第八章 低合金钢的焊接.ppt

第八章低合金钢的焊接第八章低合金钢的焊接低合金钢的种类、性能与用途低合金钢的种类、性能与用途 第一章低合金钢的焊接第一章低合金钢的焊接 1 热轧及正火钢的焊接热轧及正火钢的焊接 2 低碳调质钢的焊接低碳调质钢的焊接 3 中碳调质钢的焊接中碳调质钢的焊接 第三章第三章 低温钢的焊接低温钢的焊接 综合训练合金结构钢的种类、性能与用途合金结构钢的种类、性能与用途 用于机械零件和各种工程结构的钢统称为用于机械零件和各种工程结构的钢统称为结构钢。结构钢。最早使用的结构钢是碳素结构钢。最早使用的结构钢是碳素结构钢。合金结构钢是在碳素结构钢基础上添加一合金结构钢是在碳素结构钢基础上添加一定量的合金元素达到所需性能要求的钢材。定量的合金元素达到所需性能要求的钢材。能力知识点一能力知识点一能力知识点一能力知识点一 合金结构钢的分类与用途合金结构钢的分类与用途合金结构钢有根据用途进行分类，也有根据化学合金结构钢有根据用途进行分类，也有根据化学成分、合金系统和组织状态来分的。成分、合金系统和组织状态来分的。用于焊接结构的大多是低合金钢，综合考虑其性用于焊接结构的大多是低合金钢，综合考虑其性能和用途后，一般分为两大类：高强度钢和专用能和用途后，一般分为两大类：高强度钢和专用钢。钢。高强度钢主要应用的是其力学性能，合金元素的高强度钢主要应用的是其力学性能，合金元素的加入是为了在获得高强度的同时保证有足够的塑加入是为了在获得高强度的同时保证有足够的塑性和韧性；性和韧性；专用钢主要应用的是其特殊性能，例如耐高温、专用钢主要应用的是其特殊性能，例如耐高温、耐低温和耐腐蚀等，合金元素的加入是为了获得耐低温和耐腐蚀等，合金元素的加入是为了获得通常所需的力学性能外，主要是满足结构的特殊通常所需的力学性能外，主要是满足结构的特殊性能需要。性能需要。1 1高强度钢高强度钢 简称高强钢，凡是屈服点简称高强钢，凡是屈服点s295MPas295MPa、抗拉强、抗拉强度度b390MPab390MPa的钢，均称为高强钢。主要应用的钢，均称为高强钢。主要应用于常规条件下承受静载荷和动载荷的机械零件和于常规条件下承受静载荷和动载荷的机械零件和工程结构，例如压力容器、动力设备、运输机械、工程结构，例如压力容器、动力设备、运输机械、桥梁和管道等。桥梁和管道等。按钢的屈服点和热处理状态不同，一般分为热轧按钢的屈服点和热处理状态不同，一般分为热轧及正火钢、低碳调质钢和中碳调质钢。把钢锭加及正火钢、低碳调质钢和中碳调质钢。把钢锭加热到热到13001300左右，经热轧成板材，然后空冷即成左右，经热轧成板材，然后空冷即成为热轧钢；钢板轧制和冷却后，经为热轧钢；钢板轧制和冷却后，经900900正火即正火即成为正火钢；钢板经成为正火钢；钢板经900900加热后水淬，再经加热后水淬，再经600600回火处理即成为调质钢。回火处理即成为调质钢。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1。表表表表1 1 1 1 国内外常见的低合金钢的牌号国内外常见的低合金钢的牌号国内外常见的低合金钢的牌号国内外常见的低合金钢的牌号 类 型型类别屈服点屈服点/MPaMPa常用常用钢牌号牌号高高强强度度钢热轧及及正火正火钢295295490490Q295(Cu)Q295(Cu)、09Mn2Si09Mn2Si、Q345(Cu)Q345(Cu)、Q390Q390、Q390(Cu)Q390(Cu)、Q420Q420、18MnMoNb18MnMoNb、14MnMoV14MnMoV、WH530WH530、X60X60、D36D36低碳低碳调质钢49049098098014MnMoVN14MnMoVN、14MnMoNbB14MnMoNbB、WCF60WCF60、WCF62WCF62、HQ70HQ70、HQ80HQ80、HQ100HQ100、T-1T-1、HY80HY80、HY110HY110中碳中碳调质钢8808801176117635CrMoA35CrMoA、35CrMoVA35CrMoVA、30CrMnSiA30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A30CrMnSiNi2A、40CrMnSiMoVA40CrMnSiMoVA、40CrNiMoA40CrNiMoA、34CrNi3MoA34CrNi3MoA专用用钢珠光体耐珠光体耐热钢26526564064012CrMo12CrMo、15CrMo15CrMo、2.25Cr1Mo2.25Cr1Mo、12Cr1MoV12Cr1MoV、15Cr1Mo1V15Cr1Mo1V、12Cr5Mo12Cr5Mo、12Cr9Mo112Cr9Mo1、12Cr2MoWVB12Cr2MoWVB、12Cr3MoVSiTiB12Cr3MoVSiTiB低温低温钢34334358558509Mn2V09Mn2V、06AlCuNbN06AlCuNbN、2.5Ni2.5Ni、3.5Ni3.5Ni、5Ni5Ni、9Ni9Ni低合金耐低合金耐蚀钢-12MnCuCr12MnCuCr、09MnCuPTi09MnCuPTi、09CuPCrNi09CuPCrNi、12AlMoV12AlMoV、12AlMo12AlMo、15Al3MoWTi15Al3MoWTi（1）热轧及正火钢 屈服点为295490MPa，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。（2）低碳调质钢 屈服点为450980MPa，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。（3 3）中碳调质钢）中碳调质钢 屈服点一般在屈服点一般在8808801176MPa1176MPa或以上，钢中含碳量或以上，钢中含碳量比低碳调质钢高（碳的质量分数为比低碳调质钢高（碳的质量分数为0.25%0.25%0.5%0.5%），也属于热处理强化钢。其淬硬性比低碳），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。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。飞机起落架、火箭发动机壳体等。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500600，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。（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。（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。能力知识点能力知识点2 2 合金结构钢的成分与性能合金结构钢的成分与性能1合金元素的作用碳是最能提高钢材强度的元素，但易于引起淬硬和焊接裂纹，所以在保证强度的前提下，碳的含量越少越好。低合金钢中加入的合金元素有Mn、Si、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Cu等，对合金结构钢的组织和性能的影响很复杂。各种合金元素对结构钢抗拉强度和屈服点的影响如图1所示图图1各种合金元素对结构钢抗拉强度和屈服点的影响各种合金元素对结构钢抗拉强度和屈服点的影响a）对抗拉强度的影响）对抗拉强度的影响 b)对屈服点的影响对屈服点的影响Mn的固溶强化作用很明显，当wMn1.7%时，可提高韧性和降低脆性转变温度（屈服点提高约50%、脆性转变温度约下降20），如Q345（16Mn）为典型的固溶强化钢，其屈服点为345MPa、脆性转变温度低于-40；Si的固溶强化作用也很显著，但会降低塑性和韧性，因此一般钢中wSi0.6%；Ni是惟一既能起固溶强化作用同时又能提高韧性且大幅度降低脆性转变温度的合金元素，在低温钢中最常用。Cr能提高钢的耐热性、耐蚀性和降低脆性转变温度；Mo可提高钢的热强性，一般认为wMo=0.25%0.50%时，既可以强化金属又能改善韧性，当wMo0.5%时韧性开始恶化。Cr和Mo都是提高钢的淬透性的元素，使其裂纹敏感性增加，因此在低合金结构钢中的含量应加以控制。V、Ti、Nb是强烈形成碳化物的元素，Al、V、Ti、Nb还可形成氮化物，可产生明显的沉淀强化作用，在固溶强化的基础上屈服点可提高50100MPa，并能保持韧性。V、Ti、Nb均是微量加入，故称为微合金化。B元素也是微合金化的元素，它可以细化晶粒从而改善韧性。2合金结构钢的性能合金结构钢具有较高的强度和良好的塑性、韧性，采用不同的合金成分和热处理方法可获得具有不同综合性能的低中合金结构钢。热轧及正火条件下，合金元素对钢的塑性和韧性的影响与其强化作用相反，即强化效果越大，塑性和韧性就降低越多，当钢中合金元素的含量超过一定值后会引起韧性大幅度下降。因此抗拉强度大于600MPa的高强钢一般都需进行调质处理。第一节第一节 低合金高强钢的焊接低合金高强钢的焊接1 1 热轧及正火钢焊接热轧及正火钢焊接能力知识点1 热轧及正火钢的成分和性能1热轧钢屈服点为295390MPa的钢大都属于热轧钢，合金系统为C-Mn或C-Mn-Si系，其强度是靠Mn、Si的固溶强化作用来保证。在低碳条件下，wMn1.6%、wSi0.6%，可以保持钢具有较高的塑性和韧性，超出这一范围后，塑、韧性明显恶化。因此合金元素的用量和钢的强度水平都受到限制。热轧钢的综合力学性能和加工工艺性能都较好，且冶炼工艺简单、价格较低，因此在国内外得到广泛应用。Q345（16Mn）是我国1957年研制生产和应用最广泛的热轧钢，用于南京长江大桥和我国第一艘万吨运洋货轮。Q345按其中Mn和Si的质量分数不同又分为AE5个质量等级，Q345A即旧牌号中的16Mn，Q345R相当于锅炉和压力容器用钢中的16Mng和16MnR。热轧钢的组织为铁素体+珠光体，当板厚较大时，可以要求在正火条件下供货，经正火处理可使钢的化学成分均匀化，塑性、韧性提高，但强度略有下降。2正火钢当要求钢的屈服点大于390MPa时，必须在固溶强化的同时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，加入碳、氮化物（V、Ti、Nb和Mo等）形成元素，通过沉淀强化和细晶强化来进一步提高钢的强度和保证韧性。正火处理的目的是促使碳化物和氮化物质点从固溶体中沉淀析出并同时细化晶粒。3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。多种微合金元素的共同作用称为多元微合金化。微合金控轧钢采用微合金化和控制轧制等技术，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降碳、降硫，改变夹杂物形态，提高钢的纯净度等措施，使钢材具有细晶组织。具有高强度、高韧性和良好的焊接性等优点，是热轧及正火钢的一个新分支，是近年发展起来的一类新钢种。主要用于石油和天然气的输送管线，如X60、X65和X70等管线钢。能力知识点能力知识点2 2 热轧及正火钢的焊接性热轧及正火钢的焊接性热轧及正火钢中碳和合金元素的含量都较热轧及正火钢中碳和合金元素的含量都较低，焊接性总体来看较好，但随合金元素低，焊接性总体来看较好，但随合金元素含量的增加，焊接性变差。焊接时需要注含量的增加，焊接性变差。焊接时需要注意的问题是焊接裂纹和热影响区性能变化。意的问题是焊接裂纹和热影响区性能变化。一、焊接裂纹一、焊接裂纹1焊接冷裂纹在产生冷裂纹的三要素淬硬组织、拘束度和扩散氢含量中，淬硬组织和材料有关，因此钢材的淬硬倾向可以作为判断冷裂纹敏感性的标准之一。而淬硬倾向又可以通过碳当量、Pc、热影响区最高硬度等来判断。例如钢材碳当量越大，冷裂纹敏感性也越大，利用国际焊接学会推荐的碳当量计算公式计算CE。一般认为，CE0.4%时，钢材在焊接过程中基本无淬硬倾向，冷裂敏感性小。屈服点为295390MPa热轧钢的碳当量一般都小于0.4%，焊接性良好，除大厚度钢板和在环境温度很低等情况下焊接外，一般不需预热和严格控制焊接热输入。碳当量CE=0.4%0.6%时，钢的淬硬倾向逐渐增加，属于有淬硬倾向的钢，对冷裂纹比较敏感。屈服点为440490MPa的正火钢基本属于这一范围，其中碳当量不超过0.5%时，淬硬倾向不太严重，焊接性尚好，在板厚较大（25mm）时需要采取预热措施。2焊接热裂纹热轧及正火钢含碳量都较低，而含Mn量较高，Mn/S的比值可以达到防止结晶裂纹的要求，具有较好的抗热裂纹能力，在母材化学成分正常，焊接材料和焊接参数选择正确的情况下，一般不会产生热裂纹。但在个别情况下，例如母材中的碳与硫同时居上限或严重偏析，则有可能产生结晶裂纹。反之，如果焊接时焊缝产生结晶裂纹，则是由母材中的碳与硫的不正常造成的，这时就要从工艺上设法减小熔合比，选用碳含量少、Mn含量高的焊接材料，以降低焊缝中的碳和提高焊缝中的Mn，可以达到消除结晶裂纹的目的。3 3 3 3消除应力裂纹（再热裂纹）消除应力裂纹（再热裂纹）消除应力裂纹（再热裂纹）消除应力裂纹（再热裂纹）含有含有含有含有MoMoMoMo、CrCrCrCr元素的钢在焊后消除应力热处理或焊元素的钢在焊后消除应力热处理或焊元素的钢在焊后消除应力热处理或焊元素的钢在焊后消除应力热处理或焊后再次高温加热（包括长期高温下使用）过程中，后再次高温加热（包括长期高温下使用）过程中，后再次高温加热（包括长期高温下使用）过程中，后再次高温加热（包括长期高温下使用）过程中，可能出现裂纹，即消除应力裂纹，也称再热裂纹。可能出现裂纹，即消除应力裂纹，也称再热裂纹。可能出现裂纹，即消除应力裂纹，也称再热裂纹。可能出现裂纹，即消除应力裂纹，也称再热裂纹。一般产生在热影响区的粗晶区，裂纹沿熔合线方一般产生在热影响区的粗晶区，裂纹沿熔合线方一般产生在热影响区的粗晶区，裂纹沿熔合线方一般产生在热影响区的粗晶区，裂纹沿熔合线方向断续分布。该裂纹的产生一般须有较大的焊接向断续分布。该裂纹的产生一般须有较大的焊接向断续分布。该裂纹的产生一般须有较大的焊接向断续分布。该裂纹的产生一般须有较大的焊接残余应力，因此在拘束度大的厚大工件中或应力残余应力，因此在拘束度大的厚大工件中或应力残余应力，因此在拘束度大的厚大工件中或应力残余应力，因此在拘束度大的厚大工件中或应力集中部位更易于出现消除应力裂纹。集中部位更易于出现消除应力裂纹。集中部位更易于出现消除应力裂纹。集中部位更易于出现消除应力裂纹。在热轧及正火钢中，在热轧及正火钢中，在热轧及正火钢中，在热轧及正火钢中，18MnMoNb18MnMoNb18MnMoNb18MnMoNb和和和和14MnMoV14MnMoV14MnMoV14MnMoV有有有有轻微的消除应力裂纹倾向，可采取提高预热温度轻微的消除应力裂纹倾向，可采取提高预热温度轻微的消除应力裂纹倾向，可采取提高预热温度轻微的消除应力裂纹倾向，可采取提高预热温度或焊后立即热处理等措施来防止消除应力裂纹的或焊后立即热处理等措施来防止消除应力裂纹的或焊后立即热处理等措施来防止消除应力裂纹的或焊后立即热处理等措施来防止消除应力裂纹的产生产生产生产生。二、热影响区性能变化二、热影响区性能变化热轧及正火钢焊接热影响区性能变化主要是过热区的脆化；在一些合金元素含量较低的钢中有时还可能出现热应变脆化问题。1过热区脆化在被加热到1100以上的热影响区过热区，会发生奥氏体晶粒的显著长大和一些难熔质点（如碳化物和氮化物）熔入基体的过程。在冷却过程中可能会产生脆性较大的魏氏组织、粗大的马氏体组织和塑性很低的混合组织（即铁素体、高碳马氏体和贝氏体的混合组织）等。热轧钢过热区脆化主要是由于在热输入较大时产热轧钢过热区脆化主要是由于在热输入较大时产生魏氏组织或是由于含碳量偏高和冷却速度较快生魏氏组织或是由于含碳量偏高和冷却速度较快时产生的马氏体组织引起的。时产生的马氏体组织引起的。正火钢过热区脆化与魏氏组织无关，除晶粒粗化正火钢过热区脆化与魏氏组织无关，除晶粒粗化外，主要是由于在外，主要是由于在11001100高温下，起沉淀强化作高温下，起沉淀强化作用的碳化物和氮化物质点分解并熔于奥氏体，在用的碳化物和氮化物质点分解并熔于奥氏体，在随后的冷却过程中来不及析出而固溶在基体中，随后的冷却过程中来不及析出而固溶在基体中，结果使铁素体基体的硬度上升而韧性下降，这时结果使铁素体基体的硬度上升而韧性下降，这时如果减小热输入，就可以减少过热区在高温的停如果减小热输入，就可以减少过热区在高温的停留时间，抑制碳化物和氮化物的熔解，从而有效留时间，抑制碳化物和氮化物的熔解，从而有效防止过热区脆化。防止过热区脆化。2 2热应变脆化热应变脆化热应变脆化是指在焊接过程中，在热和应变共同热应变脆化是指在焊接过程中，在热和应变共同作用下产生的一种应变时效。一般发生在固溶氮作用下产生的一种应变时效。一般发生在固溶氮含量较高而强度级别不高的低合金钢中，如抗拉含量较高而强度级别不高的低合金钢中，如抗拉强度强度490MPa490MPa的的C-C-MnMn钢。钢。若在钢中加入足够的氮化物形成元素（若在钢中加入足够的氮化物形成元素（AlAl、TiTi、V V等）可以有效降低热应变脆化倾向，如等）可以有效降低热应变脆化倾向，如Q420Q420（15MnVN15MnVN）比）比Q345Q345（16Mn16Mn）的热应变倾）的热应变倾向小。向小。消除热应变时效的有效措施是焊后热处理，如消除热应变时效的有效措施是焊后热处理，如Q345Q345经经6001h6001h退火处理后，其韧性可恢复到退火处理后，其韧性可恢复到原有水平。原有水平。能力知识点能力知识点3 3 热轧及正火钢热轧及正火钢 的焊接工艺要点的焊接工艺要点 一、焊接方法一、焊接方法一、焊接方法一、焊接方法热轧及正火钢焊接时对焊接方法无特殊要求，不热轧及正火钢焊接时对焊接方法无特殊要求，不同焊接方法对焊接质量无显著影响，因此可以采同焊接方法对焊接质量无显著影响，因此可以采用各种焊接方法进行焊接，常用焊接方法如焊条用各种焊接方法进行焊接，常用焊接方法如焊条电弧焊、埋弧焊、电弧焊、埋弧焊、CO2CO2气体保护焊和电渣焊等，气体保护焊和电渣焊等，一般是根据产品的结构特点、批量、生产条件和一般是根据产品的结构特点、批量、生产条件和经济效益等综合情况进行选择。经济效益等综合情况进行选择。二、下料、坡口加工和定位焊二、下料、坡口加工和定位焊二、下料、坡口加工和定位焊二、下料、坡口加工和定位焊热轧及正火钢可以采用各种切割方法下料。热轧及正火钢可以采用各种切割方法下料。坡口加工可采用机械加工，也可采用气割和碳弧坡口加工可采用机械加工，也可采用气割和碳弧气刨。对强度级别较高、厚度较大的焊件，经过气刨。对强度级别较高、厚度较大的焊件，经过火焰切割或碳弧气刨的坡口应用砂轮仔细打磨，火焰切割或碳弧气刨的坡口应用砂轮仔细打磨，消除氧化皮及凹槽；在坡口两侧消除氧化皮及凹槽；在坡口两侧202030mm30mm范围范围内清除油污、铁锈等。内清除油污、铁锈等。定位焊焊缝应有足够的长度（一般不小于定位焊焊缝应有足够的长度（一般不小于50mm50mm）以防开裂，对厚度较薄的板材定位焊缝）以防开裂，对厚度较薄的板材定位焊缝长度应不小于长度应不小于4 4倍板厚。倍板厚。定位焊应选用与焊缝相同的焊接材料，也可选用定位焊应选用与焊缝相同的焊接材料，也可选用强度稍低的焊条或焊丝。焊接顺序应能防止过大强度稍低的焊条或焊丝。焊接顺序应能防止过大的拘束、允许工件有适当的变形，采用的焊接电的拘束、允许工件有适当的变形，采用的焊接电流可稍大于焊接时的焊接电流。流可稍大于焊接时的焊接电流。三、焊接材料三、焊接材料三、焊接材料三、焊接材料选择焊接材料时必须考虑到两方面的问题：选择焊接材料时必须考虑到两方面的问题：一是保证焊缝不产生裂纹等焊接缺陷；一是保证焊缝不产生裂纹等焊接缺陷；二是能满足使用性能的要求。二是能满足使用性能的要求。选择焊接材料的主要依据是保证焊缝金属的强度、选择焊接材料的主要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，而不要求塑性和韧性等力学性能与母材相匹配，而不要求与母材成分相同，因此选择焊接材料应考虑以下与母材成分相同，因此选择焊接材料应考虑以下问题：问题：1 1根据母材的强度级别选用相应的焊接材料根据母材的强度级别选用相应的焊接材料按照焊缝与母材等强匹配的原则选择焊接材料，按照焊缝与母材等强匹配的原则选择焊接材料，一般要求焊缝与母材强度相等或略低于母材。一般要求焊缝与母材强度相等或略低于母材。例如适用于焊接例如适用于焊接Q420Q420（15MnVN15MnVN）的焊条）的焊条E5515E5515，其中，其中C C、MnMn的含量都比母材低，且其中不含沉的含量都比母材低，且其中不含沉淀强化元素淀强化元素V V，但用它焊接的焊缝金属的抗拉强度，但用它焊接的焊缝金属的抗拉强度可达可达549549608MPa608MPa，同时还具有高的塑性和韧性。，同时还具有高的塑性和韧性。2 2考虑熔合比和冷却速度的影响考虑熔合比和冷却速度的影响焊缝的力学性能取决于它的化学成分和组织状态。焊缝的力学性能取决于它的化学成分和组织状态。焊缝化学成分不仅取决于焊接材料，而且与母材焊缝化学成分不仅取决于焊接材料，而且与母材的熔入量（即熔合比）有很大关系；而焊缝组织的熔入量（即熔合比）有很大关系；而焊缝组织则与冷却速度有很大关系。则与冷却速度有很大关系。采用同样焊接材料，在熔合比和冷却速度不同时，采用同样焊接材料，在熔合比和冷却速度不同时，所得焊缝的性能也会有很大差别。所得焊缝的性能也会有很大差别。选择焊条或焊丝时应考虑到板厚和坡口形式的影选择焊条或焊丝时应考虑到板厚和坡口形式的影响，焊接薄板时因熔合比较大，应选用强度较低响，焊接薄板时因熔合比较大，应选用强度较低的焊接材料，焊接厚板时则相反。的焊接材料，焊接厚板时则相反。3考虑焊后热处理对焊缝力学性能的影响焊后热处理（如消除应力退火）会使焊缝的强度有所降低，当焊缝强度余量不大时，焊后热处理后焊缝强度可能低于母材，因此，对于焊后要求正火处理的焊缝，应选择强度高一些的焊接材料。此外，如果对焊缝金属的使用性能有特殊要求，应同时加以考虑。例如，在焊接16MnCu时，要求焊缝金属与母材具有相同的耐蚀性能，则需选用含铜的焊条。四、焊接参数四、焊接参数1焊接热输入确定焊接热输入主要考虑热影响区的脆化和冷裂两个因素。各类钢材的脆化倾向和冷裂倾向是不同的，因此对热输入的要求也不同。l在焊接碳当量（Ceq）小于0.4%热轧及正火钢时，如Q295和Q345，对热输入没有严格限制。l焊接碳当量为0.4%0.6%的热轧及正火钢时，热输入应偏大一些比较好。l但最好是采用小热输入+预热。恰当控制预热温度，既能避免产生裂纹，又能防止晶粒过热。2 2预热温度预热温度预热的目的是为了防止裂纹，同时还有一定的改预热的目的是为了防止裂纹，同时还有一定的改善组织和性能的作用。预热温度与钢材的淬硬性、善组织和性能的作用。预热温度与钢材的淬硬性、板厚、拘束度、环境温度等因素有关，工程中必板厚、拘束度、环境温度等因素有关，工程中必须结合具体情况经试验后才能确定，推荐的一些须结合具体情况经试验后才能确定，推荐的一些预热温度只能作为参考。多层焊时应保证道间温预热温度只能作为参考。多层焊时应保证道间温度不低于预热温度，但也要避免道间温度过高产度不低于预热温度，但也要避免道间温度过高产生的不利影响，如韧性下降等。生的不利影响，如韧性下降等。常用热轧及正火钢推荐的预热温度见表常用热轧及正火钢推荐的预热温度见表5 5表表表表5 5 5 5 几种常用热轧及正火钢的预热温度和焊后热处理参数几种常用热轧及正火钢的预热温度和焊后热处理参数几种常用热轧及正火钢的预热温度和焊后热处理参数几种常用热轧及正火钢的预热温度和焊后热处理参数钢号号预热温度温度焊后后热处理理规范范型号型号牌号牌号电弧弧焊电渣渣焊Q295Q29509Mn209Mn209MnNb09MnNb09MnV09MnV不不预热（一般供（一般供应的的板厚板厚16mm16mm）不不热处理理-Q345Q34516Mn16Mn14MnNb14MnNb100100150150（30mm30mm）600600650650退火退火900900930930正火正火600600650650回火回火Q390Q39015MnV15MnV15MnTi15MnTi16MnNb16MnNb100100150150（28mm28mm）550550或或650650退火退火950950980980正火正火550550或或650650回火回火Q420Q42015MnVN15MnVN14MnVTiRE14MnVTiRE100100150150（25mm25mm）950950正火正火650650回火回火14MnMoV14MnMoV18MnMoNb18MnMoNb200200600600650650退火退火950950980980正火正火600600650650回火回火3 3焊后热处理焊后热处理热轧及正火钢一般不需要焊后热处理；但对要求抗应力腐热轧及正火钢一般不需要焊后热处理；但对要求抗应力腐蚀的焊接结构、低温下使用的焊接结构和厚壁高压容器等，蚀的焊接结构、低温下使用的焊接结构和厚壁高压容器等，焊后需要进行消除应力的高温回火（焊后需要进行消除应力的高温回火（550550650650）。确）。确定回火温度的原则是：定回火温度的原则是：l l1 1）不超过母材原来的回火温度，以免影响母材本身的性能。）不超过母材原来的回火温度，以免影响母材本身的性能。l l2 2）对有回火脆性的材料，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，对含对含V V或或V+MoV+Mo的低合金钢，在回火时要避免在的低合金钢，在回火时要避免在600600左右的温度左右的温度区间停留较长时间，以防因区间停留较长时间，以防因V V的二次碳化物析出而造成脆化，如的二次碳化物析出而造成脆化，如Q420Q420（15MnVN15MnVN）的消除应力回火的温度为（）的消除应力回火的温度为（5505502525）。另外，对于抗拉强度大于另外，对于抗拉强度大于490MPa490MPa的高强度钢，由于产生的高强度钢，由于产生延迟裂纹的倾向较大，为了在消除应力的同时起到消氢处延迟裂纹的倾向较大，为了在消除应力的同时起到消氢处理的作用，要求焊后立即进行回火处理。如焊后不能及时理的作用，要求焊后立即进行回火处理。如焊后不能及时进行热处理，应立即在进行热处理，应立即在250250350350保温保温2 26h6h，以便焊接，以便焊接区的氢逸出。区的氢逸出。讨论题焊接牌号Q345R,板厚为14mm的材料，请制订出焊条电弧焊，埋弧焊及CO2的焊接工艺（坡口、焊接材料、工艺参数、预热、焊后热处理、焊接顺序、检验方法、焊前准备等）能力知识点能力知识点能力知识点能力知识点4 4 4 4 典型钢种典型钢种典型钢种典型钢种Q345Q345Q345Q345的焊接工艺要点的焊接工艺要点的焊接工艺要点的焊接工艺要点1焊前准备气割或碳弧气刨下料和加工坡口，切口可直接进行焊接Q345钢可以顺利进行冷弯和机械切割。筒节冷弯当板厚与直径之比大于1/40时，成形后应进行600650的消除应力回火，以消除冷作硬化。Q345钢加热到850以上可以进行各种热压成形，经热压后力学性能无明显变化，一般不需再进行热处理。Q345钢也可采用加热矫正变形。经验表明，火焰矫正的加热温度应控制在700800之间，不宜超过900。2预热Q345钢的焊接性较好，一般情况下焊接不需预热，但当结构刚度较大或在低温条件下焊接时，应进行预热，预热温度见表6板厚板厚板厚板厚/mm/mm/mm/mm预预 热热 温温温温 度度度度16161616不低于不低于不低于不低于-10-10-10-10不不不不预热预热，-10-10-10-10以下以下以下以下预热预热1001001001001501501501501616161624242424不低于不低于不低于不低于-5-5-5-5不不不不预热预热，-5-5-5-5以下以下以下以下预热预热1001001001001501501501502525252540404040不低于不低于不低于不低于0000不不不不预热预热，0000以下以下以下以下预热预热10010010010015015015015040404040均均均均预热预热100100100100150150150150表表6 Q3456 Q345钢在不同环境温度下的预热温度钢在不同环境温度下的预热温度3 3焊条电弧焊工艺焊条电弧焊工艺可采用可采用I I形、形、V V形或形或X X 形坡口。形坡口。一般选用一般选用E50E50型的焊条。型的焊条。l l重要结构（如压力容器）应选用碱性焊条（重要结构（如压力容器）应选用碱性焊条（E5016E5016、50155015）；）；l l对厚度小、坡口角度小或强度要求不高的产品也可选对厚度小、坡口角度小或强度要求不高的产品也可选用用E43E43型的焊条（型的焊条（E4316E4316、E4315E4315）。）。焊条应严格按要求进行烘干：如碱性焊条必须经焊条应严格按要求进行烘干：如碱性焊条必须经350350400400烘干烘干2h2h。焊接参数见表。焊接参数见表7 7。表表表表7 Q3457 Q3457 Q3457 Q345钢平对接焊条电弧焊工艺参数钢平对接焊条电弧焊工艺参数钢平对接焊条电弧焊工艺参数钢平对接焊条电弧焊工艺参数坡口坡口形式形式焊件厚度件厚度或或焊脚尺寸脚尺寸/mm/mm第一第一层焊缝其他各其他各层焊缝封底封底焊缝焊条直径条直径/mm/mm焊接接电流流/A/A焊条直径条直径/mm/mm焊接接电流流/A/A焊条直径条直径/mm/mm焊接接电流流/A/AI I形形2 22.52.550506060-2.52.5555560602.52.54 43.23.29090120120-3.23.290901201204 45 53.23.2100100130130-3.23.21001001301304 4160160200200-4 4160160120120V V形形5 56 63.23.2100100130130-3.23.21001001301304 4160160210210-4 41801802102106 63.23.21001001301304 41601602102104 41801802102104 41601602102105 52202202802805 5220220260260X X形形12124 41601602102104 4160160210210-5 5220220280280-5CO2气体保护焊的工艺参数CO2气体保护焊焊丝按表4选用，目前应用较多的是H08Mn2SiA。Q345钢CO2气体保护焊工艺参数见表9。表表9 Q345钢钢CO2气体保护焊的工艺参数气体保护焊的工艺参数焊接接焊丝直径直径/mm/mm保保护气体气体气体流量气体流量/L/L minmin-1-1预热或道或道间温度温度/焊接参数接参数焊接接电流流/A/A焊接接电压/V/V焊接速度接速度/cm/cm minmin-1-1单焊道道1.21.2COCO2 28 81515不不预热或或1001001001001501502121242412121818多多焊道道8 815151601602402402222262614142222单焊道道1.61.6COCO2 2101018183003003603603333353520202626多多焊道道1010181828028034034030303232181824242 低碳调质钢的焊接低碳调质钢的焊接 屈服点大于490MPa的高强钢必须采用调质处理，通过组织强化获得很高的综合力学性能。低碳调质钢属于热处理强化钢。这类钢既有较高的强度，又有良好的塑性和韧性，在工程结构中的应用日益广泛。能力知识点能力知识点1 1 低碳调质钢的成分与性能低碳调质钢的成分与性能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wc0.18%），此外添加一些合金元素如Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Cu等，目的是为了提高钢的淬透性和马氏体的回火稳定性。这类钢由于含碳量低，淬火后得到低碳马氏体，而且会发生“自回火”，脆性小，具有良好的焊接性。部分低碳调质钢的化学成分和力学性能见表部分低碳调质钢的化学成分和力学性能见表7 7和和8 8。（教材（教材P181P181和和182182）抗拉强度抗拉强度600Mpa600Mpa、700MPa700MPa的低碳调质钢的低碳调质钢（HQ60HQ60、HQ70HQ70）主要用于工程机械、动力设备、）主要用于工程机械、动力设备、交通运输机械和桥梁等，这类钢可在调质状态下交通运输机械和桥梁等，这类钢可在调质状态下焊接，焊后不再进行调质处理，必要时可进行消焊接，焊后不再进行调质处理，必要时可进行消除应力处除应力处抗拉强度抗拉强度800MPa800MPa的低碳调质钢如的低碳调质钢如14MnMoNbB14MnMoNbB、HQ80HQ80和和HQ80CHQ80C也在工程中获得广泛应用。也在工程中获得广泛应用。为了改善野外施工焊接条件和提高低温韧性，开为了改善野外施工焊接条件和提高低温韧性，开发了一种含碳极低（发了一种含碳极低（wc0.09%wc0.09%）的调质钢，即）的调质钢，即焊接无裂纹钢（简称焊接无裂纹钢（简称CFCF钢），焊接时采用超低氢钢），焊接时采用超低氢焊接材料，在板厚焊接材料，在板厚50mm50mm以下或在以下或在00都可焊前不都可焊前不预热。预热。能力知识点能力知识点2 2 低碳调质钢的焊接性低碳调质钢的焊接性低碳调质钢主要是作为高强度的焊接结构低碳调质钢主要是作为高强度的焊接结构用钢，因此其中碳的质量分数限制得较低，用钢，因此其中碳的质量分数限制得较低，在合金成分的设计上也考虑了焊接性的要在合金成分的设计上也考虑了焊接性的要求。低碳调质钢是热处理强化钢，是通过求。低碳调质钢是热处理强化钢，是通过调质处理获得强化效果的，因此焊接时在调质处理获得强化效果的，因此焊接时在热影响区内除会发生脆化外还有软化问题，热影响区内除会发生脆化外还有软化问题，在选择焊接材料时应着重考虑。在选择焊接材料时应着重考虑。一、焊接裂纹一、焊接裂纹1焊接热裂纹低碳调质钢一般含碳量都较低，而含Mn量较高，且对S、P的限制也较严格，因此焊缝金属的结晶裂纹倾向较小。但对一些高Ni低Mn类型的低合金高强钢来讲，由于Ni的作用会增加结晶裂纹倾向，但只要选择