3-1热轧及正火钢焊接性(精品)

低合金钢的焊接,一、热轧及正火钢的焊接,二、低碳低合金调质钢的焊接,一、热轧及正火钢的焊接性,1,热轧和正火钢的成分和性能（,1,）热轧钢,强化机理,：,固溶强化,，,屈服强度,：,294,392MPa,级,，,合金系：,C-,Mn,或,Mn,-Si,系，,主合金化元素,：,Mn,、,Mn,-Si,，,辅合金化元素：,V,、,Nb,，达到,细化晶粒和沉淀强化,的作用使用状态：热轧状态典型钢种：,16Mn,，组织：细晶铁素体,+,珠光体一般成分范围：,C0.2%,，,Si0.55%,，,Mn1.5%,，在这,个范围内，强度韧性都很好，焊接性也好；,但如果,C0.3%,，,Si0.6%,Mn1.6%,，焊接性就要大大变差。,（,2,）正火钢,强化机理：固溶强化沉淀强化,或细晶强化，,屈服强度,：为,343,490MPa,，,合金系：,C-,Mn,或,Mn,-Si(V,、,Nb,、,Ti,、,Mo),系，,主合金化元素：,Mn,、,Mn,-Si,，辅合金化元素：,V,、,Nb,、,Ti,、,Mo,(,碳化物、氮化物元素,),，热处理状态：正火，,典型钢种：,15MnVN,。,2,焊接性分析,2.1,对热裂纹的敏感性（,1,）含碳量都较低而含锰量都较高，,具有较好的抗热裂性能。,（,2,）但当材料成分不合格，或因严重偏析使局部碳、硫含量偏高时,Mn,/S,比就可能低于要求而出现热裂纹。,2.2,对冷裂纹的敏感性热轧钢：一般情况下其,裂纹倾向都不大,。正火钢：碳当量不超过,0.5,时，淬硬倾向比热轧钢大，但不算严重，焊接性尚可，但对于厚板往往需要进行预热。,2.3,再热裂纹,（,1,）,C-,Mn,和,Mn,-Si,系热轧钢,对再热裂纹不敏感,，例如,16Mn,；（,2,）正火钢中有一些含有强碳化物形成元素，但实践证明它,对再热裂纹不敏感,，例如,15MnVN,；（,3,）正火,+,回火钢，如,18MnMoNb,、,14MnMoV,则有,轻微的再热裂纹敏感性，,可提高预热温度和焊后立即后热来防止再热裂纹的产生。,2.4,层状撕裂,板厚小于,16mm,时就不容易发生层状撕裂。一般认为,Z,向收缩率,20,，钢材就可以避免层状撕裂。,选择,Z,向钢、改善接头形式、选用强度级别较低的焊接材料或预堆低强焊缝，采用预热及降氢,等措施，都有利于防止层状撕裂。,3,焊接接头的脆化,（,1,）过热区的脆化,热轧钢焊接线能量过大：,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；,正火钢,焊接时,线能量过大,：会导致过热区沉淀相固溶及过热区奥氏体晶粒显著长大，导致,过热区韧性降低和时效敏感性增加。,线能量过大,时：过热区的,TiN,、,TiC,都向奥氏体内溶入。,降低了材料的冲击韧性,。,含钛正火钢,(Ti,含量约,O.22,),对含,V,、,Nb,的正火钢,（,2,）热应变脆化,产生区域,：焊接过程中，在热和应变同时作用，,熔合区及,200-400,区发生脆化。产生原因,：碳、氮原子聚集在位错周围，对位错造成钉扎作用所造成的。,发生材质,：固溶氮含量较高的低碳钢和强度级别不高的低合金钢中。如常用的,16Mn,、,16MnC(,热轧钢,),就具有一定的热应变脆化倾向。,消除措施,：焊后消除应力退火,4,焊接工艺特点,4.1,焊接材料的选择（,1,）选择,相应强度级别,的焊接材料（,2,）考虑,熔合比和冷却速度,的影响（,3,）必须考虑,焊后热处理,对焊缝力学性能的影响（,4,）满足焊缝对,特殊性能,的要求,4.2,焊接工艺参数的确定（,1,）线能量,决定于过热区的脆化和冷裂两个因素。,（,2,）预热 预热温度的确定较复杂，它与以下多种因素有关：材料的成分 冷却速度 结构的拘束度,含氢量 焊后热处理,（,3,）焊后热处理热扎正火钢,一般焊后不需,要热处理,但对于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，,焊后需要消除应力的高温回火,。,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；回火避开脆性温度区间。,二、低碳低合金调质钢的焊接,（一）低碳调质钢典型钢种成分及性能,低碳调质钢强化：合金强化、调质强化处理。,低碳调质钢含碳量不大于,0.18,，调质处理得到回火索氏体和回火马氏体组织，使之具有较高的强度和良好的塑性。,低碳调质钢的特性：具有,较高的强度,(,屈服强度,490,980MPa),，并有,良好的塑性、韧性和耐磨性,。,（二）低碳调质钢的可悍性分析,1,、焊接裂纹,（,1,）热裂纹,低碳调质钢中,S,、,P,杂质控制严，含,C,量低、含,Mn,量较高因此,热裂纹倾向较小,。,（,2,）热影响区的液化裂纹,液化裂纹产生倾向与含,C,量及,Mn,s,有关，含,C,量越高，要求,Mn,/S,也较高。如当,W(C),0.2,，,(,Mn,),(s),30,时，液化裂纹敏感性较小。,避免液化裂纹的关键在于控制,C,和,S,含量,保证高数值的,(,Mn,),(S),。,此外，,焊接线能量越大,，金属晶粒长得越大。晶界熔化得越严重液态晶间层存在的时间越长，,液化裂纹产生的倾向越大。,（,3,）冷裂纹,低碳调质钢是通过加入提高 淬透性的合金元素，保证获得强度高、塑性和韧性好的,低碳马氏体和部分下贝氏体,。若马氏体转变时,冷却速度较快，得不到“自回火”效果，冷裂倾向就会增大。,（,4,）再热裂纹,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。,Cr-Mo-V,钢对再热裂纹,较敏感,；,Cr-Mo,钢、,Mo-B,钢,有一定的再热裂纹倾向。,2,、热影响区性能的变化,（,l,）过热区的脆化,由于过热造成奥氏体晶粒粗化引起的脆化；,形成上贝氏体引起的脆化；,贝氏体中的铁素体之间形成,M-A,组元引起的脆化。,（,2,）焊接热影响区的软化,采用小的热输入可解决,（三）低碳调质钢的焊接工艺,焊接工艺的主要依据：,在马氏体转变时,冷速不能太快，,以免产生冷裂；,在,800,500,之间的,冷却速度大于产生脆性混合组织的临界温度,。,1,、焊接工艺方法和焊接材料的选择（,1,）焊接工艺方法,焊接,S,980MPa,的调质钢时,，必须采用钨极氩弧焊或电子束焊之类的焊接方法。,焊接,S,980MPa,的调质钢,，手工电弧焊、埋弧自动焊、熔化极气体保护焊和钨极氩弧焊,对,S,686MPa,的调质钢，熔化极气体保护焊是最适宜的自动焊法。,（,2,）焊接材料,低碳调质钢焊后一般不再进行热处理，要求焊缝金属在焊接状态具有与母材近似相等的机械性能。特殊情况,(,结构刚度很大,),，为避免裂纹可选择比母材强度稍低些的焊接材料。,2,、焊接工艺参数的选择,主要考虑冷裂纹和脆化两方面。,（,1,）焊接线能量,在保证不出裂纹，满足热影响区塑性、韧性的条件下，,线能量应该尽可能选择大些,。,（,2,）预热温度,当线能量的数值达到了最大允许值时还不能避免裂纹的发生，必须采取预热措施。,预热温度一般低于,200,。,（,3,）,焊后热处理,低碳马氏体,+,下贝氏体组织的低碳调质钢能保证其焊接热影响区在,快速冷却时获得高强度及塑性和韧性,，为了防止焊件脆断的,消除应力退火就没有必要,。消除应力退火处理只用于要求耐应力腐蚀的焊件，为了保证材料的性能，消除应力退火的温度应比该钢材调质时的回火温度低,30,左右。,