金属焊接性第一章-复习

1、金属焊接性主讲教师：刘宝忠第五章焊接性及其试验方法第五章 焊接性及其试验方法焊焊 接接 性性 焊接是一个快速加热和冷却的过程，焊缝和热影响区金属在很短的时间内经历升温熔化、物理化学反应、冷却结晶、固态相变等过程。这些过程是在温度分布和化学成分处在极不平衡的特定条件下进行的。是否形成完整的接头是否保持特定使用性能焊接性焊接性及其分析方法 焊接性及其影响因素焊焊 接接 性性 焊接性的概念 焊接性是金属材料是否能适应焊接加工而形成完整的、具有一定使用性能的焊接接头的特性。工艺焊接性：在一定焊接工艺条件下，获得优质、无缺陷的焊接接头的能力。使用焊接性：是指焊接接头满足某种使用性能的能力。焊接性及其分析

2、方法 焊接性及其影响因素焊焊 接接 性性 焊接性的影响因素材料因素工艺因素结构因素使用条件工艺焊接性角度使用焊接性角度母材化学成分母材物理性质母材化学性质热源加热特点焊焊 接接 性性 焊接性试验内容和方法 焊接性试验内容焊缝金属抵抗产生热裂纹的能力焊缝和热影响区金属抵抗冷裂纹能力焊接接头抵抗脆性转变的能力焊接接头的使用性能焊焊 接接 性性 焊接性试验内容和方法 焊接性试验方法工艺焊接性直接法间接法焊接冷裂纹试验焊接热裂纹试验再热裂纹试验层状撕裂试验热应变时效脆化试验焊接气孔敏感性试验由碳当量推测焊接性裂纹敏感指数及临界应力裂纹敏感性的临界冷却时间连续冷却组织转变图断口分析、金相组织分析焊接热影

3、响区最高硬度焊接热、力模拟试验焊接专家系统、仿真系统等焊焊 接接 性性 使用焊接性直接法间接法焊接性试验内容和方法 焊接性试验方法实际产品结构运行的服役试验压力容器的爆破试验焊缝及接头的常规力学性能试验焊缝及接头的低温脆性试验焊缝及接头的断裂韧性试验焊缝及接头的高温性能试验焊缝及接头的疲劳、动载试验焊缝及接头的抗腐蚀性、耐磨性试验应力腐蚀开裂试验第六章 低合金高强度钢的焊接焊焊 接接 冶冶 金金 低合金钢专用低合金钢强度热处理状态屈服强度294 MPa热轧钢及正火钢 294490MPa低碳调质钢 490980 MPa中碳调质钢 490980 MPa强度用低合金钢低合金钢的种类和性能 热轧钢和正

4、火钢焊焊 接接 冶冶 金金 V、Nb的碳化物和氮化物的沉淀析出进一细化晶粒，提高刚的强度、塑性和韧性从而形成C-Mn-V、C-Mn-Nb和C-Mn-V-Nb系钢种， 热轧钢基本上属于C-Mn和C-Mn-Si系的钢种，其强度主要是通过合金元素的固溶强化提高的。Mn：固溶强化效果显著而比较便宜的元素，增加强度，改善塑性和韧性。1.8%。Si：固容强化效果也很好，但质量分数高于0.6%时对冲击韧度不利Q345（16Mn）德国的St52 日本的SM50Q345(12MnV、14MnNb) Q390(15MnV、16MnNb)低合金钢的种类和性能 热轧钢和正火钢焊焊 接接 冶冶 金金 在固溶强化的同时，

5、必须加入其它的合金元素（如Ni、Mo、Nb和Ti等），通过正火处理后，使这些元素的化合物以细小的质点从固溶体中沉淀析出，弥散分布在晶内和晶界，并细化晶粒，有效的提高强度，改善塑性和韧性，从而形成所谓的正火钢。 组织为细晶粒的铁素体和珠光体 内含有一定数量的成弥散分布的碳化物和氮化物质点Q390（15MnTi） Q420(15MnVN) 18MnMoNi低合金钢的种类和性能 低碳调质钢焊焊 接接 冶冶 金金 热处理强化钢，含碳量较低（低于0.25%，实际低于0.18%） 添加合金元素（Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Cu）提高淬透性和回火稳定性。推迟珠光体和贝氏体的转变，使马氏体的临界冷却

6、速度降低。 低碳调质钢具有较高的强度和良好的塑性和韧性，不同的成分和热处理工艺，可以获得不同综合性能的低碳调质钢。 当合金元素含量超过一定范围后，在正火的条件下会出现韧性大幅度下降的现象，为此s490MPa的高强度钢需要调制。屈服强度在490980MPa的低合金高强度钢，因在调质状态下供货使用，称为低碳调质钢。14MnMoVN 14MnMoNbB WCF62、HQ70A HQ80C中温压力容器Ni 塑性 韧性 Cr淬透性低合金钢的种类和性能 中碳调质钢焊焊 接接 冶冶 金金 n 屈服强度介于8801176MPa之间,中碳调质钢强度和硬度高而塑性和韧性较差n Cr钢、Cr-Mo钢、Cr-Mn-S

7、i钢及Cr-Ni-Mo钢 低碳调质钢屈服强度一般低于880MPa。提高强度，塑性和韧性不至于过低，开发了碳为0.25%0.45%的中碳调质钢。40Cr、35CrMoA、30CrMnSiA及40CrNiMoA钢材牌号CMnSiCrNiMoV40Cr0.370.450.50.80.20.40.81.135CrMoA0.300.400.40.70.170.350.91.30.20.330CrMnSiA0.280.350.81.10.91.20.81.10.3030CrMnSiNi2A0.270.341.01.30.91.20.91.21.41.840CrNiMoA0.360.440.50.80.17

8、0.370.60.91.251.750.150.2540CrMnSiMoVA0.370.420.81.21.21.61.21.50.250.450.600.070.12低合金高强度钢的焊接性分析 热轧及正火钢焊焊 接接 性性 热裂纹 较好的抗热裂能力 偏析时出现热裂纹 Q420冷裂纹 热轧钢最小 大于低碳钢 少量合金化元素 正火钢合金元素较多 强度级别提高 淬硬性增大 冷裂增大再热裂纹 C-Mn C-Mn-Si不敏感 含V正火钢不敏感 18MnMoNb和14MnMoV轻微敏感性层状撕裂 较敏感，冶炼技术较低脆化及软化 热轧低碳 粗晶区魏氏体组织 高碳 偏析 高碳马氏体 正火钢 晶粒粗化 沉淀强

9、化元素低合金高强度钢的焊接性分析 低碳调质钢焊焊 接接 性性 热裂纹 含Mn高 无热裂倾向 高Ni低Mn热裂纹倾向增大冷裂纹 倾向小 自回火现象再热裂纹 热裂纹敏感性较大，因为加入再热裂敏感元素层状撕裂 不敏感，冶炼技术高脆化及软化 马氏体+10-30%下贝氏体 AC1与回火温度之间低合金高强度钢的焊接性分析 中碳调质钢焊焊 接接 性性 热裂纹 含C和合金元素高 较大热裂纹倾向 30CrMnSi H18CrMoA冷裂纹 含元素含量高 冷裂倾向大 无自回火再热裂纹 热裂纹敏感性较大，因为加入再热裂敏感元素层状撕裂 不敏感，冶炼技术较高脆化及软化 过热区 生成硬的高碳马氏体 脆化倾向大 AC1与回

10、火温度之间的软化低合金钢的焊接工艺要点 焊接方法及热输入焊焊 接接 性性 焊接方法 对于热轧钢及正火钢，焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护电弧焊等常规焊接方法都可以采用，主要根据材料的厚度、产品的结构和具体的施工条件来确定。 低碳调质钢存在高温回火软化问题，对于强度级别超过980MPa的低碳调质钢，最好采用钨极氩弧焊和电子束焊等能量集中的焊接方法，强度级别低于980MPa的低碳钢，可采用焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护焊和钨极氩弧焊等方法，并根据板厚和施工条件进行选择。中碳调质钢一般首先进行退火，并在退火状态下进行焊接，焊后通过整体调质处理才能获得性能满足要求的焊接接头。焊接重点是通过焊接材料、预

11、热及焊后热处理解决焊接材料、预热及焊后热处理解决冷裂纹问题冷裂纹问题。因此，在这种情况下，对选择焊接方法几乎没有限制。 在调质状态下焊接的中碳调质钢来讲，除了焊接裂纹问题外，还要考虑热影响区的脆化和软化问题。为了防止冷裂纹应加强预热、控制层间温度并及时进行焊后回火处理；为了减少软化，应尽量采用能量密度高的热源进行焊接，如氩弧焊、等离子弧焊、激光束焊和电子束焊等。低合金钢的焊接工艺要点 焊接方法及热输入焊焊 接接 性性 焊接热输入 各种热轧钢和正火钢焊接接头的脆化程度、脆化原因和冷裂倾向是不同的，因此对热输入的要求也是不同的。 低碳调质钢的热影响区的强度、塑性和韧性是靠低碳马氏体或下贝氏体提供的

12、。如果热影响区的冷却速度过低，则奥氏体将转变成粗大贝氏体，这对强度和韧性都不利，所以焊接这类钢时其冷却速度要高于某一临界冷却速度。 中碳调质钢一般采用小焊接热输入焊接，有利于降低奥氏体的过热。因为即使采用大热输入焊接，热影响区仍然避免不了产生马氏体，却增大了奥氏体的稳定性，结果使淬火区形成粗大的马氏体，反而增大了脆化和冷裂倾向。 低合金钢的焊接工艺要点 焊接材料焊焊 接接 性性 中碳调制钢 中碳调质钢一般是先退火（或正火）后再进行焊接，焊后再进行整体调质。此时选择焊接材料应该考虑冷裂纹和热裂纹的敏感性，应尽量降低焊缝金属中硫和磷的含量，控制焊缝金属的含碳量和含硅量，使焊缝金属的主要成分尽量与母材相似，以保证在焊后调质处理后达到等强。 必须在调质下焊接的构件，由于焊后不再进行调质处理，因此选择焊接材料时没有必要考虑热处理规范对焊缝性能的影响，可以不采用和母材成分相匹配的焊接材料，重点防止冷裂纹的形成。由于在调质状态下直接焊接，母材的强度高，刚性大，冷裂纹倾向严重，所以有事采用抗裂性好的纯奥氏体焊接材料。低合金钢的焊接工艺要点 接头设计和辅助措施焊焊 接接 性性 焊接接头设计 应力集中系数尽可能小，具有好的可焊到性，且便于焊后检验。 对接焊缝比角焊缝更为合理，因为后者应力集中