材料焊接性第3章 合金结构钢的焊接2.ppt

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1、3.3 低碳调质钢的焊接,什么叫调质？金属学与热处理：淬火+高温回火焊接：淬火+回火,为什么要调质？,种类,高强度结构钢b 600-800MPa,高强度耐磨钢b1000MPa,高强高韧性钢b700MPa,14MnMoNbB、15MnMoVNRE、HQ70、HQ80C等,如HQ100、HQ130,12Ni3CrMoV、10Ni5CrMoV以及美国的HY80、HY-130、HP-9-4-20,3.3.1 低碳调质钢的种类、成分及性能,表3-15 低碳调质钢的化学成分（质量分数）（%）,表3-16 低碳调质钢的力学性能,3.3.2 低碳调质钢的焊接性分析,焊接性分析,焊缝强韧性匹配,冷裂纹,热裂纹及

2、再热裂纹,焊缝强度匹配系数S(b)w/(b)b,表征接头力学非均质性的参数之一，(b)w为焊缝强度，(b)b为母材强度,当(b)w/(b)b1,(b)w/(b)b1,(b)w/(b)b1,超强匹配,低强匹配,等强匹配,1焊缝强韧性匹配,强韧匹配的三个观点,对于较低强度的钢等强匹配选择焊接材料；,“低强匹配”焊材并不意味着接头强度一定低于母材。,对承受动载荷、重载荷和低温工作的高强钢焊接接头，除强度性能外，还要求有较高的韧性；,2冷裂纹,由于含碳量比较低，热影响区的粗晶区形成低碳马氏体，马氏体的起始转变点Ms点比较高；,限制焊缝含氢量在超低氢水平对于防止低碳调质钢焊接冷裂纹十分重要。钢材强度级别

3、越高,冷裂倾向越大。,对但热影响区淬硬组织为Ms点较高的低碳马氏体，具有一定韧性，裂纹敏感性小。,图3-21 低碳调质钢TRC试验的应力与时间关系(80%Ar+20%CO2 MAG)a)HQ60 b)HQ70,2热裂纹及消除应力裂纹,热影响区 性能变化,调质钢热影响区组织特征,热影响区脆化,热影响区软化,调质钢热影响区组织特征,热影响区脆化,图3-24 裂纹在低碳马氏体和ML+BL混合组织中扩展的示意图a)低碳马氏体组织 b)ML+BL混合组织,图3-25 不同相变温度下/界面碳含量的分布1相变温度高冷速小时；2中温相变，冷速中等时;3相变温度低冷速大时,热影响区软化,图3-28 调质钢焊接热

4、影响区的硬度分布A焊前淬火+低温回火 B焊前淬火+高温回火 C焊前退火1淬火区 2部分淬火区 3回火区,3.3.3 低碳调质钢的焊接工艺特点,低碳调质钢焊接时要注意两个基本问题,要求马氏体转变时的冷却速度不能太快，使马 氏体有一“自回火”作用，以防止冷裂纹的产生,要求在800-500之间的冷却速度大于产生脆性混合组织的临界速度,1焊接方法和焊接材料的选择,低碳调质钢焊接要解决的问题,防止裂纹,在保证满足高强度要求的同时，提高焊缝金属及热影响区的韧性,2焊接参数的选择,焊接参数的选择,焊接热输入的确定,预热温度和 焊后热处理,焊接热输入的确定,预热温度和焊后热处理,表3-20 两种低碳调质钢的最

5、大热输入,HQ70和HQ80低碳调质钢焊接一般要求低温预热，预热温度和最大焊接热输入见表3-20,3.4 中碳调质钢的焊接,3.4.1 中碳调质钢的成分和性能,成分和性能,中碳调质钢的屈服强度达880-1176MPa以上,保证钢的淬透性，消除回火脆性再通过调质处理获得综合性能较好的高强钢,钢中的含碳量（wC=0.25%-0.5%）较高，并加入合金 元素（如Mn、Si、Cr、Ni、B及Mo、W、V、Ti等）,表3-24 中碳调质钢的化学成分（质量分数）（%）,中碳调质钢的合金系统,35CrMoA和35CrMoVA,30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A 40CrMnSiMoVA,40Cr,

6、属于Cr-Mo系统,属于 Cr-Mn-Si系统,是一种广泛应用的含Cr 中碳调质钢,3.4.2 中碳调质钢的焊接性分析,中碳调质钢的焊接性分析,热影响区脆化,热影响区软化,热影响区 的脆化和软化,淬硬性和冷裂纹,焊缝中的热裂纹,焊缝中的热裂纹,淬硬性和冷裂纹,热影响区脆化,热影响区软化,3.4.3 中碳调质钢的焊接工艺特点,中碳调质钢的焊接工艺特点,退火或正火状态下焊接,调质状态下焊接,焊接方法及焊接材料,退火或正火状态下焊接,调质状态下焊接,焊接方法与焊接材料,焊接 方法：焊条电弧焊、气体 保护焊、埋弧焊等,焊接 材料：采用低碳合金系，降低焊缝金属的S、P杂质含量,预热和焊后热处理：预热温度

7、一般为200-350 中间热处理,表3-28 中碳调质钢焊接材料的选用,表3-29 常用中碳调质钢焊接的预热温度,表3-30 常用中碳调质钢的焊后热处理,3.5 珠光体耐热钢的焊接,3.5.1 珠光体耐热钢的成分及性能,成分及性能,珠光体耐热钢的室温强度并不太高，通常是在退火状态或正火+回火状态供货，在正火+回火或淬火+回火状态下使用,厚度不超过30mm的Mo钢和Mn-Mo钢可以在热轧状态供货或使用，其他的耐热钢应以热处理状态供货,珠光体耐热钢Cr的质量分数一般为0.5%-9%，Mo的质量分数一般为0.5%或1%,耐热钢的三种合金化方式实 现强化,基体固 溶强化,第二相沉淀强化,晶界 强化,加

8、入合金元素强化铁素体基体，常用的Cr、Mo、W、Nb元素能显著提高热强性,在铁素体为基体的耐热钢中，强化相主要是合金碳化物（V4C3或VC、NbC、TiC等）,加入微量元素（RE、B、Ti+B等）能吸附于晶界，延缓合金元素沿晶界的扩散,3.5.2 珠光体耐热钢的焊接性分析,珠光体耐热钢的焊接性分析,热影响区硬化及冷裂纹,回火脆性,消除应力裂纹（SR裂纹）,3.5.3 珠光体耐热钢的焊接工艺特点,常用焊接方法和焊接材料,焊接 方法,焊接材 料的选用,预热及焊 后热处理,焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护焊、电渣焊、钨极氩弧焊等,厚度15mm以上的Cr-Mo耐热钢板，切割前应预热150以上,珠光体

9、耐热钢的焊缝成分应与母材相近,表3-35 珠光体耐热钢焊接材料的选用,3.6 低温钢的焊接,通常把-10-196的温度范围称为,主要用于制造-20-253低温下工作的焊接结构,低于-196（直 到-273）时称为,“低温”（我国从-40算起）,“超低温”,如贮存和运输各类 液化气体的容器等,3.6.1 低温钢的分类、成分及性能,低温钢的分类,按使用温度等级分类,按合金含量 和组织分类,按有无镍、铬元素分类,按热处理方法分类,-10-40、-50-90、-100-120和-196-273等,低合金铁素体低温钢、中合金 低温钢和高合金奥氏体低温钢,无镍、铬低温钢和含镍、铬低温钢,非调质低温钢和调质

10、低温钢,低温钢的学成分和组织,低合金低温钢（无Ni低温钢）铝镇静Si-Mn低温钢是先用Si、Mn进行脱氧，再用铝进行强烈脱氧的优质钢种,中合金低温钢（含Ni低温钢）合金元素总的质量分数为5%-10%其组织与热处理工艺有关,表3-39 常用低温钢的力学性能,3.6.2 低温钢的焊接性分析,低温钢的焊接性分析,无Ni低温钢的焊接性特点C：0.06-0.20%；Me5%；焊接性良好。碳当量为0.27-0.57%，不易形成冷裂纹；S、P杂质元素含量低，不易产生热裂纹；用Al脱氧形成了AlN,阻止接头脆化。,有Ni低温钢的焊接性特点2.5Ni和3.5Ni低温钢，由于碳含量限制得低，冷裂倾向不严重。薄板不

11、预热，厚板100预热。而9Ni钢，淬硬性很大，HAZ是淬火组织。但由于含碳量很低，并采用奥氏体焊接材料，故冷裂倾向不大。,严格控制焊接热输入和层间温度避免晶粒长大和降低韧性,含氮铁素体钢接头会发生热应变脆化h 25mm不需预热；h 25mm考虑预热,控制焊后热处理温度，避免产生回火脆性h 15mm焊后应消应力处理,无Ni低温钢焊接性分析时应注意：,有Ni低温钢的焊接性分析时应注意：,正确选择焊接材料9Ni钢热膨胀系数较大,严格控制焊接热输入和层间温度，避免焊前预热,避免磁偏吹现象9Ni钢是一种强磁性材料,3.6.3 低温钢的焊接工艺特点,低温钢的 焊条电弧焊,低温钢的埋弧焊,低温钢的氩弧焊,焊

12、条的选用,焊接工艺要点,焊材（焊丝和焊剂）的选择,焊接工艺,钨极氩弧焊TIG,熔化极氩弧焊MIG,1.分析热轧钢和正火钢的强化方式及主强化元素有什么不同。二者的焊接性有何差异，在制定焊接工艺时应注意什么问题？2.分析Q345的焊接性特点，给出 相应的焊接材料及焊接工艺要求。3.16Mn与15MnTi的焊接性有何差异？16Mn的焊接工艺是否适用于15MnTi的焊接，为什么？4.低合金高强钢焊接时，选择焊接材料的原则是什么？焊后热处理对选择焊接材料有什么影响？,5.分析低碳调质钢焊接时可能出现什么问题？简述低碳调质钢的焊接工艺要点。典型的低碳调质钢（如14MnMoNiB、HQ70、HQ80）的焊接

13、线能量应控制在什么范围？在什么情况下要采取预热措施，为什么有最低预热温度的要求，如何确定最高预热温度？6.低碳调质钢和中碳调质钢都属于调质钢，他们的焊接热影响区脆化机制是否相同？为什么低碳调质钢在调质状态下焊接可以保证焊接质量，而中碳调质钢一般要求焊后进行调质处理？,7.比较16Mn、T-1钢、2.25Cr-1Mo和30CrMnSiA的冷裂、热裂和再热裂纹的倾向。8.同一牌号的中碳调质钢分别在调质状态和退火状态进行焊接时，焊接工艺有什么差别？为什么低碳调质钢一般不在退火状态下进行焊接？9.珠光体耐热钢的焊接性特点与低碳调质钢有什么不同？珠光体耐热钢选用焊接材料的原则与强度用钢有什么不同，为什么？,10.低温钢用于40和常温下使用时，在焊接工艺和焊接材料选择上是否应该有所差别？为什么？11.某厂制造直径6m的贮氧容器，所用的钢材为16MnR，板厚32mm，车间温度为20，分析制定筒身及封头内外纵缝和环缝的焊接工艺：1)可采用哪几种焊接方法？2)给出相应的焊接材料；3)指出其焊接工艺要点。12.通过本章学习，归纳在确定钢材焊后是否需要进行后热处理以及确定后热处理温度时应考虑哪些问题？,