第16讲 合金结构钢的焊接(1)

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1、第16讲低合金高强度钢的焊接132§6.1低合金高强度钢的种类一、低合金高强度钢的种类和性能合金结构钢是在碳素钢的基础上有目的地加入一种或几种合金元素的钢。常用的合金元素有：锰、硅、铬、镍、钼、钨、钒、钛、硼等。强度用钢大量应用于常温下工作的受力构件，如压力容器、动力设备、工程机械、船舶和海洋工程结构等。强度用钢可以按强度等级或供货(热处理)状态进行分类。232按供货状态分，强度用钢大致分为热轧与正火钢、低碳调质钢和中碳调质钢等三类。1)热轧与正火钢是一种非热处理强化钢，一般是在热轧、控轧、正火、正火加回火状态下供货，使用时不进行热处

2、理。合金元素含量低(一般≤3％)，σs在294~490MPa范围。主要合金元素是Mn，有些辅以V、Ti、Nb等。主要通过固溶强化、沉淀强化和细化晶粒来提高强度和保证韧性。其显微组织主要是铁素体和珠光体。3322)低碳调质钢热处理强化钢，一般在调质状态下供货。含碳量较低（通常在0.25％以下）。钢中Mn和Mo为主要合金元素，有些辅以V、Cr、Ni、B等。只需加入少量合金元素，通过调质处理，就能获得显微组织为贝氏体及回火低碳马氏体。既有高的强度，又有较好的塑性和韧性。可以直接在调质状态下焊接，焊后不必进行调质处理，必要时可进行消除应力处理。

3、这类钢强度高、韧性好，焊接热影响区淬硬倾向小，冷裂纹敏感性较低，但焊后在热影内区中出现软化区。4323)中碳调质钢热处理强化钢，ω(C)＞0.3％，淬硬性高。中碳调质钢常用于强度要求很高的产品和构件，如火箭发动机壳体、飞机起落架等。由于钢的强度和硬度很高，其韧性相对较低，给焊接带来较大困难。通常需要在退火状态下焊接，焊后再通过整体热处理来达到所需的强度和硬度。532一、热轧及正火钢的成分与性能(1)热轧钢σs为294～343MPa，是C-Mn或Mn-Si系钢种。主要通过合金元素的固溶强化获得高强度。锰是最常用的合金元素，添加V或Nb起细

4、化晶粒和沉淀强化作用。为了保证这类钢有较好的焊接性和缺口韧性，在热轧状态下使用时一般都控制σs在343MPa的水平。§6.2热轧、正火钢焊接632(2)正火钢在热轧钢的基础上进一步沉淀强化和细化晶粒，屈服点一般在343～490MPa之间。它是在C-Mn系或Mn-Si系的基础上除添加固溶强化元素之外，再添加一些碳、氮化合物形成元素，如V、Nb、Ti和Mo等，通过正火处理后形成细小的碳、氮化合物从固溶体中沉淀析出，并同时起到细化晶粒的作用，从而在提高钢材强度的同时，又改善了塑性和韧性。有些含Mo的正火钢，在正火之后还须进行回火才能保证良好的

5、塑性和韧性。732二、热轧、正火钢焊接性分析主要问题是热影响区的脆化和产生各种裂纹。(1)裂纹1)焊缝金属的热裂纹热轧正火钢一般含碳量较低，含锰量较高，ω(Mn)/ω(S)值比较大，具有较好的抗热裂性能，正常情况下焊缝不会出现热裂纹。但是，当材料成分不合格，或有严重偏析，使局部的碳、硫含量偏高，其ω(Mn)/ω(S)值偏低时，则易产生热裂纹。控制母材和焊接材料中的碳、硫含量，减少熔合比，增大焊缝的成形系数等都有利于防止产生热裂纹。8322)冷裂纹导致钢材产生焊接冷裂纹的三个主要因素中脆硬倾向是决定性的。一般认为CE＜0.4％的钢材焊接时

6、基本上无淬硬倾向，焊接性良好，σs＝294～392MPa的热轧钢基本属于这一类。除钢板厚度很大、环境温度很低的情况外，一般不需要焊前预热和严格控制焊接热输入。932随着CE增加，其淬硬倾向也随之增大，如16Mn、15MnV等热轧钢的碳当量，当冷却速度快时，有可能产生马氏体淬硬组织。在拘束应力较大和扩散氢含量较高的情况下，必须采取适当措施，防止冷裂纹的产生。碳当量CE＝0.4％～0.6％的钢，基本上属于有淬硬倾向的钢，σs＝441～490MPa的正火钢就处于这一范围之内。1032当CE还不超过0.5％时，淬硬尚不严重，焊接性尚好。但随着板

7、厚增加，则须采取一定预热措施才能避免冷裂纹的产生。CE在0.5％以上的钢其淬硬倾向显著，容易冷裂，必须严格控制焊接热输入和采取预热和后热处理等工艺措施，以防冷裂纹的产生。11323)再热裂纹在C－Mn和Mn－Si系的热轧钢(如16Mn等)中因不含强碳化物形成元素，对再热裂纹不敏感，在焊后消除应力热处理时不会产生再热裂纹。正火钢中一些含有强碳化物形成元素的钢材，如14MnMoV和18MnMoNb钢则有轻微的再热裂敏感性。试验证明，采取适当提高预热温度或焊后立即后热等措施，就能防止再热裂纹的产生。12324)层状撕裂在一般冶炼条件下生产的热

8、轧正火钢，都具有不同程度的层状撕裂倾向。经过精炼的Z向钢，具有优异的抗层状撕裂性能。在设计方面应设计出能避免或减轻Z向应力和应变的接头或坡口形式；在工艺方面，在满足产品使用要求的前提下可选用强度级别较低的焊