第17讲合金结构钢的焊接(2).ppt

33 第 17 讲合金结构钢的焊接（2） 6.3 低碳调制钢焊接 一、低碳调质钢的成分与性能 低碳调质钢含碳量较低，一般C在0.18％以下，σs在490～980MPa之间。通过加入不同合金元素和调质热处理，使之具有良好的综合性能和焊接性能。 当板厚加大或强度级别要求更高时，就需添加一些其它的合金元素，如Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Ti、Zr和Cu等元素，来保证足够的淬透性和抗回火性。 二、低碳调质钢的焊接性 低碳调质钢在合金成分设计上己考虑到焊接性的要求，其含碳量限制得较低，要求w(C)≤0.25％，实际都在0.18％以下。 焊接时发生的问题与正火钢基本类似。 不同点在于：通过调质热处理获得强化，焊后在热影响区上除发生脆化外，还有软化问题。 1、焊缝中的热裂纹 一般含C量都较低含Mn量又较高，而且S、P杂质控制也较严，热裂倾向较小。 高Ni低Mn类型的低合金高强钢焊接时：热裂纹倾向增加，但实际焊接时并没有成为一个突出的问题。 原因：焊缝的含Mn量可以通过焊接材料来加以调整和提高，只要正确地选择焊接材料，焊缝热裂纹是不会产生的。 2、热影响区液化裂纹 主要发生于高Ni低Mn的低合金高强钢中。 含C量越高，要求的Mn/S比越高，液化裂纹倾向越大。Mn/S超过50时，液化裂纹敏感性很低。 含Ni量时，加剧液化裂纹敏感性。 避免液化裂纹的关键：控制C和S的含量，保证高的Mn/S，尤其当含Ni量高时，对此要求更为严格。 工艺因素对液化裂纹的影响： ⑴ 线能量越大，晶粒长得越大，晶界熔化越严重，液化裂纹产生的倾向也越大。 ⑵ 如果熔合线呈明显的蘑菇状，由于在熔合线的凹处基本金属过热更为严重，易于促使裂纹在该处形成。 防止措施：工艺上采用小线能量的焊接方法或控制熔池形状，减小凹度等措施。 3、冷裂纹 这类钢是在低碳钢的基础上通过加入多种提高淬透性的合金元素来保证获得强度高、韧性好的MD + 部分下BL的混合组织。 这类钢淬透性大，本应有很大的冷裂倾向，但由于M含C量很低，焊接时形成的是MD，又加上Ms点较高，如果在此温度下冷却得比较慢，生成的M “自回火”，冷裂纹可以避免；如果马氏体转变时的冷却速度很快、得不到“自回火”，其冷裂倾向必然增大。 在焊接高拘束度的焊板结构时，须预防冷裂纹产生。 4、再热裂纹 从低碳调质钢的合金系统来看，在为加强淬透性和抗回火性而加入的一些合金元素中，大多数数属于能引起再热裂纹的元素，如Cr、Mo、Cu、V、Nb、Ti、B等，其中V的影响最大，Mo次之，而当V和Mo同时加入时更为严重。 一般认为Mo-V钢，尤其是Cr-Mo-V钢对再热裂纹较敏感；Mo-B钢和Cr-Mo钢也都有一定的再热裂纹倾向。 5、层状撕裂 生产这类钢时由于采用了现代的冶炼技术，对夹杂物控制较严，纯净度较高，因此它的层状撕裂的敏感性较低。 6、热影响区的脆化和软化 ⑴ 过热区的脆化 在热影响区中引起脆化的原因除了A晶粒粗化引起外，主要是由于脆化混合组织(BU和M-A组元)的形成。 这些脆化混合组织的形成与合金化程度及t8/5时间的控制有关。 ⑵ 焊接热影响区的软化 热影响区出现软化是因为在调质状态下焊接时，热影响区上凡是加热温度高于母材回火温度至Ac1的区域，由于碳化物的积聚长大而使钢材软化。强度级别越高，这一问题越突出。 软化程度和软化区的宽度与焊接工艺有很大关系，因此在制订这类钢焊接工艺时须加以控制。 三、低碳调质钢的焊接工艺 1、焊接方法的选择 对于焊后不再调质处理的低碳调质钢，应该选择能量密度大的焊接方法，如钨极和熔化极气体保护焊、电子束焊等。 特别对于σs＞980MPa的调质钢应采用钨极氩弧焊或电子束焊； 对于σs≤ 980MPa 的调质钢，焊条电弧焊、埋弧焊、钨极或熔化极气体保护焊等均可采用。 2、焊接材料的选择 低碳调质钢焊后一般不再进行热处理，在选择焊接材料时要求焊缝金属在焊态下具有接近母材的力学性能。 在特殊情况下，如结构的刚度或拘束度很大，冷裂纹难以避免时，必须选择熔敷金属强度比母材稍低的焊接材料作填充金属。 3、焊接工艺参数的选择 快速冷却对防止脆化有利，但对防止冷裂纹不利。反之，减缓冷却速度可防止冷裂纹，却易引起热影响区的脆化。 因此，必须找到两者都兼顾的最佳冷却速度，而冷却速度主要是由焊接热输入决定，但又受到焊件散热条件和预热等因素影响。 ⑴ 焊接热输入 每种低碳调质钢都有各自的最佳t8/5，在这冷却速度下，使得热影响区具有良好的抗裂性能和韧性。 为防止冷裂纹的产生，通常是在满足热影响区韧性要求的前提下确定出最大允许的焊接热输入。 有些情况下，如厚板的焊接，即使采用了允