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1、会计学1热轧及正火钢的焊接热轧及正火钢的焊接(hnji)工艺要点工艺要点第一页，共63页。碳钢及低合金碳钢及低合金(hjn)钢按化学成分分类为钢按化学成分分类为(GB/T13304-1991标准标准)：非合金：非合金(hjn)钢即碳素钢、低合金钢即碳素钢、低合金(hjn)钢和合金钢和合金(hjn)钢三类，应用最广泛应钢三类，应用最广泛应用的是碳素钢用的是碳素钢(简称碳钢简称碳钢)。碳钢中除以碳作为主要合金。碳钢中除以碳作为主要合金(hjn)元素外，还有元素外，还有硅硅(Si0.5%)、锰、锰(Mn0.8%)及不可避免的硫、磷等杂质。低合金及不可避免的硫、磷等杂质。低合金(hjn)钢是在碳钢基础
2、上加入少量合金钢是在碳钢基础上加入少量合金(hjn)元素发展起来的钢种，一般其主要合元素发展起来的钢种，一般其主要合金金(hjn)元素含量在元素含量在2%以下，或者各种合金以下，或者各种合金(hjn)元素的总量达到元素的总量达到3%5%。第1页/共63页第二页，共63页。1 1 低碳钢的焊接低碳钢的焊接(hnji)(hnji)碳钢的性能主要取决于碳含量碳钢的性能主要取决于碳含量碳钢的性能主要取决于碳含量碳钢的性能主要取决于碳含量(hnling)(hnling)，碳含量，碳含量，碳含量，碳含量(hnling)(hnling)与焊接性及组织和性与焊接性及组织和性与焊接性及组织和性与焊接性及组织和性
3、能的关系见图能的关系见图能的关系见图能的关系见图1-11-1和表和表和表和表1-11-1。图1-1 碳钢碳含量与马氏体量和最大硬度的关系(C)/%Hardnessmax HRC第2页/共63页第三页，共63页。名称碳含量典型硬度典型用途焊接性低碳钢0.15%60HRB特殊板和型材薄板、带材和焊丝优0.15%0.25%90HRB结构用型材、板材和棒材良中碳钢0.25%0.60%25HRC机械部件和工具中(通常需要预热，推荐使用低氢焊接方法)高碳钢0.60%1.0040HRC弹簧、模具和钢轨劣(须低氢焊接方法、预热和后热)表表1-1 各类碳钢的焊接各类碳钢的焊接(hnji)性性第3页/共63页第四
4、页，共63页。1.1 碳钢的分类碳钢的分类(fn li)及焊接性及焊接性uu按含碳量分按含碳量分按含碳量分按含碳量分 大致分成表大致分成表大致分成表大致分成表1-11-11-11-1所列的低碳钢、中碳钢和高碳钢三类所列的低碳钢、中碳钢和高碳钢三类所列的低碳钢、中碳钢和高碳钢三类所列的低碳钢、中碳钢和高碳钢三类 。uu按品质按品质按品质按品质(pnzh)(pnzh)(pnzh)(pnzh)分分分分 主要以有害杂质硫、磷等含量来划分：普通碳素钢主要以有害杂质硫、磷等含量来划分：普通碳素钢主要以有害杂质硫、磷等含量来划分：普通碳素钢主要以有害杂质硫、磷等含量来划分：普通碳素钢 S0.050%S0.0
5、50%S0.050%S0.050%，P0.045%P0.045%P0.045%P0.045%；优质碳素钢；优质碳素钢；优质碳素钢；优质碳素钢S0.035%S0.035%S0.035%S0.035%，P0.035%P0.035%P0.035%P0.035%；高；高；高；高级优质碳素钢级优质碳素钢级优质碳素钢级优质碳素钢S0.030%S0.030%S0.030%S0.030%，P0.035%P0.035%P0.035%P0.035%。uu按脱氧程度分按脱氧程度分按脱氧程度分按脱氧程度分 不完全脱氧的沸腾钢；彻底脱氧的镇静钢；介于沸腾钢不完全脱氧的沸腾钢；彻底脱氧的镇静钢；介于沸腾钢不完全脱氧的沸腾
6、钢；彻底脱氧的镇静钢；介于沸腾钢不完全脱氧的沸腾钢；彻底脱氧的镇静钢；介于沸腾钢和镇静钢之间的半镇静钢。和镇静钢之间的半镇静钢。和镇静钢之间的半镇静钢。和镇静钢之间的半镇静钢。uu按用途分按用途分按用途分按用途分 结构钢和工具钢结构钢和工具钢结构钢和工具钢结构钢和工具钢第4页/共63页第五页，共63页。碳钢的焊接性随含碳量增加而恶化碳钢的焊接性随含碳量增加而恶化，焊接高碳钢时，可以通过预热或加大焊，焊接高碳钢时，可以通过预热或加大焊接线能量减缓冷却速度，以减少接线能量减缓冷却速度，以减少(jinsho)马氏体含量。选择焊接材料方面，马氏体含量。选择焊接材料方面，除了在成分和性能上须与母材匹配外
7、，也应避免硫、磷等有害元素从焊接材料除了在成分和性能上须与母材匹配外，也应避免硫、磷等有害元素从焊接材料中带入焊缝金属中来。焊接碳含量高于中带入焊缝金属中来。焊接碳含量高于0.15%的碳素钢时，须注意减少的碳素钢时，须注意减少(jinsho)氢的来源。氢的来源。焊接碳钢时产生裂纹的力学原因是结构的拘束应力和不均衡的热应力，应针焊接碳钢时产生裂纹的力学原因是结构的拘束应力和不均衡的热应力，应针对其含碳量不同而采取相应的工艺措施。低碳钢应着重注意防止结构拘束应力对其含碳量不同而采取相应的工艺措施。低碳钢应着重注意防止结构拘束应力和不均衡的热应力所引起的裂纹；高碳钢除了防止因这些应力引起的裂纹外，和
8、不均衡的热应力所引起的裂纹；高碳钢除了防止因这些应力引起的裂纹外，还要特别注意防止因淬硬而引起的裂纹。还要特别注意防止因淬硬而引起的裂纹。第5页/共63页第六页，共63页。低碳钢的性能低碳钢的性能(xngnng)(xngnng)低碳钢的含碳量低低碳钢的含碳量低(0.25%)，Mn和和Si含量也较少，因此淬硬倾含量也较少，因此淬硬倾向不大，是焊接向不大，是焊接(hnji)性最好的钢种。性最好的钢种。除除C、Mn、Si外，碳钢中的外，碳钢中的S、P、O、N等杂质元素对其力学性等杂质元素对其力学性能、焊接能、焊接(hnji)接头的冷裂纹、热裂纹和时效脆化敏感性有一定接头的冷裂纹、热裂纹和时效脆化敏感
9、性有一定影响通用低碳钢的力学性能如表影响通用低碳钢的力学性能如表2-2。第6页/共63页第七页，共63页。牌号等级拉伸试验（不小于）冲击试验冷弯试验180,B=2a屈服点s/MPa抗拉强度b/MPa延伸率5/%温度/夏比V形缺口冲击吸收功(纵向)/J弯心直径d纵向试样横向试样Q1951953154303300.5a Q215A215335410310.5a aB2027Q235A23537050026a1.5a B2027C0D-20Q275A275410540221.5a 2a B2027C0D-20Q245R245400520250311.5a(20g,20R)表1-2 低碳钢的力学性能
10、第7页/共63页第八页，共63页。低碳钢对焊接方法的选择无特殊要求，可根据材料厚度、产品结构、低碳钢对焊接方法的选择无特殊要求，可根据材料厚度、产品结构、使用性能要求及生产条件等选择。使用性能要求及生产条件等选择。焊条电弧焊、埋弧焊、焊条电弧焊、埋弧焊、CO2气体保护焊是热轧及正火钢常用的焊接方气体保护焊是热轧及正火钢常用的焊接方法。法。在压力容器、锅炉制造及电站在压力容器、锅炉制造及电站(din zhn)安装工程中，还常用到窄间安装工程中，还常用到窄间隙埋弧焊、窄间隙自动隙埋弧焊、窄间隙自动MIG全位置焊、全位置焊、TIG焊封底背面成形工艺及多头焊封底背面成形工艺及多头MIG焊等比较先进的焊
11、接工艺方法。焊等比较先进的焊接工艺方法。第8页/共63页第九页，共63页。焊接焊接(hnji)材料的选择材料的选择 焊接焊接(hnji)材料选用的基本原则是保证焊缝和母材等强焊材料选用的基本原则是保证焊缝和母材等强焊接接(hnji)。钢号焊条电弧焊(焊条型号)埋弧焊CO2焊一般结构焊接动载荷、复杂与厚板结构、重要受压容器和低温下焊接焊丝牌号焊剂牌号焊丝牌号Q235(A3)E4303、E4313E4301、E4320、E4300E4315、E4316(E5015、E5016)H08AHJ430HJ431H08Mn2SiH08Mn2SiAQ275E5015、E5016E5015、E5016H08M
12、nAQ245R(20g,20R)E4301、E4303E4315、E4316(E5015、E5016)H08MnA表表1-3 低碳钢常用低碳钢常用(chn yn)的焊接材料的焊接材料第9页/共63页第十页，共63页。S、P含量含量 目前随着冶金水平的提高，母材中的目前随着冶金水平的提高，母材中的S、P含量不断降含量不断降低。但对焊接材料中，由于矿物原材料和铁合金中的低。但对焊接材料中，由于矿物原材料和铁合金中的S、P含量难以含量难以再进一步降低，导致焊缝中的硫磷含量远高于母材，影响着或导致再进一步降低，导致焊缝中的硫磷含量远高于母材，影响着或导致焊缝与母材的性能差别进一步加大，尤其是要求硫化氢
13、腐蚀焊缝与母材的性能差别进一步加大，尤其是要求硫化氢腐蚀(fsh)或或要求低温冲击韧度的接头。对于重要结构和重要行业使用的超低硫要求低温冲击韧度的接头。对于重要结构和重要行业使用的超低硫磷碳钢母材的焊接，限制焊接材料的原材料中磷碳钢母材的焊接，限制焊接材料的原材料中S、P含量尤为必要和含量尤为必要和重要。重要。焊接焊接(hnji)材料的选择材料的选择 第10页/共63页第十一页，共63页。惰性气体保护焊惰性气体保护焊(TIG、MIG)焊接低碳钢的成本较高，一般用于质量焊接低碳钢的成本较高，一般用于质量要求比较高的焊接结构或特殊焊缝。沸腾钢或半镇静钢焊接时，应选用要求比较高的焊接结构或特殊焊缝。
14、沸腾钢或半镇静钢焊接时，应选用有脱氧能力的焊丝作填充金属有脱氧能力的焊丝作填充金属(jnsh)，如，如H08Mn2SiA等。等。二氧化碳气体保护焊用焊丝分实心焊丝和药芯焊丝两大类。焊接低碳二氧化碳气体保护焊用焊丝分实心焊丝和药芯焊丝两大类。焊接低碳钢用的实心焊丝目前主要有钢用的实心焊丝目前主要有H08Mn2Si和和H08Mn2SiA两种；药芯焊丝主两种；药芯焊丝主要是钛钙型渣系和低氢型渣系两类，药芯焊丝中又分气保护、自保护和要是钛钙型渣系和低氢型渣系两类，药芯焊丝中又分气保护、自保护和其他方式保护等几种其他方式保护等几种 焊接材料焊接材料(cilio)的选择的选择 第11页/共63页第十二页，
15、共63页。表1-4 低碳钢不同结构的预热(y r)温度板厚/mm管道、容器结构板厚/mm梁、柱、桁架结构16T-30时，不预热T-30时，预热10015030T-30时，不预热T-30时，预热1001501730T-20时，不预热T-20时，预热1001503150T-10时，不预热T-10时，预热1001503040T-10时，不预热T-10时，预热1001505170T0时，不预热T0时，预热1001504150T0时，不预热T0时，预热100150 为防止为防止HAZ粗晶脆化，应防止过大的焊接线能量。焊接刚性大的构件时，粗晶脆化，应防止过大的焊接线能量。焊接刚性大的构件时，宜采取焊前预热
16、和焊后消除应力的措施。预热温度可根据宜采取焊前预热和焊后消除应力的措施。预热温度可根据(gnj)实验经验和实实验经验和实验结果确定，不同产品的预热温度有所不同，见表验结果确定，不同产品的预热温度有所不同，见表2-4。第12页/共63页第十三页，共63页。2 低合金结构钢的焊接低合金结构钢的焊接(hnji)合金结构钢合金结构钢 在碳素钢基础在碳素钢基础(jch)上加入一定量的合金元上加入一定量的合金元素即构成合金结构钢。合金结构钢具有优良的综合性能，是素即构成合金结构钢。合金结构钢具有优良的综合性能，是焊接结构中用量最大的一类工程材料。合金结构钢的主要特焊接结构中用量最大的一类工程材料。合金结构
17、钢的主要特点是强度高，韧性、塑性和焊接性也较好，广泛用于压力容点是强度高，韧性、塑性和焊接性也较好，广泛用于压力容器、工程机械、石油化工、桥梁、船舶制造和其他钢结构。器、工程机械、石油化工、桥梁、船舶制造和其他钢结构。第13页/共63页第十四页，共63页。低合金结构钢中合金元素总的质量分数低合金结构钢中合金元素总的质量分数(fnsh)一般一般不超过不超过5%，以提高钢的强度并保证具有一定的塑性和韧性。，以提高钢的强度并保证具有一定的塑性和韧性。合金元素总的质量分数合金元素总的质量分数(fnsh)为为5%10%的称为中合金的称为中合金钢，大于钢，大于10%的称为高合金钢。焊接生产中常用的一些合的
18、称为高合金钢。焊接生产中常用的一些合金结构钢大致可分为两大类：是强度用钢和专用钢金结构钢大致可分为两大类：是强度用钢和专用钢。国内外常见的合金结构钢的牌号见表国内外常见的合金结构钢的牌号见表2-6。第14页/共63页第十五页，共63页。表表2-6 国内外常用国内外常用(chn yn)合金结构钢合金结构钢2.1 合金合金(hjn)结构钢的种类结构钢的种类第15页/共63页第十六页，共63页。热轧及正火钢热轧及正火钢 屈服强度为屈服强度为295490MPa，在热轧或正火状态下使用，属于非调，在热轧或正火状态下使用，属于非调质钢、热处理强化钢。正火钢主要是靠加入的合金元素，在正火条件下通过沉质钢、热
19、处理强化钢。正火钢主要是靠加入的合金元素，在正火条件下通过沉淀强化和细化晶粒来提高强度和保证韧性的。强度要求越高，所需加入的合金淀强化和细化晶粒来提高强度和保证韧性的。强度要求越高，所需加入的合金元素越多。微合金化控轧钢、焊接无裂纹的元素越多。微合金化控轧钢、焊接无裂纹的CF钢、抗层状撕裂钢、抗层状撕裂(s li)的的Z向钢向钢等就其本质而言与正火钢类似，因此属于这类钢的分支等就其本质而言与正火钢类似，因此属于这类钢的分支 热轧及正火钢热轧及正火钢 把钢锭加热到把钢锭加热到1300左右，经热轧成板材左右，经热轧成板材(bn ci)，然后空冷后即成为热轧钢；钢板轧制和冷却后，然后空冷后即成为热轧
20、钢；钢板轧制和冷却后，再加热到再加热到900附近，然后在大气中冷却称为正火钢。附近，然后在大气中冷却称为正火钢。第16页/共63页第十七页，共63页。低碳调质钢低碳调质钢 屈服强度为屈服强度为490980MPa，在淬火，在淬火-回火的调质状态下回火的调质状态下供货使用，属于调质钢、热处理强化钢。供货使用，属于调质钢、热处理强化钢。特点：含碳量较低特点：含碳量较低(0.22%)，高的强度，良好的塑性和韧性，可以，高的强度，良好的塑性和韧性，可以直接在调质状态下进行焊接，焊后不需进行调质处理直接在调质状态下进行焊接，焊后不需进行调质处理；调质钢通过；调质钢通过调质处理，充分地发挥调质处理，充分地发
21、挥(fhu)了合金元素的作用，因此只要添加少了合金元素的作用，因此只要添加少量的合金元素就能通过淬火和回火来获得回火马氏体或贝氏体，提高量的合金元素就能通过淬火和回火来获得回火马氏体或贝氏体，提高了强度，保证了韧性了强度，保证了韧性 不足：生产较麻烦，热成形、焊后热处理的温度及焊接线能量等的确不足：生产较麻烦，热成形、焊后热处理的温度及焊接线能量等的确定，都受到软化问题的限制定，都受到软化问题的限制 第17页/共63页第十八页，共63页。中碳调质钢中碳调质钢 屈服强度一般屈服强度一般(ybn)在在8801176MPa以上，钢以上，钢中含碳量较高中含碳量较高(碳的质量分数为碳的质量分数为0.25
22、0.5%)，也属于调质钢、，也属于调质钢、热处理强化钢。淬硬性比低碳调质钢高得多，具有很高的硬热处理强化钢。淬硬性比低碳调质钢高得多，具有很高的硬度和强度，但韧性相对较低，焊接困难。这类钢常用于强度度和强度，但韧性相对较低，焊接困难。这类钢常用于强度要求很高的产品或部件，如火箭发动机壳体、飞机起落架等。要求很高的产品或部件，如火箭发动机壳体、飞机起落架等。这类钢经常需要在退火状态下进行焊接，然后再通过整体热这类钢经常需要在退火状态下进行焊接，然后再通过整体热处理来达到所需的强度和硬度。处理来达到所需的强度和硬度。第18页/共63页第十九页，共63页。2.2低合金结构钢的分类(fn li)及应用
23、 根据利用焊接来制造金属结构的低合金结构钢分，可以分为强度用结构钢和专业用结构钢两大类。低合金结构钢的分类(fn li)见图 4-3-1。图4-3-1 低合金结构钢的分类(fn li)第19页/共63页第二十页，共63页。一、低合金高强度用结构钢一、低合金高强度用结构钢 低合金高强度结构钢又称为低合低合金高强度结构钢又称为低合金高强度钢、普通低合金钢或金高强度钢、普通低合金钢或普低钢。普低钢。（一）低合金高强度用结构钢简（一）低合金高强度用结构钢简介介 强度钢是在碳钢基础上添加不强度钢是在碳钢基础上添加不超过超过5%的合金元素的钢。这类的合金元素的钢。这类钢的主要特点是：强度高、塑钢的主要特点
24、是：强度高、塑性韧性好，焊接和其它加工性性韧性好，焊接和其它加工性能能(xngnng)好。好。强度钢是以钢材屈服强度大小强度钢是以钢材屈服强度大小分类的，目前我国应用最多的分类的，目前我国应用最多的低合金高强度钢其屈服强度在低合金高强度钢其屈服强度在300600 MPa之间。之间。第20页/共63页第二十一页，共63页。（二）低合金高强度用结构钢1.低合金高强度结构钢分类 （1）按屈服点等级分类，可分为Q295、Q345、Q390、Q420和Q460五种。（2）按质量等级分类，可分为A、B、C、D、E五级，其中(qzhng)，A级没有冲击韧度指标的要求，ws和wp均不大于0.045%；B、C、
25、D、E级有冲击韧度指标的要求，其中(qzhng)，B级ws和wp均不大于0.040%，E级ws和wp均不大于0.025%。具体数据见低合金高强度结构钢(GB/T1591-1994)。第21页/共63页第二十二页，共63页。Q295 09MnV、09MnNb、09Mn2、12Mn等。Q345 12MnV、14MnNb、16Mn2、12MnRe、18Nb等。Q390 15MnV、15MnTi、16MnNb等。Q42015MnVN、14MnVTiRe等。强度更高 14MnMoNb、14MnMoV、14MnMoVB等。第22页/共63页第二十三页，共63页。（3）按热处理状态分类。）按热处理状态分类。
26、可分为热轧及正火钢、低碳调可分为热轧及正火钢、低碳调质钢和中碳调质钢。质钢和中碳调质钢。热轧、正火钢：屈服点为热轧、正火钢：屈服点为295490MPa的低合金高强度钢，的低合金高强度钢，在热轧或正火状态下使用，属在热轧或正火状态下使用，属于非热处理强化于非热处理强化(qinghu)钢，钢，包括微合金化控轧钢、焊接无包括微合金化控轧钢、焊接无裂纹钢和抗层状撕裂钢。裂纹钢和抗层状撕裂钢。这类钢广泛应用于常温下工作这类钢广泛应用于常温下工作的各种焊接结构，如压力容器、的各种焊接结构，如压力容器、动力设备、工程机械、桥梁、动力设备、工程机械、桥梁、建筑结构和管线等。建筑结构和管线等。第23页/共63页
27、第二十四页，共63页。低碳调质钢：屈服点为490980MPa，在调质（淬火+高温回火）状态下供货使用，属于热处理强化钢。其特点是含碳量较低（碳的质量分数一般低于0.22%）、合金元素总量低于5%，既有高的强度(qingd)，又有良好的塑性和韧性，可以直接在调质状态下进行焊接，焊后也不需进行调质处理。这类钢主要用于大型机械工程、压力容器及舰船等。第24页/共63页第二十五页，共63页。中碳调质钢:屈服点一般在8801176MPa或以上，钢中含碳量比低碳调质钢高（碳的质量分数为0.25%0.5%），也属于热处理强化钢。其淬硬性比低碳调质钢高很多，具有很高的强度和硬度，但韧性(rn xn)较低，给焊
28、接带来很大的困难，因此一般是在退火状态下焊接，焊后再进行整体热处理来达到所要求的强度和硬度。这类钢主要用于强度要求很高的产品或部件，如飞机起落架、火箭发动机壳体等。第25页/共63页第二十六页，共63页。2.3 2.3 热轧热轧(r zh)(r zh)及正火钢的焊及正火钢的焊接性分析接性分析 对于热轧及正火钢来说主要是各类裂纹的问题及焊接时材料性能的对于热轧及正火钢来说主要是各类裂纹的问题及焊接时材料性能的脆化问题脆化问题。冷裂纹冷裂纹 从材料本身考虑，淬硬组织从材料本身考虑，淬硬组织(马氏体或马氏体或M+B+F混合组织，对氢混合组织，对氢致裂纹敏感致裂纹敏感)是引起冷裂纹的决定性因素。而产生
29、是引起冷裂纹的决定性因素。而产生B或或B+F组织时，对氢组织时，对氢致裂纹不敏感。致裂纹不敏感。热轧钢含有少量的合金元素，淬硬倾向必然要比低碳钢的大一些热轧钢含有少量的合金元素，淬硬倾向必然要比低碳钢的大一些(yxi)。而且随钢材强度级别的提高，合金元素的增加，它的淬硬倾向也在逐。而且随钢材强度级别的提高，合金元素的增加，它的淬硬倾向也在逐渐增大渐增大。第26页/共63页第二十七页，共63页。Q345在连续冷却时，珠光体转变右移较多，使快冷过程在连续冷却时，珠光体转变右移较多，使快冷过程中中(如图如图2-4上上c点以左点以左)铁素体析出后，剩下的富碳奥氏体来不铁素体析出后，剩下的富碳奥氏体来不
30、及转变为珠光体，最后转变为含碳较高的贝氏体和马氏体，并及转变为珠光体，最后转变为含碳较高的贝氏体和马氏体，并且得到全部马氏体的临界冷却速度较低碳钢时要小。显然且得到全部马氏体的临界冷却速度较低碳钢时要小。显然Q345(16Mn)的淬硬倾向比低碳钢的大。可近似的淬硬倾向比低碳钢的大。可近似(jn s)地根据地根据图图2-4中的冷却曲线中的冷却曲线R10和图和图2-2中的冷却曲线中的冷却曲线No.4估计出厚板手估计出厚板手弧焊时热影响区过热区的组织状态弧焊时热影响区过热区的组织状态 第27页/共63页第二十八页，共63页。图图2-4热轧钢热轧钢(zh gng)(Q345和低碳钢的焊接连续冷却组织转
31、变图和低碳钢的焊接连续冷却组织转变图(SHCCT)11t/sT/热轧热轧(r zh)及正火钢的焊接性分析及正火钢的焊接性分析第28页/共63页第二十九页，共63页。冷裂敏感性冷裂敏感性 一般随强度提高而增加一般随强度提高而增加 屈服屈服(qf)强度为强度为294392MPa热轧钢的碳当量一般都小于热轧钢的碳当量一般都小于0.4%，焊接性，焊接性良好，除钢板厚度很大和环境温度很低等情况外，一般不需要预热和严格良好，除钢板厚度很大和环境温度很低等情况外，一般不需要预热和严格控制焊接线能量控制焊接线能量 碳当量碳当量CE=0.4%0.6%时钢的淬硬倾向逐渐增加，属于有淬硬倾向的钢时钢的淬硬倾向逐渐增
32、加，属于有淬硬倾向的钢焊接时为避免冷裂的产生，需要采取较严格的工艺措施，如严格控制线能焊接时为避免冷裂的产生，需要采取较严格的工艺措施，如严格控制线能量、预热和焊后热处理等。量、预热和焊后热处理等。热轧及正火钢的焊接热轧及正火钢的焊接(hnji)性分析性分析第29页/共63页第三十页，共63页。表表2-9 几种焊接结构钢的碳当量及热影响几种焊接结构钢的碳当量及热影响(yngxing)区最高硬度允许值区最高硬度允许值钢种相当国产钢种Pcm(%)CE(IIW)(%)最大硬度HV非调质调质非调质调质非调质调质HW36Q3450.24850.4150390HW40Q3900.24130.3993400
33、HW45Q4200.30910.4943410380(正火)HW5014MnMoV0.28500.5117420390(正火)HW5618MnMoNb0.33560.5782420(正火)HW6312Ni3CrMoV0.27870.6693435HW7014MnMoNbB0.26580.4593450HW8014Ni2CrMnMoVCuB0.33460.6794470HW9014Ni2CrMnMoVCuN0.32460.6794480第30页/共63页第三十一页，共63页。热裂纹热裂纹 从热轧钢和正火钢的成分看，一般含碳量都较低，而含从热轧钢和正火钢的成分看，一般含碳量都较低，而含Mn量都较高
34、。量都较高。它们的它们的Mn/S比都能达到要求，具有较好的抗热裂性能，正常情况下焊缝比都能达到要求，具有较好的抗热裂性能，正常情况下焊缝(hn fn)中不会出现热裂纹。但当材料成分不合格，或因严重偏析使局部中不会出现热裂纹。但当材料成分不合格，或因严重偏析使局部C、S含量偏高时，含量偏高时，Mn/S就可能低于要求而出现热裂纹。焊缝就可能低于要求而出现热裂纹。焊缝(hn fn)中的碳含量中的碳含量越高，要求越高，要求Mn/S也提高。当也提高。当co=0.12%时，时，Mn/S不应低于不应低于10；而；而c=0.16%时，时，Mn/S就应大于就应大于40才能不出现热裂纹。才能不出现热裂纹。Si的有
35、害作用也与促使的有害作用也与促使S的偏析有关。的偏析有关。热轧及正火钢的焊接热轧及正火钢的焊接(hnji)性分析性分析第31页/共63页第三十二页，共63页。再热裂纹再热裂纹 焊接结构在进行焊后消除应力热处理或焊后高温加热焊接结构在进行焊后消除应力热处理或焊后高温加热(包括长期高温使用包括长期高温使用)的过程中易出现的过程中易出现(chxin)再热裂纹再热裂纹(或称或称SR裂纹裂纹)。含。含Mo正火钢厚壁压力容器之类的焊接结构可能会出正火钢厚壁压力容器之类的焊接结构可能会出现现(chxin)再热裂纹；在再热裂纹；在C-Mn和和Mn-Si系的热轧钢中由于不系的热轧钢中由于不含强碳化物形成元素，再
36、热裂纹不敏感；正火钢中一些含有强含强碳化物形成元素，再热裂纹不敏感；正火钢中一些含有强碳化物形成元素的钢材也不一定会产生再热裂纹，这与合金系碳化物形成元素的钢材也不一定会产生再热裂纹，这与合金系统有很大关系统有很大关系。第32页/共63页第三十三页，共63页。层状撕裂层状撕裂 大型厚板焊接结构大型厚板焊接结构(如海洋工程、锅炉吊架、核反应堆及船舶等如海洋工程、锅炉吊架、核反应堆及船舶等)焊焊接时，如果在钢材厚度方向承受较大的拉伸应力时，可能沿钢材轧制方向发接时，如果在钢材厚度方向承受较大的拉伸应力时，可能沿钢材轧制方向发生呈明显阶梯状的层状撕裂。生呈明显阶梯状的层状撕裂。合理选择合理选择(xu
37、nz)层状撕裂敏感性小的钢材、改善接头形式以减轻钢板层状撕裂敏感性小的钢材、改善接头形式以减轻钢板Z向向所承受的应力应变、在满足产品使用要求前提下选用强度级别较低的焊接材所承受的应力应变、在满足产品使用要求前提下选用强度级别较低的焊接材料以及采用预热及降氢等辅助措施，有利于防止层状撕裂的发生。料以及采用预热及降氢等辅助措施，有利于防止层状撕裂的发生。热轧热轧(r zh)及正火钢的焊接性分析及正火钢的焊接性分析第33页/共63页第三十四页，共63页。焊接热影响区性能的变化焊接热影响区性能的变化 热轧和正火钢焊接主要为过热区的脆化；低合金钢热轧和正火钢焊接主要为过热区的脆化；低合金钢中可能出现热应
38、变脆化。中可能出现热应变脆化。过热区脆化过热区脆化(T1200)热轧钢热轧钢(zh gng)焊接时可能产生过热区脆化的两焊接时可能产生过热区脆化的两种情况：采用过大的焊接线能量，粗晶区将因晶粒长大或出现魏氏组织而降低种情况：采用过大的焊接线能量，粗晶区将因晶粒长大或出现魏氏组织而降低韧性；焊接线能量过小，粗晶区中马氏体组织所占的比例增大而降低韧性（含韧性；焊接线能量过小，粗晶区中马氏体组织所占的比例增大而降低韧性（含碳量较高）图碳量较高）图2-5。第34页/共63页第三十五页，共63页。组织脆化组织脆化 过热区温度很高过热区温度很高(接近于熔点接近于熔点)，奥氏体晶粒的显著长大，增，奥氏体晶粒
39、的显著长大，增加了奥氏体本身的稳定性，随着钢材成分的不同以及所采用的焊接线能加了奥氏体本身的稳定性，随着钢材成分的不同以及所采用的焊接线能量量(nngling)不同，冷却过程中可能发生一系列不利的组织转变，如魏不同，冷却过程中可能发生一系列不利的组织转变，如魏氏体、粗大的马氏体以及塑性很低的混合组织氏体、粗大的马氏体以及塑性很低的混合组织(即铁素体、高碳马氏体、即铁素体、高碳马氏体、贝氏体的混合组织贝氏体的混合组织)和和M-A组元；一些难熔质点组元；一些难熔质点(如碳化物、氮化物如碳化物、氮化物)的溶的溶入，在冷却过程中来不及析出而使材料变脆。入，在冷却过程中来不及析出而使材料变脆。第35页/
40、共63页第三十六页，共63页。热轧及正火钢的焊接热轧及正火钢的焊接(hnji)(hnji)性分析性分析图图2-52-5几种钢的热影响区过热区几种钢的热影响区过热区CODCOD值与线能量的关系值与线能量的关系 (图中空心符号图中空心符号、为非解理断裂为非解理断裂)COD(mm)焊接线能量焊接线能量(kJ/cm)第36页/共63页第三十七页，共63页。焊接线能量的影响焊接线能量的影响 (图图2-7)当线能量为当线能量为16.5kJ/cm时的显微组织为时的显微组织为铁素体铁素体-马氏体，此时铁素体的显微硬度下降得比较大。从图马氏体，此时铁素体的显微硬度下降得比较大。从图2-7b可可以看出，随线能量的
41、增大，铁素体的显微硬度和材料的脆性都显著提以看出，随线能量的增大，铁素体的显微硬度和材料的脆性都显著提高，因此采用小线能量高，因此采用小线能量(可大大地缩短高温停留时间，抑制难熔的氮可大大地缩短高温停留时间，抑制难熔的氮化钛和碳化钛向奥氏体的溶入化钛和碳化钛向奥氏体的溶入)。若为了提高生产率采用大线能量，。若为了提高生产率采用大线能量，焊后需采用焊后需采用8001100 的正火处理的正火处理(chl)来改善韧性。来改善韧性。过热区脆化影响因素过热区脆化影响因素 焊接线能量焊接线能量(nngling)(影响高温停留时间和冷影响高温停留时间和冷却速度却速度)、钢材本身的类型和合金系统。、钢材本身的
42、类型和合金系统。第37页/共63页第三十八页，共63页。图图2-7 线能量线能量(nngling)对正火钢的对正火钢的HAZ性能影响性能影响 热轧及正火钢的焊接热轧及正火钢的焊接(hnji)性分析性分析（a）Q345HAZ组织组织ak9.8(J/cm2)HVE(kJ/cm)(b)线能量对线能量对15MnTiHAZ性能影响性能影响第38页/共63页第三十九页，共63页。合金元素对合金元素对HAZ韧性的影响韧性的影响 对于含碳量较高的钢对于含碳量较高的钢(0.24C-0.7Mn)来说，在来说，在-40时根本不存在高韧性区，低温韧性要求高时，应避免时根本不存在高韧性区，低温韧性要求高时，应避免选用含
43、碳量高的钢。选用含碳量高的钢。图图2-6(a)为为Q420(15MnVN)焊接过热区焊接过热区-40时冲击韧度和线能量的时冲击韧度和线能量的关系。从微观组织考虑，关系。从微观组织考虑，Q420(15MnVN)钢线能量大时过热区脆化钢线能量大时过热区脆化的主要原因的主要原因(yunyn)与与Q345(16Mn)基本相同，取决于组织中的基本相同，取决于组织中的M-A组元。组元。含含Ti钢钢(Q390(15MnTi)的脆化的脆化2-6(b)倾向与含倾向与含V钢钢(Q420(15MnVN)基本相似。在过热区由于温度高达接近熔点后，使氮化钛和碳化钛基本相似。在过热区由于温度高达接近熔点后，使氮化钛和碳化
44、钛等难熔质点都开始向奥氏体溶入，由于钛的扩散能力很低，即使在等难熔质点都开始向奥氏体溶入，由于钛的扩散能力很低，即使在大线能量条件下钛也来不及析出而保留在铁素体中，提高了铁素体大线能量条件下钛也来不及析出而保留在铁素体中，提高了铁素体的显微硬度和降低了材料的冲击韧度的原因的显微硬度和降低了材料的冲击韧度的原因(yunyn)。第39页/共63页第四十页，共63页。图 2-6 两种钢焊接过热区-40时冲击韧度和线能量(nngling)的关系(a)为Q420(15MnVN)焊接过热(脆化：M-A组元)区-40时冲击韧度和线能量(nngling)的关系。(b)为含Ti钢(Q390(15MnTi)的脆化
45、向热轧及正火钢的焊接热轧及正火钢的焊接(hnji)性分析性分析ak9.8(J/cm2)E(kJ/cm)（a）ak9.8(J/cm2)E(kJ/cm)（b）第40页/共63页第四十一页，共63页。热应变脆化热应变脆化 是由固溶氮引起的，在热和应变同时作用下产生的一种动是由固溶氮引起的，在热和应变同时作用下产生的一种动态应变时效，产生在焊接熔合区及最高加热温度低于态应变时效，产生在焊接熔合区及最高加热温度低于AC1的亚临界热影响的亚临界热影响区。为在区。为在200400时热应变脆化最为明显，当焊前已经存在缺口时，会使时热应变脆化最为明显，当焊前已经存在缺口时，会使亚临界热影响区的热应变脆化更为严重
46、。熔合区亚临界热影响区的热应变脆化更为严重。熔合区(常存在缺口性质的缺陷常存在缺口性质的缺陷)易于产生热应变脆化。易于产生热应变脆化。热应变脆化易于发生在一些固溶热应变脆化易于发生在一些固溶N含量含量(hnling)较高而强度级别不高的较高而强度级别不高的低合金钢中，如抗拉强度低合金钢中，如抗拉强度490MPa级的级的C-Mn钢。钢。在钢中加入足够量的氮化物形成元素在钢中加入足够量的氮化物形成元素(如如Al、Ti、V等等)，可以降低热应变，可以降低热应变脆化倾向脆化倾向(如：如：Q430、Q345)。消除热应变脆化的有效措施为焊后退火处理，可大幅度恢复韧性。如消除热应变脆化的有效措施为焊后退火
47、处理，可大幅度恢复韧性。如Q345经经6001h退火处理后，韧性大幅度提高，热应变脆化倾向明显减小。退火处理后，韧性大幅度提高，热应变脆化倾向明显减小。第41页/共63页第四十二页，共63页。2.4 热轧热轧(r zh)及正火钢的焊接工艺要点及正火钢的焊接工艺要点 热轧及正火钢焊接对焊接方法的选择无特殊要求，焊条电弧焊、埋弧焊、热轧及正火钢焊接对焊接方法的选择无特殊要求，焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊、电渣焊、压焊等焊接方法都可以采用。可根据材料厚度、产气体保护焊、电渣焊、压焊等焊接方法都可以采用。可根据材料厚度、产品品(chnpn)结构、使用性能要求及生产条件等选择。结构、使用性能要求及生产
48、条件等选择。第42页/共63页第四十三页，共63页。牌号强度级别s/MPa焊条电弧焊焊条埋弧焊电渣焊CO2气体保护焊焊丝焊剂焊丝焊剂焊丝Q29509Mn2Si295E4301E4303E4315E4316HJ430HJ431SJ301H08AH08MnAH10MnSiH08Mn2SiH08Mn2SiAQ345Q345(Cu)345E5001E5003E5015E5015-GE5016E5016-GE5018E5028SJ501薄板：H08AH08MnAHJ431HJ360H08MnMoAH08Mn2SiH08Mn2SiAYJ502-1YJ502-3YJ502-4HJ430HJ431SJ301不
49、开坡口对接H08A中板开坡口对接H08MnAH10Mn2HJ350厚板深坡口H10Mn2H08MnMoA表表2-10 热轧热轧(r zh)及正火钢常用的焊接材料及正火钢常用的焊接材料13第43页/共63页第四十四页，共63页。焊接材料的选择焊接材料的选择 热轧及正火钢焊接一般是根据其强度级别选择焊接材料，而不要热轧及正火钢焊接一般是根据其强度级别选择焊接材料，而不要求求(yoqi)与母材成分相同，其选用要点如下：与母材成分相同，其选用要点如下：选择相应强度级别的焊接材料选择相应强度级别的焊接材料 从焊接接头力学性能从焊接接头力学性能“等强匹配等强匹配”的角度选择焊接的角度选择焊接材料，一般要求
50、材料，一般要求(yoqi)焊缝的强度性能与母材等强或稍低于母材。焊缝中焊缝的强度性能与母材等强或稍低于母材。焊缝中C0.14%，其他合金元素也要求，其他合金元素也要求(yoqi)低于母材中的含量。低于母材中的含量。熔合比和冷却速度的影响熔合比和冷却速度的影响 焊条或焊丝的选择应考虑到板厚和坡口形式的影响。薄焊条或焊丝的选择应考虑到板厚和坡口形式的影响。薄板板(熔合比较大熔合比较大)，应选用强度较低的焊接材料，厚板深坡口则相反。，应选用强度较低的焊接材料，厚板深坡口则相反。热处理对焊缝力学性能的影响热处理对焊缝力学性能的影响 对于焊后要进行正火处理的焊缝，应选择强度高一对于焊后要进行正火处理的焊