哈工大威海焊接方法课件.ppt

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1、哈工大威海焊接方法课件 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望本章主要内容5.1 焊接性定义及其分析方法5.2 焊接性试验内容和方法5.3 常用焊接性试验方法5.1 焊接性定义及其分析方法一、焊接性的概念 焊接性，有时又称为可焊性，是指 金属材料在限定的施工条件下，焊接成按规定设计要求的构件，并满足预定服役要求的能力。即材料对焊接加工的适应性和使用的可靠性。GB/T3375-94 焊接术语5.1 焊接性定义及其分析方法焊接性的内涵：金属在进行焊接加工中是否

2、容易产生缺陷？形成的焊接接头在一定的使用条件下是否具有可靠运行的能力？125.1 焊接性定义及其分析方法焊接性焊接性工艺焊接性工艺焊接性：在一定焊接工艺条件下，能否获得优质、无缺陷的焊接接头的能力。使用焊接性使用焊接性：焊接接头或整体结构满足某种使用性能的能力。如果材料可以在简单的工艺下焊接即可获得完好的接头，满足使用要求，就可以说焊接性良好。反之，如果必须在很复杂的工艺下（高温、高真空、高能量密度等）焊接才能获得满足要求的接头，则焊接性较差。如焊后接头的力学性能、低温韧性，疲劳性能、抗腐蚀性等指标。5.1 焊接性定义及其分析方法二、影响焊接性的因素1.材料因素母材焊接材料2.工艺因素焊接方法

3、焊接工艺措施3.设计因素 焊接结构和接头形式4.使用条件 工作温度、受载类别、工作环境等影响热影响区的性能影响热影响区的性能焊缝金属的成分和性能焊缝金属的成分和性能焊接热源，对接头的保护焊接热源，对接头的保护焊前预热，焊后热处理焊前预热，焊后热处理影响传热、结晶、应影响传热、结晶、应力状态等力状态等低温抗脆断，高温抗蠕变，交变载荷抗疲低温抗脆断，高温抗蠕变，交变载荷抗疲劳，抗腐蚀性能等劳，抗腐蚀性能等三、焊接性分析方法5.1 焊接性定义及其分析方法工艺焊接性工艺焊接性的角度：考察金属材料在一定的焊接工艺条件下，产生焊接缺陷的倾向性。材料化学成分物理性能化学性能焊接热源特点使用焊接性使用焊接性的

4、角度：考察金属材料在给定焊接条件下，获得的接头是否满足设计提出的性能指标要求。5.2 焊接性试验内容和方法一、焊接性试验内容 焊接性试验用于材料焊接性的评定。工艺焊接性评定的准则工艺焊接性评定的准则是评定焊接接头产生工艺缺陷的倾向，为制定合理的焊接工艺提供依据。使用焊接性的评使用焊接性的评定定要根据结构的工作条件和设计上提出的技术规定进行。5.2 焊接性试验内容和方法焊接性试验内容主要包括：1.评价焊缝金属抵抗产生热裂纹抵抗产生热裂纹的能力2.评价焊缝和热影响区金属抵抗产生冷裂纹抵抗产生冷裂纹的能力3.评价焊接接头抵抗脆性转变抵抗脆性转变的能力4.评价焊接接头的使用性能使用性能5.2 焊接性试

5、验内容和方法1.评价焊缝金属抵抗产生热裂纹的能力评价焊缝金属抵抗产生热裂纹的能力热裂纹是在焊接熔池金属结晶过程中，由于存在一些有害元素或低熔点共晶体而在拉伸应力作用下产生的。热裂纹产生的倾向与母材、焊材及它们的匹配有关。2.评价焊缝和热影响区金属抵抗产生冷裂纹的能力评价焊缝和热影响区金属抵抗产生冷裂纹的能力冷裂纹是焊缝及热影响区金属在焊接热循环作用下，由组织硬化、拉伸应力及扩散氢共同作用而产生的。5.2 焊接性试验内容和方法3.评价焊接接头抵抗脆性转变的能力评价焊接接头抵抗脆性转变的能力焊缝金属及热影响区组织在经过焊接冶金反应、结晶、固态相变等过程后，会发生粗晶脆化、组织脆化、热应变时效脆化等

6、，导致接头韧性下降。4.评价焊接接头的使用性能评价焊接接头的使用性能不同的焊接结构对焊接性的要求也不同。主要考察接头的抗拉强度、蠕变强度、疲劳强度以及抗腐蚀能力等。5.2 焊接性试验内容和方法二、焊接性试验方法分类工艺焊接性工艺焊接性使用焊接性使用焊接性间接法直接法焊接性试验方法工艺焊接性使用焊接性直接法间接法焊接热裂纹试验焊接冷裂纹试验再热裂纹试验层状撕裂试验热应变时效脆化试验焊接气孔敏感性试验由碳当量推测焊接性裂纹敏感指数及临界应力裂纹敏感性的临界冷却时间连续冷却组织转变图断口分析、金相组织分析焊接热影响区最高硬度焊接热、力模拟试验焊接专家系统、仿真系统等直接法间接法实际产品结构运行的服役

7、试验压力容器的爆破试验焊缝及接头的常规力学性能试验焊缝及接头的低温脆性试验焊缝及接头的断裂韧性试验焊缝及接头的高温性能试验焊缝及接头的疲劳、动载试验焊缝及接头的抗腐蚀性、耐磨性试验应力腐蚀开裂试验5.3 常用焊接性试验方法常用焊接性试验方法一、焊接热裂纹敏感性试验方法一、焊接热裂纹敏感性试验方法1.可调拘束裂纹试验法可调拘束裂纹试验法基本原理：在焊缝凝固后期，施加不同的应变基本原理：在焊缝凝固后期，施加不同的应变值，研究产生裂纹的规律。值，研究产生裂纹的规律。图图1.可调拘束裂纹试验装置简图可调拘束裂纹试验装置简图 a）纵向试验法）纵向试验法 b）横向试验法）横向试验法5.3 常用焊接性试验方

8、法常用焊接性试验方法纵向可调拘束裂纹试验主要用于反映结晶裂纹和液纵向可调拘束裂纹试验主要用于反映结晶裂纹和液化裂纹化裂纹图图2.纵向可调拘束试验裂纹分布图纵向可调拘束试验裂纹分布图横向可调拘束裂纹试验主要用于测量焊缝中的结晶横向可调拘束裂纹试验主要用于测量焊缝中的结晶裂纹和多边化裂纹裂纹和多边化裂纹图图3.横向可调拘束试验裂纹分布图横向可调拘束试验裂纹分布图5.3 常用焊接性试验方法常用焊接性试验方法2.鱼骨状裂纹试验鱼骨状裂纹试验 主要用于评定铝合金、镁合金和钛合金薄板主要用于评定铝合金、镁合金和钛合金薄板（1-3mm)焊缝及热影响区的热裂纹敏感性。焊缝及热影响区的热裂纹敏感性。图图4.4.

9、鱼骨状裂纹试验试样尺寸图鱼骨状裂纹试验试样尺寸图 9010104050AB125.3 常用焊接性试验方法常用焊接性试验方法二、焊接冷裂纹敏感性试验方法二、焊接冷裂纹敏感性试验方法 1.促进焊接冷裂纹产生的三大主要因素促进焊接冷裂纹产生的三大主要因素 a.淬硬组织淬硬组织 b.扩散氢扩散氢 c.拘束应力拘束应力5.3 常用焊接性试验方法常用焊接性试验方法图图5.5.斜斜Y Y坡口对接裂纹试验试样及尺寸坡口对接裂纹试验试样及尺寸 2.斜斜Y坡口对接裂纹试验坡口对接裂纹试验 该方法用于评价打底焊该方法用于评价打底焊缝及热影响区冷裂倾向。缝及热影响区冷裂倾向。5.3 常用焊接性试验方法常用焊接性试验方

10、法焊后经过不少于焊后经过不少于2424小时的时效后再做裂纹检查。小时的时效后再做裂纹检查。首先用放大镜目测或磁性荧光粉检查焊缝表面裂纹，首先用放大镜目测或磁性荧光粉检查焊缝表面裂纹，然后沿焊缝长度方向均匀截成六段，检查五个断面然后沿焊缝长度方向均匀截成六段，检查五个断面的裂纹情况。的裂纹情况。由于该方法对接头的拘束度很大，应力集中较为明由于该方法对接头的拘束度很大，应力集中较为明显，试验条件已经很苛刻了，因此一般认为若裂纹显，试验条件已经很苛刻了，因此一般认为若裂纹率不超过率不超过20%20%，则实际结构焊接时就不会产生裂纹。，则实际结构焊接时就不会产生裂纹。5.3 常用焊接性试验方法常用焊接

11、性试验方法3.插销试验插销试验 插插销销试试验验主主要要考考核核焊焊接接热热影影响响区区的的氢氢致致延延迟迟裂裂纹纹敏敏感感性性。也也可可用用于于考考核核再再热裂纹和层状裂纹等的敏感性。热裂纹和层状裂纹等的敏感性。图图6.6.插销试验试棒、底板及熔敷焊道插销试验试棒、底板及熔敷焊道a)a)环形缺口试棒环形缺口试棒 b)b)螺形缺口试棒螺形缺口试棒5.3 常用焊接性试验方法常用焊接性试验方法试棒上端与底板表面平齐，试验时在底板上以规定的试棒上端与底板表面平齐，试验时在底板上以规定的热输入熔敷一条焊道，其熔深应使缺口尖端位于热影热输入熔敷一条焊道，其熔深应使缺口尖端位于热影响区的粗晶区内。响区的粗

12、晶区内。如不预热，焊后冷却至如不预热，焊后冷却至100-150100-150时加载。如有预热，时加载。如有预热，应在高于预热温度应在高于预热温度50-7050-70时加载。时加载。在无预热条件下，载荷保持在无预热条件下，载荷保持1616小时而试棒未断裂即可小时而试棒未断裂即可卸载。有预热条件下，载荷保持至少卸载。有预热条件下，载荷保持至少2424小时才可卸载。小时才可卸载。经多次改变载荷，即可求出在试验条件下不出现断裂经多次改变载荷，即可求出在试验条件下不出现断裂的临界应力值。的临界应力值。第六章第六章 低合金高强钢的低合金高强钢的焊接焊接 刘多刘多主要内容主要内容一一、钢的分类、钢的分类二、

13、低合金高强钢的种类与性能二、低合金高强钢的种类与性能三、低合金高强钢的焊接性分析三、低合金高强钢的焊接性分析四、低合金高强钢的焊接工艺要点四、低合金高强钢的焊接工艺要点五、典型低合金高强度钢的焊接五、典型低合金高强度钢的焊接23一、钢的分类一、钢的分类 工业用钢的分类方法很多，可工业用钢的分类方法很多，可以按以按化学成分化学成分、性能性能、品质品质、用途用途、内内部组织部组织等进行分类。等进行分类。按用途分按用途分结构钢结构钢工具钢工具钢特殊性能钢特殊性能钢专业用钢专业用钢24一、钢的分类一、钢的分类按化学成分分按化学成分分碳钢碳钢合金钢合金钢低碳钢低碳钢 wc0.6wt%低合金钢低合金钢 w

14、10wt%25一、钢的分类一、钢的分类低合金高强钢低合金高强钢低合金特殊用钢低合金特殊用钢 低合金钢低合金钢(按用途按用途)珠光体耐热钢珠光体耐热钢 低温钢低温钢 低合金耐蚀钢低合金耐蚀钢 26二、低合金高强钢的种类与二、低合金高强钢的种类与性能性能低合金高强钢低合金高强钢(按屈服强度级别按屈服强度级别和热处理状态和热处理状态)热轧钢及正火钢热轧钢及正火钢 s=294490MPa低碳调质钢低碳调质钢 s=490980MPa 中碳调质钢中碳调质钢 s=8801176MPa 271.热轧钢及正火钢热轧钢及正火钢 价格便宜，综合力学性能较好。价格便宜，综合力学性能较好。热处理热处理屈服强度屈服强度/

15、MPa合金系合金系热轧热轧钢钢钢锭加热钢锭加热1300，热轧，热轧，空冷空冷294343C-Mn、C-Mn-Si正火正火钢钢钢板再加热钢板再加热900 ，空冷，空冷343490C-Mn、C-Mn-Si系，添加碳、氮系，添加碳、氮化物形成元素化物形成元素（如（如Ni,Mo,Nb,Ti等）等）二、低合金高强钢的种类与二、低合金高强钢的种类与性能性能28292.低碳调质钢低碳调质钢 热处理热处理屈服强度屈服强度/MPa含碳量含碳量低碳低碳调质调质钢钢淬火淬火+高温回火高温回火490980要求要求wc0.22wt%，实际上都在，实际上都在0.18wt%以下以下二、低合金高强钢的种类与性能二、低合金高强

16、钢的种类与性能302.低碳调质钢低碳调质钢 将将钢钢加加热热到到临临界界点点Ac3或或(亚亚共共析析钢钢)或或Ac1(过过共共析析钢钢)以以上上一一定定温温度度，保保温温一一定定时时间间，然然后后以以大大于于临临界界淬淬火火速速度度的的速速度度冷冷却却，使使过过冷冷奥奥氏氏体体转转变变为为马马氏氏体体(或或贝贝氏氏体体)组组织织的热处理工艺称为淬火。的热处理工艺称为淬火。二、低合金高强钢的种类与二、低合金高强钢的种类与性能性能312.低碳调质钢低碳调质钢 将淬火钢在将淬火钢在A1以下温度加热，使其转以下温度加热，使其转变为稳定的回火组织，并以适当的方式冷却变为稳定的回火组织，并以适当的方式冷却

17、到室温的热处理工艺称为回火。到室温的热处理工艺称为回火。回火回火低温回火低温回火 150250 回火马氏体回火马氏体中温回火中温回火 350500 回火屈氏体回火屈氏体高温回火高温回火 500650 回火索氏体回火索氏体二、低合金高强钢的种类与二、低合金高强钢的种类与性能性能322.低碳调质钢低碳调质钢 低碳调质钢低碳调质钢高强度结构钢高强度结构钢 b=600800MPa 14MnMoNbB高强度耐磨钢高强度耐磨钢b=10001300MPa HQ100高强度高韧性钢高强度高韧性钢 b=600800MPa 12Ni3CrMoV二、低合金高强钢的种类与二、低合金高强钢的种类与性能性能33343.中

18、碳调质钢中碳调质钢 热处理热处理屈服强度屈服强度/MPa含碳量含碳量特点特点中碳调中碳调质钢质钢淬火淬火+高温回高温回火火8801176wc=0.220.45wt%淬透性淬透性大，焊大，焊接性差接性差二、低合金高强钢的种类与二、低合金高强钢的种类与性能性能3536夹杂夹杂气孔气孔裂纹裂纹热裂纹热裂纹冷裂纹冷裂纹再热裂纹再热裂纹应力腐蚀裂纹应力腐蚀裂纹层状撕裂层状撕裂冶金缺陷冶金缺陷性能变化性能变化接头脆化接头脆化接头软化接头软化工艺焊接性工艺焊接性三、低合金高强钢的焊接性三、低合金高强钢的焊接性分析分析37常规力学性能常规力学性能耐磨性能耐磨性能使用焊接性使用焊接性低温韧性低温韧性抗脆断性能抗

19、脆断性能高温蠕变性能高温蠕变性能疲劳性能疲劳性能耐腐蚀性能耐腐蚀性能三、低合金高强钢的焊接性三、低合金高强钢的焊接性分析分析38三、低合金高强钢的焊接性三、低合金高强钢的焊接性分析分析1.热裂纹热裂纹（1）热轧钢及正火钢的热裂纹敏感性）热轧钢及正火钢的热裂纹敏感性 由由于于含含C量量较较低低，含含Mn量量较较高高，热热轧轧钢钢及及正正火火钢钢具具有有较较好好的的抗抗热热裂裂纹纹能能力力。但但是是，当当材材料料本本身身不不合合格格,或或发发生生严严重重偏偏析析、局局部部C,S含含量量高高时时，也也会会出出现现热裂纹。热裂纹。焊缝中结晶裂纹分布示意图焊缝中结晶裂纹分布示意图39（2）低碳调质钢的热

20、裂纹敏感性）低碳调质钢的热裂纹敏感性三、低合金高强钢的焊接三、低合金高强钢的焊接性分析性分析 低低碳碳调调质质钢钢含含C量量较较低低，含含Mn量量较较高高，一一般般也也无热裂纹倾向。无热裂纹倾向。但但对对于于一一些些高高Ni低低Mn类类型型的的低低碳碳调调质质钢钢而而言言，热热裂裂倾倾向向会会相相应应增增加加。此此时时可可通通过过选选择择合合适适的的焊焊接接材材料料，提提高高焊焊缝缝含含Mn量量，结结晶晶裂裂纹纹是是可可避避免免的的。但但同同时时要要注注意意液液化化裂裂纹纹的的产产生生，应应尽尽量量减减少少焊接热输入，降低焊接应力。焊接热输入，降低焊接应力。40（3）中碳调质钢的热裂纹敏感性）

21、中碳调质钢的热裂纹敏感性三、低合金高强钢的焊接三、低合金高强钢的焊接性分析性分析 中中碳碳调调质质钢钢含含碳碳量量及及合合金金元元素素含含量量都都很很高高，具具有较大的热裂倾向。有较大的热裂倾向。焊焊接接时时应应注注意意选选择择含含C量量低低，含含S、P杂杂质质少少的的焊焊接接材材料料。如如30CrMnSi钢钢，含含碳碳量量和和含含硅硅量量都都很很高高，热热裂裂倾倾向向较较大大，需需采采用用低低碳碳低低硅硅焊焊丝丝，如如H18CrMoA等，以提高焊缝金属的抗热裂纹能力。等，以提高焊缝金属的抗热裂纹能力。41（4）热裂纹的防止措施）热裂纹的防止措施三、低合金高强钢的焊接三、低合金高强钢的焊接性分

22、析性分析 1.严严格格控控母母材材和和焊焊缝缝金金属属中中的的C、S、P和和其其它它易易形形成成低低熔熔点点共共晶晶的的合合金金元元素素Nb、Ni、Si等等的的含含量量。若若将将母母材材的的C、S、P质质量量分分数数分分别别控控制制在在0.12%，0.01%和和0.02%以以下下，则则即即使使热热输输入入较较高高也也不不会会产产生生热热裂裂纹。有纹。有Nb存在时，其质量分数不应超过存在时，其质量分数不应超过0.03%。2.若若焊焊接接母母材材已已选选定定，且且C、S、P含含量量超超过过上上述述限限制制，则则应应注注意意选选择择低低碳碳低低硫硫的的焊焊接接材材料料来来调调整整焊焊缝缝金金属属成成

23、分分。将将焊焊缝缝金金属属中中C、S、P质质量量分分数数分分别别控控制制在在0.12%，0.025%和和0.025%以以下下是是必必要要的的。焊焊丝丝成成分分中中应应避避免免采采用用易易形形成成低低熔熔点点共共晶晶的的合合金金元元素素，而而适适当当加加入入Mo、W、V等能细化晶粒的元素等能细化晶粒的元素，以提高焊缝抗裂性能。，以提高焊缝抗裂性能。3.采采用用碱碱性性焊焊条条或或焊焊剂剂获获得得的的焊焊缝缝金金属属，与与采采用用酸酸性性焊焊条条的的相相比比，具具有更好的抗热裂纹能力。有更好的抗热裂纹能力。冶金措施冶金措施42三、低合金高强钢的焊接三、低合金高强钢的焊接性分析性分析 1.设设计计合

24、合理理的的坡坡口口形形状状和和尺尺寸寸，规规定定适适当当的的接接头头装装配配间间隙隙，以以降降低低母母材在焊缝金属中所占的比例材在焊缝金属中所占的比例。2.调调整整焊焊接接参参数数，如如降降低低焊焊接接电电流流，以以增增大大焊焊缝缝的的成成形形系系数数，即即增增大大熔宽与熔深的比例。熔宽与熔深的比例。3.降降低低焊焊接接热热输输入入，适适当当加加快快焊焊接接速速度度，从从而而提提高高焊焊缝缝金金属属的的结结晶晶速速度，以降低晶间偏析的程度度，以降低晶间偏析的程度。4.合合理理控控制制焊焊前前预预热热温温度度及及多多层层焊焊的的层层间间温温度度。预预热热温温度度适适当当，能能够够降降低低焊焊缝缝

25、金金属属的的应应变变速速率率，从从而而降降低低热热裂裂倾倾向向。但但过过高高预预热热温温度度和和层层间间温温度度会会延延长长熔熔池池在在高高温温状状态态下下的的停停留留时时间间，降降低低结结晶晶速速度度，反反而而加加重晶间偏析，增大了热裂可能性。重晶间偏析，增大了热裂可能性。工艺措施工艺措施43三、低合金高强钢的焊接三、低合金高强钢的焊接性分析性分析2.冷裂纹冷裂纹 在在低低合合金金高高强强度度钢钢的的焊焊接接接接头头中中，大大多多数数冷冷裂裂纹纹是是由由淬淬硬硬组组织织、氢氢的的富富集集以以及及拘拘束束应应力力共共同同作作用用产产生生的的。且且随随着着钢钢材材强度级别的提高，其冷裂敏感性相应

26、提高。强度级别的提高，其冷裂敏感性相应提高。（1）热轧钢及正火钢的冷裂纹敏感性）热轧钢及正火钢的冷裂纹敏感性 在在低低合合金金高高强强度度钢钢中中，热热轧轧钢钢的的冷冷裂裂倾倾向向是是最最小小的的。但但与与低低碳碳钢钢相相比比，热热轧轧钢钢由由于于含含有有少少量量合合金金元元素素而而增增加加了了淬淬硬硬性性，其冷裂倾向比低碳钢要稍大一些。其冷裂倾向比低碳钢要稍大一些。与与Q345(16Mn)等等热热轧轧钢钢相相比比，正正火火钢钢由由于于合合金金元元素素稍稍多多，强强度度级级别别提提高高，淬淬硬硬倾倾向向有有所所增增加加。在在正正火火钢钢中中，强强度度级级别别和和碳碳含含量量较较低低时时，冷冷裂

27、裂倾倾向向不不大大，但但随随着着合合金金元元素素含含量量、强强度级别以及板厚的增加，其淬硬性和冷裂倾向都随之增大。度级别以及板厚的增加，其淬硬性和冷裂倾向都随之增大。44（2）低碳调质钢的冷裂纹敏感性）低碳调质钢的冷裂纹敏感性 低低碳碳调调质质钢钢的的合合金金化化原原理理就就是是在在低低碳碳钢钢的的基基础础上上，通通过过加加入入多多种种提提高高淬淬透透性性的的合合金金元元素素来来保保证证获获得得强强度度高高、韧韧性性好好的的低碳马氏体和部分贝氏体的混合组织。低碳马氏体和部分贝氏体的混合组织。从从淬淬透透性性角角度度来来看看，这这类类钢钢淬淬硬硬倾倾向向较较大大，本本应应具具有有较较大大的冷裂纹

28、倾向。的冷裂纹倾向。但但由由于于含含碳碳量量较较低低，热热影影响响区区的的粗粗晶晶区区形形成成的的是是低低碳碳马马氏氏体体，由由于于马马氏氏体体起起始始转转变变点点Ms点点较较高高，如如果果在在该该温温度度下下冷冷却却速速度度较较慢慢，则则生生成成的的马马氏氏体体在在随随后后的的焊焊接接冷冷却却过过程程中中还还来来得得及及进进行行一一次次“自自回回火火”处处理理，提提高高塑塑性性、韧韧性性和和抗抗冷冷裂裂纹纹能能力，因此，实际上冷裂纹倾向并不一定很大。力，因此，实际上冷裂纹倾向并不一定很大。三、低合金高强钢的焊接三、低合金高强钢的焊接性分析性分析45（3）中碳调质钢的冷裂纹敏感性）中碳调质钢的

29、冷裂纹敏感性 中中碳碳调调质质钢钢由由于于含含碳碳量量比比较较高高，合合金金元元素素也也较较多多，其其淬淬硬倾向很明显，故冷裂纹倾向很大。硬倾向很明显，故冷裂纹倾向很大。此此外外，由由于于中中碳碳调调质质钢钢Ms点点较较低低，造造成成在在低低温温下下形形成成的马氏体不能实现的马氏体不能实现“自回火自回火”。再再者者，因因为为马马氏氏体体的的含含碳碳量量较较高高，过过饱饱和和度度大大，晶晶格格点点阵阵畸畸变变严严重重，导导致致硬硬度度和和脆脆性性加加大大，显显著著增增大大了了冷冷裂裂纹纹的的敏感性。敏感性。因因此此，除除采采取取预预热热外外，焊焊后后还还必必须须及及时时进进行行回回火火等等热热处

30、处理，以有效防止冷裂纹的产生。理，以有效防止冷裂纹的产生。三、低合金高强钢的焊接三、低合金高强钢的焊接性分析性分析46（4）冷裂纹的防止措施）冷裂纹的防止措施1采采用用低低强强度度的的熔熔敷敷金金属属。采采用用比比母母材材强强度度低低的的焊焊接接材材料料，能能够够降降低低接接头头的的应应力力水水平平，提提高高整整个个接接头头的的抗抗冷冷裂裂性性。母母材材强强度越高，该方法效果越明显。度越高，该方法效果越明显。2建建立立低低氢氢的的焊焊接接环环境境。需需控控制制保保护护气气体体内内的的水水分分及及钢钢板板表表面面、焊焊材材的的水水分分，有有时时对对焊焊接接区区周周围围大大气气的的相相对对湿湿度度

31、也也要要加加以以控控制。制。3选选择择低低氢氢的的焊焊接接方方法法。CO2气气体体保保护护焊焊或或富富氩氩混混合合气气体体保保护护焊焊可可显显著著降降低低焊焊缝缝金金属属的的含含氢氢量量。这这是是因因为为电电弧弧气气氛氛是是活活性性的的，能能使使氢氢离离子子形形成成不不溶溶于于液液态态金金属属的的OH和和水水蒸蒸气气而而排排除除掉掉。另另外外，焊焊条条电电弧弧焊焊和和埋埋弧弧焊焊目目前前仍仍是是焊焊接接低低合合金金高高强强钢钢的的主主要要方方法法，通通过过对对焊焊条条药药皮皮和和焊焊剂剂的的改改进进，也也可可有有效效降降低低焊焊缝缝氢氢含量。含量。三、低合金高强钢的焊接三、低合金高强钢的焊接性

32、分析性分析474焊焊前前预预热热。是是防防止止低低合合金金钢钢接接头头中中产产生生冷冷裂裂纹纹的的最最有有效效措措施施之之一一。目目前前已已经经制制定定了了很很多多规规程程对对所所认认可可的的钢钢种种亦亦规规定定了了最最低预热温度。低预热温度。5焊焊后后低低温温热热处处理理。是是指指焊焊接接结结束束后后将将工工件件或或整整条条焊焊缝缝立立即即加加热热到到150-250温温度度范范围围，并并保保持持一一定定时时间间。该该方方法法能能有有效效降降低低接接头头在在低低温温转转变变区区的的冷冷却却速速度度，同同时时使使焊焊缝缝中中的的氢氢有有充充分分时时间间扩扩散散掉掉，还还可可使使焊焊缝缝及及附附近

33、近区区域域因因热热膨膨胀胀而而受受到到压压应应力力作用，明显降低接头冷裂倾向。作用，明显降低接头冷裂倾向。6焊焊后后脱脱氢氢处处理理。对对于于强强度度级级别别较较高高的的钢钢种种，由由于于氢氢的的作作用用极极易易在在焊焊缝缝或或热热影影响响区区中中产产生生延延迟迟裂裂纹纹，而而这这种种裂裂纹纹很很难难通通过过预预热热消消除除。因因此此，为为了了降降低低延延迟迟裂裂纹纹敏敏感感性性，一一般般将将整整个个接接头头焊焊后后立立即即在在300以以上上温温度度加加热热一一段段时时间间进进行行焊焊后后脱脱氢氢处处理理。一一般般推推荐荐300-400，时时间间为为1-2小小时时，且且必必须须在在焊焊接接结结

34、束束后后立立即进行。即进行。三、低合金高强钢的焊接三、低合金高强钢的焊接性分析性分析48三、低合金高强钢的焊接三、低合金高强钢的焊接性分析性分析3.再热裂纹再热裂纹 某某些些低低合合金金高高强强度度钢钢在在焊焊后后600左左右右消消除除应应力力热热处处理理过过程程中中或或焊焊后后在在500-600的的高高温温及及高高压压条条件件下下运运行行时时，在在熔熔合合区附近的粗晶区可能产生再热裂纹区附近的粗晶区可能产生再热裂纹。（1）再热裂纹敏感性）再热裂纹敏感性 热热轧轧钢钢由由于于不不含含强强碳碳化化物物形形成成元元素素，因因而而对对再再热热裂裂纹纹不不敏敏感感。而有些正火钢具有轻微的再热裂纹敏感性

35、。而有些正火钢具有轻微的再热裂纹敏感性。调调质质钢钢由由于于加加入入了了一一些些增增强强淬淬透透性性和和抗抗回回火火性性的的合合金金元元素素，而而这这些些元元素素大大多多是是能能引引起起再再热热裂裂纹纹的的元元素素，因因此此焊焊接接中中要要注注意意该该钢种的再热裂纹问题。钢种的再热裂纹问题。除除了了化化学学成成分分以以外外，钢钢的的显显微微组组织织和和应应力力状状态态对对再再热热裂裂纹纹也也有有直直接接影影响响。过过热热区区的的粗粗晶晶和和焊焊缝缝厚厚度度方方向向的的残残余余拉拉应应力力也也会会导导致再热裂纹发生。致再热裂纹发生。49三、低合金高强钢的焊接三、低合金高强钢的焊接性分析性分析（2

36、）再热裂纹防止措施）再热裂纹防止措施1 控制钢材和焊缝成分控制钢材和焊缝成分。降降低低母母材材中中含含碳碳量量及及杂杂质质含含量量；控控制制焊焊缝缝金金属属成成分分，采采用用强强度度略略低低于于母母材或能快速释放应力的焊缝金属。材或能快速释放应力的焊缝金属。2减少过热区粗晶组织减少过热区粗晶组织。采采用用合合理理的的焊焊接接工工艺艺，降降低低焊焊接接热热输输入入；采采用用窄窄坡坡口口和和窄窄焊焊道道技技术术，均均可有效降低接头过热区的粗晶比例。可有效降低接头过热区的粗晶比例。3合理调整消除应力处理工艺合理调整消除应力处理工艺。焊焊件件并并不不是是在在处处理理工工艺艺的的整整个个温温度度范范围围

37、内内都都可可能能形形成成再再热热裂裂纹纹，而而是是存存在在一一个个再再热热裂裂纹纹的的敏敏感感温温区区。因因此此最最好好避避开开这这个个温温区区进进行行消消除除应应力力处处理理。必必要要时时可可进进行行多多级级热热处处理理，先先将将焊焊件件在在略略低低于于敏敏感感温温区区下下限限的的温温度度进进行行较长时间的处理，然后在规定的热处理温度下做短时处理。较长时间的处理，然后在规定的热处理温度下做短时处理。降低焊接应力及应力集中降低焊接应力及应力集中。采采用用合合理理的的坡坡口口形形状状、焊焊接接次次序序和和焊焊前前预预热热，可可有有效效降降低低接接头头中中残残余余应应力力的的峰峰值值。尽尽量量分分

38、开开布布置置焊焊缝缝，同同时时要要消消除除几几何何形形状状不不连连续续和和表表面面缺缺陷陷引起的应力集中。引起的应力集中。50三、低合金高强钢的焊接三、低合金高强钢的焊接性分析性分析4.层状撕裂层状撕裂 层层状状撕撕裂裂多多出出现现在在钢钢制制结结构构的的施施焊焊或或使使用用过过程程中中，是是轧轧制制板板材材中中存存在在层层状状夹夹杂杂物物条条件件下下，在在板板材材厚厚度度方方向向上上受受到到较较大大拉拉应应力力时时产产生生的的。一一般般来来说说，层层状状撕撕裂裂的的产产生生不不受受钢钢材材种种类类和和强强度度级级别别的的限限制制，但与板厚有关，板厚在但与板厚有关，板厚在16mm以下一般不容易

39、产生层状撕裂。以下一般不容易产生层状撕裂。（1）层状撕裂的敏感性）层状撕裂的敏感性 如如果果采采取取特特殊殊的的脱脱硫硫、除除气气和和夹夹杂杂物物形形态态控控制制等等冶冶金金措措施施，可可以以得得到到抗层状撕裂很好的钢材。抗层状撕裂很好的钢材。但但一一般般冶冶炼炼条条件件下下生生产产的的热热轧轧钢钢和和正正火火钢钢都都达达不不到到如如此此要要求求，因因而而对对层状撕裂具有一定的敏感性。层状撕裂具有一定的敏感性。大大多多数数调调质质钢钢对对夹夹杂杂物物控控制制较较严严，纯纯净净度度较较高高，对对层层状状撕撕裂裂敏敏感感性性很很低。但对于板厚方向承受特大载荷的结构，还存在层状撕裂的可能性。低。但对

40、于板厚方向承受特大载荷的结构，还存在层状撕裂的可能性。51（2）层状撕裂的防止）层状撕裂的防止1.选选择择抗抗层层状状撕撕裂裂的的钢钢材材。层层状状撕撕裂裂的的产产生生与与钢钢材材的的化化学学成成分分和和冶冶炼炼条条件件有有关关。应应尽尽量量降降低低硫硫等等杂杂质质的的含含量量，控控制制夹夹杂杂物物的数量、形态及分布，从本质上解决层状撕裂问题。的数量、形态及分布，从本质上解决层状撕裂问题。2.设设计计合合理理的的焊焊接接结结构构。焊焊接接结结构构的的种种类类、焊焊缝缝形形状状和和尺尺寸寸以以及及焊焊接接次次序序等等都都对对层层状状撕撕裂裂的的产产生生有有重重要要影影响响。设设计计时时，应应注注

41、意意尽尽量量使使结结构构不不在在过过大大的的拘拘束束状状态态下下施施焊焊和和使使用用，使使用用简简单单的的结结构构形形式式，相相邻邻接接头头之之间间保保持持一一定定距距离离，尽尽量量采采用用对对接接形形式式的的接接头头，避避免免角角接接头头，应应尽尽量量采采用用双双侧侧焊焊缝缝以以改改善善焊焊缝缝根部的应力状态，防止应力集中。根部的应力状态，防止应力集中。三、低合金高强钢的焊接三、低合金高强钢的焊接性分析性分析52三、低合金高强钢的焊接三、低合金高强钢的焊接性分析性分析5.脆化和软化脆化和软化（1）过热区的脆化）过热区的脆化 热热轧轧钢钢的的焊焊接接接接头头的的脆脆化化因因含含碳碳量量不不同同

42、而而异异。以以Q345(16Mn)钢钢为为例例，当当碳碳含含量量小小于于0.12%时时，脆脆化化一一般般是是由由于于过过热热区区晶晶粒粒粗粗化化而而形形成成魏魏氏氏组组织织造造成成的的；当当碳碳含含量量较较高高时时，除除魏魏氏氏组组织织引引起起的的脆脆化化外外，在在发发生生偏偏析析等等情情况况时还会出现由于形成高碳马氏体组织而引起的脆化。时还会出现由于形成高碳马氏体组织而引起的脆化。正正火火钢钢的的脆脆化化不不仅仅与与晶晶粒粒粗粗化化有有关关，而而且且与与沉沉淀淀强强化化的的元元素素有有关关。熔熔合合区区附附近近母母材材被被加加热热到到近近熔熔点点的的高高温温，碳碳化化物物或或氮氮化化物物几几

43、乎乎完完全全溶溶于于奥奥氏氏体体中中。即即使使焊焊接接冷冷却却速速度度较较慢慢，碳碳化化物物形形成成元元素素（如如Ti，V）也也来来不不及及析析出出而而留留存存在在固固溶溶体体中中。导导致致铁铁素素体体硬硬度度提提高高，韧韧性性下下降降。如如果果焊焊后后对对接接头头重重新正火新正火，可使正火钢的塑形和韧性得到恢复。，可使正火钢的塑形和韧性得到恢复。低低碳碳调调质质钢钢存存在在一一个个韧韧性性最最佳佳的的组组织织，即即马马氏氏体体和和10%-30%的的下下贝贝氏氏体，因此对应该组织的冷却时间则可作为最佳冷却时间。体，因此对应该组织的冷却时间则可作为最佳冷却时间。中中碳碳调调质质钢钢含含碳碳量量较

44、较高高，合合金金元元素素含含量量较较多多，过过热热区区很很容容易易形形成成硬硬而而脆脆的高碳马氏体，因此脆化倾向较严重。的高碳马氏体，因此脆化倾向较严重。5354（2）热影响区的软化）热影响区的软化 焊焊接接热热影影响响区区的的软软化化主主要要出出现现在在低低碳碳调调质质钢钢和和中中碳碳调调质质钢钢焊焊接接中中。在在焊焊接接热热循循环环作作用用下下，热热影影响响区区的的峰峰值值温温度度介介于于Ac1与与母母材材回回火火温温度度之之间间的的区区域域，相相当当于于经经受受了了高高于于原原来来母母材材回回火火温温度度的的一一个个回回火火处处理理，强强度度和和硬硬度度降降低低，即即会会出出现现局局部软

45、化现象。调质钢强度级别越高，软化问题越突出。部软化现象。调质钢强度级别越高，软化问题越突出。解决软化问题的最好措施就是焊后解决软化问题的最好措施就是焊后重新进行调质处理重新进行调质处理，如果不能进行重新调质处理，则应注意焊接方法的选择和焊如果不能进行重新调质处理，则应注意焊接方法的选择和焊接热输入的控制。接热输入的控制。三、低合金高强钢的焊接三、低合金高强钢的焊接性分析性分析55四、低合金高强钢的焊接四、低合金高强钢的焊接工艺要点工艺要点1.焊接方法及热输入焊接方法及热输入（1）焊接方法）焊接方法 对对于于正正火火钢钢和和热热轧轧钢钢，焊焊条条电电弧弧焊焊、埋埋弧弧焊焊、气气体体保保护护电电弧

46、弧焊焊等等常常规规焊焊接方法都可以采用，主要根据材料厚度、产品结构和施工条件来选择。接方法都可以采用，主要根据材料厚度、产品结构和施工条件来选择。低低碳碳调调质质钢钢存存在在高高温温回回火火软软化化问问题题，如如果果焊焊后后进进行行调调质质处处理理，常常用用的的弧弧焊方法都可以。如不进行焊后调质处理，则要限制母材的焊接热输入。焊方法都可以。如不进行焊后调质处理，则要限制母材的焊接热输入。对对于于强强度度级级别别超超过过980MPa的的低低碳碳调调质质钢钢，最最好好采采用用钨钨极极氩氩弧弧焊焊和和电电子子束束焊焊等等能能量量集集中中的的焊焊接接方方法法；强强度度级级别别低低于于980MPa的的低

47、低碳碳调调质质钢钢，可可采采用用焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极气保焊和钨极氩弧焊等方法。焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极气保焊和钨极氩弧焊等方法。中中碳碳调调质质钢钢对对焊焊接接方方法法没没有有限限制制。中中碳碳调调质质钢钢焊焊后后的的淬淬火火组组织织是是硬硬脆脆的的高高碳碳马马氏氏体体，对对冷冷裂裂纹纹极极其其敏敏感感，且且存存在在过过热热区区脆脆化化和和热热影影响响区区软软化化的的问问题题，所所以以焊焊后后必必须须进进行行热热处处理理，使使热热影影响响区区性性能能满满足足要要求求。因因此此，中中碳碳调调质钢一般经过退火质钢一般经过退火-焊接焊接-整体调质处理得到满足要求的接头。整体调质处理得到满足要

48、求的接头。56（2）焊接热输入）焊接热输入 各各种种正正火火钢钢和和热热轧轧钢钢焊焊接接接接头头的的脆脆化化程程度度、脆脆化化原原因因和和冷冷裂裂倾倾向向是是不不同同的的，对对热热输输入入的的要要求求就就不不同同。对对于于含含碳碳量量偏偏低低的的热热轧轧钢钢如如Q295，可可适适当当降降低低焊焊接接热热输输入入，以以免免过过热热区区粗粗化化形形成成魏魏氏氏组组织织；对对于于含含碳碳量量较较高高的的如如Q345，可适当加大焊接热输入，来降低淬硬倾向，防止冷裂纹产生。，可适当加大焊接热输入，来降低淬硬倾向，防止冷裂纹产生。低低碳碳调调质质钢钢的的热热影影响响区区的的强强度度、塑塑性性和和韧韧性性是

49、是靠靠低低碳碳马马氏氏体体和和下下贝贝氏氏体体提提供供的的。热热影影响响区区冷冷却却速速度度如如果果过过低低，奥奥氏氏体体将将转转变变为为粗粗大大贝贝氏氏体体，对对于于强强度度和和韧韧性性都都不不利利；然然而而过过高高的的冷冷却却速速度度也也会会到到时时抗抗裂裂性性和和塑塑性性的的下下降降。因此因此低碳调质钢有一个最佳冷却速度范围低碳调质钢有一个最佳冷却速度范围。中中碳碳调调质质钢钢一一般般采采用用较较小小的的焊焊接接热热输输入入，有有利利于于降降低低奥奥氏氏体体的的过过热热。这这是是因因为为即即使使采采用用大大的的焊焊接接热热输输入入，热热影影响响区区仍仍要要产产生生马马氏氏体体，但但这这一

50、一大大的的热热输输入入增增大大了了奥奥氏氏体体的的稳稳定定性性，结结果果使使淬淬火火区区形形成成粗粗大大的的马马氏氏体体，反反而而增增大了脆化和冷裂倾向。大了脆化和冷裂倾向。四、低合金高强钢的焊接四、低合金高强钢的焊接工艺要点工艺要点57四、低合金高强钢的焊接四、低合金高强钢的焊接工艺要点工艺要点2.焊接材料焊接材料（1）热轧钢及正火钢的焊接材料）热轧钢及正火钢的焊接材料 对对于于正正火火钢钢和和热热轧轧钢钢，焊焊缝缝金金属属热热裂裂纹纹倾倾向向较较小小，有有一一定定的的冷冷裂裂纹纹倾倾向向，一一般般可可按按照照等等强强原原则则选选择择焊焊接接材材料料，厚厚板板或或重重要要结结构构优优先先选选