热轧及正火钢焊接性.ppt

低合金钢的焊接 一 热轧及正火钢的焊接二 低碳低合金调质钢的焊接 一 热轧及正火钢的焊接性 1热轧和正火钢的成分和性能 1 热轧钢强化机理 固溶强化 屈服强度 294 392MPa级 合金系 C Mn或Mn Si系 主合金化元素 Mn Mn Si 辅合金化元素 V Nb 达到细化晶粒和沉淀强化的作用使用状态 热轧状态典型钢种 16Mn 组织 细晶铁素体 珠光体一般成分范围 C 0 2 Si 0 55 Mn 1 5 在这个范围内 强度韧性都很好 焊接性也好 但如果C 0 3 Si 0 6 Mn 1 6 焊接性就要大大变差 2 正火钢强化机理 固溶强化 沉淀强化或细晶强化 屈服强度 为343 490MPa 合金系 C Mn或Mn Si V Nb Ti Mo 系 主合金化元素 Mn Mn Si 辅合金化元素 V Nb Ti Mo 碳化物 氮化物元素 热处理状态 正火 典型钢种 15MnVN 2焊接性分析2 1对热裂纹的敏感性 1 含碳量都较低而含锰量都较高 具有较好的抗热裂性能 2 但当材料成分不合格 或因严重偏析使局部碳 硫含量偏高时Mn S比就可能低于要求而出现热裂纹 2 2对冷裂纹的敏感性热轧钢 一般情况下其裂纹倾向都不大 正火钢 碳当量不超过0 5 时 淬硬倾向比热轧钢大 但不算严重 焊接性尚可 但对于厚板往往需要进行预热 2 3再热裂纹 1 C Mn和Mn Si系热轧钢对再热裂纹不敏感 例如16Mn 2 正火钢中有一些含有强碳化物形成元素 但实践证明它对再热裂纹不敏感 例如15MnVN 3 正火 回火钢 如18MnMoNb 14MnMoV则有轻微的再热裂纹敏感性 可提高预热温度和焊后立即后热来防止再热裂纹的产生 2 4层状撕裂板厚小于16mm时就不容易发生层状撕裂 一般认为Z向收缩率 20 钢材就可以避免层状撕裂 选择Z向钢 改善接头形式 选用强度级别较低的焊接材料或预堆低强焊缝 采用预热及降氢等措施 都有利于防止层状撕裂 3焊接接头的脆化 1 过热区的脆化 热轧钢焊接线能量过大 导致冷速过慢 过热区将因晶粒长大或出现魏氏组织等而使韧性降低 正火钢 焊接时线能量过大 会导致过热区沉淀相固溶及过热区奥氏体晶粒显著长大 导致过热区韧性降低和时效敏感性增加 线能量过大时 过热区的TiN TiC都向奥氏体内溶入 降低了材料的冲击韧性 含钛正火钢 Ti含量约O 22 对含V Nb的正火钢 2 热应变脆化产生区域 焊接过程中 在热和应变同时作用 熔合区及200 400 区发生脆化 产生原因 碳 氮原子聚集在位错周围 对位错造成钉扎作用所造成的 发生材质 固溶氮含量较高的低碳钢和强度级别不高的低合金钢中 如常用的16Mn 16MnC 热轧钢 就具有一定的热应变脆化倾向 消除措施 焊后消除应力退火 4焊接工艺特点4 1焊接材料的选择 1 选择相应强度级别的焊接材料 2 考虑熔合比和冷却速度的影响 3 必须考虑焊后热处理对焊缝力学性能的影响 4 满足焊缝对特殊性能的要求 4 2焊接工艺参数的确定 1 线能量决定于过热区的脆化和冷裂两个因素 2 预热预热温度的确定较复杂 它与以下多种因素有关 材料的成分 冷却速度 结构的拘束度 含氢量 焊后热处理 3 焊后热处理热扎正火钢一般焊后不需要热处理但对于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 焊后需要消除应力的高温回火 原则 不要超过母材原来的回火温度 以免影响母材本身的性能 回火避开脆性温度区间 二 低碳低合金调质钢的焊接 一 低碳调质钢典型钢种成分及性能低碳调质钢强化 合金强化 调质强化处理 低碳调质钢含碳量不大于0 18 调质处理得到回火索氏体和回火马氏体组织 使之具有较高的强度和良好的塑性 低碳调质钢的特性 具有较高的强度 屈服强度490 980MPa 并有良好的塑性 韧性和耐磨性 二 低碳调质钢的可悍性分析1 焊接裂纹 1 热裂纹低碳调质钢中S P杂质控制严 含C量低 含Mn量较高 因此热裂纹倾向较小 2 热影响区的液化裂纹液化裂纹产生倾向与含C量及Mn s有关 含C量越高 要求Mn S也较高 如当W C 0 2 Mn s 30时 液化裂纹敏感性较小 避免液化裂纹的关键在于控制C和S含量 保证高数值的 Mn S 此外 焊接线能量越大 金属晶粒长得越大 晶界熔化得越严重 液态晶间层存在的时间越长 液化裂纹产生的倾向越大 3 冷裂纹低碳调质钢是通过加入提高淬透性的合金元素 保证获得强度高 塑性和韧性好的低碳马氏体和部分下贝氏体 若马氏体转变时冷却速度较快 得不到 自回火 效果 冷裂倾向就会增大 4 再热裂纹加入的合金元素Cr Mo V Ti Nb B等 大多数都能引起再热裂纹 其中V的影响最大 Mo的影响次之 Cr Mo V钢对再热裂纹较敏感 Cr Mo钢 Mo B钢有一定的再热裂纹倾向 2 热影响区性能的变化 l 过热区的脆化由于过热造成奥氏体晶粒粗化引起的脆化 形成上贝氏体引起的脆化 贝氏体中的铁素体之间形成M A组元引起的脆化 2 焊接热影响区的软化采用小的热输入可解决 三 低碳调质钢的焊接工艺焊接工艺的主要依据 在马氏体转变时冷速不能太快 以免产生冷裂 在800 500 之间的冷却速度大于产生脆性混合组织的临界温度 1 焊接工艺方法和焊接材料的选择 1 焊接工艺方法焊接 S 980MPa的调质钢时 必须采用钨极氩弧焊或电子束焊之类的焊接方法 焊接 S 980MPa的调质钢 手工电弧焊 埋弧自动焊 熔化极气体保护焊和钨极氩弧焊对 S 686MPa的调质钢 熔化极气体保护焊是最适宜的自动焊法 2 焊接材料低碳调质钢焊后一般不再进行热处理 要求焊缝金属在焊接状态具有与母材近似相等的机械性能 特殊情况 结构刚度很大 为避免裂纹可选择比母材强度稍低些的焊接材料 2 焊接工艺参数的选择主要考虑冷裂纹和脆化两方面 1 焊接线能量在保证不出裂纹 满足热影响区塑性 韧性的条件下 线能量应该尽可能选择大些 2 预热温度当线能量的数值达到了最大允许值时还不能避免裂纹的发生 必须采取预热措施 预热温度一般低于200 3