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1、第3章 合金结构钢的焊接3.1 合金结构钢的分类和性能3.1.1 合金结构钢的分类合金结构 钢的分类化学 成分合金 系统组织 状态用途或使 用性能等按合金元素 总含量的多 少分有低合合钢 一般w (Me)5中合金钢 w (Me)=510 高合金钢 w (Me)101. 按合金元素总含量的多少分有：2. 按用途和性能分有用途和性能用途和性能强度用钢强度用钢低中合金特殊用钢低中合金特殊用钢 按回火状态按强度等级 热处理状态非调质钢 经过淬火-回火 的调质钢 l热轧与正火钢中碳调质钢低碳调质钢珠光体耐热钢低合金耐蚀钢低温钢热轧钢 控轧钢 正火钢 国内外常见的合金结构钢的牌号见表3-1表3-1 国内外
2、常见的合金结构钢3.1.2 合金结构钢的基本性能基 本 性 能化学成分力学性能显微组织1化学成分化 学 成 分低合金结构钢是在低碳钢基础 上添加一定量的合金元素构成的 （低碳钢的化学成分为： wC=0.10%0.25%，wSi0.3%， wMn=0.5%0.8%）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% 图3-1 各种合金元素对结构钢的抗拉强度和屈服强度的影响a) 对抗拉强度的影响 b) 对屈服强度的影响 图3-2 低合金高强钢的低温拉伸性能（a,b）2力学性能3显微组织低合 金钢 热影 响区 中的 显微 组织低碳马氏体贝氏体M-A组元珠光体类导致具有不同 的硬度、强度
3、 性能、塑性和 韧性图3-3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表3-2 常见金相组织及不同混合组织的硬度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热 轧 及 正 火 钢屈服强度为294-490MPa 的低合金高强钢一般是在热轧或正火状态 下供货使用属于非热处理强化钢1热轧钢热 轧 钢屈服强度为294-392MPa的 普通低合金钢都属于热轧钢这类钢的基本成分为： wC0.2%，wSi0.55%， wMn 1.5% 热轧钢通常为铝镇静的细晶 粒铁素体珠光体组织的钢 一般在热轧状态下使用Q345（16Mn）是我国于20 世纪50年代研制和生产应 用最广泛的热轧
4、钢2正火钢正 火 钢正火状态下使用的钢：主要 是含V、Nb、Ti的钢，如 Q390、Q345等，主要特点是 屈强比（s/b）较高正火回火状态使用的 含Mo钢：如14MnMoV、 18MnMoNb等抗层状撕裂的Z向钢， 屈服强度s343MPa3微合金控轧钢微 合 金 控 轧 钢加入质量分数为0.1%左右 对钢的组织性能有显著或 特殊影响的微量合金元素 的钢，称为微合金钢多种微合金元素（如Nb、 Ti、Mo、V、B、RE）的共 同作用称为多元微合金化单一微合金元素的质量分数 通常在0.25%以下。3.2.2 热轧及正火钢的焊接性低合金钢 的焊接性化学 成分轧制 工艺热轧 及正 火钢 的焊 接性冷裂
5、纹及影响因素 热裂纹和再热裂纹非调质钢焊缝的组织和韧性 热影响区脆化 层状撕裂 1冷裂纹及影响因素冷裂 纹及 影响 因素碳当量 （Ceq）淬硬 倾向热影响区 最高硬度热轧钢的 淬硬倾向正火钢的 淬硬倾向(2) 淬硬倾向马氏体或M+B+F 混合组织时产生B或 B+F组织时焊 接 热 影 响 区对氢致 裂纹敏感对氢致裂 纹不敏感图3-4 热轧钢（Q345）和低碳钢的焊接连续冷却组织转变图（SHCCT） a) Q345 Tm 1350 b) 低碳钢 Tm 1300)1）热轧钢的淬硬倾向图3-5 正火钢的焊接连续冷却组织转变图（SHCCT） a a）为为Q420 Q420 b b) 18MnMoNb)
6、 18MnMoNb 2) 正火钢的淬硬倾向(3) 热影响区最高硬度图3-6 热影响区最高硬度与裂纹率的关系 图3-7 热影响区最高硬度与碳当量的关系 Ceq=C+(Mn/6)+(Si/24)+(Cr/5)+(Mo/4)+(V/14)+(Ni/40) 图3-8 热影响区最高硬度与碳当量和冷却速度的关系Ceq=C+(Mn+Si)/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 图3-9 冷却时间t8/5对热影响区最高硬度的影响 （钢材成分：wC 0.12%, wMn 1.40%, wSi 0.48%, wCu 0.15%, 板厚h=20mm） 2热裂纹和再热裂纹裂 纹再热裂纹焊缝热裂纹图3-10
7、 再热裂纹敏感性与Cr、Mo含量的关系ASR裂纹敏 感区 B随Cr、Mo含量增加，SR裂纹增加3非调质钢焊缝的组织和韧性焊缝 韧性针状铁素体 (AF)先共析铁素体 (PF)组织所占的比例图3-11 不同铁素体形态对高强钢焊缝韧性的影响a) AF对vTrs的影响 b) PF对vTrs的影响 图3-12 高强钢焊缝韧性与强度的关系 Mn-Si系焊缝组织与韧性的关系见表3-5 。表3-5 Mn-Si系焊缝组织与韧性的关系4热影响区脆化脆 化粗晶区脆化热应变脆化 图3-14 S、P对热影响区韧性的影响（低合金钢三丝埋弧焊） 图3-15 N对热影响区韧性的影响（Mn-Si系低合金钢） 5层状撕裂图3-1
8、6 产生层状撕裂的一些典型接头形式 a) 角接T形接头 b) 对接T形接头 c) 对接角接头 3.2.3 热轧及正火钢的焊接工艺热轧及 正火钢 的焊接 工艺焊接材料的选择焊接工艺参数的 确定坡口加工、 装配及定位焊 1坡口加工、装配及定位焊坡口 加工 装配 及定 位焊坡口加工可采用机械加工，其 加工精度较高，也可采用火焰 切割或碳弧气刨。焊接件的装配间隙不应过 大，尽量避免强力装配， 减小焊接应力。定位焊应选用同类型的焊接 材料，也可选用强度稍低的 焊条或焊丝。2焊接材料的选择低合 金钢 选择 焊接 材料一是不能有裂纹等 焊接缺陷二是能满足使用 性能要求。热轧及正火钢焊接一般是根据其强度 级别
9、选择焊接材料，而不要求与母材同 成分，其要点如下：要 点考虑焊后热处理对 焊缝力学性能的影响同时考虑熔合比和冷却 速度的影响选择与母材力学性能匹 配的相应级别的焊接材料 3焊接工艺参数的确定工艺 参数预热和焊后热处理焊接热输入图3-17 焊接热输入对热影响区晶粒尺寸和冲击韧性的影响 a) 冷却时间t8/5与晶粒尺寸的关系 b) 热输入对热影响区韧性的影响 1） 焊接热输入HQ70和HQ80低碳调质钢焊接一般要求低 温预热，预热温度和最大焊接热输入见表3 -20。表3-20 两种低碳调质钢的最大热输入热轧及正 火钢焊接 的典型工 艺参数 焊条电弧焊 自动焊 氩弧焊 表3-9 热轧及正火钢CO2气体保护焊的工艺参数表3-10 热轧及正火钢钨极氩弧焊的工艺参数表3-11 热轧及正火钢熔化极氩弧焊的工艺参数2)预热和焊后热处理确定焊后 回火温度 的原则不要超过母材原来的 回火温度，以免影响 母材本身的性能对于有回火脆性的材 料，要避开出现回火 脆性的温度区间4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。
