第二章合金结构钢焊接

第二章合金构造钢的焊接第二章合金构造钢的焊接第三章合金构造钢的焊接§3-1合金构造钢的分类科技的发展对工程构造和机械零件用钢的性能提出高要求，碳素构造钢不可以知足。碳素构造钢+合金元素（改良资料的性能）合金构造钢分类：强度用钢、特别用钢一、强度用钢（高强钢）2σs≥294N/mm，大批用于常温工作的受力构造如压力容器、动力设施、工程机械、桥梁、建筑、管道等。热轧（热轧态）及正火钢（正火态使用）294～343为热轧钢2σs=294～490N/mm（低合金、非热办理加强）。微合金化控轧钢：2CF钢σs≥343N/mmWc↓↓,（正火钢）微合金化钢2Z向钢板、σs≥343N/mm，钙办理，真空降气，Ws大大降低低碳调质钢2σs441～980N/mm热办理加强Wc≤0.025%,δ↑,韧性↑σ↑可用调质态焊，焊后不须调质办理，必需时去应力办理。2σs=441-490N/mm，分调质与非调质二类。正火（正火+回火）钢，合金元素积淀加强，细化晶粒，δ↑,韧性↑2但WM↑↑,韧性↓δ↓正火钢σs≤490N/mm左右。同一强度等水平，所需WM<WM正火，因调质办理充散发挥合金元素的作用，但生产麻烦。（M、B组织、、Ak保证）中碳调质钢2σs=880～1176N/mm，热办理加强钢。Wc>0.3%，淬硬性增大，韧性降低。退火态焊接，整体热办理，构造自重（飞机起落架、火箭壳体）二、特别用钢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℃高温设施，（热动力设施、化工设施）Cr、Mo为基的低、中合金钢，T工作越高，V，W，Nb，B等。焊后不进行调质办理，焊后主要进行高温回火办理。2.低温钢一定保证足够高的低温韧性，强度无特别要求。T工作=-40～-196℃，（低温装置），寒冷地域的工程构造（桥梁）。液化石油（45℃），液化天燃气（-162℃）。含Ni的低碳合金钢，正火或调质态使用。3.低合金耐蚀钢一定拥有耐腐化性能+一般力学性能用于大气、大海（用得最广）、石油等腐化介质中工作的各种机械设施、构造。§3-2热轧及正火钢的焊接一、成分和性能21.热轧钢：σs=294～343N/mm基本上属于C-Mn和Mn-Si系钢种实用V、Nb取代Mn，细化晶粒，积淀加强（综合机械性能、工艺性能满意）。比如：16Mn，WSi≤0.6%不然韧性降低。WC≥0.3%WMn≥1%时裂纹，出现脆性贝氏体。所以为保证好焊接性与缺口韧性，W合金受限，σs受限。216Mn+V（0.04～0.12%）VC弥散加强、正火态、韧性改良。正火钢：2s=343～490N/mmC-Mn，Mn-Si系基础上加V，Nb，Ti，Mo等（C化物，N化物生成元素）在固液加强基础上，经过积淀加强和细化晶粒来↑σb，保证韧性。含Mo钢一定正火+回火才能保证塑性、韧性。1）正火状态不使用的钢除15MnT外i，主假如含V,Nb,亦可Wc，对资料焊接性和韧性有益。屈强比高：Wc0.150.2%以内，15MnV，15MnVN，σs↑↑14MnNb桥梁钢2）正火+回火态使用的含M0钢Mn-Mo系在美国用得广大，制造中温的大厚度压力容器。强度提升，组织细化，中温性能正火后组织为B上+少许F，一定回火保证δ，Ak；Mo、Ni都能钢的热强性。3）微合金化控轧钢（70年月发展起来新钢种）加入微量Ni，V，Ti和控扎技术。（控轧钢）细化晶粒与积淀加强相联合，纯净度，钢材具平均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，有益于低温及F转变。二、热轧及正火钢的焊接性剖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往常表现为：1）焊接惹起各种治金缺点——各种裂纹；2）焊接时资料性能的变化——脆化问题。焊缝中的热裂纹Wc降低，WMn提升，Mn/S比达要求，抗裂热性好，正常不裂。当资料成分不合格，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。解决方法：经过焊材来调整焊缝金属的成分。降低降低Wc，增添WMn，工艺上想法减小熔合比。H03MnTi+含SiO2，焊剂SJ101，含Mn量增添H08Mn2SiH08MnE冷裂纹剖析问题的出发点：钢材化学成分、淬硬偏向与冷裂偏向三者间存在着亲密的联系。1）淬硬偏向与冷裂偏向的关系：资料的冷裂敏感性主要取决于它的淬硬偏向，该偏向用TTT或CCT曲线来议论。CCT：更适于研究焊接，Sh-CCT（模拟HAZ连续冷却曲线）更佳。可定量剖析：定性剖析与比较，比CCT左移，其淬火临界冷却速度比CCT大1.5倍，后者右移，增添过冷A稳固性。热轧钢的淬硬偏向与冷裂偏向。剖析图8-1（307），16Mn与低碳钢比较，其淬硬偏向大。马氏体含量大。（厚板手工电弧焊AC3上的HAZ组织态）V冷不大时，二者邻近。正火钢的淬硬偏向与冷裂偏向。重申一下：一般随强度的提升，冷裂偏向增大（WM增添），剖析图8-2（P309）15MnVN，18MnMoNb2）碳当量与冷裂偏向的关系淬硬偏向主要取决于资料的化学成分，Wc作用最显然，冷裂偏向与成分、冷却速度、含氢量、拘束度等相关。经验性的C当量公式大略预计与对照不一样钢材的冷裂偏向。适于Wc较高，大于0.08%,σb=400～700MPa钢材CEC1Mn1Cn1Ni1Cr1Mb1V（国际焊接学会）61515555CeqC11111Mo1SiMnNiCr4V日本用24640514低0.17%b400900MPa钢材一般CE最高0.4%等，超低碳钢G0.5%pcmC1Si1Mn1Cn1Ni1Cr1Mo1V5B30202060201510（合金元素的裂纹敏感系数）Wc低0.08%,CE可达0.5%应用该公式有各自的限制性，由实验来查验。一般以为，Ca0.4%，焊接无淬硬偏向，焊接性优秀，与低碳钢几乎同样。Ca0.5%，淬硬性，工艺举措严格（严控线能量），预热，Postheat。3）热影响区最高硬度值与冷裂偏向的关系（不太合用）亦是评定淬硬偏向的一简单方法。淬硬组织：规定Hmax时，要考虑钢材的级别来定，（级别）表8-2（P310）不行靠，只作参照。4）[H]没考虑再热裂纹（含Mo才有）Mo，V，Nb含积淀化元素。（一次溶入积淀；二次加热积淀加强晶内）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）若有再热裂纹，可提升预热温度或Postheat，正火钢与合金系统有大关系。（15MnVN

不敏感）层状扯破a.影响要素（不受b级别限制）1）Z向拘束力（与板厚相关，16mm不易产生）2）钢材自己（取决于冶炼条件、夹杂物，片状S化物等）。COD：CrackOperingRsptacemert裂纹张开位移2临界条件=JIc断裂韧性,J积分C6cacESnsb.评定敏感性指标1）碳的含量；2）Z向断面缩短率20%抗层状扯破；一般冶炼条件下生产的热轧和正火钢都达不到要求。热影响区的性能变化关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。过热区脆化取决于1）焊接线能量（影响V冷，高温逗留时间）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）钢材种类、合金系列影响比如：0.17C1.1MnT（1）E线，马氏体比率

JF

：，韧性E线

，A晶粒严重长大，晶界

F、侧板条

F、近似

P的

F-中间相

C化物（混淆物）冷降低，B、F+M-A数目增添，韧性降低2）成分（C显然）Wc,AK,低温AK（-40℃无高韧性区）如要求高防止使用

Wc

高类型）。WNb

,AK

比不含

Nb的C

Mn钢低得多，

NbC,N

积淀相关，粗晶粒反条件下生成。WV

,WTi

如图

8-5，P315大线能用钢中的

WTi

限制很低！见图

8-6（b）

E线

,

K

,HV

，采纳小线能量是防止过热区脆化的靠谱举措。原由：高温逗留时间

，克制难熔的

TiN,TiC向

A熔入，产生低

C马氏体（无脆化）可用大线能量+800～1100℃正火办理KMn,MnSi系热轧钢，固熔加强。MnV,MnTi,MnNb正火钢，固溶加强+积淀加强。b.热应变脆化除去的有效举措：焊后热办理，（可恢复到本来的韧性水平）（除去应力退火）实质上是由固溶氮惹起的（回足够N化物形成元素A,Ti,V偏向）直接发生在焊接过程中，热与作用下产生的一种动向应变时效，200～400℃最为显然，焊前出缺口时，脆化更为严重。三、热轧钢及正火钢的焊接工艺特色。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）主要依据资料厚度、产品构造、详细施工条件确立（与焊接方法关系非重点）1、焊接资料的选择要求：①焊缝质量热轧及正火钢的焊接性剖析；②使用性能焊缝的热裂、冷裂偏向很小。出发点（主要依照）：保证焊缝与母材的般配性（σb、δ、αk等解）1）与母材的机械性能出发、等强般配（相应强度级别）（而非成分一致）成分一致时，焊缝为特别过饱和铸态组织，其σ↑↑、σ、Ak↓↓，抗裂性能与使用性能不好。要求：Wc≤0.14%时，WMe<母材中的WMe。结557焊15MnVN，无积淀元素V，σb=54P～608MP9δ↑、Ak↑。2）一定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相关（决定焊缝金属的机械性能）3）若有postheat，一定考虑到对焊缝性能的影响。如要焊后正火，一定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别性能要求16MnCu+结50T铜（耐蚀性能）2、焊接工参数确实定1）焊接线能量其确立主要取决于过热区的脆化和冷裂两个要素。Wc↓↓（09Mn2），对E线无严格的限制。资料淬硬性较小，对小E线时冷裂偏向不大。热Wc↑偏高时，（如焊16Mn），E小时（E偏大只能）冷裂偏向↑，脆化严重正火钢：防止积淀相的溶入及晶粒过热引如：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。线↑↑，V冷↓，但加热程度↑↑，过热↑↑，因此大线能量，采纳用预热方式，防止裂纹。2）预热，（防裂纹，改良性能）其确立取决于下边要素：IHD1pcpcna60600①成分，To=1440Pc-396②V冷③拘束度↑[H]↑T.↑⑤能否热办理）焊后热办理：一般状况下不需热办理；容器需高温回火（目的）除去应力：①↑抗应力腐化力，②↑低温性能，③防层裂等回确立原则：①不超出母材的T回。②对有回火脆性的资料，避开脆性温度区间。③σs≥490N/cm2钢。延缓裂纹偏向大，回火可除去应力，去氢。§3-3低碳调质钢的焊接（用于高强度的焊接构造用钢）一、低碳调质钢的成分和性能2在正火条件下，经过增添合金元素，加强成效一般状况下，σ↑，αk↓↓，σs≥490N/mm，高强钢场需调质办理。2s=440～980N/mmWc≤0.22%（在0.18%以下）优秀综合性能和焊接性能。最简单：2,22调质后达490N/mm，调质后达490N/mm。Mn-Si系钢，δS≥343N/mm当板厚↑或δb↑、需增添合金元素Cr、Ni、Mo、V、M、Ti等，本保证足够淬透性和抗回火性。（焊接无裂纹钢）年月发展的改良野外施焊条件，↑低温韧性，加多种微元素，Wc↓↓（≦0.09%）（B拥有淬透性），调质保证δb，Ak（足够）该钢具CF钢），Wc↓↓，Pcm↓特色。采纳超低氢焊接资料，B<50mm，T=0℃不预热。二、低碳调质钢的焊接性剖析与正火钢近似（主要问题和工艺要求）1、裂纹。2、HAZ脆化。差异在于在HAZ内，还存在过热区脆化和融化问题。Mn/S↑。一）焊缝中的热裂纹一般Wc↓、WMn↑、S、P控制，偏向小。对高Ni低Mn类HY80、偏向↑，调整焊材能够防止。（Mn、Ni，扩大A元素，结晶间↑热裂↑）。二）热影响压液化裂纹主要发生在高Ni低①成分Wc↑，要求Mn/S↑

Mn类低合金高强钢中。影响要素主要与

Mn/S相关。当Wc<0.2%，Mn/S>30,液化裂纹敏感性↓防止裂纹的重点在于控制Wc，Ws保证Mn/S高特别当WNi↑，要求更严。②工艺要素线↑，晶粒d↑，晶界融化严重，并且液态晶间层存在↑，偏向↑。（高线能量易发生，埋弧焊）熔池形状影响（P327）三）冷裂纹其冷裂偏向在M转变时的V冷相关。Ms高，如V冷↓M能够进行“自回火”作用。冷裂纹偏向（工艺合方才行）↓↓。WMe↑，获取低CM和部分下B混淆组织，A过冷稳固性↑↑（P327图8-14）。四）再热裂纹四强淬透性和抗回火性而加入的一些合金元素中，大部分易惹起再热裂纹。V影响最大、Mo次之（同时加入更为严重），Cr与含量相关。皆注表焊接时的再热裂纹问题。（Cr-Ni、Mo、Cr-Ni-Mo-V，Ni-Mo-V系钢）。五）层状扯破严控夹杂物，纯净度↑，敏感性↓。六）HAZ的性能变化钢中含有许多固N元素，热应变脆化不显然。1、过热区的脆化t8/5↓αk↓（获取所有M）t8/5↑A晶粒粗化，脆化↑，BV与M-A组无形成一般问题，对不可以办理件尤其生重要。2、HAZ的融化对焊后不再进行调质办理的C钢尤其重要。图8-16M+BTi韧性最正确（WB下达10～①融化的程度②融化区的宽度与焊接工30%）艺相关，有小线能量基本解决。三、低碳调质钢的焊接工艺特色。工艺拟订的主要依照：①马氏体转变时的V冷不可以太快，防止冷裂，保证自回火作用。②要求800～500℃的V冷>产生脆性混淆组织的临界冷却速度，控制T8/5，不产生上B氏体。1、焊接工艺方法和焊接资料的选择。①资料②方法σ2↑↑σb与αk降落的问题越严重。解决方法：①焊后从头调质，②不热办理，限制热输入。2TIG与电子束焊。例：σS>980N/mmm钢（10Ni-Cr-Mo-Co）一定用2σS<980N/mm，各样方法均能用。2σS≥686N/mm，融化极气体，保护焊最正确。热↑↑，焊后一定调质办理。调质态焊接，焊后不热理（异于中碳调质）。选焊材时，要求焊缝性解靠近母材的机械性能等强，当构造刚度大时，冷裂不免，低强度般配。3．焊接工艺参数的选择综合考虑：①防冷裂纹t8/5V冷↓。②防脆化（M-A）V冷↑。正确选择线能量和预热量保证不出裂纹与脆化的重点。1）确立E线尽可能选择大一些、（不出裂纹，知足韧性），再依据冷裂偏向考虑，预热向考虑，预热和预热温度。2）确立T预（主要目的是为了防备冷裂，对HAZ性能不大）当Ek达最大而裂纹不可以防止，一定预热。一般在焊低碳调质钢时采纳较低的T预≤200℃。主假如降低马氏体转变的V冷，经过M的自回火作用来提升抗裂性能。T预↑↑，V冷<V冷脆性混淆组织。3）焊后热办理确实定510～690℃热办理，伤害ak↓。除去应力办理没有必需。只适于要求耐应力腐化的焊件，

T后低于母材原回火

T的

30℃。§3-4中碳调质钢的焊接一、中碳调质钢的成分和性能2σS≥880～1176N/mmWC=0.25～0.45%强度主要取决于Wc，WMe提升淬透性，抗回火性。特色：高的比强和高硬度（韧性不是首要）（用作火前外壳、装甲钢）淬透性↑↑，焊接性差，焊接工艺复杂，焊后一定调质。严控S、P的含量一般钢<0.04%S、增添热裂敏感性P、↓δ、αk、↑冷裂敏感性。真空冶炼，使母材与填补金属达到高纯度（Ws、p<0.015%）1、40CrCr<1.5%解有效提升淬透性War～1%↑δ、αk。>2%对δ影响不大，↓αk。Cr增添低温或高温的回火稳固性。优秀综和机械性能，↑σ疲→齿轮、轴类、（交变载荷）2、35CrMoA

35CrMoVA属CrMo

系统

WMo=0.15～0.25%除去Cr钢的回火脆性，高温V-细化晶粒，↑σb、δ、αk，高温回火稳固性。用于动力设施（负载高，截面大的重要零零件），发电机转子，汽轮机、中轮、主轴等。Wc↑，焊前预热、焊后热办理。3、30crMnSiNi2A、40crMnSiMoVA加入Ni、σb↑↑、αk较好，焊接性差。飞机构件：30crMnSiA典型（不含名贵的Ni），我国应用广退火态组织、F+P调质态组织：回火索氏体（统称回M）高温回火一定快冷！Cr-Mn-Si系统，300～450℃第一类回火脆性还会有第二类飞体制造4．40CrNiMoA，美4340钢及34CrNi3MoA（4340美一近似）Cr-Ni-Mo系统加入了Ni，Mo明显提升淬透性和抗回火融化能力，↑αk，σ↑，淬透性大。用于高负荷，大截面轴类、承冲击、如飞机、起落架、火箭发动机外壳。5．H-11Cr5%、Mo1.5%热加工工具钢基础上展。σb=1960N/mm2,并具较高耐热性（喷气机体）(经500oC回火、特别、C化物析出)。二、中碳调质钢的焊接性剖析一）焊缝中的热裂纹Wc↑、WMe↑、液一固相区间大，偏析严重，热裂偏向↑。①需焊材：采纳Wc↓、S、P↓的填补资料。②焊接工艺上保证填满弧坑，焊缝成形优秀。二）冷裂纹（P336图8-23）淬硬（冷裂）偏向严重，剖析其冷裂敏感性，不单看M形成偏向，并且须考虑M的类型和性能。三）HAZ的性能变化1、过热后的性能变化淬硬性↑↑，易产僵硬脆的高碳M，t815↓，V冷↑，高CM↑，脆化越严重。大线能量V冷↓，增添A过热，提升其稳固性，形成粗大M，脆化更严重。解决方法：小线能量+预热+缓冷和后热减小高温逗留时间，降低A稳固性V冷↓,z改良性能。2、HAZ的融化该类钢常在退火态焊接、焊后调质办理b↑、融化越严重。融化程度与宽度与E线、焊接方法相关。三、中碳调质钢的焊接工艺特色

E线↓，V冷↑，t受热焊接热源越集中，融化↓焊前状态决定焊接问题及工艺1、退火（正火）态焊接，整体调质（多半状况下）①主要问题：裂纹，（HAZ性能由调保证）②焊接方法：不限，但气焊易生裂纹。③焊材：保证质量（无裂纹）调质后与母材等强（接头性能）焊缝金属主要合金应尽量与母材相像（同热办理规范）严控C↓、Si、S、P（惹起热裂偏向，促进脆化）④工艺参数：保证调质前不出裂纹，高预热温度（200～350℃）和层间温度复杂构造，大批焊缝，存在中间回火办理（去[H]、冷裂敏感性低的组织）焊后实时回火650℃10℃，在高于T预热保温、除[H]防冷裂小El+预热（高）。2、调质状态下焊接①主要问题：1）裂纹：从工艺上出发，预热温度，层间温度，中间热办理

postheat<

母材回火温度的

50℃。2）高M的硬化和脆化（焊后回火解决）3）高温回火区的融化（HAZ区）。一定调质才能解决假如焊接后不调质办理，应当采纳热量集中，能量