低合金钢的焊接

关于低合金钢的焊接第1页，课件共186页，创作于2023年2月第三章低合金钢焊接及工程应用第五节低温用钢的焊接

第四节中碳调质钢的焊接第三节低碳低合金调质钢的焊接第二节热轧及正火钢的焊接第一节低合金钢概述复习思考题第六节低合金耐腐蚀钢的焊接第2页，课件共186页，创作于2023年2月低合金钢实在碳素钢的基础上添加一定量的合金元素冶炼而成的，其合金元素的质量分数一般不超过5%（10%--中合金），加入合金元素的目的，是在保证足够的塑性和韧性的基础上获得较高的强度或满足结构工作条件提出的特殊要求，如耐低温、耐高温或耐腐蚀等。第一节低合金钢概述合金结构钢的应用领域很广，种类繁多，可按化学成分、合金系统、组织状态、用途或使用性能等方面进行分类。第3页，课件共186页，创作于2023年2月合金元素在钢中的作用一、对钢中基本相的影响

合金元素在钢中存在的形式有两类型，一种是溶解到碳钢原有的相中，另一种是形成新相，存在形式决定于元素的数量和性质。其中关键在于元素与碳的亲和力。非碳化物形成元素这类元素与碳的亲合力比铁弱，常用元素主要有Ni、Co、Si、Al、B等。它们在低温时溶解在铁素体中，高温时溶解于奥氏体中。所有元素的溶入，由于固溶强化的结果，均提高材料的强度和硬度。Cr、Ni、Mn少量溶入时，对塑性影响不大，而因强度的提高了材料的韧性；当数量过多或其他一些元素的加入会对材料的塑性带来少量的下降。

第4页，课件共186页，创作于2023年2月碳化物形成元素这类元素与碳的亲合力比铁强，常用元素主要有Mn、Cr、W、Mo、V、Zr、Nb、Ti等。量少时溶入渗碳体中，形成合金渗碳体(Fe,M)3C，一般合金渗碳体都比Fe3C稳定，在奥氏体中的溶解和聚集长大比Fe3C难。当钢中合金元素和碳量都较高时，可形成稳定性更高的合金碳化物，常见的有Mn3C、Cr7C3、Cr23C6、Fe4W2C、WC、MoC、VC、TiC等，它们具有比渗碳体更高的熔点和更高的硬度。与碳、碳之外的其他元素的结合合金元素与非金属元素N、O、S结合，生产夹杂物，钢中常见的有TiN、AlN、SiO2、Al2O3、MnS、Ni3Al、Ni3Ti等。此外Pb、Cu、C(石墨)以游离态的方式存在于钢中。第5页，课件共186页，创作于2023年2月二、对铁碳相图的影响

扩大γ相区合金元素的加入，使A3线下移，而A4上扬，扩大了γ相区。这类元素有Mn、Ni、Co、N等，也称为γ相稳定化元素。碳也是属于扩大γ相区的元素。当它们的含量增加，A1线也下移。当它们的含量超过一定量后，以致在室温下只有单相的奥氏体存在，即A1点降到室温以下或根本不出现fcc向bcc的转变，这时的钢称为奥氏体类型钢。缩小γ相区合金元素的加入，使A3线上移，而A4下移，为缩小γ相区，这类元素有Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si等，也称为α相稳定化元素。当碳的含量较低，缩小γ相区的合金元素使A3线在G点以上，A4线在N点以下，两线相遇，造成γ相区封闭，含量超过一定量后，致在室温下的铁素体升温直到溶化也不出现bcc向fcc的转变，即α相和高温的δ相区相通。另外，B、Nb、Zr只能缩小γ相区，而达不到封闭。

第6页，课件共186页，创作于2023年2月影响共析点S的成分合金元素的加入，随着对γ相区的缩小或扩大，除造成A1温度的上升或下降外，对S点还会造成左右移动，即改变S点的成分。统计表明，几乎所有的元素都使S点左移，同时E点也随之左移。例如在Mo、W、Ti含量高的钢中，0.3－0.4%的碳量已是过共析钢，而含碳量达到0.8－1.0％就超过了E点，在钢的组织中出现了莱氏体。第7页，课件共186页，创作于2023年2月第8页，课件共186页，创作于2023年2月三、对相变过程的影响

1．加热转变

奥氏体形成速度合金元素与碳的亲和力明显的影响碳的迁移速度。其中非碳化物元素中部分，Co、Ni可加速奥氏体化，另一些作用不明显，但不会减慢；碳化物元素中部分，Cr、Mo、W、V、Ti大大减慢奥氏体的形成，另一些作用不明显，但不会加速。所有元素在奥氏体中的需要均匀化，故奥氏体化的时间必需加长。有些强碳化物元素在奥氏体中溶解十分困难，奥氏体化的温度有的要求1000－1100℃或更高。奥氏体的晶粒度奥氏体化中的晶粒长大过程，随着与碳的结合力的增加，表现出阻碍作用。强碳化物形成元素，如V、Ti、Nb、Zr就可以强烈阻止奥氏体晶粒生长；一般碳化物形成元素，如W、Mo、Cr可以一定程度的阻止奥氏体晶粒生长；非碳化物形成元素，如Si、Ni、Cu对奥氏体晶粒几乎不发生影响；而Mn、P会促进奥氏体晶粒的长大。

第9页，课件共186页，创作于2023年2月1．对过冷奥氏体分解

合金元素对过冷奥氏体分解的影响其实反映在对钢的TTT曲线的影响。淬透性

Co使C曲线左移，降低钢的淬透性，其它元素都使C曲线右移，提高淬透性。马氏体点除Si、Al外，这些元素还会使钢的马氏体点的温度下降。降低钢的马氏体点，在淬火到室温时的残余奥氏体增加。

第10页，课件共186页，创作于2023年2月1．对过冷奥氏体分解对C曲线的形状其中主要表现为C曲线弯曲出现两个鼻尖，珠光体转变和贝氏体转变各对应一个，严重的造成这两个转变曲线分离，中间出现一亚稳区，有的对其中某一种转变有抑制作用，两个鼻尖一前一后，而严重时，其中的某一中转变受抑制，而只能发生一种转变，如出现贝氏体钢。第11页，课件共186页，创作于2023年2月四、对回火转变的影响

1．提高了钢的回火稳定性回火稳定性是表示钢对于回火时发生软化过程的抵抗能力。提高回火稳定性表现为许多合金元素可以使回火过程中各个转变速度减慢，或完成或达到同样的回火效果需要更高的温度。这是由于它们减缓碳的扩散，推迟马氏体分解，在高温下碳化物的长大速度也被减缓。同样温度下回火的硬度就较高。

2．产生二次硬化效果一些含W、Mo、V较高的钢中，回火温度升高到一定程度后，出现硬度上升，一般在500－600℃中出现一硬度的高峰值，这种现象称为“二次硬化”。①淬火后的残余奥氏体较多且十分稳定，在回火时并未发生转变，而内应力大大减小，在冷却时这些奥氏体又部分的发生马氏体转变，材料的硬度得到提高；②在500－600℃下，马氏体才出现分解，析出的高硬度的碳化物弥散细小，自身硬度高，同时强化了铁素体的基体。第12页，课件共186页，创作于2023年2月3．出现第二类回火脆性回火脆性是钢在淬火后回火时，在一定的温度范围内，韧性出现谷值，或表现出明显的脆化现象称为回火脆性。

一般的碳钢和合金钢在350℃附近回火都出现这种现象，称为第一类回火脆性，通常是不可避免的，所以回火不宜在这个温度进行。部分合金钢在500－650℃回火后缓冷时，也出现韧性下降，称为第二类回火脆性，通常认为是部分合金元素如Ni、Cr、Mn或杂质S、P等在晶界处出现偏聚有关，只要在回火后采用较快的速度冷却，如在水或油中冷却，就可以避免第二类回火脆性的产生。第13页，课件共186页，创作于2023年2月低合金钢分类近年来这类钢又开发出具有很大发展前途的新钢种，如微合金化控轧钢、焊接无裂纹钢（CF钢）、抗层状撕裂钢（Z向钢）和焊接大热输入钢等，主要用在严寒地区输油管线、海上采油平台、大型压力容器、大型水轮机蜗壳和大跨度全焊接桥梁等工程中。国内外常见的合金结构钢的牌号见表3-1。第14页，课件共186页，创作于2023年2月类型类别屈服点/MPa常用钢牌号高强度钢热轧及正火钢295～490Q295(Cu)、09Mn2Si、Q345(Cu)、Q390、Q390(Cu)、Q420、18MnMoNb、14MnMoV、WH530、X60、D36低碳调质钢490～98014MnMoVN、14MnMoNbB、WCF60、WCF62、HQ70、HQ80、HQ100、T-1、HY80、HY110中碳调质钢880～117635CrMoA、35CrMoVA、30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A、40CrMnSiMoVA、40CrNiMoA、34CrNi3MoA专用钢珠光体耐热钢265～64012CrMo、15CrMo、2.25Cr1Mo、12Cr1MoV、15Cr1Mo1V、12Cr5Mo、12Cr9Mo1、12Cr2MoWVB、12Cr3MoVSiTiB低温钢343～58509Mn2V、06AlCuNbN、2.5Ni、3.5Ni、5Ni、9Ni低合金耐蚀钢-12MnCuCr、09MnCuPTi、09CuPCrNi、12AlMoV、12AlMo、15Al3MoWTi表3-1第15页，课件共186页，创作于2023年2月低合金高强钢(强度用钢)低合金特殊用钢（专用钢）

合金结构钢(按用途)珠光体耐热钢

低温钢

低合金耐蚀钢

热轧及正火钢低碳调质钢中碳调质钢第16页，课件共186页，创作于2023年2月（1）热轧及正火钢屈服点为295～490MPa，在热轧或正火状态下使用，属于非热处理强化钢，包括微合金化控轧钢、焊接无裂纹钢和抗层状撕裂钢，尽管采用了不同的冶炼和控轧技术，但从本质上讲它们都属于正火钢。这类钢广泛应用于常温下工作的各种焊接结构，如压力容器、动力设备、工程机械、桥梁、建筑结构和管线等。第17页，课件共186页，创作于2023年2月（2）低碳调质钢屈服点为490～980MPa，在调质（淬火+高温回火）状态下供货使用，属于热处理强化钢。其特点是含碳量较低（碳的质量分数一般低于0.22%）、合金元素总量低于5%，既有高的强度，又有良好的塑性和韧性，可以直接在调质状态下进行焊接，焊后也不需进行调质处理。这类钢在焊接结构中也得到越来越广泛的应用，主要用于大型机械工程、压力容器及舰船等。第18页，课件共186页，创作于2023年2月（3）中碳调质钢屈服点一般在880～1176MPa或以上，钢中含碳量比低碳调质钢高（碳的质量分数为0.25%～0.5%），也属于热处理强化钢。其淬硬性比低碳调质钢高很多，具有很高的强度和硬度，但韧性较低，给焊接带来很大的困难，因此一般是在退火状态下焊接，焊后再进行整体热处理来达到所要求的强度和硬度。这类钢主要用于强度要求很高的产品或部件，如飞机起落架、火箭发动机壳体等。第19页，课件共186页，创作于2023年2月2．专用钢专用钢是指专门用于在特定条件下工作的机械零件和工程结构的钢。按用途不同分为珠光体耐热钢、低温钢和低合金耐蚀钢。（1）珠光体耐热钢具有较好的高温强度和高温抗氧化性，其最高工作温度为500～600℃，可用于在这一温度下工作的动力设备和化工设备等。它是以Cr、Mo为基础的低中合金钢。随着使用温度的提高，钢中往往还加入W、V、Nb、B等合金元素。第20页，课件共186页，创作于2023年2月（2）低温钢具有良好的低温韧性，其工作温度为-40～-196℃，可用于各种低温容器（液化石油气≤-45℃、液化天然气≤-162℃）、严寒地区的工程结构（桥梁、管道等）和露天矿山机械等。这类钢中大部分含有Ni，一般在正火或调质状态下使用，和普通低合金钢的区别在于除具有满足要求的的强度外，还必须具有足够的低温韧性。第21页，课件共186页，创作于2023年2月（3）低合金耐蚀钢除具有一般的力学性能外，还必须满足耐腐蚀性能的特殊要求，主要用于在大气、海水、石油化工等腐蚀性介质中工作的各种零件和结构。由于所处介质不同，耐蚀钢的成分和类型也不同，应用最多的是耐大气和海水腐蚀用钢。第22页，课件共186页，创作于2023年2月第二节热轧及正火钢的焊接热处理屈服强度/MPa合金系热轧钢钢锭加热1300℃，热轧，空冷294～343C-Mn、Mn-Si正火钢钢板再加热900℃，空冷343～490C-Mn、Mn-Si系，添加碳、氮化物形成元素第23页，课件共186页，创作于2023年2月屈服强度为294～490MPa，在热轧或正火状态下使用，属于非热处理强化钢。强化机理：热轧钢：固溶强化（Si、Mn）正火钢：固溶强化+沉淀强化+细晶强化（V、Ti、Mo、Nb）正火钢的强化方式多于热轧钢，因此其强度一般高于热轧钢，第24页，课件共186页，创作于2023年2月另外也可以看出，热轧及正火钢基于其强化机理，强度直接取决于合金元素的含量，强度要求越高，所需加入的合金元素元素越多，但合金元素增加所带来的塑性、韧性损失越大。热轧及正火钢价格便宜，综合力学性能较好,广泛应用于常温下工作的一些受力结构，如压力容器、动力设备、工程机械、桥梁、建筑结构和管线等。第25页，课件共186页，创作于2023年2月第二节热轧及正火钢的焊接一、热轧钢及正火钢的成分和性能二、热轧钢及正火钢的焊接性分析三、热轧钢及正火钢的焊接工艺四、典型钢种的焊接实例

第26页，课件共186页，创作于2023年2月一、热轧钢及正火钢的成分和性能热轧钢屈服强度：（294～343）MPa级合金系：C-Mn或Mn-Si系（主要通过Si、Mn的固溶强化作用保证其强度）

基本成分：C≤0.2%，Si≤0.55%，Mn≤1.5%

第27页，课件共186页，创作于2023年2月成分特点：a.含碳量低—→塑性、韧性较好b．常用Si和Mn作为主加合金化元素—产生固溶强化获得高强度→Mn的应用普遍（Si的质量分数超过0.6%后对冲击韧性不利，使韧脆转变温度提高；C的质量分数超过0.3%和Mn的质量分数超过1.6%后，焊接时易出现裂纹，在热轧钢焊接区还会出现脆性的淬硬组织）。第28页，课件共186页，创作于2023年2月c．在特殊状态下加入了少量的V和Nb—→沉淀强化和细晶强化典型钢种：16Mn，组织：细晶铁素体+珠光体

15MnVV细化晶粒和沉淀强化（390MPa）使用状态：一般在热轧状态下使用，但在特殊情况下（要求↑冲击韧性或板厚），最好在正火状态下使用。

第29页，课件共186页，创作于2023年2月正火钢：当要求钢的屈服强度σs≥392MPa后，在固溶强化的同时，必须加强合金元素的沉淀强化作用。正火钢是在固溶强化的基础上，加入一些碳、氮化合物形成元素（如V、Nb、Ti和Mo等），通过沉淀强化和细化晶粒进一步提高钢材的强度和保证韧性。

成分特点：热轧钢的成分+V、Ti、Mo、Nb↓↓

强化机理：固溶强化+沉淀强化+细化晶粒第30页，课件共186页，创作于2023年2月屈服强度：（343～490）MPa使用状态：正火正火处理的目的是为了使钢中合金元素形成的碳、氮化合物以细小的化合物质点从固溶体中沉淀析出，弥散分布在晶内和晶界，产生沉淀强化，并起细化晶粒的作用，可以在提高钢材强度的同时，改善钢材的塑性和韧性，避免过分固溶强化所造成的脆性。对于含Mo钢来说，正火后还必须进行回火才能保证良好的塑性和韧性。因此，正火钢又可分为：第31页，课件共186页，创作于2023年2月1)正火状态下使用的钢除15MnTi外，主要是V、Nb钢：15MnV利用V、Nb元素形成的碳、氮化物弥散质点所起的沉淀强化和细化晶粒的作用来达到良好的综合性能此外15MnVN、美国的737C、德国的FG39加入N形成Mn-V-N系列钢，由于增加了氮化钒的沉淀强化作用，使屈服强度σs由Mn-V钢的392MPa提高到441MPa，其主要特点是屈强比（σs/σb）较高第32页，课件共186页，创作于2023年2月2)正火+回火状态下使用的钢：这类钢主要是指含Mo钢，如14MnMoV、18MnMoNb等在低合金钢中加入一定量的Mo，可细化晶粒，提高强度，还可以提高钢材的中温性能。因此含Mo的低合金正火钢适于制造中温厚壁压力容器。但含Mo钢在较高的正火温度或较快速度的连续冷却下，得到的组织为上贝氏体和少量的铁素体，其韧性和焊接性较差，因此正火钢必须回火处理以改善钢材的塑性和韧性。第33页，课件共186页，创作于2023年2月3)微合金化控轧钢采用微合金化（加入微量Nb、V、Ti)和控制轧制技术达到细化晶粒和沉淀强化相结合的效果，同时从冶炼工艺上采取了降C降S，改变夹杂物形态，提高钢的纯度等措施，使钢具有均匀的细晶粒等轴铁素体基体。X70除加微量Nb、V、Ti外，还加入Ni、Cr、Cu、Mo。第34页，课件共186页，创作于2023年2月

焊接性理论分析的基本内容：(1)了解金属材质的性质：成分、类别、强度等级、供货状态、力学性能、特殊性能（分析金属焊接性的基本依据）(2)对金属进行焊接性分析

焊接加工性焊接性使用性能接头是否产生缺陷：各种类型的裂纹HAZ的性能变化：脆化、软化二、热轧及正火钢的焊接性分析第35页，课件共186页，创作于2023年2月(3)制定焊接工艺关于焊接方法的选用

关于焊接材料的选用预热温度层间温度关于焊接工艺参数的制定后热温度焊接E

焊后热处理焊接工艺第36页，课件共186页，创作于2023年2月二、热轧钢及正火钢的焊接性分析

低合金钢的焊接性主要取决于它的化学成分和轧制工艺。随着钢材强度级别的提高和合金元素含量的增加，焊接性也随之发生变化。焊接性通常表现为两方面的问题：一是裂纹问题，一是接头的脆化问题。

第37页，课件共186页，创作于2023年2月二、热轧钢及正火钢的焊接性分析

低合金钢的焊接性主要取决于它的化学成分和轧制工艺。随着钢材强度级别的提高和合金元素含量的增加，焊接性也随之发生变化。焊接性通常表现为两方面的问题：一是裂纹问题，一是接头的脆化问题。

第38页，课件共186页，创作于2023年2月

1、焊缝中的热裂纹

形成机理：主要是由于焊缝结晶时，硫在晶间形成了低熔点的硫化物和共晶体，因此，S对高强钢热裂纹的形成起着直接的有害作用。

其次，S的有害作用还与钢中的其它元素密切相关，例如钢中的C、Si会促使S在晶界的偏析，因此会促进S的有害作用,而Mn却能抵消它的有害作用。第39页，课件共186页，创作于2023年2月

焊缝中的碳含量越高，为了防止硫的有害作用所需的Mn含量也要求越高；随着碳含量的增加，要求Mn/S比也提高。当Wc=0.12%时，Mn/S比不应低于10，而Wc=0.16%时，Mn/S比就应大于40才能不出现热裂纹。

判定依据：以Mn/S、Wc来评定焊缝的热裂倾向

第40页，课件共186页，创作于2023年2月总体而言，热轧及正火钢热裂倾向小原因：含碳量低（≤0.2%）含Mn量较高，Mn/S一般能达到规定要求因此，热轧及正火钢具有较好的抗热裂性能，焊接过程中的热裂纹倾向较小，正常情况下焊缝中不会出现热裂纹。但个别情况下，当材料成分不合格或严重偏析→局部C、S↑→Mn/S↓→焊缝中也会出现热裂

第41页，课件共186页，创作于2023年2月冶金措施降低焊缝含碳量适当提高焊缝含锰量，但太多，晶粒长大工艺措施设法减少熔合比焊速不宜过大采用引弧板和熄弧板降低焊接接头的刚性拘束条件，选择合理的焊接顺序，以减少焊接应力第42页，课件共186页，创作于2023年2月焊缝的含H量冷裂纹接头的拘束度钢种的淬硬倾向—→被焊材料工艺、结构因素2、冷裂纹因此，仅从材料本身看，钢种的淬硬倾向是引起冷裂纹的决定因素。钢种的淬硬倾向越大，其冷裂倾向越大，焊接时是否形成对氢致裂纹敏感的淬硬组织是评定材料焊接性的一个重要指标。而淬硬倾向可以通过焊接热影响区连续冷却。第43页，课件共186页，创作于2023年2月转变图（SHCCT）或钢材的连续冷却组织转变图（CCT）来进行分析。

a淬硬倾向与冷裂纹倾向的关系：1）热轧钢的淬硬倾向和冷裂倾向：热轧钢含C量不高，但含有少量的合金元素，其淬硬倾向稍大于低碳钢，并且随着钢材强度级别的提高，淬硬倾向逐渐增大。第44页，课件共186页，创作于2023年2月第45页，课件共186页，创作于2023年2月与低碳钢相比，Q345在连续冷却时，珠光体转变右移较多，使快冷过程中（如图3-4a上的c点以左）铁素体析出后剩下的富碳奥氏体来不及转变为珠光体，而是转变为含碳较高的贝氏体和马氏体，具有淬硬倾向。第46页，课件共186页，创作于2023年2月a．厚板手弧焊：V冷较快

b.薄板或埋弧焊：V冷慢低碳钢：F（大量）+P+B+M（少量）

F（大量）+P16Mn：F（少量）+B+M（多）

F（大量）+P分析表明：环境温度很低或钢板厚度很大，热轧钢有一定冷裂倾向第47页，课件共186页，创作于2023年2月2）正火钢的淬硬倾向和冷裂倾向：由于正火钢的强度级别较高，Me的含量也较多，因此正火钢的淬硬倾向大于热轧钢；正火钢由于强度级别不同，其淬硬倾向和冷裂倾向相差较大，但总的说来，随着强度级别的提高，钢材的淬硬倾向和冷裂倾向都将↑第48页，课件共186页，创作于2023年2月例如15MnVN和18MnMoNb相比（见图3-5a、b），两者的淬硬倾向差别较大。18MnMoNb的过冷奥氏体比15MnVN稳定得多，特别是在高温转变区。因此，18MnMoNb冷却下来很容易得到贝氏体和马氏体，它的整个转变曲线比15MnVN靠右，淬硬性高于Q42015MnVN

，故冷裂敏感性也比较大。

第49页，课件共186页，创作于2023年2月第50页，课件共186页，创作于2023年2月b碳当量与冷裂纹倾向的关系冷裂倾向→淬硬倾向→化学成分→碳的作用因此，可以通过一些经验性的碳当量公式来粗略地估计不同钢材的冷裂倾向。热轧钢：CE<0.４％,无淬硬倾向、冷裂倾向，焊接性良好，不需预热和严格控制E。但在钢板厚度过大或环境温度很低时，要均匀预热和↑E第51页，课件共186页，创作于2023年2月正火钢：CE=（0.4～0.6）％:

强度级别较低：15MnVN：CE<0.5%，淬硬倾向不严重，焊接性较好。但厚度较大时，需预热。

强度级别较高：18MnMoNb：CE>0.5%，淬硬倾向大，焊接性较差，要采取严格的工艺措施第52页，课件共186页，创作于2023年2月

3、再热裂纹：再热裂纹是焊接结构在焊后消除应力的热处理过程中或者是焊后再次高温加热过程所产生的一种裂纹。（含Mo正火钢厚壁压力容器及其他有沉淀强化的钢或合金，如珠光体耐热钢、奥氏体不锈钢等）形成再热裂纹的成分条件是：钢中要含有一定数量的强碳化物形成元素：如V、Ti、Mo、Nb第53页，课件共186页，创作于2023年2月热轧钢：属于固溶强化钢，C-Mn和Mn-Si系一般不含有强碳化物形成元素，因此热轧钢对再热裂纹并不敏感正火钢：也是以固溶强化为主，但还具有少许的沉淀强化，钢中含有少量的强碳化物形成元素，从理论上一般认为正火钢具有轻微的再热裂纹倾向。但实践证明它对再热裂纹不敏感。如15MnVN第54页，课件共186页，创作于2023年2月正火+回火钢：Mo、V或Mo、Nb共存的正火+回火钢，如18MnMoNb、14MnMoV则有轻微的再热裂纹敏感性。可采取提高预热温度或焊后立即后热等措施来防止再热裂纹的产生。如18MnMoNb只要将预热温度中消除冷裂纹需要的180℃（板厚60mm）提高到220℃后就能防止再热裂纹。如果提高预热温度有困难，可在180℃预热条件下焊后立即进行180℃×2h的后热也能有效地防止再热裂纹的产生。第55页，课件共186页，创作于2023年2月

4、层状撕裂：

层状撕裂是一种特殊形式的裂纹，它主要发生于要求熔透的角接接头或T形接头的厚板结构中，（在热影响区甚或远离热影响区的母材中）。大型厚板焊接结构（如海洋工程、锅炉吊架、核反应堆及船舶等）焊接时，如果在钢材厚度方向承受较大的拉伸应力时，可能沿钢材轧制方向发生呈明显阶梯状的层状撕裂。第56页，课件共186页，创作于2023年2月层状撕裂的产生原因：钢中的非金属夹杂物，如硫化物、硅酸盐或氧化物夹杂等沿平行于轧制的方向呈片状、层状分布或大量成片地密集于同一平面内，由于夹杂物与基体金属的结合薄弱，这种分布形态将导致钢板在板厚方向（Z向）上塑性降低，当Z向拘束力足够大时，夹杂物与基体金属就将产生开裂，并最终发展成层状撕裂。第57页，课件共186页，创作于2023年2月从钢材本质来说，层状撕裂的产生主要取决于冶炼质量，即取决于钢中非金属夹杂物的形态、大小以及数量。其中层片状硫化物的影响最为严重。因此，一般把钢中的硫含量和Z向断面收缩率作为评定钢材层状撕裂敏感性的主要指标。

由于热轧及正火钢是在一般的冶炼条件下生产，并没有严格控制钢液成分，没有采取特殊的脱S、除气以及夹杂物形态控制措施，因此，第58页，课件共186页，创作于2023年2月它们一般都具有层状撕裂倾向。

热轧钢是在热轧状态下使用，由于轧制，钢中可能存在明显的非金属夹杂物带状组织。而正火钢由于在热轧以后进行了正火处理，钢中的带状组织已经消除，板厚方向上的塑性有所改善。因此正火钢的层状撕裂倾向较热轧钢小。第59页，课件共186页，创作于2023年2月层状撕裂的产生不受钢材种类和强度级别的限制，从Z向拘束力考虑，层状撕裂与板厚有关，板厚越大，钢板的刚性越大，Z向拘束力也越大。一般认为板厚在16mm以下不会产生层状撕裂。当板厚δ>16mm时，应检查母材带状偏析。严重时采取预热。第60页，课件共186页，创作于2023年2月合理选择层状撕裂敏感性小的钢材、改善接头形式以减轻钢板Z向所承受的应力应变、在满足产品使用要求前提下选用强度级别较低的焊接材料及采用预热及降氢等辅助措施，有利于防止层状撕裂的发生。第61页，课件共186页，创作于2023年2月5、焊接接头的脆化焊接接头中被加热到1200℃以上，熔点以下的区域，由于温度高发生了奥氏体晶粒的显著长大和一些难熔质点(如氮化物或碳化物)向A的溶入过程。这些过程与钢种成分和焊接E共同作用往往会导致焊接过热区脆化，例如：溶入的难熔质点在冷却过程中，来不及析出会使材料变脆；过热粗大的奥氏体冷却下来会转变成魏氏体、粗大的第62页，课件共186页，创作于2023年2月马氏体及塑性很低的铁素体、高碳马氏体和贝氏体的混合组织和M-A组元，因此过热区的性能变化取决于其在高温的停留时间、影响冷却速度的焊接线能量和钢材的类型及合金系列。不同种类的钢合金化机理和强化途径不同，引起过热区脆化的原因也不同。第63页，课件共186页，创作于2023年2月1）过热区的脆化热轧钢过热区的脆化原因：a．形成了粗大的魏氏组织→E过大b．形成了高碳M等淬硬组织→E过小、Wc偏高

影响因素：E、Wc焊接E：决定高温停留时间tH、接头V冷↑E，tH↑、V冷↓→魏氏组织（粗晶脆化）↓E，V冷↑→淬硬组织（淬硬脆化）第64页，课件共186页，创作于2023年2月Wc：Wc偏低：→低碳M（脆化不明显）Wc偏高：→高碳M（脆化显著）16Mn：Wc=0.12%～0.2%Wc偏低<0.14%时：E过大，过热区晶粒粗化而形成了魏氏组织

Wc偏高>0.14%时：E过大，形成了魏氏组织E过小，形成了高碳M第65页，课件共186页，创作于2023年2月

正火钢：正火钢的过热区脆化除了与晶粒粗化有关外，还主要与其强化基理和合金化方式有关V、Ti、Mo、Nb常温时：合金元素以化合物的形式存在最好，但Me固溶在F→使F产生晶格畸变→硬度↑、脆性↑高温下：化合物（沉淀相）又溶解在A中→慢冷（正火）Me再次以化合物的形式沉淀析出快冷（焊接）Me固溶在F中，脆性↑第66页，课件共186页，创作于2023年2月正火钢的过热区脆化原因：晶粒粗化高温下，难熔质点(如氮化物或碳化物)溶解在A中，焊接冷却时固溶在F中，引起脆性↑第67页，课件共186页，创作于2023年2月2）热应变脆化：定义：热应变脆化是焊接过程中最高加热温度区域为400～200℃的HAZ在焊接热和应变的作用下，由固溶N所引起的一种动态应变时效

产生部位：最高加热温度低于Ac1的亚临界热影响区（最高加热温度400～200℃的HAZ）产生实质：由固溶N所引起的一种动态应变时效第68页，课件共186页，创作于2023年2月一般认为热应变脆化是由于氮、碳原子聚集在位错周围，对位错造成钉轧作用造成的。主要发生在固溶氮含量较高的低碳钢和强度级别不高的低合金钢，16Mn、16MnC(热轧钢)就具有一定的热应变脆化倾向钢中加入足够量的氮化物形成元素(如A1、Ti、V等)可显著减弱脆化倾向，15MnVN的脆化倾向小于16Mn第69页，课件共186页，创作于2023年2月三、热扎正火钢的焊接工艺

1、焊接方法的选择

热轧和正火钢对焊接方法无特殊要求，常用的焊接方法如手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊和电渣焊都可选用。方法的选取主要根据材料的厚度、产品结构和具体施工条件来确定。其中，焊条电弧焊、埋弧自动焊、CO2气体保护焊是热轧及正火钢常用的焊接方法。第70页，课件共186页，创作于2023年2月2、焊接材料的选择低合金钢选择焊接材料时必须考虑两方面的问题：一是不能使焊缝产生裂纹等焊接缺陷；二是使焊接接头能满足使用性能要求。热扎正火钢焊接时热裂、冷裂倾向不大；同时这类钢主要用于制造受力结构，其接头必须具备足够的强度和韧性。因此，选择焊接材料的依据是保证焊缝金属的强度、塑性和韧性等力学性能与母材相匹配。第71页，课件共186页，创作于2023年2月1）选择与母材力学性能匹配的相应强度级别的焊接材料选择焊接材料时，为保证焊缝与母材力学性能匹配，应从母材力学性能出发，选择与母材强度级别相当的焊接材料，而不能从母材成分出发，选择与母材成分相同的焊材，即满足等强度要求，而无需满足焊缝与母材同成分。

第72页，课件共186页，创作于2023年2月焊材成分应满足以下要求：焊缝中碳的质量分数（不应超过0.14%）以及合金元素含量都应低于母材中的含量，以防止裂纹及焊缝强度过高。例如用E515焊条焊接15MnV和15MnTi时，焊缝金属的成分：碳、硅、锰的含量都低于母材，并且不含有母材的V和Ti第73页，课件共186页，创作于2023年2月2）考虑熔合比和冷却速度的影响焊缝金属的机械性能主要取决于其化学成分和组织的过饱和度（不平衡程度）。焊缝金属的化学成分不仅取决于焊接材料的成分，而且与熔合比(熔化的母材金属在焊缝金属中的实际含量)有很大关系。改变熔合比，必然会影响焊缝的化学成分，因此对焊缝的性能也会产生影响。第74页，课件共186页，创作于2023年2月焊缝金属组织的过饱和程度则与冷却速度有很大关系。V冷越快，焊缝金属的结晶和相变偏离平衡状态越远，焊缝组织的过饱和程度越大，其强度、硬度越高，塑性、韧性越低。例1：采用埋弧焊焊接16Mn当不开坡口或小坡口对接时，选用H08A焊丝即可当开大坡口时，只能选用H08MnA或H10Mn2焊丝（前者熔合比大，后者熔合比较小），熔合比不同，即使同种母材选用的焊材也不同。第75页，课件共186页，创作于2023年2月例2：16Mn分别采用对接接头和T型接头焊接时，即使采用同种焊材，T型接头的焊缝强度总是高于同种焊材的对接接头，其塑性、韧性却明显低于同种焊材的对接接头。根本原因：是由于接头形式会影响焊缝的V冷，T型接头的角焊缝冷却较快，其焊缝组织的不平衡程度较大。可见，V冷不同，即使同种母材，同种焊材，其焊缝性能也不相同。第76页，课件共186页，创作于2023年2月3）考虑焊后热处理对焊缝力学性能的影响

当焊缝强度余量不大时，焊后热处理（如消除应力退火）后焊缝强度有可能低于要求。因此，对于焊后要进行热处理，特别是正火处理的焊缝，应选择强度高一些的焊接材料。例如焊接大坡口的15MnV厚板，焊后需进行热处理时，必须选用强度级别较高的H08Mn2Si焊丝，若选用H10Mn2焊丝，焊缝金属的强度会偏低。4）当对焊缝的使用性能提出特殊要求时，应选择具有相应性能的焊材第77页，课件共186页，创作于2023年2月

3．焊接工艺参数的确定焊接热输入:焊接E过大：导致冷速过慢，过热区将因晶粒长大或出现魏氏组织等而使韧性降低，产生脆化；焊接E过小：对于有淬硬倾向的钢中，由于过热区组织中马氏体比例增大很容易产生冷裂纹

第78页，课件共186页，创作于2023年2月

焊接线能量的确定主要决定于过热区的脆化和冷裂两个因素。各类钢的脆化倾向和冷裂倾向不同，所以对线能量的要求也不同。热轧钢：

当焊接含C量很低的一些热轧钢，如09Mn2、09Mn2Si及含C量偏于下限的16Mn时，对线能量没有严格要求。因为这类钢的过热敏感性和淬硬倾向都不大，所以焊接线能量大些或第79页，课件共186页，创作于2023年2月小些都可以。但从提高过热区塑性及韧性出发，线能量偏小些较为有利。当焊接含C量较高的热轧钢，如含C量偏上限的16Mn钢时，E过大，过热区会产生粗晶脆化；E过小，由于淬硬倾向大，过热区易产生淬硬脆化和冷裂纹，但增大E引起的粗晶脆化程度远小于减小E引起的过热区淬硬脆化程度和冷裂倾向，因此一般选择焊接线能量偏大些。

第80页，课件共186页，创作于2023年2月正火钢：

强度级别相对较低，含C量和Me含量较低的钢种：15MnTi、15MnVN这类钢的淬硬倾向并不大，接头的问题主要为E过大引起的脆化问题。为了避免由于沉淀相的溶入以及晶粒的过热所引起的脆化，线能量应选得偏小些；

强度级别更高、含碳量和合金元素含量较高的正火钢：如18MnMoNb第81页，课件共186页，创作于2023年2月这类钢的淬硬倾向增加，马氏体含量也增加，小热输入时（E过小）冷裂倾向会增大，过热区的脆化（淬硬脆化）也变得严重，在这种情况下热输入宁可偏大一些比较好。但在增大热输入、降低冷速的同时，又会引起接头区过热的加剧产生粗晶脆化（增大线能量对冷速的降低效果有限，但对过热的影响较明显）。在这种情况下采用大热输入的效果不如采用小热输入＋预热更有效。预热温度控制恰当时，既能避免产生裂纹，又能防止晶粒的过热。第82页，课件共186页，创作于2023年2月2.预热焊接时进行预热的目的是防止裂纹和适当地改善焊接接头性能。预热温度的确定较复杂，它与以下多种因素有关：1）材料的成分(决定材料的淬硬倾向)，CE<0.4%基本上没有淬硬倾向，不必预热2）冷却速度(取决于环境温度、板厚、焊接线能量、焊接方法等)，3）结构的拘束度，拘束度，预热温度要求提高第83页，课件共186页，创作于2023年2月4）含氢量(取决于焊接材料的烘干等)，含氢量增加，预热温度要求提高5）焊后热处理。焊后不热处理，预热温度应偏高，对减少内应力和改善性能有利

工程中必须结合具体情况经试验后才能确定预热温度，推荐的一些预热温度只能作为参考。多层焊时应保持层间温度不低于预热温度，但也要避免层间温度过高引起的不利影响，如韧性下降等。

第84页，课件共186页，创作于2023年2月

3.焊后热处理除了电渣焊由于接头区严重过热而需要进行正火处理外，其他焊接条件应根据使用要求来考虑是否需要焊后热处理。热扎正火钢一般焊后不需要热处理，但对于要求抗应力腐蚀的焊接结构、低温下使用的焊接结构及厚壁高压容器，焊后需进行消除应力的高温回火。

第85页，课件共186页，创作于2023年2月确定焊后回火温度的原则：

①不要超过母材原来的回火温度，以免影响母材本身的性能。②对于有回火脆性的材料，要避开出现回火脆性的温度区间。例如，对含V或V+Mo的低合金钢，回火时应提高冷却速度，避免在600℃左右的温度区间停留较长时间，以免因V的二次碳化物析出而造成脆化；Q420的消除应力热处理的温度为（550±25）℃。第86页，课件共186页，创作于2023年2月如焊后不能及时进行热处理，应立即在200-350℃保温2~6h，以便焊接区的氢扩散逸出。为了消除焊接应力，焊后应立即轻轻锤击焊缝金属表面，但这不适用于塑性较差的钢件。强度级别较高或重要的焊接结构件，应用机械方法（砂轮等）修整焊缝外形，使其平滑过渡到母材，减小应力集中。热轧及正火钢的预热和焊后热处理工艺参数见表3-13。第87页，课件共186页，创作于2023年2月第88页，课件共186页，创作于2023年2月四、典型钢种的焊接实例Q345（低合金高强度钢）网上摘录相关资料第89页，课件共186页，创作于2023年2月2.Q345钢的焊接特点

2.1碳当量(Ceq)的计算(国际焊接学会)

Ceq=C+Mn/6+Ni/15+Cu/15+Cr/5+Mo/5+V/5计算Ceq=0.49%，大于0.4%，可见Q345钢焊接性能不是很好，需要在焊接时制定严格的工艺措施。Mn/S比（热裂纹）

2.2Q345钢在焊接时易出现的问题

Q345钢在焊接冷却过程中，热影响区容易形成淬火组织-马氏体，使近缝区的硬度提高，塑性下降。结果导致焊后发生裂纹。第90页，课件共186页，创作于2023年2月二、焊接施工流程坡口准备→点固焊→预热→里口施焊→背部清根（碳弧气刨）→外口施焊→里口施焊→自检/专检→焊后热处理→无损检验（焊缝质量一级合格）第91页，课件共186页，创作于2023年2月三、焊接工艺参数的选择通过对Q345钢的焊接性分析，制定措施如下：1.焊接材料的选用由于Q345钢的冷裂纹倾向较大，应选用低氢型的焊接材料，同时考虑到焊接接头应与母材等强的原则，选用E5015（J507）型电焊条。2.坡口形式：（根据图纸和设备供货）3.焊接方法：采用手工电弧焊

第92页，课件共186页，创作于2023年2月4.焊接电流：为了避免焊缝组织粗大，造成冲击韧性下降，必须采用小规范焊接。具体措施为：选用小直径焊条、窄焊道、薄焊层、多层多道的焊接工艺，焊道的宽度不大于焊条的3倍，焊层厚度不大于5mm。第一层至第三层采用Ф3.2电焊条，焊接电流100-130A；第四层至第六层采用Ф4.0的电焊条，焊接电流120-180A。5.预热温度：由于Q345钢的Ceq＞0.40%，在焊接前应进行预热，预热温度T0=100-150℃。6.焊后热处理参数：为了降低焊接残余应力，减小焊缝中的氢含量，改善焊缝的金属组织和性能，在焊后应对焊缝进行热处理。热处理温度为：600-640℃，恒温时间为2小时（板厚40mm时），升降温速度为125℃/h。第93页，课件共186页，创作于2023年2月第三节低碳低合金调质钢的焊接一、低碳低合金调质钢的成分和性能二、低碳低合金调质钢的焊接性分析三、低碳低合金调质钢的焊接工艺四、典型钢种的焊接实例

第94页，课件共186页，创作于2023年2月

一、低碳调质钢的种类、成分及性能热轧及正火钢依靠增添合金元素和通过固溶强化、弥散强化的途径提高强度到一定程度之后，会导致塑、韧性的下降。而且随着强度提高越多，塑性和韧性降低越多。当钢中合金元素含量超过一定范围后会出现韧性的大幅度下降。因此，抗拉强度σb≥600MPa的高强度钢都采用调质处理，通过组织强韧化获得很高的综合力学性能。第三节低碳低合金调质钢的焊接第95页，课件共186页，创作于2023年2月因此低碳调质钢提高强度不单纯通过合金强化，还要通过热处理（调质）强化处理。强化基理：通过调质热处理（淬火+回火）产生相变强化。

合金化目的：保证钢材具有足够的淬透性（即获得M的能力）和马氏体回火稳定性，使珠光体和贝氏体转变推迟，使马氏体转变的临界冷却速度下降。第96页，课件共186页，创作于2023年2月成分、性能特点：1）碳含量低：为了保证良好的综合性能和焊接性，低碳调质钢要求钢中碳的质量分数不大于0.22%（实际上一般Wc≤0.18%）。目的:调质处理后在获得高强度的同时，保证钢材具有较好的塑、韧性和可焊性好；第97页，课件共186页，创作于2023年2月淬火后得到具有较好韧性的低碳马氏体，而且含C量越低，M的转变温度MS点越高，低碳马氏体还来得及进行一次“自回火”，因此其脆性小，具有良好的焊接性。低碳调质钢可以直接在调质状态下焊接，且焊后无需热处理。2)为了保证足够的淬透性，钢中加入了较多的:Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B:这些合金元素可以增强过冷A的稳定性，降低使马氏体转变的临界冷却速度。第98页，课件共186页，创作于2023年2月低碳调质钢为了保证较高的缺口韧性，一般含有较高的Ni和Cr，具有高强度，特别是具有优异的低温缺口韧性。Ni能提高钢的强度、塑性和韧性，降低钢的脆性转变温度。Ni与Cr一起加入时可显著增加淬透性，得到高的综合力学性能。Cr元素在钢中的质量分数从提高淬透性出发，上限一般约为1.6%，继续增加反而对韧性不利。（回火偏聚，自偏聚和增加其他元素偏聚，脆性）第99页，课件共186页，创作于2023年2月低碳调质钢具有较高的强度和良好的塑性、韧性和耐磨性，特别是裂纹敏感性低，在工程结构制造中有广阔的应用前景。根据使用条件的不同，低碳调质钢又可分为以下几种：(1)高强度结构钢（σb=600~800MPa）如14MnMoNbB、15MnMoVNRE、HQ70、HQ80C等，这类钢主要用于工程焊接结构，焊缝及焊接区多承受拉伸载荷；第100页，课件共186页，创作于2023年2月(2)高强度耐磨钢（σb≥1000MPa）如HQ100、HQ130等，主要用于工程结构高强度耐磨、要求承受冲击磨损的部位；(3)高强高韧性钢（σb≥700MPa）如12Ni3CrMoV、10Ni5CrMoV以及美国的HY80、HY-130、HP-9-4-20等，这类钢要求在高强度的同时要具有高韧性，主要用于高强度高韧性焊接结构。第101页，课件共186页，创作于2023年2月由于采用了先进的冶炼工艺，钢中气体含量及S、P等杂质明显降低，氧、氮、氢含量均较低。高纯洁度使这类钢母材和焊接热影响区具有优异的低温韧性。这类钢的热处理工艺一般为奥氏体化→淬火→回火，回火温度越低，强度级别越高，但塑性和韧性有所降低。经淬火+回火后的组织是回火低碳马氏体、下贝氏体或回火索氏体，这类组织可以保证得到高强度、高韧性和低的脆性转变温度。第102页，课件共186页，创作于2023年2月二、低碳调质钢的可悍性分析

低碳调质钢含碳量低，合金成分的确定也都考虑了材料的可焊性，其工艺要求基本与正火钢相似．差别是这类钢通过调质强化，故在焊接接头热影响区除了脆化外还有软化问题1、热裂纹低碳调质钢中S、P杂质控制严格，含C量低、第103页，课件共186页，创作于2023年2月

含Mn量较高．因此其热裂纹倾向较小。但高Ni低Mn类型的钢种（HY80）有一定的热裂纹敏感性，这是因为含Mn量低，对脱S不利，焊缝金属中的S和Ni、Fe易形成低熔点共晶，当低熔点共晶处于晶界上而产生热裂纹,此时可通过选择合适的焊接材料，提高焊缝中的含Mn量，因此实际焊接时，焊缝中产生热裂纹的可能性还是很小。第104页，课件共186页，创作于2023年2月

2、热影响区的液化裂纹产生液化裂纹原因：焊接热作用，在熔合区附近，晶界形成的低熔点物质发生熔化。

热裂纹：冷却结晶过程中，最后出现的裂纹，且发生温度高于母材熔化温度

液化裂纹：在加热过程中产生，发生温度低于母材熔化温度第105页，课件共186页，创作于2023年2月液化裂纹主要发生在高Ni低Mn的低合金高强钢中。其产生倾向也与含C量及Mn／s有关，碳含量越高，要求的Mn/S比也越高。当碳的质量分数不超过0.2%，Mn/S比大于30时，液化裂纹敏感性较小；Mn/S比超过50后，液化裂纹的敏感性很低。此外，Ni对液化裂纹的产生起着明显的有害作用。对于HY-80钢，由于Mn/S比较低，Ni含量又较高，所以对液化裂纹也较敏感。相反，HY-130钢第106页，课件共186页，创作于2023年2月的Ni含量比HY-80更高，但由于碳含量很低（wC≤0.12%），S含量也很低（wS≤0.01%），Mn/S比高达60~90，因此它对热影响区的液化裂纹并不敏感。可见避免热裂纹或液化裂纹的关键在于控制C和S含量，保证高的Mn/S比，尤其是当Ni含量高时，要求更为严格。第107页，课件共186页，创作于2023年2月工艺因素对焊接区液化裂纹的形成也有很大的影响。焊接热输入越大，热影响区晶粒越粗大，晶界熔化越严重，晶粒之间的液态晶间层存在的时间也越长，液化裂纹产生的倾向就越大。因此，为了防止裂化裂纹的产生，从工艺上应采用小热输入的焊接方法，并注意控制熔池形状、减小熔合区凹度等。第108页，课件共186页，创作于2023年2月3．冷裂纹

低碳调质钢的合金化原则是在低碳基础上通过加入多种提高淬透性的合金元素，来保证获得强度高、韧性好的低碳马氏体和部分下贝氏体。由于淬透性增加，使得CCT曲线大大右移，除非冷却速度很缓慢，高温转变一般不会发生。理论上说：这类钢由于淬硬性大，在焊接热影响区粗晶区有产生冷裂纹和韧性下降的倾向。第109页，课件共186页，创作于2023年2月但是，这类钢马氏体含碳量很低，热影响区淬硬组织为低碳马氏体，具有一定韧性，同时马氏体开始转变温度Ms较高，在该温度下以较慢的速度冷却，形成的马氏体还能来得及进行一次“自回火”处理，所以实际上冷裂倾向并不一定很大。若马氏体转变时冷却速度较快，得不到“自回火”效果，冷裂倾向必然会增大。第110页，课件共186页，创作于2023年2月此外，限制焊缝含氢量在超低氢水平对于防止低碳调质钢焊接冷裂纹十分重要。钢材强度级别越高,冷裂倾向越大,对低氢焊接条件的要求越严格。第111页，课件共186页，创作于2023年2月

4、再热裂纹从合金系统来说，为加强其淬透性和提高抗回火性能，加入的合金元素Cr、Mo、V、Ti、Nb、B等，大多数都能引起再热裂纹．其中V的影响最大，Mo的影响次之。而当V和Mo同时加入时就更为敏感。在Cr-Mo和Cr-Mo-V钢中，当wCr<1%时，随着Cr含量的增加再热裂纹的倾向加大；当wCr>1%后，继续增加Cr含量时第112页，课件共186页，创作于2023年2月再热裂纹倾向减小。一般认为Mo-V钢，特别是Cr-Mo-V钢对再热裂纹较敏感，Mo-B钢也有一定的再热裂纹倾向。含Nb的14MnMoNbB对再热裂纹较敏感。多元化钢HT-80Si-Mn-Cr-Ni-Mo-Cu-V-B含有多种促使再热裂纹的元素。500～650℃加热2小时就出现再热裂纹。此外，焊接Cr-Ni-Mo、Cr-Ni-Mo-V和Ni-Mo-V等类型钢时，都要注意再热裂纹的问题。

降低退火温度、进行适当预热或后热等措施。第113页，课件共186页，创作于2023年2月5、层状撕裂低碳调质钢的生产、冶炼过程中控制较严，其S、P杂质含量低，纯净度高，在轧制后要进行调质处理，可消除轧制过程中产生的带状组织、层状偏析，因此，这类钢对层状撕裂的敏感性低，到目前尚未见这方面报导。

第114页，课件共186页，创作于2023年2月（六）热影响区性能的变化

低碳调质钢热影响区是组织性能极不均匀的部位，突出的特点是同时存在脆化（即韧性下降）和软化现象。即使低碳调质钢母材本身具有较高的韧性，结构运行中微裂纹也易在热影响区脆化部位产生和发展，存在接头区域出现脆性断裂的可能性。受焊接热循环影响，低碳调质钢热影响区可能存在强化效果的损失现象（称为软化或失强），焊前母材强化程度越大，焊后热影响区的软化程度越大。第115页，课件共186页，创作于2023年2月l、过热区的脆化

调质钢过热区脆化的原因和热轧钢、正火钢不同，热轧钢和正火钢的主要和焊接线能量E有关，而调质钢的和冷却时间t8/5有关。低碳调质钢的合金化是通过合金元素的作用提高其淬透性，保证获得高强度、高塑性和韧性的低碳马氏体和下贝氏体。凡是不利形成低碳马氏体+下贝氏的原因都会引起组织塑性和韧性下降——脆化。第116页，课件共186页，创作于2023年2月过热区脆化的原因除了奥氏体晶粒粗化的原因外,更主要的是由于上贝氏体和M-A组元的形成。每种调质钢都有一个最佳冷却时间t8/5，这时粗晶区的组织为“低碳马氏体+10-30%下贝氏体”，韧性最好，见图6-17。t8/5小（冷速快），韧性下降是由于得到了全部马氏体；t8/5大（冷速慢），韧性下降原因有两个，一是奥氏体晶粒粗化，二是出现了上贝氏体和M-A组元，而上贝氏体和M-A组元是导致脆化的主要原因。

第117页，课件共186页，创作于2023年2月第118页，课件共186页，创作于2023年2月M-A组元一般在中等冷速下形成，是奥氏体中碳含量升高的结果。

M-A组元形成条件与上贝氏体（Bu）相似，故Bu形成常伴随M-A组元。上贝氏体在500~450℃温度范围形成，长大速度很快，而碳的扩散较慢，由条状铁素体包围着的岛状富碳奥氏体区一部分转变为马氏体，另一部分保持为残余奥氏体，即形成M-A组元。M-A组元的韧性低是由于残余奥氏体增碳后易于形成孪晶马氏体，夹杂于贝氏体与铁素体板条之间，在界面上产生微裂纹并沿M-A组元的边界扩展。因此，M-A组元的存在导致脆化，M-A组元数量越多脆化越严重。M-A组元实质上成为潜在的裂纹源，起了应力集中的作用。因此M-A组元的产生对低碳调质钢热影响区韧性有不利的影响。第119页，课件共186页，创作于2023年2月2、HAZ软化（Heataffectedzone）

调质钢焊接时，焊接接头热影响区受到不同热循环的影响，组织发生了相应变化，致使焊接接头热影响区某一部位的强度低于焊前的原始状态，称为HAZ软化。它是调质钢焊接时普遍存在的一个问题，主要发生在HAZ受热时没有完全奥氏体化的区域以及受热时最高加热温度低于AC1而高于钢调质处理时回火温度的那个区域。第120页，课件共186页，创作于2023年2月从强度考虑，热影响区软化区是焊接接头中的一个薄弱环节，对焊后不再进行调质处理的调质钢来说尤为重要。焊接时必须考虑到这一问题。

HAZ的软化程度主要和以下因素有关：

母材的强度：母材的强度级别越高，热影响区的软化问题越突出

第121页，课件共186页，创作于2023年2月母材的热处理状态：母材焊前调质处理的回火温度越低（即强化程度越大），软化区越宽。

焊接方法所采用的焊接热源：焊接热源越不集中，软化区越宽

焊接热输入：焊接E越大、预热温度过高，焊接加热、冷却时的速度越慢，焊接热对母材的作用越大，都会使软化程度加重。第122页，课件共186页，创作于2023年2月从冲击韧性而言，过热区是接头最薄弱的环节，而从强度来说，软化区是接头的薄弱环节。因此对于焊后不再进行调质处理对软化区进行强化的低碳调质钢，那么，软化将成为调质钢焊接时的一个重要问题，在制定焊接工艺时，必须考虑这一点。第123页，课件共186页，创作于2023年2月

三、低碳调质钢的焊接工艺特点这类钢的特点是碳含量低，基体组织是强度和韧性都较高的低碳马氏体＋下贝氏体，这对焊接有利。但是，调质状态下的钢材，只要加热温度超过它的回火温度，性能就会发生变化。因此焊接时由于热的作用使热影响区强度和韧性的下降几乎是不可避免的。因此，低碳调质钢焊接时要注意两个基本问题：第124页，课件共186页，创作于2023年2月①要求马氏体转变时的冷却速度不能太快，使马氏体有一“自回火”作用，以防止冷裂纹的产生；②要求在800~500℃之间的冷却速度大于产生脆性混合组织的临界速度。这两个问题是制定低碳调质钢焊接参数的主要依据。至于热影响区的软化问题，在采用小线能量的焊接后就可基本解决。第125页，课件共186页，创作于2023年2月此外，在选择焊接材料和制定焊接参数时，应考虑焊缝及热影响区组织状态对焊接接头强韧性的影响。1．焊接方法的选择调质钢只要加热温度超过其回火温度，它的性能就会降低，该问题随调质钢强度级别的提高而变得更加显著。通常解决办法是焊后重新调质处理，此时常用的焊接方法都可以采用。第126页，课件共186页，创作于2023年2月对于焊后不能再进行调质处理的，要限制焊接过程中热量对母材的作用，这就要求所选择的焊接方法，热源要集中，热输入量不能过大。1）焊接屈服强度σs≥980MPa的低碳调质钢，如10Ni-Cr-Mo-Co等，必须采用钨极氩弧焊、电子束焊等焊接方法；第127页，课件共186页，创作于2023年2月

2）对于屈服强度σs≤980MPa的低碳调质钢，焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护焊和钨极氩弧焊等都能采用；但对于屈服强度σs≥686MPa的低碳调质钢，熔化极气体保护焊（如Ar+CO2混合气体保护焊）是最合适的工艺方法。3）对于输入热量多、冷却速度慢的多丝埋弧焊或电渣焊，如果必须采用就要进行焊后调质处理。

第128页，课件共186页，创作于2023年2月

2．焊接材料的选择低碳调质钢焊后一般不再进行热处理，在选择焊接材料时要求焊缝金属在焊态下应接近母材的力学性能，即按等强度原则选取。特殊条件下，如结构的刚度很大，冷裂纹很难避免时，应选择比母材强度稍低一些的材料作为填充金属，即采用低匹配原则，以保证塑韧性。第129页，课件共186页，创作于2023年2月高强高韧性钢用于重要的焊接结构，包括低温和承受动载荷的结构，对焊接热影响区韧性要求较高。不宜采用大热输入的焊接方法，应尽可能采用热量集中的气体保护焊或焊条电弧焊进行焊接。采用焊条电弧焊时要用超低氢焊条。这类钢母材中Ni含量较高，配套焊材也应选择Ni含量较高的焊条或焊丝，保证高强度和良好的塑韧性，包括较高的低温韧性、较低的脆性转变温度。第130页，课件共186页，创作于2023年2月强度级别不同的两种低碳调质钢焊接时的淬硬性很大,有产生焊接裂纹的倾向。采用“低强匹配”焊材和CO2或Ar+CO2气体保护焊，控制焊缝扩散氢含量在超低氢水平（不超过5mL/100g），可实现在不预热条件下的焊接。第131页，课件共186页，创作于2023年2月3、焊接参数的选择不预热条件下焊接低碳调质钢，焊接工艺对热影响区组织性能影响很大，其中控制焊接热输入是保证焊接质量的关键，应给予足够的重视。

(1)焊接热输入（E)的确定E偏大，接头的V冷较慢，不仅使热影响区晶粒粗化，同时也会促使过热区形成上贝氏体和M-A组元的脆性混合组织，导致过热区脆化，韧性降低。第132页，课件共186页，创作于2023年2月当E偏小时，热影响区的淬硬性明显增强，马氏体转变时的V冷较快，马氏体来不及“自回火”，热影响区又将产生冷裂纹。焊接热输入E的确定以抗裂性和对热影响区韧性要求为依据。从防止冷裂纹出发，要求冷却速度慢为佳，但对防止脆化来说，却要求冷却快较好，因此应兼顾两者的冷却速度范围。这个范围的上限取决于不产生冷裂纹，下限取决于第133页，课件共186页，创作于2023年2月热影响区不出现脆化的混合组织。因此，所选的焊接热输入应保证热影响区过热区的冷却速度刚好在该区域内。对于低合金高强钢，一般认为wC=0.18%是形成低碳马氏体的界限，wC>0.18%时将出现高碳马氏体，对韧性不利。因此，wC>0.18%时不应提高冷却速度，wC<0.18%时可以提高冷却速度。

第134页，课件共186页，创作于2023年2月也就是说，对于含碳量低的低合金钢，提高冷却速度（减小热输入）以形成低碳马氏体，对保证韧性有利。换句话说，焊接热输入适当小时，得到BL+ML混合组织时，可以获得最佳的韧性效果。但是在焊接厚板时，即使采用了大的热输入，冷却速度还是超过了它的上限，这就必须通过预热来使冷却速度降到低于不出现裂纹的极限值。

第135页，课件共186页，创作于2023年2月具体的做法是：在满足热影响区塑性、韧性的条件下，也就是在保证过热区不产生脆化的前提下，线能量应该尽可能选择大些，以降低V冷防止冷裂纹产生，但E不能超过其最大许用值，如E达到其最大许用值后，仍不能避免冷裂纹，需采取预热措施第136页，课件共186页，创作于2023年2月为了限制过大的焊接热输入，低碳调质钢不宜采用大直径的焊条或焊丝施焊，应尽量采用多层多道焊工艺，采用窄焊道而不用横向摆动的运条技术。这样不仅使热影响区和焊缝金属有较好的韧性，还可以减小焊接变形。双面施焊的焊缝，背面焊道应采用碳弧气刨清理焊根并打磨气刨表面后再进行焊接。第137页，课件共186页，创作于2023年2月(2)预热温度当低碳调质钢板厚不大，接头拘束度较小时，可以采用不预热焊接工艺。如焊接板厚小于10mm的HQ60、HQ70钢，采用低氢型焊条电弧焊、CO2气体保护焊或Ar+CO2混合