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1、32 低碳调质钢焊接,低碳调质钢 碳含量:在0.09-0.23%,大部分0.16-0.18% 强化机理:相变强化(调质处理 屈服强度:为490MPa 980MPa 合金系 :低C、Mn-Ni-Cr-Mo系 主合金化元素: Mn、Ni、Cr(1.6%)、Mo 辅合金化元素:V、Nb、Ti、B、Cu 热处理状态:淬火回火,低碳马氏体或下贝氏体, 综合机械性能好 典型钢种:14MnMoVN、HT60HT80、HY80HY130,过热区脆化 HAZ软化 裂纹,一、焊接性分析,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,1.裂纹,(1)热裂纹 A、结晶裂纹:C低、Mn高,S、P控制严,
2、Mn/S高,敏感性小 B、HAZ液化裂纹: 在高Ni、低Mn的低合金高强钢中出现,其产生与Mn/S有关,C高,要求Mn/S高; 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 熔池凹度越大,敏感性大 预防液化裂纹措施: (1)Ni高时,控制C、S含量,提高Mn/S比; (2)小q; (3)控制熔池形状,减小凹度。,(2)冷裂纹 含碳低,合金元素多,得到低碳M或B,在Ms附近冷速低, Ms 较高,M能进行“自回火”,可避免产生冷裂纹。 低碳调质钢对扩散氢H比较敏感,当H控制不严时,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M强化
3、的现象,(3)再热裂纹 MoV钢,特别是CrMoV钢对再热裂纹的敏感性最高 MoB钢、Cr-Mo钢也有一定的敏感性 低碳调质钢中合金元素,提高再热裂纹敏感性作用最大的是V、其次是Mo,Cr影响与含量有关,当wCr1%,随其含量增加,再热裂纹敏感性降低。 (4)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,2.过热区脆化,原因:冷速较低时, F首先析出后剩余的奥氏体富碳,这部分高碳A在继续冷却时将转变为高碳的M或B。这种由F、高碳M和高碳B组成的混合组织使过热区严重脆化。 预防:提高冷却速度 ,避免或尽可能减少先共析F的析出 但过分提高冷速也会使塑性降低或产生冷裂纹,但也不是冷速越高越
4、好,过分提高冷速可能使塑性下降并导致冷裂纹产生,对强度级别高的钢都存在一个韧性最佳的冷却时间t8/5,此时对应的组织为M+B下(10-30%);,低合金调质钢当含Ni较高时,形成的高Ni马氏体(甚至上B)都有很高的韧性,因此,增加钢中的含Ni量能改善近缝区的韧性,母材的强度越高,软化越显著 调质处理的回火温度越低,软化区越宽 焊接热源越不集中,软化区越宽 焊接E越大、预热温度过高,软化加重,3.HAZ软化,软化: 热影响区的强度低于母材焊前强度的现象。 软化部位:加热温度为t回Ac1之间的区域,低碳调质钢中由于含有较多固C、N的元素,一般不出现热应变脆化。,1、主要依据 A、M转变速度不能太快
5、,以便M能进行“自回火”; B、t8/5之间的冷却速度大于产生脆性组织的临界速度。 2、接头与坡口形式设计 为降低焊接应力,可采用双V形或双U形坡口。 对强度较高的低碳调质钢无论用何种形式的接头或坡口,都必须要求焊缝与母材交界处平滑过渡。 切割:切割边缘的硬化层,要通过加热或机械加工消除 。板厚100mm 时,切割前不需预热;板厚100mm,应进行100150预热。强度等级较高的钢,最好用机械切割或等离子弧切割。,二、低碳调质钢焊接工艺,3、焊接方法 为使调质状态的钢焊后的软化降到最低程度,应采用热源比较集中的焊接方法。 (1)s980MPa的钢,可用焊条电弧焊、埋弧焊、钨极或熔化极气体保护焊
6、等方法焊接; (2)686MPas980MPa的钢最好用熔化极气体保护焊; (3)s980Mpa的钢(如10Ni-Cr-Mo-Co等),则必须采用钨极氩弧焊或电子束焊等方法。采用大焊接热输入的焊接方法(如多丝埋弧焊或电渣焊)时,焊后必须进行调质处理。,4、焊接材料 一般采用等强原则,在接头拘束度很大时,为了防止冷裂纹,可选用强度略低的填充金属,焊前须严格烘干焊材。(具体见表3-19) 5、焊接线能量E 矛盾: M转变时冷却速度v小 t8/5之间的冷却速度v大 为了防止热影响区脆化和产生冷裂纹,所选线能量应保证冷却速度在最佳范围内。 实际生产:首先通过试验确定所焊钢材保证韧性的最大线能量,然后根
7、据用此线能量焊接时的冷裂倾向确定是否需要预热。 尽量采用多层多道焊。,6、预热 目的主要是防止冷裂,预热温度不宜过高,一般不超过200 ,预热温度过高,高温冷却速度小易产生脆性组织; 条件允许,采用低温预热+后热或不预热只后热 7、焊后热处理 一般不进行焊后热处理,原因: A、有些钢种对消除应力裂纹比较敏感 B、退火冷速低降低韧性 下列情况之一者可进行消除应力退火处理: A、钢材在焊后或冷变形加工后,韧性达不到要求。 B、焊后需进行高精度加工,结构要求保持尺寸稳定。 C、钢材对应力腐蚀敏感。工作介质又有导致应力腐蚀开裂的可能。,为保证退火后强度和韧性,消除应力处理的温度应低于母材焊前回火温度3
8、0左右,WCF62钢焊接 生产:940水淬十630回火。为了保证母材性能在制造过程中不下降,不允许采用热弯、热卷成形,矫正的加热温度不得超过焊前回火温度。 焊接方法:一般用焊条电弧焊、CO2或Ar+20CO2气体保护电弧焊。 焊接材料:焊条选用E60l5-G型,如J607RH等。焊条烘焙温度4001h,烘后应立即放人低温干燥保温筒内,随用随取。在保温筒内存放时间不应超过4h。气体保护焊焊丝为H08MnSiMo、或MnNiMo系焊丝。保护气体的纯度及含水量应严加控制,CO2气体应符合GB6052中规定的I级或II级1类气体的要求。,成分:,焊接线能量:在E为1725kJcm时韧性最高;超过25k
9、Jcm,且低于17 kJcm时,韧性下降幅度不大,超过50 kJcm时,则韧性明显下降。因此,最佳线能量为1725 kJcm,允许线能量为10一40 kJcm。 预热温度:与H有关,当焊条经400烘干,H2m1100g时可不进行预热。板厚较大或母材CE(或Pcm)偏高时,应进行50的预热。 热处理:一般焊后不得进行热处理。当36 mm时,要求进行消除应力退火。退火温度应低于焊前回火温度,若超过回火温度强度将明显下降。综合考虑保证性能及防止消除应力裂纹,退火温度应选在550一580之间,保温时间为/25(mm)h,加热速度在300以上时不超过120h,保温后随炉冷至300后再出炉空冷。 为了防止
10、消除应力裂纹,可采用以下措施: A、降低消除应力退火温度。 B、控制母材中V、B的含量。 C、适当预热(100)。 D、焊后及时进行200 x(0.5-1)h后热。,中碳调质钢的焊接,一、中碳调质钢 强化机理:相变强化(调质处理 屈服强度:为880MPa1176MPa 合金系:中C(0.25% 0.5%)、Cr-Mn-Ni-Mo-Si系 主合金化元素:Cr-Mn-Ni-Mo-Si 辅合金化元素:V 热处理状态:淬火回火 组织:S回、M回 ,M为片状 典型钢种:30CrMnSi、40Cr、35CrMoA、35CrMoVA,分类: A、Cr钢 :以Cr为主加元素 (1%,提高回火稳定性 ),有回火
11、脆性 ; 典型:40Cr ,用于制造在交变载荷下工作的重要零件,如大型齿轮、轴等 。 B、Cr-Mo钢 :Cr钢中加入Mo(0.15-0.25,消除其回火脆性,提高淬透性,并提高钢的中温强度 ); 典型: 35C rMoA。33CrMoVA,用于制造动力设备上承受高负荷的大截面零部件。 C、 Cr-Mn-Si钢 :价格低廉,在退火状态下具有P+F,调质状态下为回火M或回火S ,有回火脆性 典型: 30CrMnSiNi2A制造飞机上的一些构件 D、Cr-Ni-Mo钢 :加入Ni和Mo,使钢具有强度高、韧性好、淬透性大 典型: 40CrNiMoA、34 CrNiMoA ,用于制造高负荷、大截面的轴
12、类以及承受冲击载荷的构件,如汽轮机、喷气涡轮机轴以及喷气式客机的起落架和火箭发动机外壳等,二、焊接性分析,1、热裂倾向 (结晶裂纹) CS、P偏析热裂倾向 C多,合金多TB(液固相区间)热裂 容易在弧坑和焊缝中凹下的部位开裂。 预防: A、选用焊接材料时,应尽量选用含碳量比母材低,硫磷等杂质少的填充金属 ; B、选用焊接参数时要注意降低熔合比 ; C、操作时应注意境满弧坑及保证良好的焊缝成形。,2、冷裂敏感性 在焊接中常见的低合金钢中,中碳调质钢具有最大的冷裂纹敏感性 ,原因: A、C 、Ceq大,易得到淬硬组织 B、 C ,使Ms点下降,M没有“自回火”效应 C、获得的马氏体C,硬度与脆性高
13、 预防:焊接时,T0+Tp(焊后及时进行回火处理) 3、过热区脆化 原因:在冷速较大时很容易形成硬脆的高碳M ; 预防:尽量降低800-500温度范围内的冷却速度 ,采取预热、缓冷和适当加大线能量相配合的措施,既可减少A在相变温度以上停留的时间,又可降低在共析转变温度范围内的冷却速度,获得韧性较高的组织。,4、HAZ软化 与低碳调质钢一样。软化最明显区域: Ac1- Ac3。,中碳调质钢在调质状态下焊接时,防止冷裂纹、脆化和软化的措施是互有矛盾的,只能在防止冷裂的前提下尽量降低软化的程度,,三、焊接工艺,1、指导思想 防止裂纹、过热区脆化和HAZ软化,2、在退火态下焊接,焊后整体结构进行淬火+
14、回火处理 原则:防止裂纹 ,接头性能则由焊接材料与焊后热处理来保证 A、焊接方法:由于不强调线能量对接头性能的影响,基本上不受限制。 B、不顾虑回火区的软化,可以采用较大的线能量+适当高温预热,从而防止冷裂。般预热温度及层间温度可控制在200-350之间。 C、焊接材料:为保证焊缝与母材在相同的热处理条件下获得相同的性能,应保证熔敷金属的成分与母材基本相同。同时,为了防止产生热裂纹,要求采用低碳焊丝,焊丝中的碳的质量分数应控制在0.15%以内,最高不超过0.25%,并且控制硫、磷的质量分数应小于0.03%0.035%。 。 D、为了防止延迟裂纹,焊后应及时进行热处理。若及时进行调质处理有因难,
15、可进行中间退火或在高于预热的温度下保温一段时间(如低温回火或650680高温回火 )。作用:排除扩散氢并软化热影响区组织;消除应力的作用。 E、对结构复杂、焊缝较多的产品,为防止由于焊接时间过长而在中间发生裂纹,可在焊完一定数量的焊缝后,进行一次中间退火。 F、在焊后回火时,注意回火脆性。,3、钢在调质态下焊接 原则:保证不产生裂纹的前提下尽量保证接头的性能。 工艺要点: A、预热、焊后及时回火处理:预热温度、层间温度及焊后回火温度均应低于焊前回火温度50以上 B、焊接方法:采用热量集中、能量密度高的焊接热源,在保证焊透的条件下尽量用小线能量,以减小热影响区的软化。选用氩弧焊或等离子弧焊、电子束焊效果较好 ; C、因焊后不再进行调质处理,焊接材料成分可与母材有较大差别。为了防止冷裂纹,可以用奥氏体不锈钢焊条或镍基焊条 ,此时工艺注意异种钢焊接。,