合金结构钢的焊接课件

合金结构钢的焊接合金结构钢的焊接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3.1合金结构钢的分类和性能3.1.1合金结构钢的分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)=5％～10％高合金钢w(Me)＞10％1.按合金元素总含量的多少分有：中合金钢高合金钢1.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强度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

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

2.按用途和性能分有用途和性能强度用钢低中合金特殊用钢按

国内外常见的合金结构钢的牌号见表3-1表3-1国内外常见的合金结构钢国内外常见的合金结构钢的牌号见表3-1表3-13.1.2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3.1.2合金结构钢的基本性能基力学性能显微组织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%，wSi≤0.3%，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%1．化学成分化低合金结构钢是在低碳钢基础用于焊接结构的低中合

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3-1各种合金元素对结构钢的抗拉强

图3-2低合金高强钢的低温拉伸性能（a,b）2．力学性能图3-2低合金高强钢的低温拉伸性能（a,b）2．力学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、强度性能、塑性和韧性3．显微组织低合低碳马氏体贝氏体M-A组元珠光体类导致具有不

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图3-3典型组织（特别是贝氏体组织）对低合金

表3-2常见金相组织及不同混合组织的硬度表3-2常见金相组织及不同混合组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3.2热轧及正火钢的焊接3.2.1热轧及正火钢的成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：wC≤0.2%，wSi≤0.55%，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钢1．热轧钢

热屈服强度为294-392MPa的这类钢的基本成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（σs/σb）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σs≥343MPa2．正火钢正正火状态下使用的钢：主要正火＋回火状态使用的抗层3．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．微合金控轧钢

微加入质量分数为0.1%左右多种微合金元素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3.2.2热轧及正火钢的焊接性低合金钢化学轧制热轧及正火钢的焊接性冷裂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

层状撕裂热轧冷裂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1．冷裂纹及影响因素冷裂碳当量淬硬热影响区热轧钢的正火钢的(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(2)淬硬倾向马氏体或M+B+F产生B或焊对氢致对氢致裂图3-4热轧钢（Q345）和低碳钢的焊接连续冷却组织转变图（SHCCT）a)Q345Tm1350℃b)低碳钢Tm1300℃)1）热轧钢的淬硬倾向图3-4热轧钢（Q345）和低碳钢的焊接连续冷却组织转变图3-5正火钢的焊接连续冷却组织转变图（SHCCT）

a）为Q420b)18MnMoNb

2)正火钢的淬硬倾向图3-5正火钢的焊接连续冷却组织转变图（SHCCT）(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(3)热影响区最高硬度图3-6热影

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：wC0.12%,wMn1.40%,wSi0.48%,wCu0.15%,板厚h=20mm）

图3-9冷却时间t8/5对热影响区最2．热裂纹和再热裂纹裂纹再热裂纹焊缝热裂纹2．热裂纹和再热裂纹裂再热裂纹焊缝热裂纹

图3-10再热裂纹敏感性与Cr、Mo含量的关系A—SR裂纹敏感区

B—随Cr、Mo含量增加，SR裂纹增加图3-10再热裂纹敏感性与Cr、Mo含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3．非调质钢焊缝的组织和韧性焊缝针状铁素体先共析铁素体所占的

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3-11不同铁素体形态对高强钢焊缝

图3-12高强钢焊缝韧性与强度的关系图3-12高强钢

Mn-Si系焊缝组织与韧性的关系见表3-5。

表3-5Mn-Si系焊缝组织与韧性的关系表3-5Mn-Si系焊缝组织与韧性的

4．热影响区脆化

脆化粗晶区脆化热应变脆化

4．热影响区脆化

脆粗晶区脆化

图3-14S、P对热影响区韧性的影响（低合金钢三丝埋弧焊）图3-14S、P对热影响区韧性的影响（低合金

图3-15N对热影响区韧性的影响（Mn-Si系低合金钢）

图3-15N对热影响区韧性的影响（Mn-5．层状撕裂

图3-16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

5．层状撕裂图3-16产生层状撕裂的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3.2.3热轧及正火钢的焊接工艺热轧及焊接材料的选择焊接工

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。

1．坡口加工、装配及定位焊

坡口坡口加工可采用机械加工，其

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。2．焊接材料的选择低合一是不能有裂纹等

热轧及正火钢焊接一般是根据其强度级别选择焊接材料，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热轧及正火钢焊接一般是根据其强度级别选择焊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3．焊接工艺参数的确定工艺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）焊接热输入图3-17焊接热输入对热影响区晶粒尺寸和冲击韧

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HQ70和HQ80低碳调质钢焊接一般要求低温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

热轧及正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3-9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表3-10热轧及正火钢钨极氩弧焊的工

2)预热和焊后热处理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确定焊后不要超过母材原来的对于有回火脆性的材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。

4．焊接接头的力学性能

合金结构钢的焊接合金结构钢的焊接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3.1合金结构钢的分类和性能3.1.1合金结构钢的分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)=5％～10％高合金钢w(Me)＞10％1.按合金元素总含量的多少分有：中合金钢高合金钢1.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强度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

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

2.按用途和性能分有用途和性能强度用钢低中合金特殊用钢按

国内外常见的合金结构钢的牌号见表3-1表3-1国内外常见的合金结构钢国内外常见的合金结构钢的牌号见表3-1表3-13.1.2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3.1.2合金结构钢的基本性能基力学性能显微组织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%，wSi≤0.3%，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%1．化学成分化低合金结构钢是在低碳钢基础用于焊接结构的低中合

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3-1各种合金元素对结构钢的抗拉强

图3-2低合金高强钢的低温拉伸性能（a,b）2．力学性能图3-2低合金高强钢的低温拉伸性能（a,b）2．力学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、强度性能、塑性和韧性3．显微组织低合低碳马氏体贝氏体M-A组元珠光体类导致具有不

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图3-3典型组织（特别是贝氏体组织）对低合金

表3-2常见金相组织及不同混合组织的硬度表3-2常见金相组织及不同混合组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3.2热轧及正火钢的焊接3.2.1热轧及正火钢的成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：wC≤0.2%，wSi≤0.55%，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钢1．热轧钢

热屈服强度为294-392MPa的这类钢的基本成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（σs/σb）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σs≥343MPa2．正火钢正正火状态下使用的钢：主要正火＋回火状态使用的抗层3．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．微合金控轧钢

微加入质量分数为0.1%左右多种微合金元素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3.2.2热轧及正火钢的焊接性低合金钢化学轧制热轧及正火钢的焊接性冷裂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

层状撕裂热轧冷裂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1．冷裂纹及影响因素冷裂碳当量淬硬热影响区热轧钢的正火钢的(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(2)淬硬倾向马氏体或M+B+F产生B或焊对氢致对氢致裂图3-4热轧钢（Q345）和低碳钢的焊接连续冷却组织转变图（SHCCT）a)Q345Tm1350℃b)低碳钢Tm1300℃)1）热轧钢的淬硬倾向图3-4热轧钢（Q345）和低碳钢的焊接连续冷却组织转变图3-5正火钢的焊接连续冷却组织转变图（SHCCT）

a）为Q420b)18MnMoNb

2)正火钢的淬硬倾向图3-5正火钢的焊接连续冷却组织转变图（SHCCT）(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(3)热影响区最高硬度图3-6热影

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：wC0.12%,wMn1.40%,wSi0.48%,wCu0.15%,板厚h=20mm）

图3-9冷却时间t8/5对热影响区最2．热裂纹和再热裂纹裂纹再热裂纹焊缝热裂纹2．热裂纹和再热裂纹裂再热裂纹焊缝热裂纹

图3-10再热裂纹敏感性与Cr、Mo含量的关系A—SR裂纹敏感区

B—随Cr、Mo含量增加，SR裂纹增加图3-10再热裂纹敏感性与Cr、Mo含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3．非调质钢焊缝的组织和韧性焊缝针状铁素体先共析铁素体所占的

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3-11不同铁素体形态对高强钢焊缝

图3-12高强钢焊缝韧性与强度的关系图3-12高强钢

Mn-Si系焊缝组织与韧性的关系见表3-5。

表3-5Mn-Si系焊缝组织与韧性的关系表3-5Mn-Si系焊缝组织与韧性的

4．热影响区脆化

脆化粗晶区脆化热应变脆化

4．热影响区脆化

脆粗晶区脆化

图3-14S、P对热影响区韧性的影响（低合金钢三丝埋弧焊）图3-14S、P对热影响区韧性的影响（低合金

图3-15N对热影响区韧性的影响（Mn-Si系低合金钢）

图3-15N对热影响区韧性的影响（Mn-5．层状撕裂

图3-16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

5．层状撕裂图3-16产生层状撕裂的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3.2.3热轧及正火钢的焊接工艺热轧及焊接材料的选择焊接工

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。

1．坡口加工、装配及定位焊

坡口坡口加工可采用机械加工，其

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。