结构钢的焊接性ppt课件

1、1Northeastern University at Qinhuangdao第一节第一节 合金构造钢的分类和性合金构造钢的分类和性能能第二节第二节 热轧及正火钢的焊接热轧及正火钢的焊接第三章第三章 合金构造钢的焊接合金构造钢的焊接 第三节第三节 低碳调质钢的焊接低碳调质钢的焊接第四节第四节 珠光体耐热钢的焊接珠光体耐热钢的焊接第五节第五节 低温钢的焊接低温钢的焊接2Northeastern University at Qinhuangdao1 合金构造钢的分类和性能合金构造钢的分类和性能 合金构造钢是在碳素钢的根底上有目的地参与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

2、、钒、钛、硼等。参与合金元素可使钢的性能产生预期的变化，如提高其强度，改善其韧性，或使其具有特殊的物理、化学性能，如耐热性和耐蚀性等。1. 按合金元素总含量的多少分： 1低合合钢，普通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 ：强度用钢和低中合金特殊用钢1.1 合金构造钢的分类3Northeastern University at Qinhuangdao 强度用钢强度用钢类别类别屈服强度屈服强度（MPa）供货供货状态状态特点特点应用应用热轧及热轧及正火钢正火钢294490热轧或正火包括：微合金化控轧钢、抗层状撕裂的Z向钢等；非热处

3、理强化钢RT下受力结构：压力容器、动力设备、工程机械、桥梁、建筑结构和管线等。低碳调低碳调质钢质钢490980淬火-回火调质C%0.22%，强度高，塑性、韧性好，调质态下焊直接，焊后无需调质处理；热处理强化钢大型工程机械、压力容器及舰船制造等。中碳调中碳调质钢质钢8801176调质C%=0.25%0.5%，高强高硬，韧性低，淬硬性高，焊接性差；热处理强化钢强度高的部件：火车发动机壳体，飞机起落架 即高强构造钢，主要性能是力学性能，合金元素的参与是为了保证足够的塑性和韧性的前提下，获得不同的强度等级。4Northeastern University at Qinhuangdao类别类别合金元素合

4、金元素特点特点应用应用珠光体珠光体耐热钢耐热钢以Cr、Mo为基础的低中合金钢，工作温度提高，还可加入V、W、Nb、B等合金元素具有较好的高温强度和高温抗氧化性 用于工作温度在500600的高温设备：热动力设备和化工设备等。低温钢低温钢大部分是一些含Ni或无Ni的低合金钢正火或调质状态下使用；低温下具有足够高的低温韧性，对强度无特殊要求。 用于各种低温装置（-40-196）和在严寒地区的一些工程结构：液化石油气、天然气的储存容器等。低合金低合金耐蚀钢耐蚀钢主要含Cr，Ni元素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。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。

5、 低中合金特殊用钢低中合金特殊用钢 主要用于一些特定条件下任务的机械零件和工程构造。除了主要用于一些特定条件下任务的机械零件和工程构造。除了要满足常规力学性能外，还必需顺应特殊环境下任务的要求。要满足常规力学性能外，还必需顺应特殊环境下任务的要求。5Northeastern University at Qinhuangdao1.2 合金构造钢的根本性质 化学成分： 低合金构造钢是在低碳钢根底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。低合金钢参与的元素有Mn、Si、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Cu等，杂质元素P、S的

6、含量要限制在较低的程度。C C： 控制钢材强度、硬度的重要元素，每控制钢材强度、硬度的重要元素，每1 1CC可添加抗拉强度约可添加抗拉强度约980MPa980MPa。SiSi：也是增大强度、硬度的元素，每：也是增大强度、硬度的元素，每1 1SiSi可添加抗拉强度约可添加抗拉强度约98MPa98MPa。MnMn：添加淬透性，提高韧性，降低：添加淬透性，提高韧性，降低 S S 的危害等。的危害等。AlAl：细化钢材组织，控制冷轧钢板退火织构。：细化钢材组织，控制冷轧钢板退火织构。NbNb：细化钢材组织，添加强度、韧性等。：细化钢材组织，添加强度、韧性等。V V： 细化钢材组织，添加强度、韧性等。细

7、化钢材组织，添加强度、韧性等。CrCr：添加强度、硬度、耐腐蚀性能。：添加强度、硬度、耐腐蚀性能。6Northeastern University at Qinhuangdao 用于焊接构造的低中合金钢合金元素总的质量分数普用于焊接构造的低中合金钢合金元素总的质量分数普通通10%。各种元素对合金构造钢下临界点温度的综合影响。各种元素对合金构造钢下临界点温度的综合影响可用下述公式表示：可用下述公式表示： A1 = 720 + 28wSi + 5wCr + 6wCo + 3wTi 5wMn 10wNi 3wV ， 3-1 由上述公式可见：由上述公式可见：Si、Cr、Co和和Ti等元素能提高下临界等

8、元素能提高下临界点点A1的温度减少的温度减少区，而区，而Mn、Ni和和V那么降低那么降低A1点温度点温度扩展扩展区。区。化学成分：化学成分：以以Ni元素为代表元素为代表Ni组元素，扩展组元素，扩展区：区：Ni、Mn、Co以以Cr元素为代表元素为代表Cr组元素，减少组元素，减少区：区：Cr、Si、P、Al、Ti、V、Mo、W。合金元素的影响程度不仅取决于它的含量，还取决于同时存在的其它合金元素的性质和含量。合金元素的影响程度不仅取决于它的含量，还取决于同时存在的其它合金元素的性质和含量。7Northeastern University at Qinhuangdao 参与合金元素能细化晶粒，而且各

9、种合金元素在不同程度上改动了参与合金元素能细化晶粒，而且各种合金元素在不同程度上改动了钢的奥氏体转变动力学，直接影响钢的淬硬倾向。如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和和Si等元素能提高钢的淬硬倾向，而等元素能提高钢的淬硬倾向，而Ti、Nb、Ta等碳化物构等碳化物构成元素那么降低钢的淬硬倾向。图成元素那么降低钢的淬硬倾向。图3-1各元素对钢的性能的影响各元素对钢的性能的影响 合金元素对低合金钢屈服强度和抗拉强度的综合影响，可按以下合金元素对低合金钢屈服强度和抗拉强度的综合影响，可按以下阅历公式进展计算：阅历公式进展计算： s = 122 + 274

10、wC + 82wMn + 55wSi + 54wCr + 44wNi + 78wCu + 353wV + 755wTi + 540wP + 30-2(h-5), MPa b = 230 + 686wC + 78wMn + 90wSi + 73wCr + 33wNi + 56wCu + 314wV + 529wTi + 450wP + 21-1.4(h-5), MPa式中 h为板厚mm。8Northeastern University at QinhuangdaoN 元素对钢的性能的影响元素对钢的性能的影响 氮在钢中的作用与碳类似，当它溶解在铁中时，将扩氮在钢中的作用与碳类似，当它溶解在铁中时，

11、将扩展展区。氮能与钢中的其他合金元素构成稳定的氮化物，区。氮能与钢中的其他合金元素构成稳定的氮化物，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才干。钢的屈服点和抗脆断才干。 氮的影响既决议于其含量，也决议于在钢中存在的其他氮的影响既决议于其含量，也决议于在钢中存在的其他合金元素的种类和数量。合金元素的种类和数量。Al、Ti和和V等合金元素对氮具有等合金元素对氮具有较高的亲和力，并能构成较稳定的氮化物。因此，为了充较高的亲和力，并能构成较稳定的氮化物。因此，为了充分发扬氮作为合金元素的作用，钢中必需同时参与分发扬氮作为合

12、金元素的作用，钢中必需同时参与Al、V和和Ti等氮化物构成元素。等氮化物构成元素。 9Northeastern University at Qinhuangdao合金元素的作用合金元素的作用 合金元素或者与Fe构成固溶体，或者构成碳化物除Ti、Nb和Ta外，都产生了延迟奥氏体分解的作用并由此提高了钢的淬硬倾向。各种元素对钢的力学性能和工艺性能的影响，取决于它的含量和同时存在的其他合金元素。 添加一些合金元素，如Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Cu等，主要是为了提高钢的淬透性和马氏体的回火稳定性。这些元素可以推迟珠光体和贝氏体的转变，使产生马氏体转变的临界冷却速率降低。低合金调质高强钢由于

13、含碳量低，所以淬火后得到低碳马氏体，而且发生“自回火景象，脆性小，具有良好的焊接性。 10Northeastern University at Qinhuangdao强度(strength)：在外力作用下，资料抵抗塑性变形和断裂的才干 。屈强比：屈服强度与抗拉强度之比s /b 阐明： 钢材的强度越高，屈强比增大，屈服强度与抗拉强度之差越小。 不同温度下，钢材的强度不同。图3-2 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。 2. 力学性能力学性能强度强度11Northeastern University at Qinhuangd

14、ao阐明： 实验GB/T 229-2007：取10mm10mm 55mm的长方形试样，在试样中央开深度2mm的V形缺口，尖端半径为0.25mm。将摆锤置于一定的高度释放，冲断试件，然后刹车，读出试件冲断时耗费的功。 不同温度，Ak值不同。2. 力学性能力学性能韧性韧性韧性toughness：表示资料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的才干。冲击韧性(impact toughness)：资料冲击载荷作用下的断裂时的冲击吸收功Ak ， Ak 与试样缺口底部处横截面积之比为冲击韧度。12Northeastern University at Qinhuangdao 合金构造钢具有较高的强度和良好的塑性和韧

15、性，采用不同的合金成分和热处置工艺，可以获得具有不同综合性能的低中合金构造钢。 1. Mn的固溶强化作用很显著，wMn1.7%时可提高韧性、降低脆性转变温度 2. Si虽然显著固溶强化但降低塑性、韧性，普通wSi0.6%； 3. Ni是独一既固溶强化又同时提高韧性且大幅度降低脆性转变温度的元素， 常用于低温钢。 4. V、Ti、Nb剧烈构成碳化物，Al、V、Ti、Nb构成氮化物，析出的微小VC、TiC、NbC及AlN、VN、TiN、NbC、N产生明显的沉淀强化作用，在固溶强化的根底上屈服强度提高50100MPa，并坚持了韧性。 微量参与 5.微合金化元素还有B，主要作用是在晶界上阻止先共析铁素

16、体生成及长大，从而改善韧性。13Northeastern University at Qinhuangdao3. 显微组织显微组织 低合金钢热影响区中的显微组织主要是低碳马氏体、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、贝氏体、M-A组元和珠光体类组织，导致具有不同的硬度、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织对低合金钢强度和韧性的影响如图3-3所示。所示。 低合金构造钢为了获得称心的强度和韧性的组合，晶低合金构造钢为了获得称心的强度和韧性的组合，晶粒

17、尺寸必需细小、均匀，而且应是等轴晶。经调质处置后粒尺寸必需细小、均匀，而且应是等轴晶。经调质处置后的钢材具有较高的强度、韧性和良好焊接性，裂纹敏感性的钢材具有较高的强度、韧性和良好焊接性，裂纹敏感性小，热影响区组织性能稳定。小，热影响区组织性能稳定。14Northeastern University at Qinhuangdao1. 热轧及正火钢的成分和性能热轧及正火钢的成分和性能第二节第二节 热轧及正火钢的焊接热轧及正火钢的焊接2. 热轧及正火钢的焊接性热轧及正火钢的焊接性3. 热轧及正火钢的焊接工艺热轧及正火钢的焊接工艺15Northeastern University at Qinhua

18、ngdao1. 热轧及正火钢的成分和性能热轧及正火钢的成分和性能类别类别热轧钢热轧钢正火钢正火钢s/ MPa294392 390成分成分wC0.2%，wSi0.55%，wMn 1.5%。在Q345的基础上加入V，Nb，Ti 、 Mo等元素（沉淀强化）组织组织/状态状态热轧态（非热处理强化钢）一般为铝镇静的细晶粒FP正火（含V，Nb，Ti）正火+回火（含Mo）强化机理强化机理Mn、Si合金固溶强化；V、Nb 、 Ti ( 形成碳化物和氮化物 ) 细晶强化，沉淀强化。在固溶强化的基础上，加入促C、N化合物形成元素（如V、Nb、Ti和Mo等），通过沉淀强化和细化晶粒进一步提高钢材的强度和保证韧性。典

19、型钢种典型钢种Q345(16Mn)Q390，Q345 （s/b 高）14MnMoV、18MnMoNb（中温性能好），Z向钢（抗撕裂）16Northeastern University at Qinhuangdaou 微合金控轧钢是热轧及正火钢中的一个分支，是近年来开展起来的一类新钢种。u 采用微合金化参与微量Nb、V、Ti和控制轧制等技术到达细化晶粒和沉淀强化相结合的效果。在冶炼工艺上采取了降C、降S、改动夹杂物形状、提高钢的纯真度等措施，使钢材具有均匀的细晶粒等轴晶铁素体基体。u 微合金化钢就其本质来讲与正火钢类似，它是在低碳的C-Mn钢根底上经过V、Nb、Ti微合金化及炉外精炼、控轧、控冷

20、等工艺，获得细化晶粒和综合力学性能良好的微合金钢。u 控轧钢具有高强度、高韧性和良好的焊接性等优点。微合金控轧钢微合金控轧钢17Northeastern University at Qinhuangdao2. 热轧及正火钢的焊接性热轧及正火钢的焊接性2.1 冷裂及影响要素冷裂及影响要素类别类别热轧钢热轧钢正火钢正火钢微合金控扎钢微合金控扎钢焊接焊接性特性特点点合金元素少，Ceq小，冷裂倾向小合金元素较多，淬硬倾向增加。级别及Ceq低时，冷裂纹倾向不大；随Ceq及增加，淬硬性及冷裂倾向增加Wc%小Ceq低冷裂倾向小 低合金钢的焊接性主要取决于它的化学成分和组织形状。随着钢材强度级别的提高和合金元

21、素含量的添加，焊接性也随之发生变化。18Northeastern University at Qinhuangdao1碳当量碳当量Ceq 淬硬倾向主要取决于钢的化学成分，其中以碳的作用最明显。淬硬倾向主要取决于钢的化学成分，其中以碳的作用最明显。可以经过碳当量公式来大致估算不同钢种的冷裂敏感性。通常碳当量越高，冷裂敏可以经过碳当量公式来大致估算不同钢种的冷裂敏感性。通常碳当量越高，冷裂敏感性越大。感性越大。5156VMoCrNiCuMnCCeq， (IIW公式：wt%) Ceq0.4%时，淬硬倾向不明显，焊件普通不会产时，淬硬倾向不明显，焊件普通不会产生裂痕，但对厚大工件或低温下焊接时应思索预

22、生裂痕，但对厚大工件或低温下焊接时应思索预热。热。 Ceq=0.4%0.6%时，钢材塑性下降，淬硬倾向明时，钢材塑性下降，淬硬倾向明显，焊性较差。焊前预热，焊后缓冷，显，焊性较差。焊前预热，焊后缓冷， Ceq0.6%时，钢材塑性较低，淬硬倾向很强，焊时，钢材塑性较低，淬硬倾向很强，焊接区易产生冷裂，焊接性不好。焊前须较高温度接区易产生冷裂，焊接性不好。焊前须较高温度预热到，焊接时要采取减少焊接应力和防止开裂预热到，焊接时要采取减少焊接应力和防止开裂的工艺措施，焊后要进展适当的热处置，才干保的工艺措施，焊后要进展适当的热处置，才干保证焊接接头质量。证焊接接头质量。2.1 冷裂及影响要素冷裂及影响

23、要素19Northeastern University at Qinhuangdao (2) 淬硬倾向： 焊接热影响区产生淬硬的M或M+B+F混合组织时，对氢致裂纹敏感； 而产生B或B+F组织时，对氢致裂纹不敏感。淬硬倾向可以经过HAZ的SHCCT或母材的CCT图来进展分析图3-4。结论：Q345与低碳钢比较：2.1 冷裂及影响要素冷裂及影响要素类别类别热轧钢热轧钢正火钢正火钢特点特点快冷时，淬硬倾向大合金元素含量、强度级别越大，淬硬倾向大原因原因V冷大时，HAZ的组织：少量F+B+大量M。（低碳钢：大量F+少量B+M。 ）V冷小时，和低碳钢类似Me%越大，冷却组织中B+M多，淬硬倾向大20N

24、ortheastern University at Qinhuangdao16Mn 的的SHCCT图图当冷却速度VVc时，F析出后剩下的富碳A来不及转变为P，直接转变为高碳B和M，硬度添加，淬硬倾向添加。少量F+大量B+大量M21Northeastern University at Qinhuangdao低碳钢低碳钢SHCCT图图大量F+少量P+部分B22Northeastern University at Qinhuangdao3热影响区最高硬度热影响区最高硬度 HAZ最高硬度允许值就是刚好不出现冷裂纹的临界硬度最高硬度允许值就是刚好不出现冷裂纹的临界硬度值。即假设实践值。即假设实践HAZ的

25、硬度高于的硬度高于HAZ最高硬度允许值，那么这个接头有能够产生最高硬度允许值，那么这个接头有能够产生冷裂纹；假设在最高硬度允许值内，普通以为此接头不会产生冷裂。冷裂纹；假设在最高硬度允许值内，普通以为此接头不会产生冷裂。 HAZ最高硬度值与资料的强度、成分、工艺都有关。最高硬度值与资料的强度、成分、工艺都有关。2.1 冷裂及影响要素冷裂及影响要素 1.Ceq越高，热影响区最高硬度越大，HAZ淬硬倾向越大，图3-7 2.冷却速度越大，热影响区最高硬度越大，HAZ淬硬倾向越大，图3-8，3-923Northeastern University at Qinhuangdao2.2 热裂和再热裂纹热裂

26、和再热裂纹1热裂热裂 热轧及正火钢普通碳含量较低、而热轧及正火钢普通碳含量较低、而Mn含量较高，因此这类钢的含量较高，因此这类钢的Mn/S比能到比能到达要求，具有较好的抗热裂性能，焊接过程中的热裂纹倾向较小。达要求，具有较好的抗热裂性能，焊接过程中的热裂纹倾向较小。 但是假设钢中但是假设钢中C、S、P等元素含量偏高或偏析严重，导致等元素含量偏高或偏析严重，导致Mn/S低于要求，也能低于要求，也能够出现裂纹。够出现裂纹。P56页：页：C：影响结晶裂纹的主要元素。由：影响结晶裂纹的主要元素。由FeC相图，相图，C含量添加，初生相可由含量添加，初生相可由相转为相转为相，而相，而S、P在在相中的溶解度

27、比在相中的溶解度比在相中低很多，析出的相中低很多，析出的S、P就会富集在晶界，添就会富集在晶界，添加结晶裂纹倾向。所以加结晶裂纹倾向。所以C加剧了加剧了S，P的危害。的危害。Mn：脱：脱S：FeO-FeS熔点熔点940，纯，纯MnS熔点熔点1610， FeO-MnS熔点熔点1164Si：是：是相构成元素，有利于消除结晶裂纹；但是含量超越相构成元素，有利于消除结晶裂纹；但是含量超越0.4%，易构成硅酸盐夹，易构成硅酸盐夹杂，添加裂纹倾向。杂，添加裂纹倾向。WC% WMn% 越大 Mn/S要求24Northeastern University at Qinhuangdao2.2 热裂和再热裂纹热裂

28、和再热裂纹2再热裂再热裂 缘由：焊后热处置时，剩余应力松弛过程中，粗晶区应力集中部位的晶界滑缘由：焊后热处置时，剩余应力松弛过程中，粗晶区应力集中部位的晶界滑动变形量超越该部分的塑性变形才干，就会产生再热裂纹。动变形量超越该部分的塑性变形才干，就会产生再热裂纹。较大的焊接剩余应力。较大的焊接剩余应力。 特点：粗晶区沿晶开裂，遇细晶裂纹停顿扩展；存在剩余应力且应力集中；特点：粗晶区沿晶开裂，遇细晶裂纹停顿扩展；存在剩余应力且应力集中；存在温度敏感区存在温度敏感区A不锈钢不锈钢700-900；沉淀强化的低合金钢；沉淀强化的低合金钢500-700 ；含一定沉淀强化元素的资料才具有含一定沉淀强化元素的

29、资料才具有SR敏感性，碳素和固溶强化钢不会产生敏感性，碳素和固溶强化钢不会产生SR一一次焊接热时，合金元素固溶，冷后未充分析出，再热时，在晶界写出，脆化晶界。次焊接热时，合金元素固溶，冷后未充分析出，再热时，在晶界写出，脆化晶界。Mo、Cr元素及含量对元素及含量对SR倾向的影响见倾向的影响见3-10图随图随Mo、Cr ，SR倾向性倾向性 预防工艺措施：预防工艺措施： 提高预热温度、焊后立刻热处置等措施来防止再热裂纹的产生。提高预热温度、焊后立刻热处置等措施来防止再热裂纹的产生。 25Northeastern University at Qinhuangdao2.3 层状撕裂层状撕裂缘由：轧制钢

30、材内部存在不同程度的分层夹杂物硫化物和氧化物，在焊接时产生垂直于钢板外表的拉应力，致使热影响区附近或稍远的部位，沿轧制方向产生呈“台阶形的层状开裂，并可穿晶扩展。位置：主要发生于要求熔透的角接接头或T形接头的厚板构造中图3-16。阐明：1层状撕裂的产生不受钢材种类和强度级别的限制，与板厚有关，板厚在16mm以下普通不会产生层状撕裂。2从本质来说，主要取决于钢的冶炼质量，钢中的片状硫化物与层状硅酸盐或大量成片地密集于同一平面内的氧化物夹杂都使Z 向塑性降低，导致层状撕裂的产生，其中层片状硫化物的影响最为严重。3硫含量和Z向断面收缩率是评定钢材层状撕裂敏感性的主要目的。 26Northeaster

31、n University at Qinhuangdao2.4 焊缝组织及韧性焊缝组织及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。影响要素：显微组织、夹杂和析出物等。低合金高强钢焊缝金属的组织主要包括：先共析铁素体PF、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。焊缝中针状铁素体组织比例高时，韧性显著升高，韧脆转变温度vTrs降低，如图3-11a所示针状铁素体晶粒细小，晶粒边境交角大且相互交叉，每个晶界都对裂纹的扩展起妨碍作用焊缝中先共析铁素体组织比例增多那么韧性下降，韧脆转变温度上升

32、，如图3-11b所示先共析铁素体沿晶界分布，裂纹易于萌生、也易于扩展，导致韧性较差。27Northeastern University at Qinhuangdao2.4 焊缝组织及韧性焊缝组织及韧性以AF为主的焊缝金属，屈强比(s/b)普通大于0.8；以PF组织为主的焊缝金属，屈强比多在0.8以下；焊缝金属中有上贝氏体存在时，屈强比小于0.7。焊缝金属中AF越多，韧性越好；合金化程度越高，韧性越低 Eg- Mn、Si 既是氧化元素，又是合金元素1Si是铁素体构成元素，焊缝中Si含量添加，将使晶界铁素体添加。Mn是扩展奥氏体区的元素，推迟转变，所以添加焊缝中的Mn含量，将减少先共析铁素体的比例

33、。但Si、Mn含量的添加，都将使焊缝金属的晶粒粗大。2当Mn、Si含量较少时，转变构成粗大的先共析铁素体组织，焊缝韧性较低，由于微裂纹扩展的阻力较小。当Mn、Si含量过高时，构成大量平行束状陈列的板条状铁素体，这些晶粒的结晶位向很类似，扩展裂纹与这些晶粒边境相遇不会有多大的妨碍，这也使焊缝金属韧性较低。因此，Mn和Si含量过多或过少都使韧性下降。28Northeastern University at Qinhuangdao类别类别粗晶区脆化粗晶区脆化热应变脆化热应变脆化位置位置热影响区过热区焊接熔合区；加热温度低于Ac1的亚临界热影响区原因原因焊接热输入过大，粗晶区将因晶粒长大或出现M、W、

34、上B组织而降低韧性；热输入过小，粗晶区中M组织所占的比例增大而降低韧性，焊接碳含量偏高的热轧钢时较明显（C,脆化)。含N量高的钢，由于氮、碳原子聚集在位错周围，对位错造成钉轧作用。在200400时热应变脆化最为明显（动应时效脆化-蓝脆）。熔合区易于产生热应变脆化与此区域常存在缺口性质的缺陷和不利组织有关。措施措施1.降低焊缝S、P、N含量2.小焊接热输入，适当的焊后热处理（图3-15）1.加氮化物形成元素（如Al、Ti、V等），细晶降低脆化倾向。2.退火处理：如Q345经600 1h退火处理后，韧性大幅提高2.5 HAZ脆化脆化29Northeastern University at Qinh

35、uangdao3. 热轧及正火钢的焊接工艺热轧及正火钢的焊接工艺3.1 坡口加工、装配及定位焊坡口加工、装配及定位焊坡口加工：机械加工精度高，火焰切割或碳弧气刨。 对强度级别较高、厚度较大的钢材，经过火焰切割和碳弧气刨的坡口运用砂轮仔细打磨，去除氧化皮及凹槽；在坡口两侧约50mm范围内，应去除水、油、锈及脏物等。 焊接方法：焊条电弧焊、埋弧自动焊、CO2气体维护焊等装配间隙：不应过大，尽量防止强力装配，减小焊接应力。为防止定位焊缝开裂，要求定位焊缝应有足够的长度普通不小于50mm。定位焊：其顺序应能防止过大的拘谨、允许工件有适当的变形，定位焊焊缝应对称均匀分布。30Northeastern U

36、niversity at Qinhuangdao3.2 焊接资料的选择焊接资料的选择 低合金钢选择焊接资料时必需思索两方面的问题：一是不能有裂纹等焊接缺陷；二是能满足运用性能要求。选择焊接资料的根据是保证焊缝金属的强度、塑性和韧性等力学性能与母材相匹配。 热轧及正火钢焊接普通是根据其强度级别选择焊接资料，而不要求与母材同成分，其要点如下： (1)等强匹配：选择与母材力学性能匹配的相应级别的焊接资料：要求焊缝的强度性能与母材等强或稍低于母材。焊缝中碳的质量分数不应超越0.14%，焊缝中其他合金元素也要求低于母材中的含量，以防止裂纹及焊缝强度过高。 (2)熔合比和冷却速度：焊条或焊丝成分的选择应思

37、索到板厚和坡口方式对熔合比的影响。薄板焊接时熔合比较大，应选用强度较低的焊接资料，厚板深坡口那么相反。冷却速度影响焊缝组织。 (3) 焊后热处置：焊后需进展正火处置的焊缝，应选择强度高一些的焊接资料。31Northeastern University at Qinhuangdao3.3 焊接工艺参数确实定焊接工艺参数确实定 (1) 焊接热输入： 焊接热输入取决于接头区能否出现冷裂纹和热影响区脆化。对于碳当量(Ceq)小于0.40%的热轧及正火钢，如Q295、09Mn2Si和Q345，焊接热输入的选择可适当放宽。碳当量大于0.40%的钢种，随其碳当量和强度级别的提高，所适用的焊接热输入的范围随之

38、变窄。焊接碳当量为0.40%0.60%的热轧及正火钢时，由于淬硬倾向加大，马氏体含量也添加，小热输入时冷裂倾向会增大，过热区的脆化也变得严重，在这种情况下热输入宁可偏大一些比较好。但在加大热输入、降低冷速的同时，会引起接头区过热的加剧增大线能量对冷速的降低效果有限，但对过热的影响较明显。在这种情况下采用大热输入的效果不如采用小热输入预热更有效。预热温度控制恰当时，既能防止产生裂纹，又能防止晶粒的过热。 32Northeastern University at Qinhuangdao(2) 预热和焊后热处置 目的防裂，也有一定的改善组织、性能的作用。1) 预热： 预热温度与钢材的淬硬性、板厚、拘

39、谨度和氢含量等要素有关，工程中必需结合详细情况经实验后才干确定：多层焊时应坚持层间温度不低于预热温度，但也要防止层间温度过高引起的不利影响。见表3-12。2) 焊后热处置： 除了电渣焊由于接头区严重过热而需求进展正火处置外，其它热轧及正火钢焊接普通无需焊后热处置。对要求抗应力腐蚀的焊接构造、低温下运用的焊接构造和厚板构造等，焊后需进展消除应力的高温回火： 不要超越母材原来的回火温度，以免影响母材本身的性能。 对于有回火脆性的资料，要避开出现回火脆性的温度区间。 如焊后不能及时进展热处置，应立刻在200350保温26h，以便焊接区的氢分散逸出。为了消除焊接应力，焊后应立刻悄然锤击焊缝金属外表，但

40、这不适用于塑性较差的焊件。3.3 焊接工艺参数确实定焊接工艺参数确实定33Northeastern University at Qinhuangdao3.4 力学性能力学性能 焊缝金属和热影响区的力学性能是影响接头运用可靠性的根本性能，而其中强度与韧性又是关键的考核要素，特别是对合金构造钢接头更为重要。几种典型热轧及正火钢焊接接头的力学性能见表3-14。 34Northeastern University at Qinhuangdao1.低碳调质钢的分类、成分和性能低碳调质钢的分类、成分和性能第三节第三节 低碳调质钢的焊接低碳调质钢的焊接2.低碳调质钢的焊接性低碳调质钢的焊接性3.低碳调质钢的

41、焊接工艺低碳调质钢的焊接工艺35Northeastern University at Qinhuangdao1.低碳调质钢的成分和性能低碳调质钢的成分和性能低碳调质钢与热轧及正火钢的比较类别类别强度强度s（MPa）合金元素强化机制合金元素强化机制供货状态供货状态性能性能热轧及热轧及正火钢正火钢294490细晶强化、沉淀强化（到一定值后，塑性，韧性下降）热轧或正火C%0.2%；强度相对低低碳调低碳调质钢质钢490980提高淬透性和M回火稳定性，通过热处理使组织强韧化淬火+回火调质C%0.18%，高强，高塑、高韧、耐磨；自回火，脆性小，焊接性好，焊后无需调质处理；调质： “淬火+高温回火；“淬火+

42、高/中/低温回火，经过“淬火+回火热处置的钢称为“调质钢QT钢36Northeastern University at Qinhuangdao类别类别b(MPa)典型钢种典型钢种应用应用高强度高强度结构钢结构钢60080014MnMoNbB、15MnMoVNRE、HQ70、HQ80C主要用于工程焊接结构，焊缝及焊接区多承受拉伸载荷高强度高强度耐磨钢耐磨钢1000HQ100、HQ130主要用于工程结构高强度耐磨、要求承受冲击磨损的部位高强高高强高韧性钢韧性钢70012Ni3CrMoV10Ni5CrMoV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。1.低碳调质钢的分类低碳调质钢的分类

43、根据运用条件的不同，低碳调质钢又可分为以下几种：思索：思索：HQ80CHQ80C，各字母代表什么意思？，各字母代表什么意思？37Northeastern University at Qinhuangdao1.低碳调质钢的成分和性能低碳调质钢的成分和性能 部分低碳调质钢的化学成分和力学性能见表3-15和表3-16。低碳调质钢碳的质量分数限制在0.18%以下，为了保证较高的缺口韧性，普通含有较高的Ni和Cr，具有高强度，特别是具有优良的低温缺口韧性。Ni能提高钢的强度、塑性和韧性，降低钢的脆性转变温度。Ni与Cr一同参与时可显著添加淬透性，得到高的综合力学性能。Cr元素在钢中的质量分数从提高淬透性

44、出发，上限普通约为1.6%，继续添加反而对韧性不利。 热处置工艺：奥氏体化热处置工艺：奥氏体化+ +淬火淬火+ +回火回火热处置后的组织：低碳热处置后的组织：低碳M M、下、下B B、回火、回火S S 高强高韧低脆高强高韧低脆无裂纹钢无裂纹钢CFCF： C%C%0.09%+0.09%+微合金化微合金化+ +调质处置调质处置CeqCeq低，低，PcmPcm低，低温低，低温AkAk高表高表3-173-17。38Northeastern University at Qinhuangdao低碳调质钢的总体焊接性分析低碳调质钢的总体焊接性分析 低碳调质钢碳的质量分数不超越低碳调质钢碳的质量分数不超越0.

45、18%，焊接性能远优于中碳调，焊接性能远优于中碳调质钢。由于这类钢焊接热影响区构成的是低碳马氏体，马氏体开场转质钢。由于这类钢焊接热影响区构成的是低碳马氏体，马氏体开场转变温度变温度Ms较高，所构成的马氏体具有较高，所构成的马氏体具有“自回火特性，使得焊接冷裂自回火特性，使得焊接冷裂纹倾向比中碳调质钢小。纹倾向比中碳调质钢小。2.低碳调质钢的焊接性低碳调质钢的焊接性焊焊接接性性分分析析焊缝强韧性匹配冷裂热裂与再热裂HAZ的性能转变阐明：由于现代冶炼技术对阐明：由于现代冶炼技术对夹杂物、纯真度控制较好，夹杂物、纯真度控制较好，低碳调质钢的层状撕裂敏感低碳调质钢的层状撕裂敏感性极低，故其焊接性分析

46、中性极低，故其焊接性分析中不讨论层状撕裂。不讨论层状撕裂。39Northeastern University at Qinhuangdao强度：接头性能首先要思索的问题。屈服强度(s)：工程设计中确定许用应力的主要根据。抗拉强度b：强度贮藏的目的。屈强比s/b：屈服强度与抗拉强度之比焊缝强度匹配系数S(b)w/(b)b：表征接头力学非均质性的参数之一。s1称为“超强匹配 ； s=1称为“等强匹配 ；s1称为“低强匹配。焊缝强度选择：普通选择s1，焊缝更平安。存在问题：强度，韧性2.1 焊缝强韧性匹配焊缝强韧性匹配对于b800MPa高强钢，除思索强度外，还必需思索焊接区韧性和裂纹敏感性。40No

47、rtheastern University at Qinhuangdao韧性：低合金高强钢焊接突出问题焊缝韧性低于母材。韧度(KIC)：含裂纹的构件抵抗裂纹失稳扩展的才干。 当应力或裂纹尺寸增大到某临界值时，裂纹尖端一定区域内应力超出资料断裂强度裂纹失稳扩展资料断裂。这一临界值即称为断裂韧度KIC。阐明： KIC 是资料的力学性能目的之一，反映了资料抵抗裂纹失稳扩展即抵抗脆性断裂的才干。它决议于资料的成分、组织构造等内在要素，而与外加应力及试样尺寸等外在要素 无关。问题：假设要求焊缝金属与母材等强，焊缝韧性往往贮藏不够，高 强钢焊接构件易产生脆性断裂。 此时，思索牺牲少许强度而使韧性贮藏提高，

48、对接头综合性能是有利的。特别是接受动载荷、重载荷和低温任务条件的焊件。对于高强钢，宜采用“低强匹配。详细情况详细分析2.1 焊缝强韧性匹配焊缝强韧性匹配41Northeastern University at Qinhuangdao2.2 冷裂u 低碳调质钢的合金化原那么：在低碳根底上经过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M和部分下B的混合组织。 u 这类钢由于淬硬性大，在焊接热HAZ粗晶区有产生冷裂纹和韧性下降的倾向。但HAZ淬硬组织为Ms点较高的低碳M，具有一定韧性，裂纹敏感性小。综合冷裂敏感性较小。u例如：Wc0.12%的低合金钢，HAZ最高硬度修正为40

49、0HV。u u 此外，H%越高，V冷越大，低碳调质钢焊接冷裂倾向性越大42Northeastern University at Qinhuangdao2.3 热裂与再热裂1、热裂总体焊接性：C%低、Mn%高，对S、P控制严厉，热裂倾向小。但是高Ni低Mn型钢种易产生液化裂纹。类别类别结晶裂纹结晶裂纹液化裂纹液化裂纹多边裂纹位置位置只存在于焊缝中，从焊缝中心纵向开裂或枝晶间母材近缝区或多道焊的前一焊道上，尺寸不大于1mm。多存在高合金钢和不锈钢中。多层焊层间金属及HAZ，以任意方向贯穿于枝晶中机理机理冷却时受拉应力超过低熔点共晶液膜所具有的塑性开裂。母材近缝区或焊缝层间金属在高温下，A晶界低熔点

50、共晶重熔，在拉应力下开裂晶格缺陷的移动和集聚，形成二次晶界，其热塑性低，应力作用下开裂元素元素害：害：S、P、C、Ni益：益：Mn、Ti、Zr稀稀土元素土元素同左，另外：同左，另外：B、Cr增加增加开裂倾向。开裂倾向。提高多边化激活能元素：提高多边化激活能元素：Mo、W、Ti、Ta工艺工艺降降:适当增加适当增加E和和提高预热提高预热T防低熔相熔化：减小热输防低熔相熔化：减小热输入入降降43Northeastern University at Qinhuangdao2.3 热裂与再热裂2、再热裂总体焊接性：低合金调质钢为加强淬透性和抗回火性而参与的合金元素Cr、Mo、Cu、V、Nb、Ti、B等，

51、大多数都是引起再热裂的元素。 其中V的影响最为严重，Mo次之，两者同时参与更严重。Cr的影响与其含量有关Cr% 1%，随Cr的添加，RC倾向添加；Cr% 1%，随Cr的添加，RC倾向减小。缘由： Cr、Mo、Cu、V、Nb、Ti、B等元素的碳化物、氮化物，以及Ni基合金的沉淀相Ni3Al，Ti，在一次焊接热作用下因受热而固溶，在焊后冷却时不能充分析出，而在二次加热处置过程中，有晶内析出，富集在晶界，从而使晶内强化，晶界脆化，产生RC。44Northeastern University at Qinhuangdao2.4 热影响区性能变化1、HAZ的组织特点：不均匀性，力学性能不均匀。HAZ的组

52、织：M、ML、BL、Bg、Bu、F、PV冷大小热输入时：近缝区主要ML或ML+ BL，强度高，韧性好V冷小大热输入时：近缝区主要Bu或F+ Bu，强度低，韧性差缘由： 有效晶粒直径d越小，韧性转变温度T越小：dML dF+Bu ML中板条束的交界妨碍解离裂纹的扩展，ML+BL的复相组织效果更好 Ml、BL比Bu、Bg的韧性好。低碳调质钢HAZ的特点：同时存在脆化和软化景象。 低碳调质钢母材本身具有较高的韧性，但是构造运转中微裂纹也易在热影响区脆化部位产生和开展，存在接头区域出现脆性断裂的能够性。受焊接热循环影响，低碳调质钢热影响区能够存在强化效果的损失景象称为软化或失强，焊前母材强化程度越大，

53、焊后热影响区的软化程度越大。45Northeastern University at Qinhuangdao2、HAZ的脆化： 由于低合金高强钢中含较多的固N元素，故HAZ中主要为过热区脆化，2.4 热影响区性能变化 在焊接热循环作用下t8/5继续添加时，低碳调质钢热影响区过热区易发生脆化，即冲击韧性明显降低。热影响区脆化的缘由除了奥氏体晶粒粗化的缘由外，更主要的是由于上贝氏体和M-A组元的构成。 M-A组元普通在中等冷速下构成，是奥氏体中碳含量升高的结果，图3-27。 M-A组元构成条件与上贝氏体Bu类似，故Bu构成常伴随M-A组元。上贝氏体在500450温度范围构成，长大速度很快，而碳的分散较慢，由条状铁素体包围着的岛状富碳奥氏体区一部分转变为马氏体，另一部分坚持为剩余奥氏体，即构成M-A组元。 M-A组元的韧性低是由于剩余奥氏体增碳后易于构成孪晶马氏体，夹杂于贝氏体与铁素体板条之间，在界面上产生微裂纹并沿M-A组元的边境扩展。因此，M-A组元的存在导致脆化，M-A组元数量越多脆化越严重。M-A组元本质上成为潜在的裂纹源，起了应力集中的作用。因此M-A组元的产生对低碳调质钢热影响区韧性有不利的影响46N