焊接工艺低碳调质钢的焊接工艺上一页 下一页返回6.2低碳调质钢的焊接低碳调质钢的焊接前面已经讲过，这类钢的特点是含碳量低，因此淬火后的组织是强度前面已经讲过，这类钢的特点是含碳量低，因此淬火后的组织是强度和韧性都较高的低碳马氏体和韧性都较高的低碳马氏体+贝氏体，这对焊接是一个非常有利的因贝氏体，这对焊接是一个非常有利的因素，使有可能在一般电弧焊的条件下，获得性能与母材相近的热影响素，使有可能在一般电弧焊的条件下，获得性能与母材相近的热影响区。在焊接这类钢时要注意两个基本问题区。在焊接这类钢时要注意两个基本问题:一是要求在马氏体转变时的一是要求在马氏体转变时的冷却速度不能太快，使
37、马氏体有一冷却速度不能太快，使马氏体有一“自回火自回火”作用，以免冷裂纹的产作用，以免冷裂纹的产生生;二是要使二是要使800500之间的冷却速度大于产生脆性混合组织的临界之间的冷却速度大于产生脆性混合组织的临界速度。这两个问题是制定低碳低合金调质钢焊接工艺的主要依据。至速度。这两个问题是制定低碳低合金调质钢焊接工艺的主要依据。至于热影响区的软化问题，在采用小热输入焊接后就可基本解决。于热影响区的软化问题，在采用小热输入焊接后就可基本解决。1.焊前准备焊前准备对于对于 s 600 MPa的低碳低合金调质钢，焊缝布置与接头的应力集中的低碳低合金调质钢，焊缝布置与接头的应力集中程度都对接头质量有明显
38、的影响。程度都对接头质量有明显的影响。上一页 下一页返回6.2低碳调质钢的焊接低碳调质钢的焊接合理的接头设计应使应力集中系数尽可能小，且具有好的焊接可达性，合理的接头设计应使应力集中系数尽可能小，且具有好的焊接可达性，并便于焊后检验。为此，应避免将焊缝布置在断面突然变化的部位，并便于焊后检验。为此，应避免将焊缝布置在断面突然变化的部位，并要考虑施焊方便。一般来说，对接焊缝比角焊缝更为合理，因为后并要考虑施焊方便。一般来说，对接焊缝比角焊缝更为合理，因为后者应力集中系数大，并有明显的缺口效应者应力集中系数大，并有明显的缺口效应;同时，对接焊缝更便于进行同时，对接焊缝更便于进行射线或超声波探伤。坡
39、口形式以射线或超声波探伤。坡口形式以U形或形或V形为佳，单边形为佳，单边V形或形或J形坡口形坡口也可采用，但必须在工艺规程中注明要求两个坡口面必须完全焊透。也可采用，但必须在工艺规程中注明要求两个坡口面必须完全焊透。为了降低焊接应力，可采用双为了降低焊接应力，可采用双V形或双形或双U形坡口。强度较高的低碳低形坡口。强度较高的低碳低合金调质钢在焊缝成形不良时，在焊趾处将产生严重的应力集中。因合金调质钢在焊缝成形不良时，在焊趾处将产生严重的应力集中。因此，无论用何种形式的接头或坡口，都必须要求焊缝与母材交界处平此，无论用何种形式的接头或坡口，都必须要求焊缝与母材交界处平滑过渡。滑过渡。上一页 下一
40、页返回6.2低碳调质钢的焊接低碳调质钢的焊接低碳调质钢的坡口可以用气割切制，但切割边缘有硬化层，应通过加低碳调质钢的坡口可以用气割切制，但切割边缘有硬化层，应通过加热或机械加工消除之。板厚热或机械加工消除之。板厚100 mm时，切割前不需预热。板厚时，切割前不需预热。板厚100 mm时，应进行时，应进行100150预热。强度等级较高的钢，最好用机预热。强度等级较高的钢，最好用机械切割或等离子弧切割。械切割或等离子弧切割。2.焊接方法的选择焊接方法的选择调质状态下的钢材，只要加热温度超过了它的回火温度后，性能就会调质状态下的钢材，只要加热温度超过了它的回火温度后，性能就会发生变化。因此，焊接时由
41、于热的作用使热影响区强度和韧性的下降发生变化。因此，焊接时由于热的作用使热影响区强度和韧性的下降几乎是不可避免的。这个问题随着材料强度级别的提高，显得越来越几乎是不可避免的。这个问题随着材料强度级别的提高，显得越来越突出。突出。上一页 下一页返回6.2低碳调质钢的焊接低碳调质钢的焊接解决的办法解决的办法:一是采用焊后重新调质处理一是采用焊后重新调质处理;二是焊后不再进行调质处理，二是焊后不再进行调质处理，而是尽量限制焊接过程中热量对母材的作用。按规定，在焊而是尽量限制焊接过程中热量对母材的作用。按规定，在焊接接s 980MPa的调质钢时，必须采用钨极氩弧焊或电子束焊之类的的调质钢时，必须采用钨
42、极氩弧焊或电子束焊之类的焊接方法。对焊接方法。对s低于低于980 MPa的低碳低合金调质钢来说，焊条电弧焊、的低碳低合金调质钢来说，焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护焊和钨极氩弧焊等都能采用。但对埋弧焊、熔化极气体保护焊和钨极氩弧焊等都能采用。但对s 686MPa的钢来说，熔化极气体保护焊是最合适的工艺方法。的钢来说，熔化极气体保护焊是最合适的工艺方法。此外，如果一定要采用多丝埋弧焊和电渣焊等热输入很大、冷却速度此外，如果一定要采用多丝埋弧焊和电渣焊等热输入很大、冷却速度很低的焊接方法时，就必须进行焊后的调质处理。很低的焊接方法时，就必须进行焊后的调质处理。上一页 下一页返回6.2低碳调质钢的
43、焊接低碳调质钢的焊接3.焊接材料的选择焊接材料的选择低碳低合金调质钢焊后一般不再进行热处理，因此在选择焊接材料时，低碳低合金调质钢焊后一般不再进行热处理，因此在选择焊接材料时，要求所得到的焊缝金属在焊态下应具有接近于母材的力学性能。在特要求所得到的焊缝金属在焊态下应具有接近于母材的力学性能。在特殊情况下，如结构的刚度很大、冷裂纹很难避免时，必须选择比母材殊情况下，如结构的刚度很大、冷裂纹很难避免时，必须选择比母材强度稍低一些的材料作为填充金属。常见低碳调质钢的焊接材料见强度稍低一些的材料作为填充金属。常见低碳调质钢的焊接材料见表表6-5。焊接低碳调质钢时，氢的危害严重，必须严加控制。随着母材强
44、度的焊接低碳调质钢时，氢的危害严重，必须严加控制。随着母材强度的提高，焊条药皮中允许的含水量降低。如焊接提高，焊条药皮中允许的含水量降低。如焊接b850Mpa的钢所用的的钢所用的焊条，药皮中允许的含水量焊条，药皮中允许的含水量0.2%，而焊接，而焊接b980Mpa的钢，规定的钢，规定含水量不超过含水量不超过0.1%。因此，一般低氢型焊条在焊前必须按规定进行。因此，一般低氢型焊条在焊前必须按规定进行烘焙，烘干后放置在保温筒内。烘焙，烘干后放置在保温筒内。上一页 下一页返回6.2低碳调质钢的焊接低碳调质钢的焊接4.焊接参数的确定焊接参数的确定(1)焊接热输入焊接热输入从保证不出现裂纹的角度出发，在
45、满足热影响区韧性的条件下，热输从保证不出现裂纹的角度出发，在满足热影响区韧性的条件下，热输入应尽可能选择得大一些。一般先通过实践确定每种钢的热输入最大入应尽可能选择得大一些。一般先通过实践确定每种钢的热输入最大允许值，然后再根据最大热输入时的冷裂倾向来考虑是否需要预热和允许值，然后再根据最大热输入时的冷裂倾向来考虑是否需要预热和预热温度的大小。预热温度的大小。(2)预热温度预热温度预热的目的主要是防止冷裂，对改善组织没有明显作用。为了防止高预热的目的主要是防止冷裂，对改善组织没有明显作用。为了防止高温时冷却速度过低而产生脆性组织，预热温度不宜过高，一般不超过温时冷却速度过低而产生脆性组织，预热
46、温度不宜过高，一般不超过200。预热温度过高，将使韧性下降。预热温度过高，将使韧性下降。上一页 下一页返回6.2低碳调质钢的焊接低碳调质钢的焊接(3)焊后热处理焊后热处理实践证明，为了防止焊件脆断而进行的消除应力处理对这类钢来说是实践证明，为了防止焊件脆断而进行的消除应力处理对这类钢来说是没有必要的。而且缺口韧性试验结果表明，在没有必要的。而且缺口韧性试验结果表明，在510 690范围内进行范围内进行热处理，会损害焊缝和热影响区的韧性。消除应力处理时的冷却速度热处理，会损害焊缝和热影响区的韧性。消除应力处理时的冷却速度越低，损害韧性的程度越严重。另外，这类钢材中有的还具有再热裂越低，损害韧性的
47、程度越严重。另外，这类钢材中有的还具有再热裂纹的倾向。因此，一般情况下不采取消除应力处理，只有在要求耐应纹的倾向。因此，一般情况下不采取消除应力处理，只有在要求耐应力腐蚀的焊件中才采用。为了保证材料的强度，消除应力处理的温度力腐蚀的焊件中才采用。为了保证材料的强度，消除应力处理的温度应该比钢材原来的回火温度低应该比钢材原来的回火温度低30左右。左右。上一页返回6.3中碳调质钢的焊接中碳调质钢的焊接6.3.1概述概述中碳调质钢中，通常碳含量介于中碳调质钢中，通常碳含量介于0.25%0.50%之间，由于提高了碳之间，由于提高了碳的含量，屈服强度有了明显提高。但随着含碳量的增加，韧性和塑性的含量，屈
48、服强度有了明显提高。但随着含碳量的增加，韧性和塑性急剧降低。为此，一般将碳的质量分数控制在急剧降低。为此，一般将碳的质量分数控制在0.30%0.40%的范围的范围内。中碳调质钢的屈服强度可达内。中碳调质钢的屈服强度可达9001200 Mpa，合金元素含量不高，合金元素含量不高，合金系统比某些低碳低合金调质钢还要简单些。合金系统比某些低碳低合金调质钢还要简单些。由于中碳调质钢随着含碳量的增加，使其淬硬性和热处理强化效果均由于中碳调质钢随着含碳量的增加，使其淬硬性和热处理强化效果均高于低碳调质钢，但韧性则比低碳调质钢要差。高的碳当量和淬硬倾高于低碳调质钢，但韧性则比低碳调质钢要差。高的碳当量和淬硬
49、倾向也给焊接造成较大困难，故一般不推荐用于焊接结构，除非是一些向也给焊接造成较大困难，故一般不推荐用于焊接结构，除非是一些高负载、大截面重要机械零件和需要减轻自重的高强度结构，如汽轮高负载、大截面重要机械零件和需要减轻自重的高强度结构，如汽轮机、喷气涡轮机叶轮，主轴、火箭壳体和飞机起落架等的制造。机、喷气涡轮机叶轮，主轴、火箭壳体和飞机起落架等的制造。下一页返回6.3中碳调质钢的焊接中碳调质钢的焊接中碳调质钢大致可以归纳为下列几种类型中碳调质钢大致可以归纳为下列几种类型:(1)Cr钢钢40Cr是一种是一种Cr钢，钢，Cr含量含量1.5%时能有效地提高钢的淬透性，继续时能有效地提高钢的淬透性，继
50、续增加含增加含Cr量无实际意义。量无实际意义。Cr含量含量1%时，对钢的塑性、韧性略有提高。时，对钢的塑性、韧性略有提高。Cr含量大于约含量大于约2%时，对塑性影响不大，但会略使冲击韧度下降。时，对塑性影响不大，但会略使冲击韧度下降。Cr能增加低温或高温的回火稳定性，能增加低温或高温的回火稳定性，Cr钢有回火脆性。钢有回火脆性。40Cr是一种广泛是一种广泛应用的应用的Cr调质钢。它具有良好的综合力学性能和较高的淬透性，调质钢。它具有良好的综合力学性能和较高的淬透性，具有较高的疲劳强度，常用于制造较重要的、在交变载荷下工作的零具有较高的疲劳强度，常用于制造较重要的、在交变载荷下工作的零件，如焊接