热轧18MNMONB钢的焊接性Word文件下载.docx
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本文介绍了金属焊接性以及焊接裂纹的概念，主要介绍冷裂纹的形成及影响因素、金属焊接性的研究方法，论述了低碳调质钢的焊接性及焊接工艺特点。
在总结大量资料和焊接试验的基础上，通过热轧18MnMoNb钢斜Y型焊接裂纹试验，即小铁研试验、18MnMoNb焊接热影响区组织性能试验、18MnMoNb焊接裂纹断口的扫描电镜分析，分析低碳调质钢的焊接性及产生冷裂纹的原因，并讨论了预热对焊接冷裂纹倾向的减小作用；
并对18MnMoNb焊接热影响区组织进行了金相分析和性能研究。
最后对18MnMoNb焊接热影响区的显微硬度进行了测试。
完成了热轧18MnMoNb钢的可焊性及焊接工艺的研究。
关键词：
可焊性；
焊接接头；
热影响区；
焊接裂纹
第一章焊接技术概述
焊接技术，又称连接工程，是一种重要的材料加工工艺。
所谓焊接就是把两中或两种以上的材料（同种或异种），通过加热或加压或两种并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子间的结合而形成永久性连接的工艺过程。
焊接与其他连接方式不同，不仅在宏观上形成了永久的接头，而且在微观上建立了组织上的内在联系。
由于焊接方法具有节省金属，生产效率高，产品质量好和大大改善劳动条件等优点，在半个世纪内得到飞速发展。
近代焊接技术，从1882年出现碳弧焊开始直到本世纪30年代，在生产上只是应用气焊和手工电弧焊等简单的焊接方法。
尤其是四十年代，出现了优质电焊条，使焊接技术得到了一次飞跃。
以后随着埋弧焊和电阻焊的应用，使焊接过程的机械化和自动化成为实现。
后来又出现电渣焊，各种气体保护焊，直到六十年代发展起来的等离子弧焊、电子束焊、激光焊等先进的焊接方法的涌现，使焊接技术达到了一个先进的水平。
近年来又在研究能量束焊接，例如太阳能焊接、冷压焊接等新的焊接方法。
可以说焊接方法层出不穷。
金属材料在焊接时要经受加热、熔化、化学反应、结晶、冷却、固态相变等一系列复杂的过程，这些过程又都在温度、成分及应力极不平衡的条件下发生的，有时可能在焊接区造成缺陷，或者使金属的性能下降而不能满足使用时的要求。
金属本身的物理性能、化学性能和力学性能，都不足以直接说明它在焊接时可能出现什么问题或焊接后能否满足使用要求。
金属焊接性就是金属是否能适应焊接加工而形成完整的、具备一定使用性能的焊接接头的特性。
金属焊接性包括两大方面内容，一是金属在焊接加工中是否容易形成缺陷；
二是焊成的接头在一定的使用条件下可靠运行的能力。
这说明，焊接性不仅包括结合性能，而且包括结合后的使用性能。
从理论上分析，只要在融化状态下能够相互形成溶液或共晶的任意两种金属或合金都可以经过熔焊形成接头。
同种金属或合金之间当然是可以形成焊接接头的。
许多异种金属或合金之间也是可以形成焊接接头的只是有时是需要通过中间过渡层的。
因此，可以认为上述几种情况都可以看做是“具有一定的焊接性的”。
差别在于有的工艺过程很简单，有的工艺过程很复杂；
有的接头质量高、性能好、有的接头质量低、性能差。
所以，金属焊接工艺过程简单有接头质量高、性能好时，就称作焊接性好；
反之，就称焊接性差。
所谓工艺焊接性，是指在一定焊接工艺条件下，能否获得优质、无缺陷的焊接接头的能力。
对于一般熔焊来讲，焊接都要经过加热熔化、冶金反应和和随后冷却过程。
因此，工艺焊接性又分为“热焊接性”和“冶金焊接性”。
热焊接性是指焊接热过程中，对焊接热影响区组织性能及产生的缺陷的影响程度，它用于评定被焊金属对热作用的敏感性；
冶金焊接性是指冶金反应对焊缝性能和产生缺陷的影响程度。
所谓使用焊接性是指焊接接头或整体结构满足各种使用性能的程度，其中包括力学性能、低温韧性、抗脆断性能、高温蠕变、疲劳性能、持久强度，以及抗腐蚀性能和耐腐蚀性能等。
焊接性的提出为判断材料能否适应焊接加工，提供了可抗的依据。
现阶段，用来判断可焊性的方法很多，如可以直接采用焊接试验，也可以通过分析金属的化学成分、物理特性、与各种气体的亲和力、相图特点，CCT图或SCCT图、热处理状态、焊接工艺条件、保护方式、工艺措施等来评价焊接性。
在本论文中将简单介绍焊接性及其试验方法，对低碳调质钢的焊接性能及焊接工艺进行研究。
低碳调质钢的σS一般为441～980MPa，在调质态供货和使用。
其特点是含碳量更低，淬火组织为低碳马氏体，不仅强度高，并且兼有良好的塑性和韧性，可以直接在调制状态下进行焊接，焊后也不需要进行调质处理。
必要时可采取消除应力处理。
这类钢由于强度高，主要用于高压设备。
这类钢为了保证良好的综合性能和焊接性，要求C≤0.22%,实际上含碳量都在0.18%以下。
σS441～490MPa的低合金高强度钢中有调质和正火（正火+回火）两类。
调质钢的韧性和焊接性通常都比同一强度等级的正火钢好;
热影响区的淬硬倾向小，冷裂纹敏感性低。
焊接裂纹是金属焊接时产生的主要缺陷，在焊缝中的应力大该部分的塑性变形（即延伸性）小的情况下产生的。
焊缝裂纹产生的主要元婴，通常随发生场所、发生时期及其形态的不同可有冷裂纹和热裂纹两种。
焊接金属裂纹主要由焊接金属凝固时的收缩应力所引起。
评定母材焊接性优劣程度的试验称为焊接性试验。
其主要内容有：
焊接热裂纹试验、焊接冷裂纹试验。
焊接冷裂纹和层状撕裂试验、焊接热影响区缺口脆性试验和焊接接头的使用性能试验。
在本论文中，对低碳调质钢18MnMoNb进行了斜Y型焊接冷裂纹实验研究并用扫描电镜对裂纹断口进行观察，判断出裂纹的断裂形式，对18MnMoNb钢焊接热影响区组织性能进行了研究，并对其焊接接头组织进行了金相分析及显微硬度分析。
随着人社会对物质文明的追求、各种新型材料的不断发展，焊接技术已经成为一门独立的科学。
它广泛地应用于石油化工、电力、航天航空、海洋工程、核动力工程、微电子技术，桥梁、船舶舰艇，以及各种金属结构等工业部门。
而可焊性是焊接的首要条件，可以预料，随着焊接工业的发展，焊接将会向着更加髙效、环保、新型的方向发展。
第二章低合金结构钢的类别、应用及焊接特点
钢的分类方法很多，一般是根据不同需要采用不同的分类方法。
参照国家标准ISO制定的新的国家标准GB/T13304-1991《钢分类》中包括了“钢按化学成分分类”和“钢按主要质量等级和主要性能及使用特性分类”两部分。
按化学成分，钢分为非合金钢、低合金钢和合金钢三类。
非合金钢按质量等级又分为普通质量、优质与特殊质量三类，每一类又按主要特性分为若干小类。
研究焊接结构钢用合金结构钢的焊接性和焊接工艺时，在综合考虑成分、性能、用途等因素的基础上，分为高强度钢和专业用钢两大类。
这种分类方法的优点是，同一类的钢使用条件基本相同，主要质量要求一致，因而在编制焊接工艺时，为保证质量所依据的原则（选用焊接材料的原则、确定焊接参数的原则等）有较多的共同之处。
凡是可以制造工程结构和机器零件的钢统称为结构钢。
合金结构钢是在碳素钢的基础上加入一种或几种合金元素冶炼而成。
加入合金元素的目的，使在保证足够的塑性和韧性的基础上获得较高的满足结构工作条件提出的某些特殊要求，如耐蚀性、高温强度等。
焊接结构制造中，合金结构钢主要用于制造压力容器、桥梁、船舶、大型金属构架及矿山冶金设备上的大型零部件。
按GB/T13304-1991规定，屈服点σS≥295MPa、抗拉强度σb≥390MPa的钢，均称为高强度钢。
这类钢主要用来制造一些在常规条件下承受静载荷或动载荷的零件或结构。
对材料的主要的使用要求是保证产品在预定的工作条件下的力学性能。
低合金高强度钢与含碳量相同的碳素钢相比，不仅强度明显提高，而且具有较好的耐蚀性。
而与强度相同的碳素钢相比，具有较高的塑性、韧性和较低的韧脆转变温度，并且焊接性良好。
部分低合金高强度钢的冶炼工艺比较简单，轧制工艺与普通碳素钢相近。
近年来，对某些强度较高的钢种采用了控制轧制工艺，把轧钢与热处理结合起来，获得良好的综合性能。
高强度钢常用的热处理工艺比较简单，一般为正火或正火+回火；
有些强度较高的钢则采用调质（淬火+回火）处理。
1994年我国对GB1591《低合金结构钢》进行了一次修订，在修订后的GB/T1591-1994中对钢的牌号、质量等级作了新的规定。
钢的牌号冠以汉语拼音字母Q（表示屈服点），后缀表示钢的最小屈服点的三位数字。
每个钢种按质量还可以分为若干等级。
高强度钢的种类很多，强度差别也很大，在讨论焊接性时，按照钢材供货的热处理状态将其分为热轧及正火钢、低碳调质钢和中碳调质钢三类。
采用这样的分类方法，是因为钢的热处理供货状态是由其合金系统、强化方式、显微组织所决定的，而这些因素又直接影响钢的焊接性与力学性能，所以同一类的钢焊接性是比较接近的。
以热轧或正火状态供货和使用的钢称为热轧及正火钢。
这类钢的σS=295～490MPa，通过合金元素的固溶强化和沉淀强化而提高强度，属于非热处理强化钢。
热轧及正火钢的冶炼工艺较简单，几个较低，综合力学性能良好，且具有良好的焊接性，因而得到广泛的应用。
70年代以以来发展的微合金化控制轧钢，σS≥340MPa的低裂纹敏感性钢（CF），超低硫抗层状撕裂的Z向钢种等新钢种，实质上都属于新发展的正火钢分支.因此，热轧及正火钢是焊接结构制造中最广泛的一大类钢，也是品种与质量发展最快的一类钢。
但热轧及正火钢的强度受到强化方式的限制，只有通过热处理强化，才能在保证综合力学性能的基础上进一步提高强度。
低碳调质钢的σS=441～980MPa，ωc≤0.25%，在调质状态下供货和使用，属于热处理强化钢。
这类钢不仅强度高，而且具有优良的塑性和韧性，可直接在调质状态下焊接，焊后不需再进行调质处理。
在焊接结构制造中，低碳调质钢越来越受到重视，是具有广阔发展前途的一类刚。
低碳调质钢中合金元素的主要作用是提高钢的淬透性，通过调质处理得到低碳马氏体或贝氏体，不但提高了强度，而且保证了塑性和韧性。
对同一强度级别的刚来说，调制钢比正火钢的合金元素含量低，从而具有更好的韧性和焊接性。
新发展的σS≥490MPa的CF钢，就属于含碳量极低（ωc=0.04%～0.09%）的微合金化调质钢。
低碳调质钢的缺点是：
生产工艺复杂，成本高，进行热加工（成形、焊接等）时对工艺参数限制比较严格。
这类钢由于含碳量较高（ωc＞0.3%），σS=880～1170MPa，也是热处理强化钢。
与低碳调质钢相比，其合金系统比较简单。
含碳量高可有效地提高了调质处理后的强度，但韧性、塑性相应下降，而且恶化了焊接性。
一般需要在退火状态下进行焊接，焊后进行调质处理。
这类钢主要用于制造大型机器上的零件和要求强度较高而自重较小的构件。
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+贝氏体，使有可能在一般的电弧焊的条件下，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：
一是在马氏体转变时的冷却速度不能太快，使马氏体有一“自回火”作用，以免冷裂纹的产生；
二是在800～500℃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，在采用小线能量焊接后就可基本解决。
第三章热轧18MnMoNb钢化学成分、基本性能、应用
热轧及正火钢包括热轧钢及政纲。
正火钢中的含钼钢需在正火+回火状态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+回火状态下使用的两类。
表3-118MnMoNb低合金高强钢化学成分
材料名称
C
Si
Mn
Nb
Mo
P
S
18
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