第3章低合金高强钢的焊接

《第3章低合金高强钢的焊接》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第3章低合金高强钢的焊接（53页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第3章 低合金高强钢的焊接,低合金钢：碳钢的基础上加入一定量的合金 元素，合金元素的总量不超过5%，以提高钢 的强度并保证有一定韧性和塑性。,热轧及正火钢 热轧或正火状态下供货和使用的钢 s=294 490Mpa 通过合金元素的固溶强化和沉淀强化提高强度 综合性能良好，有优良的焊接性 新的分支：微合金化控制轧制钢s340Mpa 低裂纹敏感性钢（CF） 超低硫抗层状撕裂的Z向钢 缺点：强化方式限制，不能进一步提高强度,低碳钢调质钢 在调质状态下供货和使用，属于热处理强化。 s=441 980Mpa c0.25% 合金元素的作用：提高钢的淬透性，通过调 质处理得到低碳马氏体或贝氏体。 有高的强度和

2、优良的塑性和韧性 新的分支： s490Mpa的CF钢 含碳量极低的微合金化调质钢 缺点：生产工艺复杂、成本高、进行热加工 时对工艺参数限制比较严格,中碳调质钢 含碳量高，塑性和韧性差，焊接性恶化 s=880 1170Mpa c 0.25% 一般需要在退火状态下焊接，焊后进行调质,3.1 热轧及正火钢的焊接,知识目标： 1.了解热轧及正火钢的使用范围 2.理解热轧及正火钢的焊接性分析 3.掌握热轧及正火钢的焊接工艺设计 能力目标： 1.能够对热轧及正火钢进行焊接性分析并设计出焊接工艺,3.1 热轧及正火钢的焊接,3.1.1 热轧及正火钢的成分和性能 热轧钢：将钢锭加热到1300，经热轧成钢 板厚

3、空冷。 强度级别： s=294 343Mpa 强度机制：大多是C-Mn Mn-Si，有时用V、 Nb代替Mn，达到细化晶粒和固溶强化 常见钢种：16Mn（Q345） 15MnV（Q390 ）唯一强度为392Mpa的热轧钢,正火钢：钢板冷却后，再加热到900 附近 后空冷。 强度级别： s=343490Mpa 强化机制：固溶强化 沉淀强化 细化晶粒 正火的目的：使合金元素能以细小的化合物 质点从固溶体中充分析出，并细化晶粒。,分类 正火状态下使用的钢：除了Q390（15MnTi） 外，主要指含V、Nb的钢，通过合金元素形 成碳、氮化物，起沉淀强化和细化晶粒作用，提高强度和韧性。 如：Q390 Q

4、420 正火+回火状态下使用的钢：钢中加入了 Mo，起到了细化晶粒，提高强度和提高钢材 的中温性能作用。 如：18MnMoNb,微合金控轧钢 采用了微合金化（加入微量Nb、V、Ti）和 控制轧制等新技术，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 降碳、硫，改变夹杂物形态，提高钢的纯净 度等措施，使钢材具有均匀的细化晶粒等轴 铁素体基体。 如：X60 X65 X70,3.1.2热轧及正火钢的焊接性 焊接性 a、焊接引起的各种缺陷，对这类钢主要是各类裂纹问题。 b、焊接时材料性能的变化，对这类钢来说主要是脆化。 （1）焊接裂纹 热裂纹 含碳量量低，含Mn较高，Mn/S比能有效热

5、裂 产生，只要不发生成分偏析，不会产生热裂。,冷裂纹 形成冷裂纹因素： 氢 钢的淬硬倾向 接头拘束应力 热轧钢中含合金元素少，含碳量小，冷裂倾 向小。 正火钢含合金元素多，淬硬性倾向比热轧钢 大，特别是强度级别大的材料 （18MnMoNb、14MnMoV）冷裂倾向大，需要控制。,层状撕裂 和钢材种类、强度无关，和含硫量和Z向断面收缩率有关。 s0.006% Z向断面收缩率25% 再热裂纹 18MnMoNb对再热裂纹比较敏感，要控制。,（2）热影响区脆化 过热区的脆化 产生原因：过热区温度很高接近于熔点，因此发生了奥氏体晶粒的显著长大和一些难熔质点等溶入等过程。 热轧钢有关因素：焊接线能量 含碳

6、量 正火钢有关因素：大线能量,热应变脆化 产生原因：200400，由于氮、碳原子聚集在位错周围，对位错造成钉轧作用而引起的。本质上是由固溶氮引起。 解决办法：在钢中加入足够的氮化物元素 焊后进行消除应力处理,3.1.3 热轧及正火钢的焊接工艺 （1）焊接方法的选择 （2）焊接材料的选择 原则：焊缝无缺陷 满足使用性能 选择：选择相应级别的材料 考虑熔合比和冷却速度的影响 考虑热处理对焊缝力学性能的影响 （3）焊接工艺参数的选择 焊接线能量 取决于过热区的脆化和冷裂,预热 钢材成分 与焊接时的冷却速度有关 与拘束度有关 与含氢量有关 与焊后是否进行热处理有关,焊后热处理 一般不进行焊后热处理，出

7、现下列情况用焊 后热处理： a.冷裂倾向大的钢材 b.低温下使用的、抗应力腐蚀、高压构件 c.电渣焊焊缝 焊后进行高温回火，回火温度选择原则： d.不能超过母材原有的回火温度 e.有回火脆性材料，避开回火脆温度区间,3.2 低碳调质钢的焊接,知识目标： 1.了解低碳调质钢的使用范围 2.理解低碳调质钢的焊接性分析 3.掌握低碳调质钢的焊接工艺设计 能力目标： 1.能够对低碳调质钢进行焊接性分析并设计出焊接工艺,3.2 低碳调质钢的焊接,3.2.1低碳调质钢的成分和性能 s=441980Mpa c0.22%（0.18%） 合金元素的作用：提高钢的淬透性和抗回火 性，通过调质处理得到低碳马氏体或贝

8、氏体 有高的强度和优良的塑性和韧性。 如：14MnMoVN 14MnMoNbB,Ni：提高钢的塑性和韧性，降低韧脆转变温度，与Cr共用时可以提高钢的淬透性（Cr上限1.6%）。 含Cr、Ni的钢材：WCF60(62) HQ70A HQ80C 低碳调质钢只有在正确的热处理工艺下才能保 证预期的组织和性能。一般用的热处理制度： 奥氏体化 淬火 回火,3.2.2 低碳调制钢的焊接性 （1）焊接裂纹 热裂纹（不敏感） 冷裂纹,1,由图看出过冷奥氏体稳定性提高，C曲线往右 移，所以除非冷却速度很慢，高温转变是不 会进行的。 这类钢的含碳量很低，马氏体含碳低，保持 了高的韧性，而且Ms点很高，如果在Ms点

9、冷 却速度比较缓慢，马氏体就能能进行一次回 火作用，称为自回火。,再热裂纹 引起再热裂纹的元素：Cr Mo Cu V Nb Ti B V的影响最大，Mo次之 Cr和含量有关 Cr 1%后，继续增加含Cr量时再热裂纹倾向小 层状撕裂（不敏感）,2、热影响区性能变化 （1）脆化,A向P转变推迟，当冷速较低时，F先析出， 剩余富碳A，冷却后得到高碳的M和B，而使 材料变脆。 (2)软化 热影响区的加热温度高于母材的回火温度， 由于碳化物的聚集使材料软化。,3.2.3低碳调质钢的焊接工艺 焊接性的主要问题： 接头在Ms点的冷却速度不能过快，要保证 M的“自回火”作用。避免产生冷裂纹。 控制冷却速度，避

10、免产生脆化。 （1）接头与坡口形式设计 U型或V型为最佳，也可以使用对称坡口形式。,（2）坡口制备 热切割和机械切割都可以加工 100mm时，切割前不预热 100mm时，切割前100-150预热 （3）焊接方法的选用 为了避免钢焊后软化，应采用应力集中的热源 s686Mpa 用熔化极气体保护焊 s 980 Mpa 用钨极氩弧焊或真空电子束焊 用大线能量焊接后要进行调质处理,（4）焊接材料 当母材是在调质状态下焊接时，材料强度与 母材匹配。 当母材在退火或正火状态下焊接时，应保证 调质处理后有相同的力学性能，材料的成分 和母材相近。 所选材料尽量为低氢型材料，焊前烘干。,（5）焊接工艺参数 焊接

11、线能量 为了防止热影响区脆化和冷裂产生，所选线 能量应保证在最佳冷却速度范围内。 首先要通过实验确定所焊钢材保证韧性的最 大线能量，然后根据用此线能量焊接时的冷 裂纹倾向确定是否需要预热。 焊接时，用小直径的焊条（焊丝），需要多 层小道焊，不要作横向摆动。,预热温度 主要是为了防止冷裂纹，对改善组织无明显 作用。 一般预热温度不超过200，可以降低Ms点附 近的冷却速度，保证有“自回火”作用。,焊后热处理 低碳调质钢一般没有必要进行焊后热处理，只有下列情况才要进行消除应力退火处理： a.钢材焊后或冷变形加工后，韧性达不到要求。 b.结构要求保证尺寸稳定。 c.钢材对应力腐蚀比较敏感，而又有可能

12、导致应力开裂的。,3.3 中碳调制钢的焊接,知识目标： 1.了解中碳调质钢的使用范围 2.理解中碳调质钢的焊接性分析 3.掌握中碳调质钢的焊接工艺设计 能力目标： 1.能够对中碳调质钢进行焊接性分析并设计出焊接工艺,3.3 中碳调制钢的焊接,3.3.1中碳调质钢的成分和性能 s=8801170Mpa 0.45%c 0.25% 为了保证淬透性和消除回火脆性，通常会加 入很多合金元素。 热处理工艺：淬火+回火,（1）Cr钢 Cr能增加低温或高温的回火稳定性，但Cr有 回火脆性。 Cr1% 塑性和韧性有提高 Cr1.5% 有效的提高淬透性 Cr2% 塑性较好，但冲击韧性下降 如：40 Cr,（2）C

13、r-Mo钢 含Cr的基础上加Mo=0.15%0.25% 能提高淬透性，消除回火脆性，提高中温强度 加入V能起到细化晶粒、提高强度、韧性和塑 性，提高高温回火稳定性。 如：35 CrMoVA 35 CrMoA,（3）Cr-Mn-Si钢 （4）Cr-Ni-Mo钢 加入Ni和Mo，提高淬透性和抗回火软化性 如：34CrNiMoA,3.3.2中碳调制钢的焊接性 （1）裂纹问题 热裂纹 中碳调制钢含碳量和合金元素都较高，结晶 温度区较高，容易发生偏析。 选择材料时应尽量选用含碳低，S、P杂质少 的材料。 冷裂纹 含c增加使Ms点下降，没有“自回火”效果,（2）热影响区脆化问题 脆化的主要原因是：冷速过大

14、时很容易形成 硬脆的高碳M，而且冷速越高，脆化越严重。 为了减小过热，应尽量提高t8/5时间，常用的 方法是小线能量、预热、缓冷、后热等。,1,（3）热影响区软化 主要是在调质状态下焊接的材料，容易出现 软化。 调制钢强度越高，软化程度越严重。 焊接线能量越大，软化程度越严重。,3.3.3中碳调制钢的焊接工艺 调质状态下焊接 中碳调制钢的焊接工艺 退火或正火状态下焊接 （1）调质状态下焊接 焊接性问题：脆化 软化 裂纹 焊接方法 尽量选择热能集中的、能量密度大的方法 焊接材料 焊后通常不再进行调质处理，所以主要根据 强度和对裂纹控制方面进行选材,焊接工艺参数 预热,焊接线能量：为了减小脆化和软化，选用小 线能量。 焊后热处理：焊后立即回火，避开回火脆性 区间，回火温度低于原母材回 火温度的50。,（2）在退火或正火状态下焊接 焊接性主要问题：裂纹，焊后要进行调质 焊接方法 所有焊接方法 焊接材料 应选择和母材成分相近的材料，同时杂质元 素的含量通常低于母材。 焊接工艺参数 预热：保证预热和层间温度在200 350 ,焊接线能量：大线能量焊接 焊后热处理： 焊后应立即进行调质处理 如果不能及时进行，必须在焊后进行一次中 间处理，处理办法是等于或高于预热温度 下保温一段时间或在650680高温回火。,