6金属焊接性与焊接讲解

1、1 231 1-1 -1 金属焊接性概念金属焊接性概念一、金属焊接性概念一、金属焊接性概念金属材料在限定的施工条金属材料在限定的施工条件下，焊接成规定设计要求的件下，焊接成规定设计要求的构件，并满足预定服役要求的构件，并满足预定服役要求的能力。能力。gb/t3375-94gb/t3375-94焊接术焊接术语语 它包括两方面的内容：它包括两方面的内容： a a、结合性能：、结合性能：即在一定的焊接工艺条件下，被焊金属形即在一定的焊接工艺条件下，被焊金属形成焊接缺陷（裂纹、夹渣、气孔等）的敏感性；成焊接缺陷（裂纹、夹渣、气孔等）的敏感性； b b、使用性能：、使用性能：即在一定的焊接工艺条件下，被

2、焊金属的即在一定的焊接工艺条件下，被焊金属的焊接接头对使用性能要求的适应性。焊接接头对使用性能要求的适应性。 好焊与不好焊的问题好焊与不好焊的问题4 （二）工艺焊接性（二）工艺焊接性 材料具有一定的焊接性，但不一定能够形成一个真正能用材料具有一定的焊接性，但不一定能够形成一个真正能用的焊接接头，要考虑工艺焊接性。即实际工艺的可行性。的焊接接头，要考虑工艺焊接性。即实际工艺的可行性。 理论上具有焊接性，但实际实施非常困难，需要复杂理论上具有焊接性，但实际实施非常困难，需要复杂的苛刻的施工条件才能完成焊接施工；或者即使完成焊的苛刻的施工条件才能完成焊接施工；或者即使完成焊接施工，焊接接头质量（使用

3、性能）也不能保证。接施工，焊接接头质量（使用性能）也不能保证。焊接性不良焊接性不良 5 工艺焊接性包括冶金焊接性与热焊接性工艺焊接性包括冶金焊接性与热焊接性（1 1）冶金焊接性）冶金焊接性 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，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，它包括合金元素的氧化、还原、蒸发、氢、氧、氮的溶解，对气它包括合金元素的氧化、还原、蒸发、氢、氧、氮的溶解，对气孔、夹杂、裂纹等缺陷的敏感性。孔、夹杂、裂纹等缺陷的敏感性。（2 2）热焊接性）热焊接性 热焊接性是指焊接热过程对焊接热影响区组织性能及产生缺陷热焊接性是指焊接热过程对焊接热影响区组织性能及

4、产生缺陷的影响程度，它用于评定被焊金属对热作用的敏感性。的影响程度，它用于评定被焊金属对热作用的敏感性。6（三）使用焊接性（三）使用焊接性 使用焊接性是指焊接接头或整体结构满足各种使用性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，其中包括常规的力学性能，低温韧性，高温蠕能的程度，其中包括常规的力学性能，低温韧性，高温蠕变，疲劳性能，持久强度，以及抗腐蚀性和耐磨性等。变，疲劳性能，持久强度，以及抗腐蚀性和耐磨性等。 7（四）、焊接性评价标准（四）、焊接性评价标准工艺焊接性工艺焊接性8 （五）、影响焊接性的因素（五）、影响焊接性的因素（1 1）材料因素）材料因素 焊接金属、焊接材料（焊

5、条、焊丝、焊剂、保护气体）焊接金属、焊接材料（焊条、焊丝、焊剂、保护气体）所有材料所有材料影响熔池冶金和结晶过程，焊接金属主要影响焊影响熔池冶金和结晶过程，焊接金属主要影响焊接接hazhaz区性能区性能 （2 2）工艺因素）工艺因素 同一材料，不同的方法同一材料，不同的方法不同的焊接性不同的焊接性 焊前预热、焊后热处理焊前预热、焊后热处理 焊条焊剂的烘干，坡口清理等：严格按规范执行焊条焊剂的烘干，坡口清理等：严格按规范执行 9 纯铝焊接：纯铝焊接：气焊热源温度低、热量分散、保护不良气焊热源温度低、热量分散、保护不良难难以避免气孔、未焊透等缺陷以避免气孔、未焊透等缺陷焊接性很差；氩弧焊焊接性很差

6、；氩弧焊焊接焊接性良好性良好焊接接头质量满足性能要求。焊接接头质量满足性能要求。过热敏感的低合金高强钢：过热敏感的低合金高强钢：为了降低焊接线能量，避免为了降低焊接线能量，避免过热，可采用电子束焊、等离子焊和脉冲电弧焊等过热，可采用电子束焊、等离子焊和脉冲电弧焊等铸铁：铸铁：防止产生白口，加大线能量，减缓冷却速度，宜采用防止产生白口，加大线能量，减缓冷却速度，宜采用电渣焊、气焊等，焊接热源分散，功率密度低，冷却慢电渣焊、气焊等，焊接热源分散，功率密度低，冷却慢 10 （3 3）结构因素）结构因素 焊接接头的刚度、应力集中和多轴应力等，在拘束尽量焊接接头的刚度、应力集中和多轴应力等，在拘束尽量小

7、的条件下焊件小的条件下焊件（4 4）使用条件）使用条件 焊接结构必需符合使用条件的要求。焊接结构必需符合使用条件的要求。 载荷性质、工作温度、介质性质载荷性质、工作温度、介质性质 极端条件下的焊接：腐蚀环境（海洋平台），高温环境（极端条件下的焊接：腐蚀环境（海洋平台），高温环境（汽轮机、发电机），低温环境（低温设施），辐射环境（核汽轮机、发电机），低温环境（低温设施），辐射环境（核设施），等设施），等 11常用金属材料的焊接性能常用金属材料的焊接性能材料种类材料种类焊接性焊接性主要焊法主要焊法工艺措施工艺措施低碳钢低碳钢良好良好所有方法所有方法 一般不需，只有一般不需，只有焊厚大构件或在焊厚大

8、构件或在00以以下低温环境中焊接时，下低温环境中焊接时，应适当预热应适当预热低合金结低合金结构钢构钢低强度低强度良好良好焊弧、埋弧、焊弧、埋弧、电渣、电渣、coco2 2高强度高强度较差较差焊弧、埋弧、焊弧、埋弧、电渣、电渣、ar+coar+co2 2焊前需预热，重要件焊焊前需预热，重要件焊后去应力退火后去应力退火中碳钢中碳钢较差较差焊弧、埋弧、焊弧、埋弧、气焊等气焊等 焊前预热，焊前预热，焊后缓冷焊后缓冷高碳钢高碳钢很差很差焊弧、埋弧、焊弧、埋弧、气焊等气焊等 焊前预热，焊前预热， 焊后缓冷并热处理焊后缓冷并热处理12材料种类材料种类焊接性焊接性主要焊法主要焊法工艺措施工艺措施不锈不锈钢钢奥

9、氏体奥氏体良好良好 氩弧焊、氩弧焊、焊弧、埋弧焊弧、埋弧不需不需马氏体马氏体铁素体铁素体较差较差焊前预热，焊后缓冷焊前预热，焊后缓冷，有时需热处理，有时需热处理铜、铝、钛铜、铝、钛等有色金属等有色金属较差较差氩弧焊、气焊、氩弧焊、气焊、电阻焊、钎焊电阻焊、钎焊 厚板需焊前预热厚板需焊前预热铸铁铸铁极差极差（只焊补）（只焊补）焊弧焊、焊弧焊、气焊（薄壁）气焊（薄壁）重要件、复杂件重要件、复杂件 焊前焊前预热，焊后缓冷预热，焊后缓冷（续表）（续表）1314（一）从金属的特性分析焊接性（一）从金属的特性分析焊接性1.化学成分化学成分1）碳当量法）碳当量法 钢材中的各种元素，碳对淬硬及冷裂影响最显著，

10、所以有钢材中的各种元素，碳对淬硬及冷裂影响最显著，所以有人将钢材中各种元素的作用按照相当于若干含碳量折合并迭加人将钢材中各种元素的作用按照相当于若干含碳量折合并迭加起来，求得所谓的起来，求得所谓的“碳当量碳当量”(ceq)，以，以ceq值的大小估价冷裂值的大小估价冷裂纹倾向的大小，认为纹倾向的大小，认为ceq值越小，钢材的焊接性能越好。值越小，钢材的焊接性能越好。 15 16 17 18 19 三、焊接性试验三、焊接性试验 （一）试验内容（一）试验内容1 1、焊缝金属抵抗产生热裂纹的能力、焊缝金属抵抗产生热裂纹的能力2 2、焊缝及、焊缝及hazhaz区抵抗产生冷裂纹的能力区抵抗产生冷裂纹的能力

11、3 3、焊接接头金属抗脆性转变能力、焊接接头金属抗脆性转变能力4 4、焊接接头的使用性能、焊接接头的使用性能 （二）焊接性试验方法（二）焊接性试验方法模拟类方法，实焊类方法，理论计算类方法模拟类方法，实焊类方法，理论计算类方法 2021（三）（三） 焊接性评定及试验方法焊接性评定及试验方法1 1、间接评定、间接评定1 1）、）、 b b 20mm s s 时，认为工艺安全。时，认为工艺安全。36 372 2、焊接热裂纹敏感性试验方法、焊接热裂纹敏感性试验方法1 1）压板对接（压板对接（fisco) fisco) 焊接裂纹试验方法焊接裂纹试验方法gb4675.4-84), gb4675.4-84

12、), 可用于评定焊条焊缝的热裂纹敏感性。可用于评定焊条焊缝的热裂纹敏感性。（1 1）准备试件）准备试件 试件材质与焊件相试件材质与焊件相同，采用原板厚，开同，采用原板厚，开i i形坡口。形坡口。 采用机械加工方法。采用机械加工方法。38（2 2）试验装置）试验装置39（3 3）试验步骤）试验步骤 把试件安装在把试件安装在c c形装置中，调好坡口间隙。将螺栓旋形装置中，调好坡口间隙。将螺栓旋紧，在水平、垂直方向顶紧试板。用待试焊条焊紧，在水平、垂直方向顶紧试板。用待试焊条焊4 4条长条长约约40mm40mm的试验焊缝。的试验焊缝。10min10min后，取出试件，沿焊缝弯断后，取出试件，沿焊缝弯

13、断，观察断面有无裂纹。，观察断面有无裂纹。（4 4）计算裂纹率）计算裂纹率c c c = (lc = (li i / l / li i ) ) 100%100%式中：式中：l li i 4 4条试验焊缝上的裂纹长度之和（条试验焊缝上的裂纹长度之和（mmmm）；）； l li i 4 4条焊缝的长度之和（条焊缝的长度之和（mm mm ）。）。40（三）（三） 使用焊接性直接试验方法使用焊接性直接试验方法 不同产品有不同使用性能要求，共同的性能要求是不同产品有不同使用性能要求，共同的性能要求是必需满足常规的力学性能要求。必需满足常规的力学性能要求。 1 1、焊接接头常规力学性能试板制备、焊接接头常

14、规力学性能试板制备 宽度：应满足焊接接头拉伸试样、弯曲试样长度要求；宽度：应满足焊接接头拉伸试样、弯曲试样长度要求； 长度：应满足制取各种性能试样以及舍弃部分的要求；长度：应满足制取各种性能试样以及舍弃部分的要求； 厚度：为焊件板厚。厚度：为焊件板厚。 41422 2、焊接接头拉伸试验、焊接接头拉伸试验 板接头板形拉伸试样板接头板形拉伸试样如图所示，至少如图所示，至少1 1个。个。 按按gb228-87gb228-87金属拉金属拉伸试验法伸试验法，在拉力机，在拉力机上进行。上进行。433 3、焊接接头弯曲试验、焊接接头弯曲试验 试样种类和数量按相关标准制取。如无注明，可制取正弯试样种类和数量按

15、相关标准制取。如无注明，可制取正弯、背弯、侧弯试样各不少于、背弯、侧弯试样各不少于1 1个，纵弯不少于个，纵弯不少于2 2个。尺寸按个。尺寸按gb2649-89gb2649-89中的规定。中的规定。 试验按试验按gb232-88gb232-88金属弯曲试验法金属弯曲试验法，在拉力机上进行。，在拉力机上进行。444 4、焊接接头冲击试验、焊接接头冲击试验 试样尺寸如图所示：试样尺寸如图所示：4546 缺口按要求可开在焊缝、熔合线或缺口按要求可开在焊缝、熔合线或hazhaz，如图所示。，如图所示。 冲击试样每组冲击试样每组3 3个。个。 试验按试验按gb2106-80gb2106-80金属夏比（金

16、属夏比（v v形缺口）冲击试验形缺口）冲击试验方法方法和和gb4159-84gb4159-84金属低温夏比冲击试验方法金属低温夏比冲击试验方法，在冲击试验机上进行。在冲击试验机上进行。（五）其它特殊性能试验（五）其它特殊性能试验 如：耐腐蚀性能试验、高温性能试验等。如：耐腐蚀性能试验、高温性能试验等。47（四）析因理化试验（四）析因理化试验目的：分析影响金属焊接性的内在原因。目的：分析影响金属焊接性的内在原因。 主要包括：主要包括：（1 1）焊接材料熔敷金属扩散氢测定试验；）焊接材料熔敷金属扩散氢测定试验；（2 2）焊接接头金相分析试验；）焊接接头金相分析试验；（3 3）焊接接头维氏硬度试验；

17、）焊接接头维氏硬度试验；（4 4）化学成分分析试验；）化学成分分析试验；（5 5）焊接接头断口分析试验。）焊接接头断口分析试验。481 1、焊接材料熔敷金属扩散氢测定试验、焊接材料熔敷金属扩散氢测定试验 试验方法有甘油法、水银法、色谱法等，常用的试验方法有甘油法、水银法、色谱法等，常用的是甘油法。是甘油法。 （1 1） 甘油法试验原理：甘油法试验原理： 焊接试样，利用仪器收焊接试样，利用仪器收集从试样扩散出来的氢气。集从试样扩散出来的氢气。 （2 2 ） 测定装置：如图所示。测定装置：如图所示。 （3 3 ） 试样：焊条电弧焊：试样：焊条电弧焊： 100100252512mm12mm （ 4

18、4 ） 试验方法：试样焊接试验方法：试样焊接 以后，用丙酮清洗、吹干；以后，用丙酮清洗、吹干； 在在90s90s内放入氢气收集器内；内放入氢气收集器内； 经经72h72h后读取气体读数后读取气体读数vovo。 49 （ 5 5） 计算：计算： v o = pvto/powt v o = pvto/powt 100100 式中：式中： p p 实验室气压实验室气压 kpa ; kpa ; v v 收集的氢气体积数收集的氢气体积数 ml ;ml ; w w 熔敷金属质量熔敷金属质量 （焊后试样质量（焊后试样质量焊前试样质量）焊前试样质量） g ;g ; po po 101 kpa ; 101 kp

19、a ; to to 273 k ; 273 k ; t t （273+t273+t） k ;k ; t t 恒温箱中的温度恒温箱中的温度 。 每组做每组做4 4个试样，求平均值。个试样，求平均值。502 2、焊接接头金相分析试验、焊接接头金相分析试验 从裂纹试件截取金相分析试样，对断面进行磨光、抛从裂纹试件截取金相分析试样，对断面进行磨光、抛光和浸蚀，在光学显微镜下观察。光和浸蚀，在光学显微镜下观察。 观察部位：焊缝、熔合观察部位：焊缝、熔合区、区、hazhaz、母材。、母材。3 3、焊接接头维氏硬度试验、焊接接头维氏硬度试验 在金相分析试样断面画一在金相分析试样断面画一 条平行于表面，且穿过

20、各个区条平行于表面，且穿过各个区 的直线，在维氏硬度计上打硬的直线，在维氏硬度计上打硬 度。每隔度。每隔0.5mm0.5mm打一硬度，分打一硬度，分 布曲线如图所示，取布曲线如图所示，取hvmaxhvmax为为 评定参数。评定参数。 5152（三）、常用焊接工艺措施（三）、常用焊接工艺措施1 1、预热、预热焊接开始前对焊件的全部（或局部）进行加热的工艺措施，焊接开始前对焊件的全部（或局部）进行加热的工艺措施，预热需达到的温度称为预热温度。预热需达到的温度称为预热温度。（1 1）作用：）作用：a a、减缓焊后的冷却速度，便于焊缝扩散氢的逸出，同时减轻、减缓焊后的冷却速度，便于焊缝扩散氢的逸出，同

21、时减轻焊缝及焊缝及hazhaz淬硬程度，提高接头抗裂性；淬硬程度，提高接头抗裂性；b b、降低焊接应力；、降低焊接应力；c c、降低焊接结构的拘束度，降低裂纹发生率。、降低焊接结构的拘束度，降低裂纹发生率。 但焊前预热将增加能耗，同时使焊接条件恶化，因此，但焊前预热将增加能耗，同时使焊接条件恶化，因此，只要可能都应采用不预热或低温预热；铬镍只要可能都应采用不预热或低温预热；铬镍a a钢，预热将增加钢，预热将增加晶间腐蚀倾向，一般不能进行预热。晶间腐蚀倾向，一般不能进行预热。53（2 2）预热温度选择：）预热温度选择：多层多道焊时，应保证层间温度不低于预热温度。多层多道焊时，应保证层间温度不低于

22、预热温度。（3 3）预热方法：）预热方法： 对接接头每侧加热宽度不得小于板厚的对接接头每侧加热宽度不得小于板厚的5 5倍，一般在坡口倍，一般在坡口两侧各两侧各75-100mm75-100mm范围内保持一个均热区域；范围内保持一个均热区域； 局部预热，应根据被焊工件拘束度而定，一般应为焊缝局部预热，应根据被焊工件拘束度而定，一般应为焊缝区周围各区周围各3 3倍壁厚，且不小于倍壁厚，且不小于150-200mm150-200mm。542 2）、后热）、后热 焊接后立即对焊件的全部（或局部）进行加热或保温，焊接后立即对焊件的全部（或局部）进行加热或保温，使其缓冷的工艺措施。使其缓冷的工艺措施。 后热的

23、作用可避免形成淬硬组织及使氢逸出焊缝表面，后热的作用可避免形成淬硬组织及使氢逸出焊缝表面，防止裂纹产生。防止裂纹产生。 消氢处理：消氢处理：焊后立即将焊件加热到焊后立即将焊件加热到250-350250-350温度范围，温度范围，保温保温2-6h2-6h后空冷，它可使焊缝中的扩散氢加速逸出，大大降后空冷，它可使焊缝中的扩散氢加速逸出，大大降低焊缝和低焊缝和hazhaz中的氢含量，防止冷裂纹。中的氢含量，防止冷裂纹。 对于焊后要求进行热处理的焊件，热处理过程中可以除对于焊后要求进行热处理的焊件，热处理过程中可以除氢，不需另做消氢处理。氢，不需另做消氢处理。 后热的加热方法、加热区宽度与预热相同。后

24、热的加热方法、加热区宽度与预热相同。553 3、焊后热处理、焊后热处理 焊接后为改善焊接接头的组织和性能或消除残余应力而进焊接后为改善焊接接头的组织和性能或消除残余应力而进行的热处理。行的热处理。（1 1）应用范围）应用范围a a、母材金属强度等级较高，产生延迟裂纹倾向大的低合金钢；、母材金属强度等级较高，产生延迟裂纹倾向大的低合金钢；b b、处在低温下工作的压力容器及其它焊接结构，尤其在脆性转、处在低温下工作的压力容器及其它焊接结构，尤其在脆性转变温度一下使用的压力容器；变温度一下使用的压力容器；c c、厚度超过一定限度的压力容器，如、厚度超过一定限度的压力容器，如gb150-1998gb1

25、50-1998规定，碳钢规定，碳钢32mm32mm，16mnr 16mnr 30mm30mm，16mnv 16mnv 28mm;28mm; d d、焊后机械加工余量大，或对尺寸稳定性要求高的焊接结构；、焊后机械加工余量大，或对尺寸稳定性要求高的焊接结构；e e、有应力腐蚀危险的结构。、有应力腐蚀危险的结构。56（2 2）热处理种类）热处理种类去应力退火：去应力退火：加热温度一般为加热温度一般为600-650600-650，与高温回火相同；，与高温回火相同；含含v v低合金钢，应在低合金钢，应在550-590550-590下进行（在下进行（在600-620600-620会导致塑会导致塑性和韧性变

26、差）；性和韧性变差）；保温时间：保温时间：按厚度按厚度1-2min/mm1-2min/mm确定，厚度超过确定，厚度超过50mm50mm，每增加，每增加25mm25mm加加15min15min，最短不少于，最短不少于30min30min，最多不超过，最多不超过3h3h。（3 3）焊后热处理方法）焊后热处理方法a a、整体热处理：、整体热处理：将焊件整体置于加热炉中，可消除将焊件整体置于加热炉中，可消除80-90%80-90%残残余应力。余应力。 焊件进炉和出炉温度应在焊件进炉和出炉温度应在300300以下，在以下，在300300以上的以上的加热和冷却速度与板厚有关，一般应满足加热和冷却速度与板厚

27、有关，一般应满足 v200v20025/25/（v v：冷却速度）：冷却速度）57b b、局部热处理、局部热处理 局部热处理应保证焊缝两侧有足够的加热宽度，对筒体：局部热处理应保证焊缝两侧有足够的加热宽度，对筒体： b=5(r b=5(r）1/2 b1/2 b：筒体加热宽度；：筒体加热宽度； r r：筒体半径。：筒体半径。（4 4）注意事项）注意事项 a a、母材和焊缝金属性能恶化：如低温用、母材和焊缝金属性能恶化：如低温用nini钢经消除应钢经消除应力处理后，断裂韧度下降；力处理后，断裂韧度下降； b b、对含有一定量、对含有一定量crcr、momo、v v等的低合金钢结构，应防等的低合金钢

28、结构，应防止出现再热裂纹；止出现再热裂纹； c c、a a不锈钢应防止出现晶间腐蚀倾向；不锈钢应防止出现晶间腐蚀倾向； d d、母材为调质钢的，焊后消除应力退火温度应比母材、母材为调质钢的，焊后消除应力退火温度应比母材回火温度低回火温度低30-6030-60； e e、热处理过程中，要注意防止结构变形。、热处理过程中，要注意防止结构变形。58四四 利用焊接性试验拟定焊接工艺的基本思路利用焊接性试验拟定焊接工艺的基本思路一一 焊接工艺焊接工艺 在在gb1t3375-1994gb1t3375-1994焊接术语焊接术语中下的定义是：中下的定义是： 焊接工艺是制造焊件所有有关的加工方法和实焊接工艺是制

29、造焊件所有有关的加工方法和实施要求。包括：施要求。包括： 1 1 焊前准备焊前准备 2 2 选择焊接方法选择焊接方法 3 3 选择焊接材料选择焊接材料 4 4 选择焊接参数：例如：焊接电流、电弧电选择焊接参数：例如：焊接电流、电弧电压、焊接速度等。压、焊接速度等。 5 5 制定工艺措施：例如：预热、焊后缓冷、制定工艺措施：例如：预热、焊后缓冷、焊后热处理焊后热处理 、焊后去氢处理等、焊后去氢处理等 。 6 6 制定操作要求制定操作要求 59二二 拟定焊接工艺的基本思路拟定焊接工艺的基本思路 1 1 选择焊接方法选择焊接方法 依据：依据：a a 被焊材料的种类；被焊材料的种类； b b 焊接产品

30、的结构特点；焊接产品的结构特点； c c 生产效率和生产成本。生产效率和生产成本。2 2 选择焊接材料选择焊接材料 依据：依据：a a 被焊材料的化学成分或力学性能；被焊材料的化学成分或力学性能； b b 产品的工作条件和使用性能要求；产品的工作条件和使用性能要求； c c 焊件刚性的大小、几何形状的复杂程度；焊件刚性的大小、几何形状的复杂程度； d d 焊接施工条件；焊接施工条件； f f 劳动生产率和经济合理性。劳动生产率和经济合理性。 603 3 选择焊接参数选择焊接参数 （1 1）利用间接的焊接性试验方法分析材料的焊接性）利用间接的焊接性试验方法分析材料的焊接性和初步拟定焊接参数。和初

31、步拟定焊接参数。 （2 2）利用直接的焊接性试验方法对初步拟定的焊接）利用直接的焊接性试验方法对初步拟定的焊接参数进行检验和调整。参数进行检验和调整。 a a 利用工艺焊接性试验（焊接冷裂纹敏感性试验利用工艺焊接性试验（焊接冷裂纹敏感性试验）确定热输入）确定热输入e e的下限的下限 e = 36iu/v e = 36iu/v b b 利用使用焊接性试验（焊接接头冲击试验）确利用使用焊接性试验（焊接接头冲击试验）确定热输入定热输入e e的上限。的上限。4 4 确定工艺措施确定工艺措施 当按上述方法确定的热输入下限高于上限时，应考当按上述方法确定的热输入下限高于上限时，应考虑采用预热、缓冷、后热、

32、焊后热处理等工艺措施。虑采用预热、缓冷、后热、焊后热处理等工艺措施。611、热扎钢、热扎钢 ：s 294343mpa，基本属于，基本属于c-mn，mn-si系列系列的钢种，有时通过固溶强化获得高强度、或在特殊状态下以的钢种，有时通过固溶强化获得高强度、或在特殊状态下以v、nb代替部分代替部分mn，以达到细化晶粒和沉淀强化的作用。，以达到细化晶粒和沉淀强化的作用。典型钢种：典型钢种：16mn 组织：组织：细晶铁素体细晶铁素体+珠光体珠光体特例：特例：15mnv v细化晶粒和沉淀强化细化晶粒和沉淀强化第二节第二节 合金钢的焊接合金钢的焊接 一、热轧及正火钢的焊接一、热轧及正火钢的焊接 热轧及正火钢

33、的分类、成分、性能热轧及正火钢的分类、成分、性能 622、正火钢：、正火钢：固溶强化基础上，通过固溶强化基础上，通过细化晶粒和沉淀强化细化晶粒和沉淀强化提高提高强度保证韧性的低合金高强钢强度保证韧性的低合金高强钢 s 343490 mpa成分：成分：c-mn，mn-si系列基础上加入一些碳化物和氮化物的系列基础上加入一些碳化物和氮化物的形成元素形成元素v、nb、ti、mo等等正火的目的：正火的目的：使合金元素以细小的化合物质点从固溶体中充分使合金元素以细小的化合物质点从固溶体中充分析出，并同时析出，并同时细化晶粒细化晶粒，提高强度的同时改善塑性、韧性、达，提高强度的同时改善塑性、韧性、达到到最

34、佳的综合性能最佳的综合性能16mn化学成分化学成分63 （一）焊接性分析（一）焊接性分析 焊接缺陷（裂纹）；材料性能（脆化）焊接缺陷（裂纹）；材料性能（脆化） 1、热裂纹、热裂纹 热裂纹是在焊接高温下产生的，其中危害最为严重的是结晶热裂纹是在焊接高温下产生的，其中危害最为严重的是结晶裂纹，由于结晶裂纹是在结晶后期，由低熔点物质所形成液态薄裂纹，由于结晶裂纹是在结晶后期，由低熔点物质所形成液态薄膜而引发的。它与焊缝金属的成分，主要是膜而引发的。它与焊缝金属的成分，主要是c、s、mn有关。有关。 16mn含含w(c)较低，较低，w(mn)较高，较高，mn/s比可以达到要求，具比可以达到要求，具有较

35、好的抗热裂性能、抗结晶裂纹性能，正常情况下不会出现热有较好的抗热裂性能、抗结晶裂纹性能，正常情况下不会出现热裂纹。裂纹。 当成分不合格，出现波动，偏析当成分不合格，出现波动，偏析c、s含量偏高含量偏高mn/s比比低于要求低于要求出现裂纹出现裂纹可以通过焊接材料调整焊缝金属成分。降低焊剂中的可以通过焊接材料调整焊缝金属成分。降低焊剂中的c、s含量含量 64 2 2、冷裂纹、冷裂纹 大量的生产实践和理论研究表明，钢种的淬硬倾向、一定的含大量的生产实践和理论研究表明，钢种的淬硬倾向、一定的含氢量和足够的约束应力是焊接时产生冷裂纹的三大主要因素。氢量和足够的约束应力是焊接时产生冷裂纹的三大主要因素。（

36、1 1）淬硬倾向：）淬硬倾向： 16mn16mn由于其含碳量低，故在淬火时，如冷却速度不是太快，由于其含碳量低，故在淬火时，如冷却速度不是太快，就会得到低碳马氏体组织，或者是铁素体十珠光体组织，就会得到低碳马氏体组织，或者是铁素体十珠光体组织，由于这由于这些组织的硬度不高些组织的硬度不高. .因而其淬硬倾向小，只有在冷却速度较快时，因而其淬硬倾向小，只有在冷却速度较快时，才会得到高碳马氏体组织，则有一定的淬硬倾向。才会得到高碳马氏体组织，则有一定的淬硬倾向。（2 2）拘束应力）拘束应力 焊接时，焊缝中的应力主要包括热应力、组织应力和由于自焊接时，焊缝中的应力主要包括热应力、组织应力和由于自身拘

37、束条件所造成的应力。身拘束条件所造成的应力。 由式可见，由式可见，拘束度与材料板厚有很大关系，板厚越大拘束度与材料板厚有很大关系，板厚越大，所造成，所造成的拘束度也越大，则拘束应力也就越大，因而我们只要选择合适的拘束度也越大，则拘束应力也就越大，因而我们只要选择合适的板厚，就可以控制拘束应力。的板厚，就可以控制拘束应力。 65 （3 3）含氢量）含氢量 焊缝中的氢主要来源干焊接材料中的水分、焊件坡口处的铁焊缝中的氢主要来源干焊接材料中的水分、焊件坡口处的铁锈、油污，以及环境湿度等。锈、油污，以及环境湿度等。对对16mn16mn来说，只要板厚不太大，来说，只要板厚不太大，冷却速度控制得当，由于焊

38、接温度高，增强了氢的话动能力，冷却速度控制得当，由于焊接温度高，增强了氢的话动能力，使大部分氢会从焊缝中扩散逸出；同时，当焊缝冷却时，其组使大部分氢会从焊缝中扩散逸出；同时，当焊缝冷却时，其组织会由奥氏体向铁素体等转变，由于氢在奥氏体中的溶解度大织会由奥氏体向铁素体等转变，由于氢在奥氏体中的溶解度大大高于在铁素体中的溶解度，又会有部分氮逸出。大高于在铁素体中的溶解度，又会有部分氮逸出。因而到最后因而到最后，焊缝中的残余氢量就不足以形成冷裂纹。，焊缝中的残余氢量就不足以形成冷裂纹。 66（4）脆硬倾向）脆硬倾向67（5）碳当量）碳当量（6）热影响区最高硬度）热影响区最高硬度 热影响区最高硬度是评

39、定刚才脆硬倾向的一个简单办热影响区最高硬度是评定刚才脆硬倾向的一个简单办法。法。 hmax350hv 现在不适用现在不适用6869 因此，因此，16mn16mn钢在板厚不是太大，冷却速度适当的情况下钢在板厚不是太大，冷却速度适当的情况下是不会出现冷裂纹的，只有在板厚是不会出现冷裂纹的，只有在板厚(40mm(40mm以上以上) )太大，太大，冷速冷速较快的情况下，才有出现冷裂纹的倾向较快的情况下，才有出现冷裂纹的倾向，不过，我们可以，不过，我们可以通过焊前适当预热等措施来预防。通过焊前适当预热等措施来预防。703 3、再热裂纹、再热裂纹 再热裂纹是由于钢中含有再热裂纹是由于钢中含有cr, mo,

40、v,nbcr, mo,v,nb等强碳化物形成等强碳化物形成元素，以及存在一定的残余应力，并在焊后进行再次加热元素，以及存在一定的残余应力，并在焊后进行再次加热的情况下产生的。的情况下产生的。由表可知由表可知,16mn,16mn不含强碳化物形成元素不含强碳化物形成元素，在热轧状态下供货，焊后一般不进行热处理，因而对再，在热轧状态下供货，焊后一般不进行热处理，因而对再热裂纹不敏感热裂纹不敏感. . 如有强碳化物形成元素，则要注意。例如：如有强碳化物形成元素，则要注意。例如： 18mnmonb18mnmonb和和14mnmov14mnmov有轻微的再热裂纹敏感性。有轻微的再热裂纹敏感性。18mnmo

41、nb18mnmonb预热温度：预热温度：180180提高到提高到220220或焊后立即或焊后立即1802h1802h的后热的后热71 4 4、层状撕裂、层状撕裂 主要与板厚有关，不受钢材限制。主要与板厚有关，不受钢材限制。 板厚板厚16mm16mm以下，不易出现以下，不易出现 冶金轧制质量，片状硫化物带状分布，影响大冶金轧制质量，片状硫化物带状分布，影响大 抗层状裂纹的抗层状裂纹的z z向钢。向钢。z z向断面收缩率达到向断面收缩率达到20%20%， 即不即不会出现层状撕裂会出现层状撕裂 对于对于16mn16mn来说，其本身杂质与有害元素含量控制严来说，其本身杂质与有害元素含量控制严格，所以只

42、要我们控制其板材厚度与选择合适焊接工艺，格，所以只要我们控制其板材厚度与选择合适焊接工艺，其层状撕裂是可以减少或避免的其层状撕裂是可以减少或避免的. .72 5 5、hazhaz的性能的性能 主要是过热区的脆化问题。主要是过热区的脆化问题。 合金化方式影响过热区脆化。合金化方式影响过热区脆化。 mn-simn-si，固溶强化，合金元素在完全固溶条件下有，固溶强化，合金元素在完全固溶条件下有优良的综合性能优良的综合性能 mn-vmn-v、mn-nbmn-nb、mn-timn-ti等，固溶强化，沉淀强化等，固溶强化，沉淀强化正火处理正火处理 正火钢的过热敏感性比热轧钢大正火钢的过热敏感性比热轧钢大

43、 出现冷裂，采用小线能量焊接，可降低脆化出现冷裂，采用小线能量焊接，可降低脆化 73 过热脆化主要产生在被加热到过热脆化主要产生在被加热到1100到熔点以下的区域，到熔点以下的区域，它的产生原因与钢材成分及强化方式有关。它的产生原因与钢材成分及强化方式有关。对对16mn16mn钢来说，当钢来说，当碳含量偏于下限碳含量偏于下限(0.12%-0.14%)时，由于其本身含碳量少，又是时，由于其本身含碳量少，又是通过通过固溶强化固溶强化方式来获得较好的强度和韧性的，因而其脆化倾方式来获得较好的强度和韧性的，因而其脆化倾向小。只有当焊接线能量过大时，会导致过热区奥氏体晶粒严向小。只有当焊接线能量过大时，

44、会导致过热区奥氏体晶粒严重粗化，冷却时生成魏氏组织，这时才会出现脆化现象。重粗化，冷却时生成魏氏组织，这时才会出现脆化现象。而当含碳量偏于上限（而当含碳量偏于上限（0.20%）时，此时不仅线能量过大会因）时，此时不仅线能量过大会因形成魏氏组织而脆化，而且当线能量偏低、冷速过大时还会因形成魏氏组织而脆化，而且当线能量偏低、冷速过大时还会因形成高碳马氏体而发生脆化。形成高碳马氏体而发生脆化。 因而只要我们控制因而只要我们控制16mn16mn钢的成分与线能量，其过热区脆钢的成分与线能量，其过热区脆化也是可以减少或避免的。化也是可以减少或避免的。74 综合以上分析，我们知道综合以上分析，我们知道在裂纹

45、方面在裂纹方面,16mn对热裂纹、对热裂纹、再热裂纹和层状撕裂不敏感，只有当板材厚度过大，且冷却再热裂纹和层状撕裂不敏感，只有当板材厚度过大，且冷却过快时对冷裂纹有一定的敏感性；在脆化方面过快时对冷裂纹有一定的敏感性；在脆化方面, 16mn有一定有一定的热应变脆化现象，对过热区脆化不敏感。的热应变脆化现象，对过热区脆化不敏感。在生产实际中，在生产实际中，我们只要通过一些简单的焊接工艺就可以解决我们只要通过一些简单的焊接工艺就可以解决16mn中由于中由于部分原因对焊接性带来的不利影响。部分原因对焊接性带来的不利影响。 因而，总的来说，因而，总的来说，16mn具有优良的焊接性，这正是它具有优良的焊

46、接性，这正是它广泛用于各种焊接结构中的一个重要原因。广泛用于各种焊接结构中的一个重要原因。75 （二）焊接工艺特点（二）焊接工艺特点 焊接方法不是关键，无特殊要求。焊接方法不是关键，无特殊要求。 根据材料厚度、产品结构和具体施工条件选择：根据材料厚度、产品结构和具体施工条件选择：手弧焊、埋弧焊、气体保护焊、电渣焊手弧焊、埋弧焊、气体保护焊、电渣焊 1 1、热轧钢、热轧钢（1 1）主要特点）主要特点 碳当量较低，强度不高，具有较好的塑性、韧性及焊接碳当量较低，强度不高，具有较好的塑性、韧性及焊接性，性，hazhaz淬硬倾向略大于低碳钢。焊件较厚，接头刚性大淬硬倾向略大于低碳钢。焊件较厚，接头刚性

47、大，环境温度低时易产生冷裂纹。，环境温度低时易产生冷裂纹。 76 （2）工艺措施）工艺措施 要求焊缝与母材等强的焊件，选用相应强度级别的焊条；要求焊缝与母材等强的焊件，选用相应强度级别的焊条； 不要求等强的焊件，选用强度略低的焊条，提高塑性、韧不要求等强的焊件，选用强度略低的焊条，提高塑性、韧性；性； 尽量使用低氢焊条；对强度级别低地低合金钢、非动载荷尽量使用低氢焊条；对强度级别低地低合金钢、非动载荷构件，可使用酸性焊条；构件，可使用酸性焊条； 板厚增加，刚性变大，应提高预热温度；板厚增加，刚性变大，应提高预热温度； 在环境温度在环境温度0oc以下施工，构件预热以下施工，构件预热100150o

48、c 酸性焊条酸性焊条150250oc烘干，碱性焊条烘干，碱性焊条350450oc烘干后在烘干后在100150oc保温。保温。 77 （3）焊接规范）焊接规范 295mpa级，级，ceq0.280.35%，09mn2、09mn2cu、09mn2si、09mnv、12mn、18nb6等，可以不预热，不后热，等，可以不预热，不后热，常采用常采用j422、j423、j426、j427焊条。焊条。 345mpa级，级，ceq0.310.39%，16mn、16mncu、16mnre、16mnsicu、12mnnb、14mnnb等，厚度大于等，厚度大于40mm，需要，需要大于大于100预热预热 ，焊后，焊后

49、600650 回火，常采用回火，常采用j502、j503、j506、j507焊条。焊条。 390mpa级，级，ceq0.380.42%，15mnv、15mncu、15mnvre、16mnnb、15mnti、15mnticu，厚度大于，厚度大于32mm，需要大于，需要大于100 预热预热 ，用，用j506、j507焊条，焊后焊条，焊后560590 回回火；用火；用j556、j557焊条，焊后焊条，焊后600650 回火。回火。 78 2、正火钢、正火钢（1）主要特点）主要特点 碳当量较高，焊接碳当量较高，焊接haz有明显的淬硬倾向，焊后于有明显的淬硬倾向，焊后于800500 冷却速度越大，淬硬越

50、严重，冷裂敏感性增加。输入冷却速度越大，淬硬越严重，冷裂敏感性增加。输入焊接线能量不可过低（焊接电流小，焊接线速度高），否则焊接线能量不可过低（焊接电流小，焊接线速度高），否则易产生淬硬组织；线能量过高，过热度大，晶粒粗大，接头易产生淬硬组织；线能量过高，过热度大，晶粒粗大，接头塑性降低。塑性降低。 79 （2）工艺措施）工艺措施 要求焊缝与母材等强的焊件，选用相应强度级别的焊条；要求焊缝与母材等强的焊件，选用相应强度级别的焊条； 不要求等强的焊件，选用强度略低的焊条，提高塑性、韧性不要求等强的焊件，选用强度略低的焊条，提高塑性、韧性； 使用低氢焊条；适当控制线能量和焊后冷却速度；使用低氢焊条

51、；适当控制线能量和焊后冷却速度； 强度级别高或厚度较大的焊件，焊后应及时热处理，或在强度级别高或厚度较大的焊件，焊后应及时热处理，或在200350 保温保温26 h； 焊件、焊条应保持低氢状态，定位焊也应采取预热措施；焊件、焊条应保持低氢状态，定位焊也应采取预热措施； 严禁在非焊接部位引弧。严禁在非焊接部位引弧。 焊条焊条350450 烘干，使用前烘干，使用前100150 保温保温 80 （3）焊接规范）焊接规范 440mpa级，级，ceq0.410.43%，15mnvn、15mnvncu、15mnvtire、14mnvtire等，厚度大于等，厚度大于32mm，需要大于，需要大于100oc预热

52、，常采用预热，常采用j556、j557、j606、j607焊条。焊条。 490mpa级，级，ceq0.500.55%，18mnmonb、14mnmov、15mnmovcu、14mnmovn等，大于等，大于150oc预热，焊后预热，焊后600650oc回火；回火；12ni4crmov钢，大于钢，大于150oc预热，保持层温预热，保持层温150300oc，焊后，焊后600650oc回火回火；常采用；常采用j607、j606焊条。焊条。 540mpa级，级，ceq0.47%，14mnmovb，200250oc预热，焊后预热，焊后550 20oc或或660 20oc回火，用回火，用j706、j707焊

53、条焊条 81 三、热轧及正火钢的焊接工艺三、热轧及正火钢的焊接工艺 焊接方法的选择无特殊要求，在此仅讨论焊接焊接方法的选择无特殊要求，在此仅讨论焊接材料和工艺参数的确定。材料和工艺参数的确定。坡口加工、装配及定位焊坡口加工、装配及定位焊焊接材料的选择焊接材料的选择考虑两个问题：考虑两个问题： 无焊接缺陷；无焊接缺陷； 满足使用性能要求。满足使用性能要求。8211a1c8384 对于热轧、正火钢，裂纹一般不会产生，主要根对于热轧、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。据使用性能要求来选择焊接材料。注意以下问题：注意以下问题：1 1、选择与母材力学性能匹配的相应级别的焊接材

54、料、选择与母材力学性能匹配的相应级别的焊接材料 等强匹配或低强匹配，等强匹配或低强匹配，c0.14%c0.14%，合金元素低于母材。，合金元素低于母材。852 2、同时考虑熔合比和冷却速度的影响、同时考虑熔合比和冷却速度的影响焊缝金属的化学成分、力学性能取决于：焊缝金属的化学成分、力学性能取决于：母材的熔入量即熔合比；母材的熔入量即熔合比；组织的过饱和度。组织的过饱和度。组织的过饱和度取决于：冷却速度组织的过饱和度取决于：冷却速度3 3、考虑焊后热处理对焊缝力学性能的影响、考虑焊后热处理对焊缝力学性能的影响868788焊接工艺参数的确定焊接工艺参数的确定1 1、焊接热输入（线能量）、焊接热输入

55、（线能量） 焊接线能量的确定，取决于：焊接线能量的确定，取决于： 过热区的脆化；过热区的脆化； 冷裂纹。冷裂纹。 对于对于ceqceq小于小于0.40%0.40%的热轧正火钢，焊接线能量可适当放宽的热轧正火钢，焊接线能量可适当放宽； 对于对于ceq0.40%-0.60%ceq0.40%-0.60%正火钢，小焊接线能量预热。正火钢，小焊接线能量预热。8990典型工艺参数：典型工艺参数：1 1）焊条电弧焊）焊条电弧焊 打底焊道和非平焊位置，焊条直径小些，在保证质量前打底焊道和非平焊位置，焊条直径小些，在保证质量前提下，尽量采用大焊条、大电流。表提下，尽量采用大焊条、大电流。表3-73-72 2）自

56、动焊）自动焊 埋弧焊、电渣焊、埋弧焊、电渣焊、coco2 2气体保护焊。表气体保护焊。表3-83-8、9 93 3）氩弧焊）氩弧焊 主要用于打底焊。主要用于打底焊。9192939495bvmonicrcumnsicpcm5101560203039214400cpt2 2、预热和焊后热处理、预热和焊后热处理 目的：防止裂纹，改善组织、性能。目的：防止裂纹，改善组织、性能。 1) 1) 预热预热60060hppcmc96972 2）焊后热处理）焊后热处理a) a) 不要超过母材原来的回火温度，以免影响母材本身的性能；不要超过母材原来的回火温度，以免影响母材本身的性能；b) b) 对于有回火脆性的材

57、料，避开出现回火脆性的温度区域。对于有回火脆性的材料，避开出现回火脆性的温度区域。9899焊接接头的力学性能焊接接头的力学性能 wm wm和和hazhaz的力的力学性能是影响接头使用学性能是影响接头使用可靠性的基本性能，而可靠性的基本性能，而其中强度与韧性又是关其中强度与韧性又是关键的考核要素。表键的考核要素。表3-143-14100低碳调质钢低碳调质钢 碳含量：在碳含量：在0.09-0.23%0.09-0.23%，大部分，大部分0.16-0.18% 0.16-0.18% 强化机理：相变强化（调质处理强化机理：相变强化（调质处理) ) 屈服强度：为屈服强度：为490mpa 490mpa 980

58、mpa 980mpa 合金系合金系 ：低：低c c、mn-ni-cr-momn-ni-cr-mo系系 主合金化元素：主合金化元素： mnmn、nini、crcr（1.6%200j200j甚至达甚至达300300以上以上) )。103(一一)、焊接性分析、焊接性分析含碳量很低，而且对硫、磷等杂质控制严格，因含碳量很低，而且对硫、磷等杂质控制严格，因而有良好的焊接性而有良好的焊接性 1041.1.裂纹裂纹（1 1）热裂纹）热裂纹a a、结晶裂纹：、结晶裂纹：c c低、低、mnmn高，高，s s、p p控制严，控制严， mn/smn/s高，敏感高，敏感性小性小b b、hazhaz液化裂纹：液化裂纹：

59、在高在高nini、低、低mnmn的低合金高强钢中出现，其产生与的低合金高强钢中出现，其产生与mn/smn/s有关有关，c c高，要求高，要求mn/smn/s高；高；线能量越大，过热区晶粒粗大，晶界熔化严重，晶界面积线能量越大，过热区晶粒粗大，晶界熔化严重，晶界面积减少，容易形成液态薄膜，液化裂纹敏感性增大减少，容易形成液态薄膜，液化裂纹敏感性增大熔池凹度越大，敏感性大熔池凹度越大，敏感性大105106预防液化裂纹措施：预防液化裂纹措施：（1 1）nini高时，控制高时，控制c c、s s含量，提高含量，提高mn/smn/s比；比；（2 2）小）小q q；（3 3）控制熔池形状，减小凹度。）控制

60、熔池形状，减小凹度。107（2 2）冷裂纹）冷裂纹含碳低，合金元素多，得到低碳含碳低，合金元素多，得到低碳m m或或b b，在，在msms附近冷速低附近冷速低， msms 较高，较高，m m能进行能进行“自回火自回火”，可避免产生冷裂纹。，可避免产生冷裂纹。低碳调质钢对扩散氢低碳调质钢对扩散氢hh比较敏感，当比较敏感，当hh控制不严时，控制不严时，冷裂纹敏感性还是相当高冷裂纹敏感性还是相当高 自回火：碳原子通过扩散沿晶体缺陷偏聚而使自回火：碳原子通过扩散沿晶体缺陷偏聚而使m m强化的现象强化的现象（3 3）层状撕裂）层状撕裂低碳调质钢对杂质控制严格，抗层状撕裂能力较好低碳调质钢对杂质控制严格，