焊接工程基础(第二篇)合金结构钢和铸铁的焊接

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1、第四章合金结构钢和铸铁的焊接第一节合金结构钢的焊接一、合金结构钢的分类合金结构钢是在普通碳素钢中添加了某些合金元素以满足相关条件及性能的钢种。它分为强度用钢和特殊用钢。1、强度用钢——亦称高强钢，其屈服强度σs≥290MPa，抗拉强度σb≥440MPa。按屈服点的高低及热处理情况，分为：a、热轧正火钢——含碳量Wc＜0.2%，通过热轧或正火依靠固溶强化、增加珠光体的数量、细化晶粒及沉淀强化提高强度。b、低碳调质钢——其含碳量Wc≤0.25%，主要依靠淬火和高温回火（调质）来提高强度和塑韧性。c、中碳调质

2、钢——其含碳量Wc＞0.3%，屈服强度σs可达880MPa，也是依靠淬火和高温回火（调质）来提高强度和塑韧性。但由于含碳量较高，故其韧性较低，焊接性较差。2、特殊用钢：按使用环境和性能，特殊用钢分为珠光体耐热钢、低合金耐蚀钢和低温钢。a、珠光体耐热钢——为Wc≤0.25%，加入了Mo和Cr的亚共析钢。其高温强度好，高温性能稳定，抗氧化性好，主要用于热动力设备和石油化工设备的高温元件。b、低合金耐蚀钢——在热轧或正火状态下使用，要求综合力学性能和耐蚀性良好，主要为用于石油化工设备的含铝耐蚀钢和用于耐海水或大

3、气腐蚀的含磷、铜耐蚀钢。c、低温钢——在正火或正火回火状态下使用，要求低温韧性好，常在-40~-196℃的低温下工作，分为无镍钢和含镍钢。二、合金结构钢的焊接性1、合金结构钢常见的焊接缺陷a、结晶裂纹——在焊接凝固后期，焊缝中的低熔点共晶在晶界形成液态薄膜，在拉伸应力作用下沿晶界开裂形成。结晶裂纹的产生与焊缝中的杂质如S、P、C等有关，这些元素均为结晶裂纹形成元素，故应严格控制。Mn可以脱S；随含C量的增加，应提高Mn/S比。选用低氢型焊条或选用超低碳焊丝配合高硅高锰焊剂进行埋弧焊，在提高焊缝含锰量的同时

4、降低碳、硫含量，均是防止结晶裂纹的有效措施。图1焊缝中C、Mn、S含量对角焊缝结晶裂纹的影响b、液化裂纹——在多层焊接情况下，由于焊接热循环的作用，近缝区金属晶界的低熔点共晶发生局部熔化，在拉伸应力的作用下而产生。c、冷裂纹——由于焊缝中的扩散氢含量、接头的拘束程度以及金属的淬硬组织的影响而导致焊接后焊缝中出现的裂纹。d、再热裂纹——为降低焊接应力，减小脆性破坏倾向，构件在焊接后应进行去应力处理。但在消除焊接应力的处理过程中，含有沉淀强化相的一些元素（Cr、Mo、V、Ni）可能会在热影响区的粗晶区产生再热

5、裂纹。为防止再热裂纹，必须提高预热温度。e、热影响区脆化——在焊接过程中，由于大热量的影响，导致焊接区在结晶时容易形成晶粒粗大且易脆化的组织。为避免热影响区脆化，常采用小热量输入、降低含碳量。2、合金结构钢的组织性能与焊接性分析a、热轧正火钢热轧正火钢中的合金元素总量小于3%，主要为Si、Mn，该元素不仅可固溶强化铁素体,还可使铁—碳相图中的共析点向低碳方向移动，从而增加珠光体的相对量，以提高钢的强度。在冶炼时作为镇静剂加入的Al可形成AlN以细化晶粒，其室温的组织为细晶粒铁素体加珠光体，故可在热轧状态下

6、使用。Q345(16Mn)是应用最广的热轧钢。若在其中加入V、Nb等元素，能与钢中的C、N形成碳化物和氮化物，进一步细化晶粒，提高钢的综合性能。若要进一步提高热轧钢（σs=294—343MPa）的强度至390MPa以上时，必须在钢中加入沉淀强化的元素（如V、Ni、Ti、Mo等），并进行正火使合金元素沉淀强化以提高强度，形成正火钢。热轧正火钢由于含碳量较低，钢中的Mn/S比较大，其焊接性良好，一般情况下不会生产结晶裂纹和液化裂纹。但如果母材中的含碳量偏高，且对S、P控制不严，也会产生结晶裂纹；在热轧正火钢中

7、，随着强度的提高和冷却速度的加快，产生冷裂纹的倾向增加。故对强度较高的热轧正火钢，焊接时一般要求预热；热轧正火钢若采用大热量输入焊接，由于过热区的奥氏体晶粒粗大，冷却时易形成粗大的魏氏组织产生脆化，故尽量采用小热输入焊接。魏氏组织：在含碳量小于0.6%的亚共析钢和含碳量大于1.2%的过共析钢中，由高温快速冷却时，先共析的铁素体或渗碳体便沿着奥氏体的一定晶面呈针片状析出，由晶界插入晶粒内部，这种组织即为魏氏组织。图2过共析钢中的魏氏组织魏氏组织是一种过热缺陷，过热钢在空冷后容易形成魏氏组织；奥氏体晶粒越粗大

8、，越容易形成魏氏组织，其对基体的割裂作用将严重降低材料的韧性。一般通过退火或正火消除魏氏组织。图3亚共析钢中的魏氏组织热轧正火钢适合于各种焊接方法，主要采用焊条电弧焊、埋弧焊、CO2气体保护焊等。采用焊条电弧焊时，对于焊接强度较低、裂纹倾向不大的热轧钢，可选用钛—钙型焊条或低氢型焊条；对强度级别高的钢材，宜选用低氢型焊条；采用埋弧焊时，对强度级别不高、接头厚度不大的热轧正火钢，可选择高硅高锰焊剂，并配合不含或少含Mn、Si的焊