第3章 合金结构钢的焊接

第3章 合金结构钢的焊接,推荐参考书：邹增大. 低合金调质高强度钢焊接及工程应用.化学工业出版社,2000,3.1 合金结构钢的分类和性能 合金结构钢是在碳素钢的基础上有目的地加入一种或几种合金元素的钢。常用的合金元素有：锰、硅、铬、镍、钼、钨、钒、钛、硼等。3.1.1 合金结构钢的分类1. 按合金元素总含量的多少分有： 1）低合合钢，一般w (Me)5； 2）中合金钢，w (Me)=510; 3）高合金钢，w (Me)10。,2. 按用途和性能分有： 1）强度用钢主要应用在一些要求常规条件下能承受静载和动载的机械零件和工程结构，主要性能是力学性能。 按供货状态分，强度用钢大致分为热轧与正火钢、低碳调质钢和中碳调质钢等三类。 (1) 热轧及正火钢 屈服强度为294490MPa，在热轧或正火状态下使用，属于非热处理强化钢。包括微合金化控轧钢、抗层状撕裂的Z向钢、大线能量钢等。,(2) 低碳调质钢 屈服强度为490980MPa，是热处理强化钢，一般都在调质状态下供货，含碳量小于0. 25 。可直接在调质状态下进行焊接。 (3) 中碳调质钢 屈服强度一般在8801176 MPa以上，钢中含碳量较高（碳的质量分数为0.25%0.5%），也属于热处理强化钢。它的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，给焊接带来了很大的困难。通常在退火状态下进行焊接。,2) 低中合金特殊用途钢 主要用于一些特定条件下工作的机械零件和工程结构。对其要求除了满足常规力学性能外，还必须适应特殊环境下工作的要求。根据对不同使用性能的要求，可分为：珠光体耐热钢、低温钢和低合金耐蚀钢等。,(1) 珠光体耐热钢 具有较好的高温强度和高温抗氧化的特性。用于工作温度为500600的高温设备等，如热动力设备和化工设备等 (2) 低温钢 大部分是一些含Ni或无Ni的低合金钢，一般在正火或调质状态使用，主要用于各种低温装置（-40-196）和在严寒地区的一些工程结构，如液化石油气、天然气的储存容器等。 (3) 低合金耐蚀钢 除具有一般的力学性能外，必须具有耐腐蚀性能这一特殊要求。主要用于像大气、海水、石油化工等腐蚀介质中工作的各种机械设备和焊接结构。,国内外常见的合金结构钢的牌号见表3-1。,3.1.2 合金结构钢的基本性能 1化学成分 低合金结构钢是在低碳钢基础上（低碳钢的化学成分为：wC=0.10%0.25%，wSi0.3%，wMn=0.5%0.8%）添加一定量的合金元素构成的。低合金钢加入的元素有Mn、Si、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Cu等，杂质元素P、S的含量要限制在较低的程度。,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%。各种元素对合金结构钢下临界点温度的综合影响可用下述公式表示： A1=720+28wSi+5wCr+6wCo+3wTi5wMn10wNi3wV， （3-1） 由上述公式可见，Si、Cr、Co和Ti等元素能提高下临界点A1的温度，而Mn、Ni和V则降低A1点温度。,加入合金元素能细化晶粒，而且各种合金元素在不同程度上改变了钢的奥氏体转变动力学，直接影响钢的淬硬倾向。如C、Mn、Cr、Mo、V、W、Ni和Si等元素能提高钢的淬硬倾向，而Ti、Nb、Ta等碳化物形成元素则降低钢的淬硬倾向。,氮在钢中的作用与碳相似，当它溶解在铁中时，将扩大区。氮能与钢中的其他合金元素形成稳定的氮化物，这些氮化物往往以弥散的微粒分布，从而细化晶粒，提高钢的屈服点和抗脆断能力。 氮的影响既决定于其含量，也决定于在钢中存在的其他合金元素的种类和数量。Al、Ti和V等合金元素对氮具有较高的亲和力，并能形成较稳定的氮化物。因此，为了充分发挥氮作为合金元素的作用，钢中必须同时加入Al、V和Ti等氮化物形成元素。,2力学性能 合金结构钢的强度越高，屈服强度与抗拉强度之差也越小。屈服强度与抗拉强度之比称为屈强比（s /b）。钢材的强度越高，屈强比增大。低碳钢的屈强比约为0.7左右，控轧钢板的屈强比约为0.700.85，800MPa级高强钢的屈强比约为0.95。 低合金高强钢的低温拉伸性能如图3-2a所示。 低合金高强钢高温时强度性能的变化如图3-2b所示。,3显微组织 低合金钢热影响区中的显微组织主要是低碳马氏体、贝氏体、M-A组元和珠光体类组织，导致具有不同的硬度、强度性能、塑性和韧性。几种典型组织（特别是贝氏体组织）对低合金钢强度和韧性的影响如图3-3所示。,低合金高强钢不同比例混合组织的维氏硬度和相应金相组织的显微硬度见表3-2。应指出，即使是同样的显微组织，也具有不同的硬度，这与钢的含碳量、合金含量及晶粒度有关。高碳马氏体的硬度可达600HV，而低碳马氏体的硬度只有350390HV。同时二者在性能上也有很大不同，前者是针状马氏体（孪晶马氏体），属脆硬相；后者是低碳板条马氏体（位错马氏体），硬度虽高，但仍有较好的韧性。,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 屈服强度为294490MPa的低合金高强钢，一般是在热轧或正火状态下供货使用，故称为热轧钢或正火钢，属于非热处理强化钢。,1热轧钢,屈服强度为294392MPa的普通低合金钢都属于热轧钢。强化机理：固溶强化合金系 C-Mn或Mn-Si系，主合金化元素： Mn、 Mn-Si，辅合金化元素：V、Nb代替部分Mn 基本成分为：wC0.2%，wSi0.55%，wMn 1.5%。Si的质量分数超过0.6%后对冲击韧性不利，使韧脆转变温度提高。C的质量分数超过0.3%和Mn的质量分数超过1.6%后，焊接时易出现裂纹，在热轧钢焊接区还会出现脆性的淬硬组织。 典型钢种：16Mn，组织：细晶铁素体+珠光体,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343490MPa ，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，充分发挥碳化物形成元素的作用,典型钢种：15MnVN。,正火状态下使用钢 除15MnTi外，主要是V、Nb钢。15MnV、15MnVN。 正火回火状态使用的含Mo钢 18MnMoNb，,3微合金控轧钢采用微合金化（加入微量Nb、V、Ti ) 和控制轧制技术达到细化晶粒和沉淀强化相结合的效果，同时从冶炼工艺上采取了降C降S，改变夹杂物形态，提高钢的纯度等措施，使钢具有均匀的细晶粒等轴铁素体基体。X70除加微量Nb、V、Ti 外，还加入Ni、Cr、Cu、Mo。,3.2.2 热轧及正火钢的焊接性焊接性通常表现为两方面的问题：一是裂纹问题，一是接头的脆化问题。,1冷裂纹及影响因素,热轧钢含有少量的合金元素，碳当量比较低，一般情况下（除环境温度很低或钢板厚度很大时）冷裂倾向不大。正火钢强度级别及碳当量较低的正火钢，冷裂纹倾向不大；但随着正火钢碳当量及板厚的增加，淬硬性及冷裂倾向随之增大，需要采取控制焊接热输入、降低扩散氢含量、预热和及时焊后热处理等措施，以防止焊接冷裂纹的产生。微合金控轧钢的碳含量和碳当量都很低，冷裂纹敏感性较低。除超厚焊接结构外，490MPa级的微合金控轧钢焊接一般不需要预热。,从材料本身看，淬硬组织是引起冷裂纹的决定因素。焊接时是否形成对氢致裂纹敏感的组织是评定材料焊接性的一个重要指标。不同成分钢材的冷裂纹敏感性，可以通过反映钢材焊接热影响区淬硬倾向的模拟焊接热影响区连续冷却转变（SHCCT）曲线来进行分析比较。,冷裂纹,1.冷裂纹及影响因素,CE 为国际焊接学会的碳当量公式；Ceq为日本常用的碳当量公式，Pcm为合金元素的裂纹敏感指数。 CE和 Ceq适用于含碳量较高的钢(C0.18)以及抗拉强度在400700MPa的钢材；,(1)碳当量,对于含碳量较低的钢(C0.18)以及抗拉强度在400900MPa的钢材则用Pcm更合适。 在实际中， CE应用相当普遍， CE 0.4%无淬硬倾向，焊接性好； CE 0.4 % 0.6%淬硬倾向增加，属于有淬硬倾向的钢， CE 0.5 % ，淬硬倾向严重， 18MnMoNb属于此类。焊接18MnMoNb要严格控制线能量、采取预热和焊后热处理等工艺。,(2)淬硬倾向 不同成分钢材的裂纹敏感性，可以通过反映钢材焊接热影响区淬硬倾向的模拟焊接热影响区连续冷却转变 ( SHCCT )曲线来进行分析比较。1).热轧钢的淬硬倾向 热轧钢的含碳量并不高，但含有少量的合金元素，其淬硬倾向比低碳钢要大些。但冷裂纹敏感性不大。其SHCCT图如图21所示。,金属焊接性 第二章 合金结构钢的焊接,金属焊接性 第二章 合金结构钢的焊接,冷裂纹分析,2).正火钢的淬硬倾向由于正火钢的强度级别较高，合金元素的含量较多，因此与低碳钢相比，焊接性的差别就较大。冷裂纹敏感性一般随强度的提高而增加。如15MnVN与18MnMoNb相比， 18MnMoNb的冷裂纹敏感性就大，这与其的SHCCT图的位置有关。,(3) 热影响区最高硬度,热影响区最高硬度是评定钢材淬硬倾向和冷裂敏感性的一个简便的办法。最高硬度允许值就是一个刚好不出现冷裂纹的临界硬度值。,2. 热裂纹和消除应力裂纹（1）热裂纹1）含碳量都较低而含锰量都较高，所以它们的Mn/S比都能达到防止发生热裂纹的要求，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）消除应力裂纹,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。,3非调质钢焊缝的组织和韧性 韧性是表征金属对脆性裂纹产生和扩展难易程度的性能。对焊缝金属韧性起决定作用的是显微组织。低合金高强钢焊缝金属的组织主要包括：先共析铁素体PF（也叫晶界铁素体GBF）、侧板条铁素体FSP、针状铁素体AF、上贝氏体Bu、珠光体P等，马氏体较少。 焊缝韧性取决于针状铁素体(AF)和先共析铁素体(PF)组织所占的比例。焊缝中存在较高比例的针状铁素体组织时，韧性显著升高，韧脆转变温度（vTrs）降低，如图3-12,焊缝中AF增多，有利于改善韧性，但随着合金化程度的提高，焊缝组织可能出现上贝氏体和马氏体，在强度提高的同时会抵消AF的有利作用，焊缝韧性反而会恶化。如图3-12所示，高强钢焊缝中AF由100%减少到20%左右，焊缝韧性急剧降低。,低合金钢焊缝韧性在很大程度上依赖于Si、Mn含量。 Mn-Si系焊缝组织与韧性的关系见表3-5。显见，中等程度的Mn、Si含量，例如wMn=0.8%1.0%，wSi=0.15% 0.25%，Mn/Si比约47的情况下，可得到针状铁素体+细晶粒铁素体的混合组织，对裂纹扩展的阻力大，焊缝韧性高。,表3-5 Mn-Si系焊缝组织与韧性的关系近些年来，国内外都在探索向低合金钢焊缝金属中同时添加Ti、B或同时添加Ti、Mo来提高焊缝的韧性并取得了良好的效果。,4热影响区脆化 焊接热轧钢和正火钢时，存在过热区脆化问题，此外，在一些合金元素含量低的钢中，有时还会出现热应变脆化问题。（1）粗晶区脆化奥氏体严重长大魏氏体、粗大马氏体、混合组织、MA组元， 难熔质点的溶入。,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；焊接线能量过小：由于过热区组织中马氏体比例增大而使韧性降低，这在含碳量偏高时较明显。,正火钢,对含V、Nb的正火钢焊接时线能量过大：会导致过热区沉淀相固溶，这时V、Nb的碳、氮化合物细化晶粒、抑制奥氏体长大的作用大大削弱，过热区奥氏体晶粒显著长大，冷却过程中可能产生一系列不利的组织转变，如魏氏体、粗大的马氏体、塑性很低的混合组织（铁素体、高碳马氏体和贝氏体）和M-A组元，再加上过热区金属碳、氮固溶量的增加，导致过热区韧性降低和时效敏感性增加。,含钛正火钢(Ti含量约O.22),线能量过大时：过热区的TiN、TiC都向奥氏体内溶入。由于钛的扩散能力低，在随后的冷却过程中，即使大线能量条件下也来不及析出而停留在铁素体中，显著提高了铁素体的显微硬度，降低了材料的冲击韧性。,采用小焊接热输入是避免这类钢过热区脆化的一个有效措施。对含碳量偏高的热轧钢，焊接热输入要适中；对于含有碳、氮化物形成元素的正火钢，应选用较小的焊接热输入。如果为了提高生产率而采用大热输入时，焊后应采用8001050正火处理来改善韧性。但正火温度超过1100，晶粒会迅速长大，将导致焊接接头和母材的韧性急剧下降。 在主要合金元素相同的条件下，钢中含有不同类型和不同数量杂质时，热影响区粗晶区的韧性也会显著降低。S和P均降低热影响区的韧性（见图3-14），N对Mn-Si系低合金钢热影响区韧性的影响如图3-15所示。,（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：一般认为这种脆化是由于碳、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。如造船中常用的16Mn、16MnC(热轧钢)就具有一定的热应变脆化倾向。 钢中如果加入足够量的氮化物形成元素(如A1、Ti、V等)脆化倾向就显著减弱。消除措施：焊后消除应力退火,5层状撕裂层状撕裂的产生不受钢种和强度的限制，它主要发生于厚板结构中（在热影响区或远离热影响区的母材中）。在低碳钢、热轧、正火钢中都可能发生层状撕裂。一般板厚小于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。,合理选用层状撕裂敏感性较低的钢材(如Z向钢)，改善接头形式以及降低钢板Z向所承受应力应变，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。,3.2.3 热轧及正火钢的焊接工艺焊接方法的选择不是关键问题，在此仅讨论焊接材料和工艺参数的确定。,1坡口加工、装配及定位焊2焊接材料的选择考虑两个问题： 焊缝没有缺陷； 满足使用性能要求。 对于热轧、正火钢，裂纹一般不会产生，主要根据使用性能要求来选择焊接材料。,（1 ）选择相应强度等级的焊接材料 为达到焊缝与母材的力学性能匹配，在选择焊接材料时应考虑从母材的力学性能出发，而不是从化学成分出发。,（2 ）必须同时考虑到熔合比和冷却速度的影响 焊缝金属的力学性能取决于：化学成分； 组织的过饱和度。 焊缝金属的化学成分取决于： 焊接材料； 母材的熔入量即熔合比。 组织的过饱和度取决于：冷却速度,（3 ）必须考虑到热处理对焊缝力学性能的影响,3 .焊接参数的确定（1）焊接热输入焊接热输入取决于 ： 过热区的脆化； 冷裂纹。各类钢的脆化倾向和冷裂倾向不同，所以对线能量的要求也不同。（P61),(2) 预热和焊后热处理 预热和焊后热处理的目的主要是为了防止裂纹，也有一定的改善组织、性能的作用。强度级别较高或钢板厚度较大的结构件焊前应预热，焊后进行热处理。,1) 预热 预热温度与钢材的淬硬性、板厚、拘束度和氢含量等因素有关，工程中必须结合具体情况经试验后才能确定，推荐的一些预热温度只能作为参考。多层焊时应保持层间温度不低于预热温度，但也要避免层间温度过高引起的不利影响，如韧性下降等。,2) 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。,3焊接接头的力学性能 焊缝金属和热影响区的力学性能是影响接头使用可靠性的基本性能，而其中强度与韧性又是关键的考核要素，特别是对合金结构钢接头更为重要。几种典型热轧及正火钢焊接接头的力学性能见表3-14。,3.3 低碳调质钢的焊接,抗拉强度b600MPa的高强度钢都采用调质处理，通过组织强韧化获得很高的综合力学性能。低碳调质钢的抗拉强度(b)一般为6001300MPa，属于热处理强化钢。,3.3.1 低碳调质钢的种类、成分及性能,金属学和热处理上把“淬火+高温回火”定义为调质处理，而焊接界则认为钢材淬火后不论经高温回火或低温回火均称为“调质”，经过“淬火+回火”热处理的钢称为“调质钢”（QT钢）。,低碳调质钢要求钢中碳的质量分数不大于0.22%（实际上wC0.18%）。此外，添加一些合金元素，如Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Cu等，目的是为了提高钢的淬透性和马氏体的回火稳定性。这类钢由于含碳量低，淬火后得到低碳马氏体，而且会发生“自回火”，脆性小，具有良好的焊接性。根据使用条件的不同，低碳调质钢又可分为以下几种： (1) 高强度结构钢（b 600800MPa） 如14MnMoNbB、15MnMoVNRE、HQ70、HQ80C等，这类钢主要用于工程焊接结构，焊缝及焊接区多承受拉伸载荷；,(2) 高强度耐磨钢（b1000MPa） 如HQ100、HQ130等，主要用于工程结构高强度耐磨、要求承受冲击磨损的部位； (3) 高强高韧性钢（b700MPa） 如12Ni3CrMoV、10Ni5CrMoV以及美国的HY80、HY-130、HP-9-4-20等，这类钢要求在高强度的同时要具有高韧性，主要用于高强度高韧性焊接结构。,这类钢的热处理工艺一般为奥氏体化淬火回火，回火温度越低，强度级别越高，但塑性和韧性有所降低。经淬火+回火后的组织是回火低碳马氏体、下贝氏体或回火索氏体，这类组织可以保证得到高强度、高韧性和低的脆性转变温度。,3.3.2 低碳调质钢的焊接性分析低碳调质钢焊接时，主要存在过热区脆化问题。和正火钢不同的地方是，低碳钢调质钢除了过热区脆化还存在HAZ软化问题。,1焊缝强韧性匹配 保证接头区的强度性能是低碳调质钢焊接性分析中首先要考虑的问题。屈服强度与抗拉强度之比称为屈强比（s/b），是一个选择材料的重要参数。低的屈强比有利于加工成形，高的屈强比使钢材的强度潜力得以较大的发挥。,焊缝强度匹配系数S(b)w/(b)b是表征接头力学非均质性的参数之一，(b)w为焊缝强度，(b)b为母材强度。当(b)w/(b)b1，称为“超强匹配”；(b)w/(b)b1称为“等强匹配”；(b)w/(b)b1称为“低强匹配”。,因此，对于抗拉强度b800MPa高强钢，除考虑强度外，还必须考虑焊接区韧性和裂纹敏感性。例如，工程中一些高强钢焊接结构脆性破坏时，强度及伸长率都是合格的，主要是由于韧性不足而引起脆断。 少许牺牲焊缝强度而使韧性储备提高，对接头综合性能有利。特别是承受动载荷、重载荷和低温工作条件的高强钢焊接接头，除强度性能外，还要求有较高的韧性。,“低强匹配”焊材并不意味着接头强度一定低于母材。 实践表明，对于承受压应力的焊缝“低强匹配”焊材可以满足使用要求。但对于承受拉应力的焊缝，这方面的研究结果还分歧很大。,2.冷裂纹 低碳调质钢的合金化原则是在低碳基础上通过加入多种提高淬透性的合金元素，来保证获得强度高、韧性好的低碳“自回火”马氏体和部分下贝氏体的混合组织。由于热影响区淬硬组织为Ms点较高的低碳马氏体，具有一定韧性，裂纹敏感性小。对于wC0.12%的低合金钢，热影响区最高硬度可修正为400HV。 此外，限制焊缝含氢量在超低氢水平对于防止低碳调质钢焊接冷裂纹十分重要。钢材强度级别越高, 冷裂倾向越大, 对低氢焊接条件的要求越严格。,3热裂纹及再热裂纹 这类钢C含量较低、Mn含量较高，而且对S、P的控制也较严格，因此热裂纹倾向较小。但对高Ni低Mn类型的钢种有一定的热裂纹敏感性，主要产生于热影响区过热区（称为液化裂纹）。 液化裂纹的产生也和Mn/S比有关。碳含量越高，要求的Mn/S比也越高。当碳的质量分数不超过0.2%，Mn/S比大于30时，液化裂纹敏感性较小；Mn/S比超过50后，液化裂纹的敏感性很低。,避免热裂纹或液化裂纹的关键在于控制C和S含量，保证高的Mn/S比，尤其是当Ni含量高时，要求更为严格。,工艺因素对焊接区液化裂纹的形成也有很大的影响。为了防止裂化裂纹的产生，从工艺上应采用小热输入的焊接方法，并注意控制熔池形状、减小熔合区凹度等。,V对再热裂纹的影响最大，Mo次之，而当V和Mo同时加入时就更为敏感。在Cr-Mo和Cr-Mo-V钢中，当wCr1%后，继续增加Cr含量时再热裂纹倾向减小。一般认为Mo-V钢，特别是Cr-Mo-V钢对再热裂纹较敏感，Mo-B钢也有一定的再热裂纹倾向,4热影响区性能变化（1）HAZ脆化 调质钢过热区脆化的原因和热轧钢、正火钢的不同。热轧钢和调质钢的主要和焊接线能量E有关，而调质钢的和冷却时间t8/5有关。,低碳调质钢的合金化是通过合金元素的作用提高其淬透性，保证获得高强度、高塑性和韧性的低碳马氏体和下贝氏体。凡是不利形成低碳马氏体+下贝氏的原因都会引起组织塑性和韧性下降脆化，如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；由于合金化程度增加提高了奥氏体的稳定性，在贝氏体中的铁素体之间形成M-A组元引起的脆化等。,每种调质钢都有一个最佳冷却时间t8/5，这时粗晶区的组织为“低碳马氏体+10-30%下贝氏体”，韧性最好，t8/5小（冷速快），韧性下降是由于得到了全部马氏体；t8/5大（冷速慢），韧性下降原因有两个，一是奥氏体晶粒粗化，二是出现了上贝氏体和M-A组元，而上贝氏体和M-A组元是导致脆化的主要原因。,（2）HAZ软化,由于碳化物的积聚长大而使母材软化。焊后在HAZ某一部位的强度低于焊前的原始状态，它是调质钢焊接时普遍存在的一个问题，发生在HAZ受热时没有完全奥氏体化的区域以及受热时最高温度低于AC1而高于钢调质处理时回火温度的那个区域。,HAZ软化的情况和母材的强度、母材的热处理状态、选用的焊接方法、采用的焊接工艺有关。,3.3.3 低碳调质钢的焊接工艺特点低碳调质钢焊接时要注意两个基本问题： 要求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，以防止冷裂纹的产生； 要求在800500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参数的主要依据。,至于热影响区的软化问题，在采用小线能量的焊接后就可基本解决。,1焊接方法和焊接材料的选择,采用热源集中的焊接方法,焊接材料 原则上按等强度原则，但结构刚度大时用低匹配原则，以保证塑韧性,2焊接参数的选择 (1) 焊接热输入的确定焊接热输入的上限应避免产生冷裂纹，下限要避免使HAZ出现脆性混合组织。,(2) 预热温度和焊后热处理 当低碳调质钢板厚不大，接头拘束度较小时，可以采用不预热焊接工艺。 当焊接热输入提高到最大允许值裂纹还不能避免时，就必须采取预热措施。对低碳调质钢来说，预热的目的主要是为了防止裂纹，对于改善热影响区的组织性能影响不大。相反，从它对800500的冷却速度的影响看，对热影响区韧性还可能有不利的影响，因此在焊接低碳调质钢时都采用较低的预热温度（T0200）。,低碳调质钢焊接结构一般是在焊态下使用，正常情况下不进行焊后热处理。,3.4 中碳调质钢的焊接 P85,一、中碳调质钢典型钢种成分及性能成分：中碳；主合金化元素 Cr、Mn、Ni、Mo、Si ；辅合金化元素V热处理状态：淬火回火强化机理：相变强化（调质处理屈服强度：为880MPa 1176MPa典型钢种：40Cr、35CrMo、30CrMnSi、40CrNiMo、 40CrMnSiMoV, 焊缝中的热裂纹 因碳及合金元素含量较高，固-液相区间较大，偏析也较严重，故有较大的热裂纹倾向。措施：采用低碳低硅焊丝；工艺上注意填满弧坑和良好的焊缝成型 冷裂纹因含碳较高，合金元素多，在500以下的温度区间过冷A具有更大的稳定性；而且含碳量越高，淬硬倾向越大，故冷裂纹倾向大。措施：预热且焊后必须进行及时的回火处理, 热影响区的性能变化1. 过热区的脆化该区易产生硬脆的高碳马氏体。措施：小线能量同时采取预热、缓冷和后热等方法2 .合金热影响区的软化退火态焊接，焊后调质，可不考虑软化问题；调质态焊接时，须考虑软化问题。软化程度和软化区宽度与焊接线能量和焊接方法有关措施：选择热量集中的焊接方法,三、中碳调质钢的焊接工艺特点 退火态下焊接时的工艺特点解决的主要问题：裂纹焊接方法：基本不受限制焊接材料：除要求不产生冷、热裂纹外；因焊后调质，所以要求焊缝金属的主要合金组成尽量与母