第3章_合金结构钢焊接-上半部分

第3章 合金结构钢的焊接,3.1 合金结构钢的分类和性能,3.1.1 合金结构钢的分类,合金结构钢的分类,化学成分,合金系统,组织状态,用途或使用性能等,按合金元素总含量的多少分有,低合合钢一般w (Me)5,中合金钢w (Me)=510,高合金钢w (Me)10,1. 按合金元素总含量的多少分有：,2. 按用途和性能分有,国内外常见的合金结构钢的牌号见表3-1,表3-1 国内外常见的合金结构钢,3.1.2 合金结构钢的基本性能,基本性能,化学成分,力学性能,显微组织,1化学成分,化学成分,低合金结构钢是在低碳钢基础上添加一定量的合金元素构成的,（低碳钢的化学成分为：wC=0.10%0.25%，wSi0.3%，wMn=0.5%0.8%）,用于焊接结构的低中合金钢合金元素总的质量分数一般不超过10%,图3-1 各种合金元素对结构钢的抗拉强度和屈服强度的影响 a) 对抗拉强度的影响 b) 对屈服强度的影响,图3-2 低合金高强钢的低温拉伸性能（a,b）,2力学性能,3显微组织,低合金钢热影响区中的显微组织,低碳马氏体,贝氏体,M-A组元,珠光体类,导致具有不同的硬度、强度性能、塑性和韧性,图3-3典型组织（特别是贝氏体组织）对低合金钢强度和韧性的影响,表3-2 常见金相组织及不同混合组织的硬度,3.2 热轧及正火钢的焊接,3.2.1 热轧及正火钢的成分和性能,热轧及正火钢,屈服强度为294-490MPa的低合金高强钢,一般是在热轧或正火状态下供货使用,属于非热处理强化钢,1热轧钢,热轧钢,屈服强度为294-392MPa的普通低合金钢都属于热轧钢,这类钢的基本成分为：wC0.2%，wSi0.55%，wMn 1.5%,热轧钢通常为铝镇静的细晶粒铁素体珠光体组织的钢一般在热轧状态下使用,Q345（16Mn）是我国于20世纪50年代研制和生产应用最广泛的热轧钢,2正火钢,正火钢,正火状态下使用的钢：主要是含V、Nb、Ti的钢，如Q390、Q345等，主要特点是屈强比（s/b）较高,正火回火状态使用的含Mo钢：如14MnMoV、18MnMoNb等,抗层状撕裂的Z向钢，屈服强度s343MPa,3微合金控轧钢,微合金控轧钢,加入质量分数为0.1%左右对钢的组织性能有显著或特殊影响的微量合金元素的钢，称为微合金钢,多种微合金元素（如Nb、Ti、Mo、V、B、RE）的共同作用称为多元微合金化,单一微合金元素的质量分数通常在0.25%以下。,3.2.2 热轧及正火钢的焊接性,低合金钢的焊接性,化学成分,轧制工艺,热轧及正火钢的焊接性,冷裂纹及影响因素,热裂纹和再热裂纹,非调质钢焊缝的组织和韧性,热影响区脆化,层状撕裂,1冷裂纹及影响因素,冷裂纹及影响因素,碳当量（Ceq）,淬硬倾向,热影响区最高硬度,热轧钢的淬硬倾向,正火钢的淬硬倾向,(2) 淬硬倾向,马氏体或M+B+F混合组织时,产生B或B+F组织时,焊接热影响区,对氢致裂纹敏感,对氢致裂纹不敏感,图3-4 热轧钢（Q345）和低碳钢的焊接连续冷却组织转变图（SHCCT）a) Q345 Tm 1350 b) 低碳钢 Tm 1300),1）热轧钢的淬硬倾向,图3-5 正火钢的焊接连续冷却组织转变图（SHCCT） a）为Q420 b) 18MnMoNb,2) 正火钢的淬硬倾向,(3) 热影响区最高硬度,图3-6 热影响区最高硬度与裂纹率的关系,图3-7 热影响区最高硬度与碳当量的关系Ceq=C+(Mn/6)+(Si/24)+(Cr/5)+(Mo/4)+(V/14)+(Ni/40),图3-8 热影响区最高硬度与碳当量和冷却速度的关系 Ceq=C+(Mn+Si)/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15,图3-9 冷却时间t8/5对热影响区最高硬度的影响（钢材成分：wC 0.12%, wMn 1.40%, wSi 0.48%, wCu 0.15%, 板厚h=20mm）,2热裂纹和再热裂纹,裂纹,再热裂纹,焊缝热裂纹,图3-10 再热裂纹敏感性与Cr、Mo含量的关系ASR裂纹敏感区 B随Cr、Mo含量增加，SR裂纹增加,3非调质钢焊缝的组织和韧性,焊缝韧性,针状铁素体(AF),先共析铁素体(PF)组织,所占的比例,图3-11 不同铁素体形态对高强钢焊缝韧性的影响 a) AF对vTrs的影响 b) PF对vTrs的影响,图3-12 高强钢焊缝韧性与强度的关系,Mn-Si系焊缝组织与韧性的关系见表3-5。,表3-5 Mn-Si系焊缝组织与韧性的关系,4热影响区脆化,脆化,粗晶区脆化,热应变脆化,图3-14 S、P对热影响区韧性的影响（低合金钢三丝埋弧焊）,图3-15 N对热影响区韧性的影响（Mn-Si系低合金钢）,5层状撕裂,图3-16 产生层状撕裂的一些典型接头形式a) 角接T形接头 b) 对接T形接头 c) 对接角接头,3.2.3 热轧及正火钢的焊接工艺,热轧及正火钢的焊接工艺,焊接材料的选择,焊接工艺参数的确定,坡口加工、装配及定位焊,1坡口加工、装配及定位焊,坡口加工装配及定位焊,坡口加工可采用机械加工，其加工精度较高，也可采用火焰切割或碳弧气刨。,焊接件的装配间隙不应过大，尽量避免强力装配，减小焊接应力。,定位焊应选用同类型的焊接材料，也可选用强度稍低的焊条或焊丝。,2焊接材料的选择,低合金钢选择焊接材料,一是不能有裂纹等焊接缺陷,二是能满足使用性能要求。,热轧及正火钢焊接一般是根据其强度级别选择焊接材料，而不要求与母材同成分，其要点如下：,要点,考虑焊后热处理对焊缝力学性能的影响,同时考虑熔合比和冷却速度的影响,选择与母材力学性能匹配的相应级别的焊接材料,3焊接工艺参数的确定,工艺参数,预热和焊后热处理,焊接热输入,图3-17 焊接热输入对热影响区晶粒尺寸和冲击韧性的影响a) 冷却时间t8/5与晶粒尺寸的关系 b) 热输入对热影响区韧性的影响,1） 焊接热输入,HQ70和HQ80低碳调质钢焊接一般要求低温预热，预热温度和最大焊接热输入见表3-20。,表3-20 两种低碳调质钢的最大热输入,热轧及正火钢焊接的典型工艺参数,焊条电弧焊,自动焊,氩弧焊,表3-9 热轧及正火钢CO2气体保护焊的工艺参数,表3-10 热轧及正火钢钨极氩弧焊的工艺参数,表3-11 热轧及正火钢熔化极氩弧焊的工艺参数,2)预热和焊后热处理,确定焊后回火温度的原则,不要超过母材原来的回火温度，以