中级焊工理论课件5-2 常用金属材料焊接知识-材低合金高强度结构钢及珠光体耐热钢的焊接性、焊接工艺和焊接方法

中级第五章常用金属材料焊接知识焊工第二节：低合金高强度结构钢及珠光体耐热钢的焊接性、焊接工艺和焊接方法焊工·中级2.1低合金高强度结构钢2.2珠光体耐热钢2.1低合金高强度结构钢低合金钢在非合金基础上有目的加入某些元素所形成的钢。低合金钢按质量等级可分为普通质量低合金钢，如一般用户低合金结构钢Q345等，优质低合金钢，如锅炉和压力容器用低合金钢，如15CrMog、Q390R和特殊质量低合金钢，如低温用低合金钢等，低合金钢按主要性能及使用特性可分为可焊接的低合金高强度结构钢、低合金耐候钢、低合金钢筋钢、铁道用低合金钢、矿用低合金钢和其他低合金钢。低合金高强度结构钢常用于一般结构和工程的焊接，应用最广也大大地提高了产品的质量和使用寿命。2.1.1低合金钢分类及应用2.1.2低合金高强度结构钢的焊接性低碳钢含碳量≤0.25％，其塑性好，一般没有淬硬倾向，对焊接过程不敏感，焊接性好。焊这类钢时，不需要采取特殊的工艺措施，通常在焊后也不需进行热处理(电渣焊除外)。厚度大于50mm的低碳钢结构，常用大电流多层焊，焊后应进行消除内应力退火。低温环境下焊接刚度较大的结构时，由于焊件各部分温差较大，变形又受到限制，焊接过程容易产生较大的内应力，有可能导致结构件开裂，因此应进行焊前预热。2.1等离子弧（1）热影响区的淬硬倾向1）化学成分的影响。碳的质量分数和所含合金元素越高，其淬硬倾向就越大，所以低合金结构钢强度等级高时，碳的质量分数或合金元素多，淬硬倾向就更大。2）冷却速度。焊后冷却速度达，淬硬倾向也越大，焊件冷却速度决定焊件的厚度、尺寸大小、接头形式、焊接方法、焊接参数和预热温度。（2）焊接接头的冷裂纹。在焊接强度级别高、厚板时，常在焊缝金属和热影响区产生冷裂纹。（3）热裂纹。低合金高强度结构钢产生热裂纹的可能性比冷裂纹小得多，只有在原材料化学成分不符合规格（如含S、C量偏高）时才有可能产生。（4）热影响区脆化。低合金高强度结构钢焊接时，热影响区被加热到1100℃以上粗晶区，是焊接接头的薄弱区，冲击韧性也最低，即所谓脆化区。热影响区粗晶脆化主要与焊接热输入有关。焊接热输入较大时，粗晶区将晶粒长大或出现魏氏组织等而降低韧性，焊接热输入小时，会由于粗晶区组织中马氏体的比例增多而降低韧性。2.1低合金高强度结构钢2.1.3低合金高强度结构钢的焊接工艺特点（1）焊条、焊丝及焊剂的选择。低合金高强度钢应按照等强原则选择焊接材料。（2）预热。预热是防止冷裂纹、热裂纹和热影响区出现淬硬组织的有效措施。（3）焊后低温热处理如前所述，焊后低温热处理是在焊接结束后将焊件或整条焊缝立即加热到150~250℃温度范围内并保持一段时间的一种处理工艺，主要目的是降低接头在低温转变区的冷却速度，以降低接头的冷裂倾向。

（4）消除应力处理这种焊后热处理措施主要用于板厚较大、焊接残余应力较大、低温工作、承受动载荷或有应力腐蚀要求，以及尺寸稳定性要求的结构。低合金钢焊后热处理有三种方法：1、消除应力退火；2、正火加回火或正火；3、淬火加回火（一般用于调制钢的焊接结构）焊后热处理应注意的问题：不要超过母材的回火温度，以免影响母材性能；对于有回火脆性的材料，应避开出现脆性的温度区间，以免脆化；对于含一定量铜、钼、钒、钛的低合金钢消除应力退火时，应注意防止产生在热裂纹。2.1低合金高强度结构钢钢号板厚/mm预热温度范围/℃Q345(16Mn)、SM50、HT50、17Mn4、19Mn6、15Mo3、15MnV、15MnTi、SA⁃299≥30100~15020MnMo、HT60、12CrMo、15CrMo、13CrMo44、StE47、SA⁃387⁃P12≥15150~20014MnMoV、18MnMoNb、13MnNiMo54、HT70、StE60、SA⁃387⁃P22、10CrMo910、22NiCrMo37≥10150~20013CrMoV42、StE70、HT80、24CrMoV55、12Cr2MoWVTiB≥6150~200常用低合金钢推荐的预热温度范围2.1低合金高强度结构钢2.1.4常用低合金高强度结构钢的焊接工艺（1）Q345（16Mn）钢的焊接。

Q345钢是应用最广的低合金高强度钢。它只是比Q235钢多加入约1%的锰，而屈服强度却提高35%左右，而且冶炼、加工和焊接性都较好。

Q345属于345Mpa级的低合金高强度结构钢。1）焊接性。

Q345钢具有良好的焊接性，淬硬倾向比Q235钢稍大些。在大厚度、大刚性结构上进行小工艺参数、小焊道的焊接时可能出现裂纹，特别是在低温条件下进行焊接。因此，在低温条件下焊接时应进行适当的预热。2）焊接方法。常见的焊接方法都可用于Q345钢的焊接。由于Q345钢冶炼过程中是采用铝、钛等元素脱氧的细晶粒钢，可选用较大的焊接热输入，有助于避免淬硬组织的出现。（1）Q390（15MnV、15MnTi）钢的焊接。这两类钢均属于390Mpa级的低合金高强度结构钢，他们分别是在Q345钢的基础上加入0.04%～0.12%的V和0.12%～0.2%的Ti炼制而成，钒和钛的加入，能使钢材强度增高，同时又能细化晶粒，减少刚钢材的过热倾向。2.1低合金高强度结构钢2.1.4常用低合金高强度结构钢的焊接工艺1）焊接性。Q390（15MnV、15MnTi）钢中碳的分数比上限比Q390（16Mn）钢低0.02%，所以具有良好的焊接性。当板厚小于32mm，在0℃以上焊接时，原则上不可预热。当板厚大于32mm或在0℃以下施焊时，应预热到100～150

℃，焊后采用550～560

℃的回火处理。2）焊接方法。常用的焊接方法都可用于Q390（15MnV、15MnTi）的焊接。Q390（15MnTi）是正火状态下使用的钢种，Ti起弥散强化作用，因而对热的敏感性较大，适用较小的焊接规范。2.2珠光体耐热钢2.2.1珠光体耐热钢的特性高温下具有足够的强度和抗氧化性的钢叫做耐热钢。珠光体耐热钢是以铬、钼为主要合金元素的低合金钢，由于它的基本组织是珠光体、故称珠光耐热钢。珠光体钢合金元素总量一般不超过5%，在500～600℃有良好的热强性，工艺性好，比较经济，应用广泛。钢中的铬、钼含量是决定钢的抗氧化能力和热强性的主要因素。因为铬对氧的亲和力较大，在高温时首先在金属表面形成氧化铬，防止金属继续氧化。钢中的碳易于铬形成化合物，降低固溶体中铬的浓度，从而降低钢的抗氧化性能，因而耐热钢的碳的质量分数应在0.25%以下。钒、钨、铌、钛等合金元素与碳形成稳定的碳化物，可提高珠光体钢的热强行能。2.2.2珠光体耐热钢的焊接性

1)淬硬倾向较大，易产生冷裂纹。

2)焊后热处理过程中易产生再热裂纹。2.2珠光体耐热钢2.2.3珠光体耐热钢的焊接工艺焊接珠光体耐热钢一般都需预热，定位焊也需预热，对于刚性大、接头质量要求高的构件，还需要整体预热，焊接过程中焊件不得低于预热温度。应尽可能一次焊完，以免由间断焊接而产生接头开裂现象。如必须间断焊接过程，应使焊件经保温后再缓慢均匀冷却焊后，一般要求采取保温措施，重要结构焊后需要进行后热处理。后热是在预热温度上限保温数小时后，再开始冷缓。为了消除焊接应力，改善焊接接头的力学性能，提高高温性能和防止变形，焊后一般采用高温回火。2.2珠光体耐热钢2.2.1珠光体耐热钢的焊接工艺铬钼珠光体耐热钢的预热温度与焊后热处理温度2.2珠光体耐热钢2.2.4珠光体耐