1、大慶石油學院本科生畢業設計（論文）摘 要本文介紹了金屬焊接性以及焊接裂紋的概念，主要介紹冷裂紋的形成與影響因素、金屬焊接性的試驗研究方法，論述了低碳調質鋼的焊接性及焊接工藝特點。在總結大量資料和焊接實驗的基礎上，通過低碳調質鋼18mnmonb鋼斜y型焊接裂紋試驗，即小鐵研試驗、18mnmonb焊接熱影響區組織性能試驗、18mnmonb焊接裂紋斷口的掃描電鏡分析，分析低碳調質鋼的焊接性及產生冷裂紋的原因，并討論了預熱對焊接冷裂紋傾向的減小作用；并對18mnmonb焊接熱影響區組織進行了金相分析和性能研究，最后對18mnmonb焊接熱影響區的顯微硬度進行了測試。完成了低碳調質鋼18mnmonb鋼的

2、可焊性研究。關鍵詞：可焊性；焊接接頭；熱影響區；焊接裂紋40abstractthis paper introduces the concepts of metal welding and welding cracks，mainly on the formation and cold crack factors，and experimental methods of metal weldable capability，discussed the welding and welding technology features of low-carbon-quality steelon the ba

3、se of investigation and weld experiments，through low-carbon-quality steel of 18mnmonb y-silt type cracking test，structure and performance test of 18mnmonb weld heat affected zone，the scanning electron microscope analysis of 18mnmonb welding crack fracture，andanalysis the welding of low-carbon-qualit

4、y steel and the reasons of the cold crack and summarize the influence of preheat on cold cracking；and the study completed metallographic analysis and properties of the metal materials 18mnmonb weld heat affected zonefinally， micro-rigidity of 18mnmonb weld heat affected zone was testedthe metal weld

5、able capability of 18mnmonb was completedkey words：weldable；welding joint； haz；welding crac目 錄第1章 焊接技術概述1第2章 低碳調質鋼的焊接基礎理論32.1 焊接冶金過程特點32.2 焊接接頭的組織與性能42.3 低碳調質鋼熱影響區的組織分析72.4 低碳調質鋼的焊接性理論分析72.5 低碳調質鋼常用焊接方法12第3章 低碳調質鋼焊接性能研究試驗基礎143.1 低碳調質鋼常用焊接工藝143.2 低碳調質鋼的焊接工藝特點研究173.3 低碳調質鋼焊接性試驗及分類193.4 斜y形坡口焊接裂紋試驗法203

6、.5 滲透探傷法在焊接檢測中的應用223.6 焊接接頭金相試樣的制備233.7 焊接裂紋的斷裂形式及斷口形態24第4章 18mnmonb鋼的焊接性試驗及分析254.1 焊接試驗準備254.2 低碳調質鋼18mnmonb斜y型焊接裂紋試驗264.3 低碳調質鋼18mnmonb焊接裂紋斷口掃描電子顯微鏡分析304.4 18mnmonb焊接熱影響區組織及性能試驗314.5 18mnmonb焊接接頭的硬度試驗32結論35參考文獻36致謝37第1章 焊接技術概述焊接技術，又稱連接工程，是一種重要的材料加工工藝。所謂焊接就是把兩種或兩種以上的材料（同種或異種），通過加熱或加壓或兩種并用，并且用或不用填充材

7、料，使工件的材質達到原子間的結合而形成永久性連接的工藝過程。焊接與其他連接方式不同，不僅在宏觀上形成了永久的接頭，而且在微觀上建立了組織上的內在聯系1。由于焊接方法具有節省金屬，生產效率高，產品質量好和大大改善勞動條件等優點，在半個世紀內得到飛速發展。近代焊接技術，從1882年出現碳弧焊開始直到本世紀30年代，在生產上還只是應用氣焊和手工電弧焊等簡單的焊接方法。尤其是四十年代，出現了優質電焊條，使焊接技術得到一次飛躍。以后隨著埋弧焊和電阻焊的應用，使焊接過程的機械化和自動化成為現實。后來又出現電渣焊，各種氣體保護焊，直到六十年代發展起來的等離子弧焊、電子束焊、激光焊接等先進的焊接方法的涌現，使

8、焊接技術達到了一個先進的水平。近年來又在研究能量束焊接，例如太陽能焊接、冷壓焊接等新的焊接方法。可以說焊接方法層出不窮。金屬材料在焊接時要經受加熱、熔化、化學反應、結晶、冷卻、固態相變等一系列復雜的過程，這些過程又都是在溫度、成分及應力極不平衡的條件下發生的，有時可能在焊接區造成缺陷，或者使金屬的性能下降而不能滿足使用時的要求。金屬本身的物理性能、化學性能和力學性能，都不足以直接說明它在焊接時可能出現什么問題或焊接后能否滿足使用要求。金屬焊接性就是金屬是否能適應焊接加工而形成完整的、具備一定使用性能的焊接接頭的特性。金屬焊接性包括兩大方面內容，一是金屬在焊接加工中是否容易形成缺陷；二是焊成的接

9、頭在一定的使用條件下可靠運行的能力。這說明，焊接性不僅包括結合性能，而且包括結合后的使用性能2。從理論上分析，只要在熔化狀態下能夠相互形成溶液或共晶的任意兩種金 屬或合金都可以經過熔焊形成接頭。同種金屬或合金之間當然是可以形成焊接接頭的。許多異種金屬或合金之間也是可以形成焊接接頭的，只是有時是需要通過中間過渡層的。因此，可以認為上述幾種情況都可以看作是“具有一定焊接性”的。差別在于有的工藝過程很簡單，有的工藝過程很復雜；有的接頭質量高、性能好、有的接頭質量低、性能差。所以，金屬焊接工藝過程簡單而有接頭質量高、性能好時，就稱作焊接性好；反之，就稱焊接性差。所謂工藝焊接性，是指在一定焊接工藝條件下

10、，能否獲得優質、無缺陷的焊接接頭的能力。對于一般熔焊來講，焊接過程都要經歷加熱熔化、冶金反應和隨后冷卻過程。因此，工藝焊接性又分為“熱焊接性”和“冶金焊接性”。熱焊接性是指焊接熱過程中，對焊接熱影響區組織性能及產生的缺陷的影 響程度，它用于評定被焊金屬對熱作用的敏感性；冶金焊接性是指冶金反應對焊縫性能和產生缺陷的影響程度。所謂使用焊接性是指焊接接頭或整體結構滿足各種使用性能的程度，其中包括力學性能、低溫韌性、抗脆斷性能、高溫蠕變、疲勞性能、持久強度，以及抗腐蝕性能和耐腐蝕性能等。焊接性的提出為判斷材料能否適應焊接加工，提供了可靠的依據。現階段，用來判斷可焊性的方法很多，如可以直接采用焊接試驗，

11、也可以通過分析金屬的化學成分、物理特性、與各種氣體的親和力、相圖特點，cct圖或scct圖、熱處理狀態、焊接工藝條件、保護方式、工藝措施等來評價焊接性。在本論文中，將簡單介紹焊接性及其試驗方法，對低碳調質鋼的焊接性能進行研究。低碳調質鋼的s一般為441980mpa，在調質態供貨和使用。其特點是含碳量更低，淬火組織為低碳馬氏體，不僅強度高，并且兼有良好的塑性和韌性，可以直接在調質狀態下進行焊接，焊后也不需要進行調質處理。必要時可采取消除應力處理。這類鋼由于強度高，主要用于高壓設備。這類剛為了保證良好的綜合性能和焊接性，要求c0.22%，實際上含碳量都在0.18%以下。s 441490mpa的低合

12、金高強鋼中有調質和正火（或正火+回火）兩類。調質鋼的韌性和焊接性通常都比同一強度等級的正火鋼好；熱影響區的淬硬傾向小，冷裂敏感性低。焊接裂紋是金屬焊接時產生的主要缺陷，是在焊縫中的應力大而該部分的塑性變形能(即延伸性)小的情況下產生的。焊接裂紋產生的主要原因，通常隨發生場所、發生時期及其形態的不同可有冷裂紋和熱裂紋兩種。焊接金屬裂紋主要由焊接金屬凝固時的收縮應力所引起。評定母材焊接性優劣程度的試驗稱為焊接性試驗。其主要內容有：焊接熱裂紋試、焊接冷裂紋試驗、焊接熱裂紋和層狀撕裂試驗、焊接熱影響區缺口脆性試驗和焊接接頭的使用性能試驗。在本論文中，對低碳調質鋼18mnmonb進行了斜y型焊接冷裂紋實

13、驗研究并用掃描電鏡對裂紋斷口進行觀察，判斷出裂紋的斷裂形式，對18mnmonb鋼焊接熱影響區組織性能進行了研究，并對其焊接接頭組織進行了金相分析及顯微硬度分析。隨著人類社會對物質文明的追求、各種新型材料的不斷開發及科學技術的不斷發展，焊接技術已成為一門獨立的科學。它廣泛地應用于石油化工、電力、航空航天、海洋工程、核動力工程、微電子技術，橋梁、船舶、艦艇，以及各種金屬結構等工業部門。而可焊性是焊接的首要條件，可以預料，隨著焊接工業的發展，焊接將會向著更加高效、環保、新型的方向發展。第2章 低碳調質鋼的焊接基礎理論2.1 焊接冶金過程特點熔焊時，金屬、熔渣與氣相之間進行一系列的化學冶金反應，如金屬

14、氧化、還原、脫硫、脫磷、參合金等。這些冶金反應可直接影響焊縫的成分、組織和性能。近年來，通過焊接材料向焊縫中加入微量合金元素（如ti、mo、nb、v、zr、b和稀土等）、適當的降低寒風中的碳、最大限度的排除焊縫中的硫、磷、氧、氮、氫等雜質強化焊縫，提高焊縫的韌性。焊接冶金過程實質上是金屬在焊接條件下的再熔煉過程，具有下列特點：（1）電弧反應區溫度高電弧焊時弧柱溫度可達6000以上，熔滴溫度可達18002400，熔池平均溫度也在（1770100）左右。在這樣高的溫度下，工件焊接區局部金屬熔化形成熔池，焊條也熔化，通過電弧進入熔池。熔池上部充滿大量氣體，熔池中有一定熔渣。在這個高溫的焊接區，不僅有

15、氣體分子，而且存在受熱分解的氣體原子及受激發的氣態離子。氣體的狀態不同，在金屬中的溶解度也不同。以原子、離子狀態存在的氣體，其化學活性顯著增加，在金屬中的溶解度也隨之增加。因此，電弧焊時，熔化金屬吸收的氣體量常常超過它的標準溶解度，從而嚴重影響焊縫金屬的成分和性能。（2）熔池體積小，冷卻速度快電弧焊時，熔池體積最大只有30cm3，質量不超過100g，而且熔池周圍被金屬包圍，冷卻速度較快，平均冷速為4100/s，與鑄錠冷速相差幾千倍鑄錠平均冷速為（3150）10-4/s。因此，冶金反應時間較短，有時反應不能達到平衡，化學成分不太均勻，凝固后使合金元素存在偏析現象。液態時金屬吸收的氣體有時來不及逸

16、出而形成氣孔。一些非金屬夾雜物也可能來不及付出而留在焊縫金屬中造成。（3）鐵水進入熔池電弧焊時，焊條熔化后以滴狀進入熔池填充焊縫，因此，熔化金屬與氣體、熔渣的接觸面積比正常煉鋼時要大得多。這使冶金反應速度加快，增加合金元素的蒸發、燒損。氣體熔入金屬的機會也大大增加。（4）組織差別大焊接過程中，溫度高，液體金屬蒸發，化學元素燒損，有些元素在焊縫金屬和基體金屬之間相互擴散，近縫區各段所處溫度又不同，冷卻后焊接區的顯微組織差別極大。焊縫金屬由柱狀晶組成的鑄態組織，母材熱影響區是在不同峰值溫度焊接熱循環作用下產生梯度性組織特征。明顯的組織差異影響著接頭的性能3。隨著焊接熱源離開，經過化學冶金反應的熔池

17、金屬就開始凝固結晶，金屬原子有近程有序變為遠程有序排列，即有液態轉變為固態。對于具有同素異構轉變的金屬，隨溫度下降，將發生固態轉變。例如鋼鐵材料，將發生轉變。因焊接條件是快速連續冷卻，并受局部拘束應力的作用，因此，可能產生偏析、夾雜、氣孔、熱裂紋、冷裂紋、脆化等缺陷。下面我們將會對焊接接頭的組織和力學性能和焊接接頭的裂紋進行分析。2.2 焊接接頭的組織與性能焊接中應用的焊接方法不同，形成焊接接頭是不同的。但熔化焊焊接接頭，從宏觀上說，都有熔化焊縫、熱影響區及母材三部分，在焊縫和熱影響區中間存在過渡區，稱為熔合區3。在微觀上，具體劃分方法如圖2-1：圖2-1 焊接接頭金屬區域組成示意圖1完全混合

18、區 2不完全混合區 3部分熔合區 4純熱影響區 5焊接邊界 6母材2.2.1 對焊縫金屬的研究焊縫金屬由熔化的母材和填充材料組成。焊接時，焊縫金屬由高溫液態冷卻至常溫固態，要經過從液相轉化為固相的一次結晶過程和在固態焊縫金屬中進行的同素異構轉變的二次結晶過程，從而使焊縫金屬具有如下特點：（1）存在鑄造缺陷焊接的冶金過程與鑄造相似，因此它也存在一般鑄造中常產生的氣孔、夾渣、偏析和晶粒大等缺陷。其晶體總是垂直于焊縫金屬邊緣向焊縫中心成長，最終形成粗大的柱狀晶，具有很強的方向性，利于雜質偏析和熱裂紋的形成。由于晶粒粗大，故其塑性和韌性一般較母材差。（2）焊縫中存在雜質此處的雜質不是熔渣，因為熔渣相對

19、密度小，易浮于表面。焊縫中的夾雜主要是指熔池冶金反應中生成的氧化物和硫化物等顆粒，由于結晶過程凝固較快，來不及浮出而殘存于焊縫內部。低碳鋼中的夾雜物一般為硅酸鹽、主要是sio2，呈彌散狀態分布，對焊縫的危害較大。（3）焊縫中的偏析熔池的結晶過程是一種不平衡過程，由于冷卻速度快，焊縫金屬中的元素來不及擴散而造成化學和成分分布不均勻，這種溶質元素偏離其平均濃度的不均勻分布稱為偏析。焊縫中的偏析既表現晶內與晶界，又表現焊縫邊緣與焊縫中心以及每層焊波之間。根據焊接過程的特點，焊縫中的偏析主要有顯微偏析、區域偏析和層狀偏析等。顯微偏析是指晶粒內部和晶粒之間的化學成分不均勻。一般情況下，合金元素含量越高，

20、就越出現顯微偏析。區域偏析是指焊縫中心部位的雜質較其他部位的高。通常窄而深的焊縫區域偏析較寬而淺的焊縫區域偏析嚴重。區域偏析不但影響性能，而且產生熱裂紋。層狀偏析是指柱狀結晶方向上雜質濃度的差別。這種偏析會使焊縫性能不均或誘發裂紋。（4）焊縫中的雜質元素硫和磷硫主要以fes和mns形式存在于焊縫中，硫會以熔點為985的的fe+fes和熔點為940的feo+fes低熔點共晶物，呈片狀或鏈狀析集于晶界，從而促生熱裂紋，并使韌性下降；還可與ni形成ni+ni3s2共晶物，其熔點僅645，危害更大。焊縫中的p主要以fe2p和fe3p形式存在，且可以生成熔點為1050的fe+fe3p和熔點為880的ni

21、+ni3p低熔點共晶物。故p也是熱裂紋的促生元素，而且還使韌性特別是低溫韌性下降。p主要來自焊接材料和母材。焊縫中的s主要來自焊接材料。為此，對焊接材料中的硫均有嚴格限制。堿性焊條的脫硫效果由于酸性焊條。（5）焊縫金屬的力學性能焊縫金屬是由焊接材料與部分母材經過熔化冷凝形成的鑄造組織，它是由母材開始垂直于等溫線方向（最大溫度梯度的方向）結晶長大的。單層焊的組織是典型的柱狀組織。在多層焊時，對前一道焊縫要重新加熱，其加熱超過900的部分，消除了柱狀組織，并使晶粒細化，故焊縫金屬的力學性能較單層好。2.2.2 熔合區的構成與特點（1）熔合區的構成熔合區即焊接接頭中焊縫向母材熱影響區過渡的區域，由熔

22、合線兩側的半熔化區（不完全混合區）和未混合區（部分熔合區）兩部分所組成，如圖2-1所示。 半熔合區是緊鄰熱影響區側固液共存的部位。它的產生，一是由于電弧吹力和熔滴過渡可能造成的坡口熔化不均勻；二是由于母材晶粒的取向不同所造成的熔化不均勻；再有就是母材各點熔質分布不均勻而形成的理論熔點和實際熔點差異造成。可見熔化過程的復雜性是導致出現半熔化區的主要原因。未混合區（不完全混合區）是焊縫中緊鄰焊縫邊界的部位。它主要由焊接時熔化在凝固的母材所組成，而未與熔化填充金屬完全相混合，因此實際就是負極母材成分的焊縫區。它的形成是由于熔池邊緣的溫度較低，使對流與擴散過程進行困難，從而導致母材與填充金屬不能很好的

23、混合。母材與填充金屬成分差異越大，未混合區越明顯。如果填充金屬成分與母材成分完全相同，未混合區會消失。（2）熔合區的特點溫度處于固相線和液相線之間。這個區域的金屬處于局部熔化狀態，因此，盡力十分粗大，化學成分和組織都極不均勻。此區靠近母材一側的金屬組織屬于過熱組織，塑性很差。對于低碳鋼，固相線和液相線之間的溫度區間很小，在各種熔化焊條件下，這段區域很窄，金相觀察實際上很難區分出來，但對焊接接頭的強度、塑性卻有很大影響。由于化學成分和物理化學性能不同，故該區焊接殘余應力也大。熔合區有兩高一低的特點，即殘余應力和硬度高，而韌性低。在熔合線附近部位往往具有焊接接頭最低的韌性和最高的硬度。因此，熔合區

24、還常常是脆性斷裂和焊接裂紋的發源地，是焊接接頭的最薄弱區。2.2.3熱影響區在焊接過程中會，由于受到焊接熱循環的作用而發生組織和性能變化的木材部分，稱為焊接熱影響區（簡稱haz）。實際上，熱影響區各部位是在焊接過程中經受一次特殊的熱處理過程。該過程所引起的組織與性能不均勻變化，會給焊接接頭造成組多不良影響，如產生硬化、軟化或脆化等。由于焊接熱影響區各點被加熱的溫度不同，它們的組織和性能也不同。熱影響區某點被加熱的最高溫度以及在高溫停留的時間長短和隨后的冷卻速度快慢，決定了該點的組織變化情況。而加熱和冷卻速度的快慢與焊接方法及焊接規范有關。通常用于焊接的結構鋼，從熱處理的特性來看，可分為兩大類：

25、一類是在一般焊接條件下淬火傾向較小的鋼，例如低碳鋼和含合金元素較少的普通低合金鋼，稱為“不易淬火鋼”；另一類是含合金元素較多或含碳量較高，淬火傾向較大的鋼，稱為“易淬火鋼”。這兩類鋼的焊接熱影響區組織不同。下面對低碳調質鋼熱影響區的組織與性能進行研究。2.3 低碳調質鋼熱影響區的組織分析對于強度和碳當量較高的鋼，如低碳調質鋼、中碳鋼和高強度級別的低合金鋼等，在焊接后易產生淬火馬氏體組織，屬于易淬火鋼。這類鋼的熱影響區可分為3部分。（1）淬火區 處于ac3以上的高溫區。由于焊后自然冷卻較快，容易產生馬氏體。在近縫的過熱區是粗大的馬氏體，特別脆，而在相當于正火溫度范圍則為細小馬氏體，也可能產生貝氏

26、體或屈氏體的混合組織區。淬火組織硬度高，塑性、韌性低，再加上組織不均勻，故易產生冷裂紋。（2）部分淬火區 或稱不完全淬火區，處于ac1ac3之間。加熱時珠光體變成奧氏體，而鐵素體幾乎沒有變化；冷卻下來時，奧氏體轉變為高碳馬氏體，最后形成塊狀鐵素體+高碳馬氏體或某些其他組織的混合體。該區的組織不均，塑性、韌性差，強度也有所下降。（3）回火區 處于ac1溫度以下。對于原始狀態為退火態的易淬火鋼不存在此區。若原始態為淬火態，此區焊后相當于經受了回火處理，會得到不同類型的回火組織，其韌性較焊前有所提高；若原始態為調質態，則高于原回火溫度處發生軟化，強度、硬度有所下降，韌性有所上升，而低于原回火溫度處組

27、織和性能不變。2.4 低碳調質鋼的焊接性理論分析2.4.1 金屬可焊性概念金屬焊接性就是金屬是否能適應焊接加工而形成完整的、具備一定使用性能的焊接接頭的特性。金屬焊接性的概念包括兩大方面內容，一是金屬在焊接加工中是否容易形成缺陷；二是焊成的接頭在一定的使用條件下可靠運行的能力。這說明，焊接性不僅包括結合性能，而且包括結合后的使用性能。從理論上分析，只要在熔化狀態下能夠相互形成溶液或共晶的任意兩種金屬或合金都可以經過熔焊形成接頭。許多異種金屬或合金之間也是可以形成焊接接頭的，只是有時是需要通過中間過渡層的。因此，可以認為上述情況都可以看作是“具有一定焊接性”的。差別只在于有的工藝過程很簡單，有的

28、工藝過程很復雜；有的接頭質量高、性能好，有的接頭質量低、性能差。所以，金屬焊接工藝過程簡單而接頭質量高、性能好時，就稱作焊接性好；反之，就稱作焊接性差。2.4.2 金屬焊接性化學分析方法（1）碳當量法(carbon equivalent) 鋼材的化學成分對焊接熱影響區的淬硬及冷裂傾向有直接影響，因此可以用化學成分來分析其冷裂敏感性。各種元素中，碳是對冷裂敏感性影響最顯著的一個。因而，人們就將各種元素都按相當于若干含碳量折合并疊加起來求得所謂碳當量（ce或ceq）用ce或ceq來估計冷裂紋傾向的大小。日本jis和wes采用的碳當量公式為： （2-1）此式適用于低碳調質鋼。其化學成分為：c0.2%

29、或0.18%；si0.55%；mn1.5%；cu0.55%；ni2.5%；cr1.25%；mo0.70；v0.1；b0.006%。當板厚25mm，手弧焊線能量17kj/cm時，碳當量為0.52%時，對于b=700mpa的低碳調質鋼來說，預熱溫度為100。（2）焊接冷裂紋敏感指數 除碳當量外，焊縫含氫量和接頭拘束度都對冷裂傾向有很大影響。有人曾對200多種不同成分的鋼材、不同的厚度及不同的焊縫含氫量進行試驗，求得焊接冷裂紋敏感指數pc： (%) （2-2）式中 板厚(mm)； h焊縫中擴散氫含量(ml/100g)。此式適用條件：c0.070.22；si0.60%；mn0.401.40%；cu0.

30、50%；ni1.20%；cr1.20%；mo0.70%；v0.12%；nb0.04%；ti0.05%；b0.005%；=1950mm；h=1.05.0ml/100g(gb396583測氫法)。求得pc后，利用下式即可求出斜y坡口對接裂紋試驗條件下，為防止冷裂所需要的最低預熱溫度()： () （2-3）2.4.3低碳調質鋼典型鋼種成分及性能正火鋼是通過沉淀析出和細化晶粒來提高強度并保證韌性符合要求的。為了進一步大幅度提高鋼的強度，光靠增加合金元素和正火是達不到理想結果的。一般來說，加入的合金元素就越多，強度越高。但當合金元素的含量達到一定范圍之后，鋼的塑性和韌性會嚴重惡化，合金元素在強化的同時，

31、對鋼材塑性和韌性的影響是比較復雜的，固溶強化的同時，往往會引起塑性和韌性的下降，只有少數一些元素（如mn和ni等）在一定含量的范圍內，能強化的同時對韌性也有所改善，而沉淀強化往往會伴隨著韌性和塑性的較大損失。所以，一般來說，合金元素對塑性和韌性的影響大體上與其強化作用相反,即強化效果越大，塑性和韌性的降低越多。當合金元素的含量超過一定范圍之后，會出現韌性大幅度下降。在正火條件下，通過增加合金元素來進一步提高強度時引起韌性急劇惡化的現象。因此，s490mpa的高強鋼都需要調質。調質鋼主要是靠調質處理，可以充分地發揮合金元素的強化作用，因此在正火鋼的基礎上，只需添加少量合金元素就能通過淬火和回火來

32、更有效地提高強度并保證韌性。低碳調質鋼的s一般為441980mpa，在調質態供貨和使用。其特點是含碳量更低，淬火組織為低碳馬氏體，不僅強度高，并且兼有良好的塑性和韌性，可以直接在調質狀態下進行焊接，焊后也不需要進行調質處理。這類鋼由于強度高，主要用于高壓設備。這類剛為了保證良好的綜合性能和焊接性，要求c0.22%，實際上含碳量都在0.18%以下。s 441490mpa的低合金高強鋼中有調質和正火（或正火+回火）兩類。調質鋼中最簡單的一類，就是將s343mpa的mn-si鋼進行調質處理后達到的s441490mpa。但當板厚加大或強度級別要求更高時，就需添加一些其他的合金元素，如cr、ni、mo、

33、v、nb、b、ti、zr和cu等元素，來保證達到足夠的淬透性和抗回火性。日本的k-ten62m就是調質的mn-v鋼；美國a533標準中的幾個壓力容器用高強度調質鋼，其實就是a302標準中的幾個正火+回火的mn-mo和no-ni-mo系鋼，通過調質處理后，將原來的s343mpa提高到s490mpa的水平。s超過490mpa的高強鋼，基本上都需要在調質狀態下使用，如美國的hy-80，日本的ht70就是s495mpa的ni-cr-mo系調質鋼。50年代初美國研制了一種s686mpa的t-1鋼，并在此基礎上形成了a517標準中的一系列高強度調質鋼。它們都是以mo-b為基礎分別加入cr、ni、v、nb、

34、ti、zr、cu和mn等元素形成的，其中a517f，即t-1鋼（mn-ni-cr-mo-cu-v-b），a517j、k鋼的成分最簡單（mn-mo-b）。日本的ht80（s686mpa）基本上是仿t-1鋼發展起來的，如wel-ten80，其中有一種是不含ni的，如wel-ten80c。我國的14mnmonbb和近年來由鞍山鋼鐵廠試制成功的hq80c都屬于這一類鋼，德國的s686mpa級鋼不是以mo-b為基，而是mn-cr-mo-zr系，如17mncrmo33鋼。當s882mpa后，一般要在鋼中加入更多的ni，如美國的hy-130（5ni-cr-mo-v）和s1225mpa的hp-4-20鋼（9n

35、i-4co-cr-mo-v）。在這類鋼中，為了改善野外施工焊接條件和提高低溫韌性，開發了一種含c量極低（0.09%）的調質鋼，即焊縫無裂紋鋼（簡稱cf鋼），這是70年代發展起來的一個新分支。眾所周知，為了提高鋼材的抗冷裂性和低溫韌性，降低含c量是一個有效的措施，但會犧牲鋼材的強度。為了彌補這一損失，可通過加入多種微量元素，特別是像b那樣能對淬透性有強烈影響的元素來提高淬透性。因此，這類鋼調質后具有足夠高的強度和韌性，與同強度等級的一般高強度低合金鋼相比，具有低c和低pcm的特點。日本的ht60cf類型調質鋼的成分范圍為：c0.04%0.09%，cr0.2%0.3%，mo0.2%0.3%，v13

36、焊條直徑/mm23.23.244546在板厚相同的條件下，平焊位置的焊接所選用的焊條直徑應比其他位置大一些，立焊、橫焊和仰焊應選用較細的焊條，一般不超過4.0mm。第一層焊道應選用小直徑焊條焊接，以后各層可以根據焊件厚度選用較大直徑的焊條。t形接頭、搭接接頭都應選用較大直徑的焊條。（2）焊接電源種類和極性的選擇用交流電源焊接時，電弧穩定性差。采用直流電源焊接時，電弧穩定、柔順、飛濺少，但電弧磁偏吹較交流嚴重。低氫型焊條穩弧性差，通常必須采用直流弧焊電源。用小電流焊接薄板時，也常用直流弧焊電源，因為引弧比較容易，電弧比較穩定。低氫型焊條用直流電源焊接時，一般要用反接，因為反接的電弧比正接穩定。焊

37、接薄板時，焊接電流小，電弧不穩，因此焊接薄板時，不論用堿性焊條還是酸性焊條，都選用直流反接。（3）焊接電流的選擇選擇焊接電流時，應根據焊條類型、焊條直徑、焊件厚度、接頭形式、焊接位置和層數等因素綜合考慮。如果焊接電流過小會使電弧不穩，造成未焊透、夾渣以及焊縫成形不良等缺陷。反之，焊接電流過大易產生咬邊、焊穿、增加焊件變形和金屬飛濺量，也會使焊接接頭的組織由于過熱而發生變化。所以，焊接時要合理選擇焊接電流。對于一定直徑的焊條有一個合適的焊接電流范圍，可參考表3-2選擇。表3-2 焊接電流和焊條直徑的關系焊條直徑/mm1.62.02.53.2456焊接電流/a2540406550801001301

38、60210200270260300在相同焊條直徑的條件下，平焊時焊接電流可大些，其他位置焊接電流應小些。在相同條件的情況下，堿性焊條使用的焊接電流一般可比酸性焊條小10%左右，否則焊縫中易產生氣孔。總之，在保證不焊穿和成形良好的條件下，應盡量采用較大的焊接電流，并適當提高焊接速度，以提高焊接生產率。（4）焊縫層數的選擇在焊件厚度較大時，往往需要進行多層焊。對于低碳鋼和強度等級較低的低合金鋼的多層焊時，每層焊縫厚度過大時，對焊縫金屬的塑性（主要表現在冷彎上）有不利影響。因此，對質量要求較高的焊縫，每層厚度最好不大于45mm。焊接層數主要根據焊件厚度、焊條直徑、坡口形式和裝配間隙等來確定，可作如下

39、近似估算： （3-1）式中 n焊接層數；焊接厚度（mm）；d焊條直徑（mm）。（5）電弧電壓與焊接速度的控制焊條電弧焊的電弧電壓主要由電弧長度來決定：電弧長度越大，電弧電壓越高；電弧長度越短，電弧電壓越低。在焊接過程中，應盡量使用短弧焊接。立焊、仰焊時弧長應比平焊更短些，以利于熔滴過渡，防止熔化金屬下滴。堿性焊條焊接時應比酸性焊條弧長短些，以利于電弧的穩定和防止氣孔產生。焊接過程中，焊接速度應該均勻適當，既要保證焊透又要保證不焊穿，同時還要使焊縫寬度和余高符合設計要求。如果焊接速度過快，熔化溫度不夠，易造成未熔合、焊縫成形不良等缺陷；如果焊接速度過慢,使高溫停留時間增長，熱影響區增加，焊接接頭

40、的晶粒變粗，力學性能降低，同時使焊件變形量增大。當焊接較薄焊件時，易形成燒穿。焊接參數對熱影響區的大小和性能有很大影響。采用小的焊接參數，如降低焊接電流，增大焊接速度等，都可以減小熱影響區的尺寸。不僅如此，從防止過熱組織和晶粒細化角度看，也是采用小參數比較好。3.2 低碳調質鋼的焊接工藝特點研究這類鋼的特點是含碳量低，因此淬火后的組織是強度和韌性都較高的低碳馬氏體+貝氏體，使有可能在一般的電弧焊的條件下，獲得性能與母材相近的熱影響區。在焊接這類鋼時要注意兩個基本問題：一是在馬氏體轉變時的冷卻速度不能太快，使馬氏體有一“自回火”作用，以免冷裂紋的產生；二是在800500之間的冷卻速度大于產生脆性

41、混合組織的臨界速度。這兩個問題是制定低碳調質鋼焊接工藝的主要依據。至于熱影響區的軟化問題，在采用小線能量焊接后就可基本解決。（1）焊前準備對于s600mpa的低碳低合金調質鋼，焊縫布置與接頭的應力集中程度都對接頭質量有明顯的影響。合理的接頭設計應是應力集中系數盡可能小，且具有好的焊接可達性，并便于焊后檢驗。為此，應避免將焊縫布置在斷面突然變化的部位，并要考慮施焊方便。一般來說，對接焊縫比角焊縫更為合理，因為后者應力集中系數大，并有明顯的缺口效應；同時，對接焊縫更便于進行射線和超聲波探傷。坡口形式以u形或v形最佳，單邊v形或j形破口也可以采用，但必須在工藝規程中注明要求兩個坡口面必須完全焊透。為了降低焊接應力，可采用雙v形或雙u形坡口。強度較高的低碳低合金調質鋼在焊縫成形不良時，在焊趾處將產生