个人收集整理 勿做商业用途第三章 合金结构钢的焊接3-1 合金结构钢的分类 科技的发展对工程结构和机械零件用钢的性能提出高要求，碳素结构钢不能满足. 碳素结构钢+合金元素（改善材料的性能)合金结构钢 分类：强度用钢、特殊用钢一、强度用钢(高强钢)σs≥294N/mm2，大量用于常温工作的受力结构如压力容器、动力设备、工程机械、桥梁、建筑、管道等1. 热轧（热轧态）及正火钢（正火态使用) 294~343为热轧钢 σs=294～490N/mm2 （低合金、非热处理强化) 微合金化控轧钢: CF钢σs≥343N/mm2 Wc↓↓，(正火钢）微合金化钢Z向钢板、σs≥343N/mm2，钙处理，真空降气，Ws大大降低 2 低碳调质钢 σs441～980N/mm2 热处理强化 Wc≤0025%，δ↑，韧性↑σ↑ 可用调质态焊,焊后不须调质处理,必要时去应力处理 σs=441-490N/mm2，分调质与非调质二类正火（正火+回火)钢，合金元素沉淀强化，细化晶粒，δ↑,韧性↑但WM↑↑,韧性↓δ↓正火钢σs≤490N/mm2左右。
同一强度等水平，所需WM〈WM正火，因调质处理充分发挥合金元素的作用,但生产麻烦M、B组织、、Ak保证） 3 中碳调质钢 σs=880～1176N/mm2，热处理强化钢. Wc〉0.3％，淬硬性增大，韧性降低退火态焊接，整体热处理，结构自重（飞机起落架、火箭壳体）二、特殊用钢 1.珠光体耐热钢 具较好的高温强度和高温抗氧化性 T工作=500~600℃高温设备，（热动力设备、化工设备） Cr、Mo为基的低、中合金钢，T工作越高，V，W,Nb，B等. 焊后不进行调质处理，焊后主要进行高温回火处理 2低温钢 必须保证足够高的低温韧性，强度无特殊要求 T工作=—40～—196℃，（低温装置）,严寒地区的工程结构(桥梁） 液化石油（℃），液化天燃气（-162℃） 含Ni的低碳合金钢，正火或调质态使用 3低合金耐蚀钢 必须具有耐腐蚀性能 + 一般力学性能 用于大气、海洋（用得最广）、石油等腐蚀介质中工作的各类机械设备、结构3-2 热轧及正火钢的焊接一、成分和性能1热轧钢：σs=294~343N/mm2基本上属于C—Mn和Mn—Si系钢种有用V、Nb代替Mn，细化晶粒，沉淀强化(综合机械性能、工艺性能满意)。
例如：16Mn，WSi≤06％ 否则韧性降低 WC≥03% WMn≥1%时裂纹,出现脆性贝氏体 因此为保证好焊接性与缺口韧性，W合金受限,σs受限 沉淀强化类钢：15MnV,σs达392N/mm2 16Mn+V（0.04～012％) VC弥散强化、正火态、韧性改善.2. 正火钢:σs=343～490N/mm2 C—Mn,Mn—Si系基础上加V，Nb,Ti，Mo等（C化物，N化物生成元素） 在固液强化基础上，通过沉淀强化和细化晶粒来↑σb，保证韧性 含Mo钢必须正火 + 回火才能保证塑性、韧性. 1）正火状态不使用的钢 除外，主要是含，对材料焊接性和韧性有利 屈强比高：之内,15MnV,15MnVN，σs↑↑ 14MnNb桥梁钢 2）正火 + 回火态使用的含钢 Mn-Mo系在美国用得广大,制造中温的大厚度压力容器. 强度提高,组织细化，中温性能 正火后组织为B上+少量F,必须回火保证δ，Ak；Mo、Ni都能钢的热强性. 3）微合金化控轧钢（70年代发展起来新钢种） 加入微量Ni，V,Ti和控扎技术。
控轧钢） 细化晶粒与沉淀强化相结合，纯净度,钢材具均匀的细晶粒等轴铁素体的基体综合性能好) Ni，Cr，Cu，Mo降低F转变温度，有利于低温及F转变二、热轧及正火钢的焊接性分析 焊接性主要取决于钢材的化学成分 前面讲过金属的焊接性通常表现为: （1)焊接引起各类治金缺陷-—各类裂纹; （2）焊接时材料性能的变化——脆化问题 1. 焊缝中的热裂纹 Wc降低，WMn提高，Mn/S比达要求，抗裂热性好，正常不裂当材料成分不合格，严重偏析使局部Wc降低,Ws增大，Mn/S可能低于要求出现热裂纹 解决办法:通过焊材来调整焊缝金属的成分.降低降低Wc，增加WMn，工艺上设法减小熔合比 H03MnTi+含SiO2,焊剂SJ101，含Mn量增加 H08Mn2Si H08MnE 2 冷裂纹 分析问题的出发点:钢材化学成分、淬硬倾向与冷裂倾向三者间存在着密切的联系 1）淬硬倾向与冷裂倾向的关系: 材料的冷裂敏感性主要取决于它的淬硬倾向，该倾向用TTT或CCT曲线来讨论 CCT：更适于研究焊接，Sh—CCT（模拟HAZ连续冷却曲线）更佳。
可定量分析 TTT:定性分析与比较,比CCT左移，其淬火临界冷却速度比CCT大1.5倍，后者右移,增加过冷A稳定性 热轧钢的淬硬倾向与冷裂倾向 分析图8—1（307），与低碳钢比较，其淬硬倾向大马氏体含量大厚板手工电弧焊上的HAZ组织态）V冷不大时，两者相近 b. 正火钢的淬硬倾向与冷裂倾向 强调一下:一般随强度的提高,冷裂倾向增大（WM增加），分析图8-2(P309） 15MnVN,18MnMoNb2）碳当量与冷裂倾向的关系 淬硬倾向主要取决于材料的化学成分,Wc作用最明显，冷裂倾向与成分、冷却速度、含氢量、拘束度等有关 经验性的C当量公式粗略估计与对比不同钢材的冷裂倾向 适于Wc较高，大于0.08％,σb=400～700MPa钢材 （国际焊接学会) 日本用 低钢材 一般最高等，超低碳钢 (合金元素的裂纹敏感系数） 应用该公式有各自的局限性，由实验来检验 一般认为，，焊接无淬硬倾向,焊接性良好，与低碳钢几乎相同 ，淬硬性，工艺措施严格（严控线能量）,预热，Postheat。
3）热影响区最高硬度值与冷裂倾向的关系(不太适用） 亦是评定淬硬倾向的一简单方法 淬硬组织:规定Hmax时，要考虑钢材的级别来定，（级别） 表8-2（P310）不可靠，只作参考 4）［H］没考虑3 再热裂纹（含Mo才有）Mo,V，Nb含沉淀化元素一次溶入沉淀；二次加热沉淀强化晶内） 从钢材的化学成分考虑，在C=Mn与Mn—Si系热轧钢对再热裂纹不敏感（无强C化物形成元素，而正火钢18MNMoNb有些）如有再热裂纹，可提高预热温度或Postheat，正火钢与合金系统有大关系15MnVN不敏感） 4 层状撕裂 a. 影响因素（不受级别限制） 1）Z向拘束力 （与板厚有关,不易产生） 2）钢材本身 （取决于冶炼条件、夹杂物，片状S化物等) COD：Crack Opering Rsptacemert裂纹张开位移 临界条件= b.评定敏感性指标 1）碳的含量； 2）Z向断面收缩率抗层状撕裂; 一般冶炼条件下生产的热轧和正火钢都达不到要求 5. 热影响区的性能变化 对于焊接热轧和正火钢时，主要性能变化为：过热区的脆化问题与热应变脆化问题。
a. 过热区脆化取决于1）焊接线能量(影响V冷，高温停留时间）温度高于1200℃熔点,A晶粒长大，难熔质点溶入（N、C化物）魏氏体、粗大马氏体、低塑性组织、M-A组元2）钢材类型、合金系列影响 例如：JF ： （1）,马氏体比例，韧性 ，A晶粒严重长大，晶界F、侧板条F、类似P的F-中间相C化物（混合物） V冷降低,B、F+M-A数量增加,韧性降低 （2）成分(C明显） （-40℃无高韧性区）如要求高避免使用Wc高类别） 比不含的钢低得多，沉淀有关，粗晶粒反条件下生成. 如图8-5,P315大线能用钢中的限制很低！ 见图8—6(b)，采用小线能量是避免过热区脆化的可靠措施 原因:高温停留时间，抑制难熔的向A熔入，产生低C马氏体（无脆化） 可用大线能量+800～1100℃正火处理系热轧钢，固熔强化正火钢，固溶强化+沉淀强化 b热应变脆化 消除的有效措施：焊后热处理,(可恢复到原来的韧性水平）（消除应力退火） 本质上是由固溶氮引起的(回足够化物形成元素倾向） 直接发生在焊接过程中，热与……作用下产生的一种动态应变时效，200～400℃最为明显，焊前有缺口时，脆化更加严重。
三、热轧钢及正火钢的焊接工艺特点C-Mn、Mn-Si+系：热轧钢V、Nb、Ti、Mo:正火钢（C化物，氮化物生成元素）主要根据材料厚度、产品结构、具体施工条件确定(与焊接方法关系非关键）1、 焊接材料的选择 要求：①焊缝质量 热轧及正火钢的焊接性分析；②使用性能 焊缝的热裂、冷裂倾向很小出发点（主要依据)：保证焊缝与母材的匹配性（σb、δ、αk等解)1） 与母材的机械性能出发、等强匹配(相应强度级别)（而非成分一致）成分一致时,焊缝为特殊过饱和铸态组织，其σ↑↑、σ、Ak↓↓，抗裂性能与使用性能不好 要求：Wc≤ 014%时,WMe<母材中的WMe. 结557焊15MnVN，无沉淀元素V，σb=54P~608MP9δ↑、Ak↑2）必须考虑到熔合比和冷却速度的影响.决定焊缝化学成分 与焊缝组织的过饱和度有关（决定焊缝金属的机械性能） 3）如有postheat，必须考虑到对焊缝性能的影响如要焊后正火，必须选择强度更高一些的焊材 4)对焊缝金属的使用要求应注意其特殊性能要求 16MnCu+结50T铜（耐蚀性能） 2、焊接工参数的确定 1）焊接线能量其确定主要取决于过热区的脆化和冷裂两个因素。
热轧钢正火钢：避免沉淀相的溶入及晶粒过热引起的脆化E线↓Wc↓↓（09Mn2），对E线无严格的限制材料淬硬性较小，对小E线时冷裂倾向不大Wc↑偏高时，（如焊16Mn），E小时（E偏大只好）冷裂倾向↑，脆化严重如：15MnVN、14MnNb、47KJ/cm、αk在-20℃在过热区合格,40KJ/cm,αk在—40℃在过热区合格 当Wc↑,WMe↑,淬硬性↑E线偏大好些E线↑↑，V冷↓，但加热程度↑↑，过热↑↑，因而大线能量，采取用预热方式，避免裂纹 2）预热，（防裂纹，改善性能）其确定取决于下面因素: ① 成分,To=1440Pc-396。