金属焊接性基础 教学课件 作者 孟庆森 主编 张柯柯 副主编第2章 碳钢及低合金钢的焊接.ppt

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1、第2章碳钢及低合金钢的焊接碳钢及低合金钢按化学成分分类为(GB/T13304-1991标准)：非合金钢即碳素钢、低合金钢和合金钢三类，应用最广泛应用的是碳素钢(简称碳钢)。碳钢中除以碳作为主要合金元素外，还有硅(ωSi<0.5%)、锰(ωMn<0.8%)及不可避免的硫、磷等杂质。低合金钢是在碳钢基础上加入少量合金元素发展起来的钢种，一般其主要合金元素含量在2%以下，或者各种合金元素的总量达到3%~5%。§2.1碳钢的焊接碳钢的性能主要取决于碳含量，碳含量与焊接性及组织和性能的关系见图2-1和表2-1。图2-1碳钢碳含量与马氏体量和最大硬度的关系ω(C)/%HardnessmaxH

2、RC§2.1碳钢的焊接名称碳含量典型硬度典型用途焊接性低碳钢≤0.15%60HRB特殊板和型材薄板、带材和焊丝优0.15%~0.25%90HRB结构用型材、板材和棒材良中碳钢0.25%~0.60%25HRC机械部件和工具中(通常需要预热，推荐使用低氢焊接方法)高碳钢≥0.60%~1.0040HRC弹簧、模具和钢轨劣(须低氢焊接方法、预热和后热)表2-1各类碳钢的焊接性§2.1.1碳钢的分类及焊接性§2.1.1.1碳钢的分类按含碳量分大致分成表2-1所列的低碳钢、中碳钢和高碳钢三类。按品质分主要以有害杂质硫、磷等含量来划分：普通碳素钢ωS≤0.050%，ωP≤0.045%；优质碳素

3、钢ωS≤0.035%，ωP≤0.035%；高级优质碳素钢ωS≤0.030%，ωP≤0.035%。按脱氧程度分不完全脱氧的沸腾钢；彻底脱氧的镇静钢；介于沸腾钢和镇静钢之间的半镇静钢。按用途分结构钢和工具钢§2.1.1.2碳钢的焊接性碳钢的焊接性随含碳量增加而恶化，焊接高碳钢时，可以通过预热或加大焊接线能量减缓冷却速度，以减少马氏体含量。选择焊接材料方面，除了在成分和性能上须与母材匹配外，也应避免硫、磷等有害元素从焊接材料中带入焊缝金属中来。焊接碳含量高于0.15%的碳素钢时，须注意减少氢的来源。焊接碳钢时产生裂纹的力学原因是结构的拘束应力和不均衡的热应力，应针对其含碳量不同而采取相

4、应的工艺措施。低碳钢应着重注意防止结构拘束应力和不均衡的热应力所引起的裂纹；高碳钢除了防止因这些应力引起的裂纹外，还要特别注意防止因淬硬而引起的裂纹。§2.1.2低碳钢的焊接§2.1.2.1低碳钢的性能低碳钢的含碳量低(≤0.25%)，Mn和Si含量也较少，因此淬硬倾向不大，是焊接性最好的钢种。除C、Mn、Si外，碳钢中的S、P、O、N等杂质元素对其力学性能、焊接接头的冷裂纹、热裂纹和时效脆化敏感性有一定影响通用低碳钢的力学性能如表2-2。牌号等级拉伸试验（不小于）冲击试验冷弯试验180°,B=2a屈服点σs/MPa抗拉强度σb/MPa延伸率δ5/%温度/℃夏比V形缺口冲击吸收功

5、(纵向)/J≥弯心直径d纵向试样横向试样Q195—195315~43033——00.5aQ215A215335~41031——0.5aaB2027Q235A235370~50026——a1.5aB2027C0D-20Q275A275410~54022——1.5a2aB2027C0D-20Q245R—245400~520250311.5a(20g,20R)表2-2低碳钢的力学性能§2.1.2.2低碳钢的焊接性分析碳钢的焊接性优良与否，主要取决于冷裂纹敏感性、热裂纹敏感性和接头塑韧性等。冷裂纹对碳钢冷裂影响最大的是钢材和熔敷金属的碳含量。碳当量（2-1）对于碳钢来说，Si含量较少，最

6、高不超过0.5%。有时可以忽略其影响。CE值增加，产生冷裂纹的倾向增大，焊接性变差。通常，当CE值大于0.40%，冷裂纹敏感性增加。§2.1.2.2低碳钢的焊接性分析淬硬倾向焊缝和热影响区的冷裂倾向，除与其成分有关外，组织对性能影响更为明显。在成分一定的前提下，组织决定于冷却速度，可以用其SHCCT组织获得。图2-2为Q235(A3)钢的SHCCT图。控制焊接区的冷却速度是改变焊接区的组织类型和硬度，降低冷裂纹的可能性最关键而重要的途径和手段。焊件的厚度增加，或焊接时环境温度较低时，或焊接线能量较小时，散热加快，焊接接头的散热速度加快，冷裂倾向增加。T形接头和搭接接头比对接接头散

7、热面增加，焊接区的冷却速度加快，容易产生淬硬组织。预热、提高焊道间或焊层间的温度或后热措施也能降低焊接冷却速度。图2-2Q235(A3)钢SHCCT图T/℃t/s§2.1.2.2低碳钢的焊接性分析拘束度和氢焊接区的氢主要来源于焊接材料和焊接区的水分。采用低氢焊接材料、或提高焊接材料烘干温度、减少保护气体含水量、降低焊接区湿度等，均可降低焊缝中溶解的氢。钢板厚度增加，或结构的刚性增加拘束度都会增大，从而提高氢致裂纹的敏感性。§2.1.2.2低碳钢的焊接性分析淬硬组织、氢和拘束应力是