合金结构钢的焊接文档格式.docx

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同一强度等水平，所需WM<

WM正火，因调质处理充分发挥合金元素的作用，但生产麻烦。

（M、B组织、、Ak保证）

3.中碳调质钢

σs=880～1176N/mm2，热处理强化钢。

Wc>

0.3%，淬硬性增大，韧性降低。

退火态焊接，整体热处理，结构自重（飞机起落架、火箭壳体）

二、特殊用钢

1.珠光体耐热钢

具较好的高温强度和高温抗氧化性。

T工作=500～600℃高温设备，（热动力设备、化工设备）

Cr、Mo为基的低、中合金钢，T工作越高，V，W，Nb，B等。

焊后不进行调质处理，焊后主要进行高温回火处理。

2.低温钢

必须保证足够高的低温韧性，强度无特殊要求。

T工作=-40～-196℃，（低温装置），严寒地区的工程结构（桥梁）。

液化石油（℃），液化天燃气（-162℃）。

含Ni的低碳合金钢，正火或调质态使用。

3.低合金耐蚀钢

必须具有耐腐蚀性能+一般力学性能

用于大气、海洋（用得最广）、石油等腐蚀介质中工作的各类机械设备、结构。

3-2热轧及正火钢的焊接

一、成分和性能

1.热轧钢：

σs=294～343N/mm2基本上属于C-Mn和Mn-Si系钢种有用V、Nb代替Mn，细化晶粒，沉淀强化（综合机械性能、工艺性能满意）。

例如：

16Mn，WSi≤0.6%否则韧性降低。

WC≥0.3%WMn≥1%时裂纹，出现脆性贝氏体。

因此为保证好焊接性与缺口韧性，W合金受限，σs受限。

沉淀强化类钢：

15MnV，σs达392N/mm2

16Mn+V（0.04～0.12%）

VC弥散强化、正火态、韧性改善。

2.正火钢：

σs=343～490N/mm2

C-Mn，Mn-Si系基础上加V，Nb，Ti，Mo等（C化物，N化物生成元素）

在固液强化基础上，通过沉淀强化和细化晶粒来↑σb，保证韧性。

含Mo钢必须正火+回火才能保证塑性、韧性。

1）正火状态不使用的钢

除外，主要是含，对材料焊接性和韧性有利。

屈强比高：

之内，15MnV，15MnVN，σs↑↑

14MnNb桥梁钢

2）正火+回火态使用的含钢

Mn-Mo系在美国用得广大，制造中温的大厚度压力容器。

强度提高，组织细化，中温性能

正火后组织为B上+少量F，必须回火保证δ，Ak；

Mo、Ni都能钢的热强性。

3）微合金化控轧钢（70年代发展起来新钢种）

加入微量Ni，V，Ti和控扎技术。

（控轧钢）

细化晶粒与沉淀强化相结合，纯净度，钢材具均匀的细晶粒等轴铁素体的基体。

（综合性能好）

Ni，Cr，Cu，Mo降低F转变温度，有利于低温及F转变。

二、热轧及正火钢的焊接性分析

焊接性主要取决于钢材的化学成分。

前面讲过金属的焊接性通常表现为：

（1）焊接引起各类治金缺陷——各类裂纹；

（2）焊接时材料性能的变化——脆化问题。

1.焊缝中的热裂纹

Wc降低，WMn提高，Mn/S比达要求，抗裂热性好，正常不裂。

当材料成分不合格，严重偏析使局部Wc降低，Ws增大，Mn/S可能低于要求出现热裂纹。

解决办法：

通过焊材来调整焊缝金属的成分。

降低降低Wc，增加WMn，工艺上设法减小熔合比。

H03MnTi+含SiO2，焊剂SJ101，含Mn量增加

H08Mn2SiH08MnE

2.冷裂纹

分析问题的出发点：

钢材化学成分、淬硬倾向与冷裂倾向三者间存在着密切的联系。

1）淬硬倾向与冷裂倾向的关系：

材料的冷裂敏感性主要取决于它的淬硬倾向，该倾向用TTT或CCT曲线来讨论。

CCT：

更适于研究焊接，Sh-CCT（模拟HAZ连续冷却曲线）更佳。

可定量分析

TTT：

定性分析与比较，比CCT左移，其淬火临界冷却速度比CCT大1.5倍，后者右移，增加过冷A稳定性。

a.热轧钢的淬硬倾向与冷裂倾向。

分析图8-1（307），与低碳钢比较，其淬硬倾向大。

马氏体含量大。

（厚板手工电弧焊上的HAZ组织态）

V冷不大时，两者相近。

b.正火钢的淬硬倾向与冷裂倾向。

强调一下：

一般随强度的提高，冷裂倾向增大（WM增加），分析图8-2（P309）

15MnVN，18MnMoNb

2）碳当量与冷裂倾向的关系

淬硬倾向主要取决于材料的化学成分，Wc作用最明显，冷裂倾向与成分、冷却速度、含氢量、拘束度等有关。

经验性的C当量公式粗略估计与对比不同钢材的冷裂倾向。

适于Wc较高，大于0.08%,σb=400～700MPa钢材

（国际焊接学会）

日本用

低钢材

一般最高等，超低碳钢

（合金元素的裂纹敏感系数）

应用该公式有各自的局限性，由实验来检验。

一般认为，，焊接无淬硬倾向，焊接性良好，与低碳钢几乎相同。

，淬硬性，工艺措施严格（严控线能量），预热，Postheat。

3）热影响区最高硬度值与冷裂倾向的关系（不太适用）

亦是评定淬硬倾向的一简单方法。

淬硬组织：

规定Hmax时，要考虑钢材的级别来定，（级别）

表8-2（P310）不可靠，只作参考。

4）[H]没考虑

3.再热裂纹

（含Mo才有）Mo，V，Nb含沉淀化元素。

（一次溶入沉淀；

二次加热沉淀强化晶内）

从钢材的化学成分考虑，在C=Mn与Mn-Si系热轧钢对再热裂纹不敏感（无强C化物形成元素，而正火钢18MNMoNb有些）如有再热裂纹，可提高预热温度或Postheat，正火钢与合金系统有大关系。

（15MnVN不敏感）

4.层状撕裂

a.影响因素（不受级别限制）

1）Z向拘束力（与板厚有关，不易产生）

2）钢材本身（取决于冶炼条件、夹杂物，片状S化物等）。

COD：

CrackOperingRsptacemert裂纹张开位移

临界条件=

b.评定敏感性指标

1）碳的含量；

2）Z向断面收缩率抗层状撕裂；

一般冶炼条件下生产的热轧和正火钢都达不到要求。

5.热影响区的性能变化

对于焊接热轧和正火钢时，主要性能变化为：

过热区的脆化问题与热应变脆化问题。

a.过热区脆化取决于

1）焊接线能量（影响V冷，高温停留时间）

温度高于1200℃熔点，A晶粒长大，难熔质点溶入（N、C化物）

魏氏体、粗大马氏体、低塑性组织、M-A组元

2）钢材类型、合金系列影响

JF：

（1），马氏体比例，韧性

，A晶粒严重长大，晶界F、侧板条F、类似P的F-中间相C化物（混合物）

V冷降低，B、F+M-A数量增加，韧性降低

（2）成分（C明显）

（-40℃无高韧性区）如要求高避免使用Wc高类别）。

比不含的钢低得多，沉淀有关，粗晶粒反条件下生成。

如图8-5，P315

大线能用钢中的限制很低！

见图8-6（b），采用小线能量是避免过热区脆化的可靠措施。

原因：

高温停留时间，抑制难熔的向A熔入，产生低C马氏体（无脆化）

可用大线能量+800～1100℃正火处理

系热轧钢，固熔强化。

正火钢，固溶强化+沉淀强化。

b.热应变脆化

消除的有效措施：

焊后热处理，（可恢复到原来的韧性水平）（消除应力退火）

本质上是由固溶氮引起的（回足够化物形成元素倾向）

直接发生在焊接过程中，热与……作用下产生的一种动态应变时效，200～400℃最为明显，焊前有缺口时，脆化更加严重。

三、热轧钢及正火钢的焊接工艺特点。

C-Mn、Mn-Si+系：

热轧钢

V、Nb、Ti、Mo：

正火钢（C化物，氮化物生成元素）

主要根据材料厚度、产品结构、具体施工条件确定（与焊接方法关系非关键）

1、焊接材料的选择

要求：

①焊缝质量热轧及正火钢的焊接性分析；

②使用性能焊缝的热裂、冷裂倾向很小。

出发点（主要依据）：

保证焊缝与母材的匹配性（σb、δ、αk等解）

1）与母材的机械性能出发、等强匹配（相应强度级别）

（而非成分一致）

成分一致时，焊缝为特殊过饱和铸态组织，其σ↑↑、σ、Ak↓↓，抗裂性能与使用性能不好。

Wc≤0.14%时，WMe<

母材中的WMe。

结557焊15MnVN，无沉淀元素V，σb=54P～608MP9δ↑、Ak↑。

2）必须考虑到熔合比和冷却速度的影响。

决定焊缝化学成分与焊缝组织的过饱和度有关

（决定焊缝金属的机械性能）

3）如有postheat，必须考虑到对焊缝性能的影响。

如要焊后正火，必须选择强度更高一些的焊材。

4）对焊缝金属的使用要求应注意其特殊性能要求

16MnCu+结50T铜（耐蚀性能）

2、焊接工参数的确定

1）焊接线能量

其确定主要取决于过热区的脆化和冷裂两个因素。

如：

15MnVN、14MnNb、

47KJ/cm、αk在-20℃在过热区合格，

40KJ/cm，αk在-40℃在过热区合格。

当Wc↑，WMe↑，淬硬性↑E线偏大好些。

E线↑↑，V冷↓，但加热程度↑↑，过热↑↑，

因而大线能量，采取用预热方式，避免裂纹。

2）预热，（防裂纹，改善性能）

其确定取决于下面因素：

1成分，To=1440Pc-396

②V冷

③拘束度↑

④[H]↑T.↑

⑤是否热处理

3）焊后热处理：

一般情况下不需热处理；

容器需高温回火（目的）

消除应力：

①↑抗应力腐蚀力，②↑低温性能，③防层裂等

T回确定原则：

①不超过母材的T回。

②对有回火脆性的材料，避开脆性温度区间。

③σs≥490N/cm2钢。

延迟裂纹倾向大，回火可消除应力，去氢。

3-3低碳调质钢的焊接

（用于高强度的焊接结构用钢）

一、低碳调质钢的成分和性能

在正火条件下，通过增加合金元素，强化效果一般情况下，σ↑，αk↓↓，σs≥490N/mm2，高强钢场需调质处理。

σs=440～980N/mm2

Wc≤0.22%（在0.18%以下）良好综合性能和焊接性能。

最简单：

Mn-Si系钢，δS≥343N/mm2,调质后达490N/mm2，调质后达490N/mm2。

当板厚↑或δb↑、需添加合金元素Cr、Ni、Mo、V、M、Ti等，本保证足够淬透性和抗回火性。

（焊接无裂纹钢）

70年代发展的改善野外施焊条件，↑低温韧性，

加多种微元素，Wc↓↓（≦0.09%）（B具有淬透性），调质保证δb，Ak（足够）该钢具（CF钢），Wc↓↓，Pcm↓特点。

采用超低氢焊接材料，B<

50mm，T=0℃不预热。

二、低