1、3.3 低碳調質鋼的焊接什么叫調質？金屬學與熱處理：淬火+高溫回火焊接：淬火+回火為什么要調質？種類高強度結構鋼b 600-800MPa 高強度耐磨鋼b1000MPa 高強高韌性鋼b700MPa 14MnMoNbB、15MnMoVNRE、HQ70、HQ80C等如HQ100、HQ13012Ni3CrMoV、10Ni5CrMoV以及美國的HY80、HY-130、HP-9-4-203.3.1 低碳調質鋼的種類、成分及性能表3-15 低碳調質鋼的化學成分（質量分數） （%）表3-16 低碳調質鋼的力學性能3.3.2 低碳調質鋼的焊接性分析焊接性分析焊縫強韌性匹配冷裂紋 熱裂紋及再熱裂紋 焊縫強度匹配系

2、數S(b)w/(b)b表征接頭力學非均質性的參數之一，(b)w為焊縫強度，(b)b為母材強度當(b)w/(b)b1(b)w/(b)b1(b)w/(b)b1超強匹配低強匹配等強匹配1焊縫強韌性匹配強韌匹配的三個觀點對于較低強度的鋼等強匹配選擇焊接材料；“低強匹配”焊材并不意味著接頭強度一定低于母材。對承受動載荷、重載荷和低溫工作的高強鋼焊接接頭，除強度性能外，還要求有較高的韌性；2冷裂紋由于含碳量比較低，熱影響區的粗晶區形成低碳馬氏體，馬氏體的起始轉變點Ms點比較高；限制焊縫含氫量在超低氫水平對于防止低碳調質鋼焊接冷裂紋十分重要。鋼材強度級別越高, 冷裂傾向越大。對但熱影響區淬硬組織為Ms點較高

3、的低碳馬氏體，具有一定韌性，裂紋敏感性小。圖3-21 低碳調質鋼TRC試驗的應力與時間關系(80%Ar+20%CO2 MAG)a) HQ60 b) HQ70 2熱裂紋及消除應力裂紋熱影響區 性能變化 調質鋼熱影響區組織特征 熱影響區脆化 熱影響區軟化 調質鋼熱影響區組織特征熱影響區脆化圖3-24 裂紋在低碳馬氏體和ML+BL混合組織中擴展的示意圖a) 低碳馬氏體組織 b) ML+BL混合組織 圖3-25 不同相變溫度下/界面碳含量的分布1相變溫度高冷速小時；2中溫相變，冷速中等時; 3相變溫度低冷速大時 熱影響區軟化圖3-28 調質鋼焊接熱影響區的硬度分布A焊前淬火+低溫回火 B焊前淬火+高溫

4、回火 C焊前退火1淬火區 2部分淬火區 3回火區 3.3.3 低碳調質鋼的焊接工藝特點低碳調質鋼焊接時要注意兩個基本問題要求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，以防止冷裂紋的產生要求在800-500之間的冷卻速度大于產生脆性混合組織的臨界速度1焊接方法和焊接材料的選擇低碳調質鋼焊接要解決的問題 防止裂紋在保證滿足高強度要求的同時，提高焊縫金屬及熱影響區的韌性2焊接參數的選擇焊接參數的選擇 焊接熱輸入的確定 預熱溫度和 焊后熱處理 焊接熱輸入的確定預熱溫度和焊后熱處理表3-20 兩種低碳調質鋼的最大熱輸入 HQ70和HQ80低碳調質鋼焊接一般要求低溫預熱，預熱溫度和最大

5、焊接熱輸入見表3-203.4 中碳調質鋼的焊接3.4.1 中碳調質鋼的成分和性能成分和性能中碳調質鋼的屈服強度達880-1176MPa以上 保證鋼的淬透性，消除回火脆性再通過調質處理獲得綜合性能較好的高強鋼 鋼中的含碳量（wC=0.25%-0.5%）較高，并加入合金 元素（如Mn、Si、Cr、Ni、B及Mo、W、V、Ti等） 表3-24 中碳調質鋼的化學成分（質量分數）（%） 中碳調質鋼的合金系統 35CrMoA和35CrMoVA 30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A 40CrMnSiMoVA 40Cr 屬于Cr-Mo系統 屬于 Cr-Mn-Si系統 是一種廣泛應用的含Cr 中碳調質鋼

6、 3.4.2 中碳調質鋼的焊接性分析中碳調質鋼的焊接性分析熱影響區脆化 熱影響區軟化 熱影響區 的脆化和軟化 淬硬性和冷裂紋 焊縫中的熱裂紋 焊縫中的熱裂紋淬硬性和冷裂紋熱影響區脆化熱影響區軟化3.4.3 中碳調質鋼的焊接工藝特點中碳調質鋼的焊接工藝特點退火或正火狀態下焊接 調質狀態下焊接 焊接方法及焊接材料 退火或正火狀態下焊接調質狀態下焊接焊接方法與焊接材料焊接 方法：焊條電弧焊、氣體 保護焊、埋弧焊等 焊接 材料 ：采用低碳合金系，降低焊縫金屬的S、P雜質含量 預熱和焊后熱處理：預熱溫度一般為200-350 中間熱處理 表3-28 中碳調質鋼焊接材料的選用表3-29 常用中碳調質鋼焊接的

7、預熱溫度表3-30 常用中碳調質鋼的焊后熱處理3.5 珠光體耐熱鋼的焊接3.5.1 珠光體耐熱鋼的成分及性能成分及性能珠光體耐熱鋼的室溫強度并不太高，通常是在退火狀態或正火+回火狀態供貨，在正火+回火或淬火+回火狀態下使用 厚度不超過30mm的Mo鋼和Mn-Mo鋼可以在熱軋狀態供貨或使用，其他的耐熱鋼應以熱處理狀態供貨 珠光體耐熱鋼Cr的質量分數一般為0.5%-9%，Mo的質量分數一般為0.5%或1% 耐熱鋼的三種合金化方式實 現強化 基體固 溶強化 第二相沉淀強化 晶界 強化 加入合金元素強化鐵素體基體，常用的Cr、Mo、W、Nb元素能顯著提高熱強性 在鐵素體為基體的耐熱鋼中，強化相主要是合

8、金碳化物（V4C3或VC、NbC、TiC等） 加入微量元素（RE、B、Ti+B等）能吸附于晶界，延緩合金元素沿晶界的擴散 3.5.2 珠光體耐熱鋼的焊接性分析珠光體耐熱鋼的焊接性分析熱影響區硬化及冷裂紋回火脆性消除應力裂紋（SR裂紋）3.5.3 珠光體耐熱鋼的焊接工藝特點常用焊接方法和焊接材料焊接 方法 焊接材 料的選用 預熱及焊 后熱處理 焊條電弧焊、埋弧焊、熔化極氣體保護焊、電渣焊、鎢極氬弧焊等 厚度15mm以上的Cr-Mo耐熱鋼板，切割前應預熱150以上 珠光體耐熱鋼的焊縫成分應與母材相近 表3-35 珠光體耐熱鋼焊接材料的選用3.6 低溫鋼的焊接通常把-10-196的溫度范圍稱為 主要

9、用于制造-20-253低溫下工作的焊接結構 低于-196（直 到-273）時稱為 “低溫” （我國從-40算起） “超低溫” 如貯存和運輸各類 液化氣體的容器等 3.6.1 低溫鋼的分類、成分及性能低溫鋼的分類按使用溫度等級分類按合金含量 和組織分類 按有無鎳、鉻元素分類 按熱處理方法分類 -10-40、-50-90、 -100-120和-196-273等 低合金鐵素體低溫鋼、中合金 低溫鋼和高合金奧氏體低溫鋼 無鎳、鉻低溫鋼和含鎳、鉻低溫鋼 非調質低溫鋼和調質低溫鋼 低溫鋼的學成分和組織 低合金低溫鋼（無Ni低溫鋼） 鋁鎮靜Si-Mn低溫鋼是先用Si、Mn進行脫氧，再用鋁進行強烈脫氧的優質鋼

10、種 中合金低溫鋼（含Ni低溫鋼）合金元素總的質量分數為5%-10%其組織與熱處理工藝有關 表3-39 常用低溫鋼的力學性能3.6.2 低溫鋼的焊接性分析低溫鋼的焊接性分析無Ni低溫鋼的焊接性特點C：0.06-0.20%；Me5%；焊接性良好。碳當量為0.27-0.57%，不易形成冷裂紋；S、P雜質元素含量低，不易產生熱裂紋；用Al脫氧形成了AlN,阻止接頭脆化。有Ni低溫鋼的焊接性特點2.5Ni和3.5Ni低溫鋼，由于碳含量限制得低，冷裂傾向不嚴重。薄板不預熱，厚板100預熱。而9Ni鋼，淬硬性很大，HAZ是淬火組織。但由于含碳量很低，并采用奧氏體焊接材料，故冷裂傾向不大。嚴格控制焊接熱輸入和

11、層間溫度避免晶粒長大和降低韌性含氮鐵素體鋼接頭會發生熱應變脆化h 25mm不需預熱； h 25mm考慮預熱控制焊后熱處理溫度，避免產生回火脆性h 15mm焊后應消應力處理無Ni低溫鋼焊接性分析時應注意：有Ni低溫鋼的焊接性分析時應注意：正確選擇焊接材料9Ni鋼熱膨脹系數較大嚴格控制焊接熱輸入和層間溫度，避免焊前預熱避免磁偏吹現象9Ni鋼是一種強磁性材料3.6.3 低溫鋼的焊接工藝特點低溫鋼的 焊條電弧焊 低溫鋼的埋弧焊 低溫鋼的氬弧焊 焊條的選用 焊接工藝要點 焊材（焊絲和焊劑）的選擇 焊接工藝 鎢極氬弧焊TIG熔化極氬弧焊MIG1. 分析熱軋鋼和正火鋼的強化方式及主強化元素有什么不同。二者的

12、焊接性有何差異，在制定焊接工藝時應注意什么問題 ？2. 分析Q345的焊接性特點，給出 相應的焊接材料及焊接工藝要求。3. 16Mn與15MnTi的焊接性有何差異？16Mn的焊接工藝是否適用于15MnTi的焊接，為什么？4. 低合金高強鋼焊接時，選擇焊接材料的原則是什么？焊后熱處理對選擇焊接材料有什么影響？5. 分析低碳調質鋼焊接時可能出現什么問題？簡述低碳調質鋼的焊接工藝要點。典型的低碳調質鋼（如14MnMoNiB、HQ70、HQ80）的焊接線能量應控制在什么范圍？在什么情況下要采取預熱措施，為什么有最低預熱溫度的要求，如何確定最高預熱溫度？6. 低碳調質鋼和中碳調質鋼都屬于調質鋼，他們的焊接熱影響區脆化機制是否相同？為什么低碳調質鋼在調質狀態下焊接可以保證焊接質量，而中碳調質鋼一般要求焊后進行調質處理？7. 比較16Mn、T-1鋼、2.25Cr-1Mo和30CrMnSiA的冷裂、熱裂和再熱裂紋的傾向。8. 同一牌號的中碳調質鋼分別在調質狀態和退火狀態進行焊接時，焊接工藝有什么差別？為什么低碳調質鋼一般不在退火狀態下進行焊接？9. 珠光體耐熱鋼的焊接性特點與低碳調質鋼有什么不同？珠光體耐熱鋼選用焊接材料的原則與強度用鋼有什么不同，為什么？