碳鋼焊接性課件

碳鋼焊接性

一、碳鋼的焊接性碳素鋼的焊接性隨含碳量增加而惡化，因?yàn)楹剂枯^高的鋼從焊接溫度快速冷卻下容易被淬硬。被淬硬的焊縫和熱影響區(qū)因其塑性下降，在焊接應(yīng)力容易產(chǎn)生裂紋。碳素鋼被淬硬主要是在馬氏體組織形成而引起，馬氏體的數(shù)量受冷卻速度影響，非?？斓睦鋮s速度可以產(chǎn)生100%的馬氏體，從而可達(dá)到最高硬度。因此，焊接含碳較高的碳素鋼時(shí)，就應(yīng)當(dāng)注意減緩冷卻速度，使馬氏體的數(shù)量減至最少。焊接的冷卻速度受焊接熱輸入、母材板厚和環(huán)境溫度的影響。厚板或在低溫條件下焊接，其冷卻速度加快；預(yù)熱或加大焊接線(xiàn)能量，可以降低冷卻速度，減少裂紋產(chǎn)生。碳素鋼的碳含量增加到約0.15%以上時(shí)，對(duì)氫致裂紋尤其敏感。因此，焊接碳含量高于0.15%的碳素鋼時(shí)，須注意減少氫的來(lái)源。例如大氣中的水分，焊前對(duì)待焊部位及附近須清除油污、鐵銹等。手弧焊時(shí)宜選用低氫焊條，在其它焊接方法中應(yīng)制造低氫環(huán)境，以減少焊縫周?chē)h(huán)境中的氫含量。焊接碳素鋼時(shí)產(chǎn)生裂紋的力學(xué)原因是結(jié)構(gòu)的拘束力和不均衡的熱應(yīng)力。即使是不易淬硬的低碳鋼，在受拘束力條件下采用了不正確的焊接程序，也會(huì)因這些應(yīng)力過(guò)大而產(chǎn)生裂紋。總之，對(duì)碳素鋼的焊接，應(yīng)針對(duì)其碳含量不同而采取相應(yīng)的工藝措施。當(dāng)含碳較低時(shí)，如低碳鋼，應(yīng)著重注意防止結(jié)構(gòu)拘束應(yīng)力和不均衡的熱應(yīng)力所引起的裂紋；當(dāng)含碳量較高時(shí)，如高碳鋼，除了防止因這些因?yàn)閼?yīng)力所引起的裂紋外，還要特別注意防止因淬硬而引起的裂紋。碳鋼焊接性一、碳鋼的焊接性

二、低碳鋼的焊接1、焊接特點(diǎn)低碳鋼的含碳量低（≤0.25%），其它合金元素含量較少，故是焊接性最好的鋼種。采用通常的焊接方法后，接頭中不會(huì)產(chǎn)生淬硬組織或冷裂紋。只要焊接材料選擇適當(dāng)，便能得到滿(mǎn)意的焊接接頭。用電弧焊焊接低碳鋼時(shí)，為了提高焊縫金屬的塑性、韌性、和抗裂性能，通常都是使焊縫金屬的碳含量低于母材，依靠提高焊縫中的硅、錳含量和電弧所具有較高的冷卻來(lái)達(dá)到與母材等強(qiáng)度。因此，焊縫金屬會(huì)隨著冷卻速度的增加，其強(qiáng)度會(huì)提高，而塑性和韌性會(huì)下降。當(dāng)厚板單層角焊縫時(shí)，焊角尺寸不宜過(guò)小；多層焊時(shí)，應(yīng)盡量連續(xù)施焊；焊補(bǔ)表面缺陷時(shí)，焊縫應(yīng)具有一定的尺寸，焊縫長(zhǎng)度不得過(guò)短，必要時(shí)應(yīng)采用100-150℃的局部預(yù)熱。2、焊接材料電弧焊用焊條用于焊接結(jié)構(gòu)的低碳鋼多是Q235鋼，其抗拉強(qiáng)度平均約417.5N/mm2,按等強(qiáng)度原則應(yīng)選用E43××系列焊條,它的熔敷金屬抗拉強(qiáng)度不小于420N/mm2(43kgf/mm2),在力學(xué)性能上與母材恰好相匹配。

碳鋼焊接性二、低碳鋼的焊接碳鋼焊接性當(dāng)焊接重要的或裂紋敏感性較大的結(jié)構(gòu)時(shí)，常選用低氫型堿性焊條，如E4316、E4315、E5016、EE5015等。因這類(lèi)焊條具有較好的抗裂性能和力學(xué)性能，其韌性和抗時(shí)效性能也很好。但這類(lèi)焊條工藝性能較差，對(duì)油、銹和水份很敏感，焊前需在350-400℃下烘干1-2小時(shí)，并需對(duì)接頭作徹底清理干凈。所以對(duì)于一般的焊接結(jié)構(gòu)，推薦選用工藝性能較好的酸性焊條，如E4303、E4313、E4320等。這些焊條雖然氣體、雜質(zhì)較高，焊縫金屬的塑性、韌性及抗裂性不及堿性焊條，但一般都能滿(mǎn)足使用性能要求。碳鋼焊接性當(dāng)焊接重要的或裂紋敏感性較大的結(jié)構(gòu)時(shí)，常選用低氫型堿性焊條3、焊接工藝要點(diǎn)為確保低碳鋼的焊接質(zhì)量，在焊接工藝方面須注意：1)焊前清除焊件表面鐵銹、油污、水份等雜質(zhì)，焊接材料焊前烘干。2)角焊縫、對(duì)接多層焊的第一層焊縫以及單道焊鄉(xiāng)要避免采用窄而深的坡口形式，以防止出現(xiàn)裂紋、未焊透或夾渣等焊接缺陷。3)焊接剛性大的構(gòu)件時(shí)，為了防止產(chǎn)生裂紋，宜采用焊前預(yù)熱和焊后消除應(yīng)力的措施。4)在環(huán)境溫度低于-10℃以下時(shí)焊接低碳鋼結(jié)構(gòu)時(shí)接頭冷卻快，為了防止產(chǎn)生裂紋，應(yīng)采取以下減緩冷卻速度的措施：碳鋼焊接性3、焊接工藝要點(diǎn)碳鋼焊接性a、焊前預(yù)熱，焊時(shí)保持層間溫度；b、采用低氫型或超低氫型焊接材料；c、點(diǎn)固焊時(shí)須加大焊接電流，適當(dāng)加大點(diǎn)固焊的焊縫載面和長(zhǎng)度，必要時(shí)焊前也必須預(yù)熱；d、整條焊縫連續(xù)焊完，盡量避免中斷。熄弧時(shí)要填滿(mǎn)弧坑。碳鋼焊接性a、焊前預(yù)熱，焊時(shí)保持層間溫度；碳鋼焊接性

三、中碳鋼的焊接1、焊接特點(diǎn)中碳鋼含碳量較高，其焊接性比低碳鋼差．當(dāng)Ｗ（Ｃ）接近下限（０.２５％）時(shí)焊接性良好，隨著含碳量增加，其淬硬傾向隨之增大，在熱影響區(qū)容易產(chǎn)生低塑性的馬氏體組織。當(dāng)焊件剛性較大或焊接材料、工藝參數(shù)選擇不當(dāng)時(shí)，容易產(chǎn)生冷裂紋。多層焊焊接第一屋焊縫時(shí)，由于母材金屬熔合到焊縫中的比例大，使其含碳量及硫、磷含量增高、容易產(chǎn)生熱裂紋。此外，碳含量高時(shí)，氣孔敏感性增大。2、焊接材料應(yīng)盡量選用抗裂性能好的低氫型焊接材料。焊條電弧焊時(shí)，若要求焊縫與母材等強(qiáng)度，宜選用強(qiáng)度級(jí)別相當(dāng)?shù)牡蜌湫秃笚l；若不要求等強(qiáng)度時(shí)，則選用強(qiáng)度級(jí)別比母材低一級(jí)的低氫型焊條，以提高焊縫的塑性、韌性和抗裂性能。如果選用非低氫型焊條進(jìn)行焊接，則必須在嚴(yán)格的工藝措施配合，如控制預(yù)熱溫度、減少母材的熔合比等。當(dāng)工件不允許預(yù)熱時(shí)，可選用塑性?xún)?yōu)良的鉻鎳奧氏體不銹鋼焊條。這樣可以減少焊接接頭應(yīng)力，避免熱影響區(qū)冷裂紋產(chǎn)生。碳鋼焊接性三、中碳鋼的焊接碳鋼焊接性碳鋼焊接性碳鋼焊接性

3、焊接工藝要點(diǎn)預(yù)熱和層間溫度預(yù)熱是焊接和焊補(bǔ)中碳鋼防止裂紋的有效工藝措施。因?yàn)轭A(yù)熱可降低焊縫金屬和熱影響區(qū)的冷卻速度、抑制馬氏體的形成。預(yù)熱溫度取決于碳含量、母材厚度、結(jié)構(gòu)剛性、焊條類(lèi)型和工藝方法等，最好是整體預(yù)熱，局部預(yù)熱，其加熱范圍應(yīng)為焊口兩側(cè)150～200mm左右。多層焊時(shí)，要控制層間溫度，一般不低于預(yù)熱的溫度。淺熔深為了減少線(xiàn)材金屬熔入焊縫中的比例,焊接接頭可做成U型或V型坡口。如果是焊補(bǔ)鑄件缺陷，所鏟挖的坡口外形應(yīng)圓滑，多層焊時(shí)應(yīng)采用小焊條，小焊接電流，以減少熔深。焊后處理最好是焊后冷卻到預(yù)熱溫度之前就進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，尤其是大厚度工件或大剛性的結(jié)構(gòu)件更應(yīng)如此。消除應(yīng)力熱處理溫度一般在600～650℃之間。如果焊后不能立即消除應(yīng)力熱處理，則應(yīng)先進(jìn)行后熱，以便擴(kuò)散氫逸出。后熱溫度150℃保溫2小時(shí)。錘擊焊縫金屬?zèng)]有熱處理消除焊接應(yīng)力的條件時(shí)，可焊接過(guò)程中用錘擊熱態(tài)焊縫的方法減小焊接應(yīng)力，并設(shè)法使焊縫緩冷。碳鋼焊接性3、焊接工藝要點(diǎn)碳鋼焊接性四、高碳鋼的焊接1、焊接特點(diǎn)含碳量w（C）＞0.6％的高碳鋼淬硬性高、很容易產(chǎn)生又硬又脆的高碳馬氏體。在焊縫和熱影響區(qū)中容易產(chǎn)生裂紋，難以焊接。幫一般都不用這類(lèi)鋼制造焊接結(jié)構(gòu)，而用于制造高硬度或耐磨的部件或零件，對(duì)它們的焊接多數(shù)是破損件的焊補(bǔ)修理。高碳鋼零、部件的高硬度或高耐磨性能是通過(guò)熱處理獲得，因此焊補(bǔ)這些零、部件前應(yīng)先行退火，以減少焊接裂紋，焊后再重新進(jìn)行熱處理。2、焊接材料 按焊縫性能要求來(lái)選用高碳鋼的焊接材料，要求達(dá)到與線(xiàn)材完全相同的性能是比較難的。在焊條電弧焊情況下，當(dāng)要求強(qiáng)度高時(shí)，可選用E7015（J707）或E6015（J607）焊條；要求低時(shí)，選用鉻、鎳奧氏體不銹鋼焊條，如E309-16（A302）、E309-15（A307）等，這時(shí)預(yù)熱溫度可降低或不需預(yù)熱。3、焊接要點(diǎn)高碳鋼焊接性差，焊接時(shí)性必須注意：1）應(yīng)先退火而后焊接；2）采用結(jié)構(gòu)焊條時(shí)，焊前必須預(yù)熱，預(yù)熱溫度和層間溫度應(yīng)在350℃以上；3）采取與焊接中碳鋼相似的工藝措施，盡量減少熔合比、小焊接電流、低焊接速度，焊接盡可能連續(xù)進(jìn)行，中間不停止；4）焊后緩冷，并應(yīng)立即送入爐中進(jìn)行消除應(yīng)力的高溫回火，隨后根據(jù)需要作相應(yīng)的熱處理。碳鋼焊接性四、高碳鋼的焊接碳鋼焊接性

五、合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接1、合金結(jié)構(gòu)鋼及其分類(lèi)合金結(jié)構(gòu)鋼是在碳素鋼的基礎(chǔ)上有目的地加入一種或幾種合金元素的鋼。常用的合金元素有：錳、硅、鉻、鎳、鉬、鎢、釩、鈦、硼等。加入合金元素可使鋼的性能產(chǎn)生預(yù)期的變化，如提高其強(qiáng)度，改善其韌性，或使其具有特殊的物理、化學(xué)性能，如耐熱性各耐蝕性等。合金結(jié)構(gòu)鋼的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，種類(lèi)繁多，可化學(xué)成分、合金系統(tǒng)、組織狀態(tài)、用途或使用性能等方面分類(lèi)。例如：按合金元素總含量的多少分有：1）低合金鋼，一般w(Me)＜5%；2）中合金鋼，w(Me)=5～10%；3）高合金鋼，w(Me)＞10%；按用途合性能分有：1）強(qiáng)度用鋼即通常所說(shuō)的高強(qiáng)度用鋼。2）特殊用途鋼這類(lèi)鋼主要用于在特殊條件下工作的機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)。碳鋼焊接性五、合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接碳鋼焊接性按供貨狀態(tài)分，強(qiáng)度用分為熱軋與正火鋼、低碳調(diào)質(zhì)鋼等到三類(lèi)。各類(lèi)鋼的組織性能有其共同點(diǎn)，且與焊接性密切相關(guān)。簡(jiǎn)介如下：熱軋正火鋼是一種非熱處理強(qiáng)化鋼，一般是在熱軋、控軋、正火、正火加回火狀態(tài)下供貨，使用時(shí)不進(jìn)行熱處理。這類(lèi)鋼合金元素含量低（一般w(Me)≤3%），屈服點(diǎn)在295-460MPa范圍，所以又稱(chēng)為低合金高強(qiáng)度鋼。鋼中主要元素是Mn，有些輔以V、Ti、Nb等。這類(lèi)鋼被廣泛應(yīng)用于各種焊接結(jié)構(gòu)。低碳調(diào)質(zhì)鋼是一種熱處理強(qiáng)化鋼，一般在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下供貨。其含碳量較低，通常w(C)在0.25%以下。鋼中Mn、Mo為主要元素，有些輔以V、Cr、Ni、B等。這類(lèi)鋼只需加入少量合金元素，通過(guò)調(diào)質(zhì)處理，就能獲得高的強(qiáng)度，又有較好的塑性和韌性?？梢灾苯釉谡{(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接，焊后不必進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，必要時(shí)可進(jìn)行消除應(yīng)力處理。由于這類(lèi)鋼強(qiáng)度高、韌性好，焊接熱影響區(qū)淬硬傾向小，冷裂紋敏感性較低，所以在重大焊接結(jié)構(gòu)中得到越來(lái)越廣泛應(yīng)用。但是，這類(lèi)鋼焊后在熱影響區(qū)中出現(xiàn)軟化區(qū)。碳鋼焊接性按供貨狀態(tài)分，強(qiáng)度用分為熱軋與正火鋼、低碳調(diào)質(zhì)鋼等到3）中碳調(diào)質(zhì)鋼也是一種熱處理強(qiáng)化鋼，其含碳量比低碳調(diào)質(zhì)鋼高[w(C)＞0.3%],因此淬硬性比低碳調(diào)質(zhì)鋼高很多。中碳調(diào)質(zhì)鋼常用于強(qiáng)度要求很高的產(chǎn)品和構(gòu)件，如火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、飛機(jī)起落架等。由于它的強(qiáng)度和硬度很高其韌性相對(duì)較低，給焊接帶來(lái)較大困難。通常需要在退火狀態(tài)下焊接，焊后再通過(guò)整體熱處理來(lái)達(dá)到所需的強(qiáng)度和硬度。2、熱軋及正火鋼的焊接性在熔焊條件下熱軋及正火鋼隨著強(qiáng)度級(jí)別的提高和合金元素含量的增加，焊接的難度增大。這類(lèi)鋼焊接的主要問(wèn)題是熱影響區(qū)的脆化和產(chǎn)生各種裂紋?！餆嵊绊憛^(qū)脆化1)過(guò)熱區(qū)脆化過(guò)熱區(qū)是指熱影響區(qū)中熔合線(xiàn)附近母材被除數(shù)加熱到到1100℃以上的區(qū)域，又叫粗晶區(qū)。由于該區(qū)溫度高，發(fā)生奧氏體晶粒顯著增大和一些難熔質(zhì)點(diǎn)熔入而致了性能變化。這種變化既和鋼材的類(lèi)型、合金系統(tǒng)有關(guān)，又和焊接熱輸入有關(guān)，因?yàn)闊彷斎胫苯佑绊懜邷赝Ａ魰r(shí)間和冷卻速度。熱軋鋼系固溶強(qiáng)化鋼，在熱軋狀態(tài)下使用。導(dǎo)致熱軋鋼過(guò)熱區(qū)脆化的原因是：焊接輸入偏高，使該區(qū)的奧氏體晶粒嚴(yán)重增大，穩(wěn)定性增加。使之轉(zhuǎn)變產(chǎn)物先析鐵素體和共析鐵素體的延伸發(fā)展，除沿晶界析出外還向晶內(nèi)延伸，形成魏氏體組織及其他塑性低的混合組織，從而使過(guò)熱區(qū)脆化。因此對(duì)于像Q345（16Mn）之類(lèi)固熔強(qiáng)化的熱軋鋼，焊接時(shí)，采用適當(dāng)?shù)偷妮斎霟岬裙に嚧胧﹣?lái)抑制過(guò)熱區(qū)奧氏體晶粒長(zhǎng)大及魏氏組織的出現(xiàn)，是防止過(guò)熱區(qū)脆化的關(guān)鍵。

碳鋼焊接性3）中碳調(diào)質(zhì)鋼也是一種熱處理強(qiáng)化鋼，其含碳正火鋼過(guò)熱區(qū)脆化下熱軋鋼不同，其熱過(guò)敏性比熱鋼大，這是因?yàn)閮烧吆辖鸹绞讲煌?。?duì)含Ti和V的15MnTi與Q420（15MnVN）鋼研究表明：隨著焊接熱輸入增大，高溫停留時(shí)間延長(zhǎng)，Ti、V溶解得越充分，其脆化就顯著。所以用小熱輸入是避免這類(lèi)正火鋼過(guò)熱區(qū)脆化的有效措施。如果為了提高正鋼的焊接生產(chǎn)效率面采用大的熱輸入焊接，在這種情況下，焊后需采用800～1100℃的正火熱處理來(lái)改善接頭韌性。2）熱應(yīng)變脆化指鋼在200℃～Ac1溫度范圍內(nèi)，受到較大的塑性變形（5%～10%）后，出現(xiàn)斷裂韌性明顯下降，脆性轉(zhuǎn)變溫度明顯升高現(xiàn)象。對(duì)Q345（16Mn）和Q420（15MnVN）等鋼研究表明，這些鋼均具有一定的熱應(yīng)變脆化傾向。消除和熱應(yīng)變脆化的有效措施是焊后退火處理。經(jīng)600℃左右的消除應(yīng)力退火后，材料的韌性基本上能恢復(fù)到原來(lái)的水平?！锪鸭y1)焊縫金屬的熱裂紋熱軋正火鋼一般含碳量都較低，而含錳量都較高，它們的w(Mn)/w(S)值比較大，因而具有較好的抗熱裂能，正常情況下焊縫不會(huì)出現(xiàn)裂紋。但是，當(dāng)材料成分不合格，或有嚴(yán)重偏析，使局部的碳、硫含量偏高，其w(Mn)/w(S)值偏低時(shí)則易產(chǎn)生裂紋?？刂颇覆暮秃附硬牧现械奶?、硫含量，減少熔合比，增大焊縫的成形系數(shù)等都有利于防止焊縫金屬產(chǎn)生熱裂紋。

碳鋼焊接性正火鋼過(guò)熱區(qū)脆化下熱軋鋼不同，其熱過(guò)敏性比熱鋼大，這是2)冷裂紋導(dǎo)致鋼材產(chǎn)生焊接冷裂紋的三個(gè)主要因素是鋼材的淬硬傾向，焊縫的擴(kuò)散氫含量和接頭的拘束應(yīng)力，其中淬硬傾向是決定性的。一般認(rèn)為碳當(dāng)量CE＜0.4%的鋼材焊接時(shí)基本上無(wú)淬硬傾向,焊接性良好。σs=295～390MPa的熱軋鋼如09Mn、O9MnNb、12Mn等基本屬這一類(lèi)。除鋼板很厚、環(huán)境溫度很低的情況外，也和焊接低碳鋼一樣一般不需要焊前預(yù)熱和嚴(yán)格控制焊接熱輸入，也不會(huì)引起冷裂紋。隨著CE增加，其淬硬傾向也隨之增大，Q345（16Mn）、Q390（15MnV）等熱軋鋼的碳當(dāng)量較上述幾種鋼稍高，其淬硬傾向相應(yīng)稍大，當(dāng)冷卻速度快時(shí)，有可能產(chǎn)生馬氏體淬硬組織。在拘束應(yīng)力較大和擴(kuò)散氫含量較高的情況下，就必須采取適當(dāng)措施，防止冷裂紋的產(chǎn)生。碳當(dāng)量CE=0.4%～0.6%的鋼，基本上屬于有淬硬傾向的鋼，σs=440～490MPa的正火鋼就處于這一范圍之內(nèi)，當(dāng)CE還不超過(guò)0.5%時(shí)，淬硬尚不嚴(yán)重，焊接性尚好。但隨著板厚的增加，則須采取一定預(yù)熱措施才能避免冷裂紋的產(chǎn)生。CE在0.5％以上的鋼其淬硬傾向顯著，容易冷裂，必須控制焊接輸入和采取預(yù)熱和后熱處理等工藝措施，以防冷裂紋的產(chǎn)生。碳鋼焊接性2)冷裂紋導(dǎo)致鋼材產(chǎn)生焊接冷裂紋的三個(gè)主要因素是鋼材3、熱軋及正火鋼的焊接工藝(1)焊接方法熱軋正火鋼對(duì)許多焊接方法都適應(yīng)，選擇時(shí)主要考慮產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、板厚、性能要求和生產(chǎn)條件等因素，其中最為常見(jiàn)的是焊條電弧焊、埋弧焊和熔化極氣體保護(hù)焊。（2）焊接材料的選擇焊接熱軋及正火鋼時(shí)，選擇焊接材料和主要依據(jù)是保證焊金屬的強(qiáng)度，塑性和韌性等力學(xué)性能與母材的力學(xué)性能匹配，為此，須注意以下問(wèn)題。1)選擇相應(yīng)強(qiáng)度級(jí)別的焊接材料2)工藝條件的影響主要焊接工藝和焊后的加工工藝兩方面考慮對(duì)焊縫金屬力學(xué)性能的影響。3)考慮結(jié)構(gòu)因素的影響對(duì)厚板、拘束應(yīng)度大或冷裂傾向大的焊接結(jié)構(gòu)，以及重要的產(chǎn)品，應(yīng)選用低氫或高韌性的焊接材料。例如，厚板結(jié)構(gòu)多層焊，第一層打底焊縫最易產(chǎn)生裂紋，這時(shí)應(yīng)選用強(qiáng)度稍低，但塑性、韌性較好的低氫或超低氫焊接材料。碳鋼焊接性3、熱軋及正火鋼的焊接工藝碳鋼焊接性4、焊接工藝參數(shù)的選擇1)焊接熱輸入熱軋及正火鋼焊接熱輸入的確定主要依據(jù)是防止過(guò)熱區(qū)脆化和焊接裂紋兩個(gè)方面。由于各種熱軋及正火鋼的脆硬傾向不相同，因此，對(duì)熱輸入的要求亦不相同。對(duì)于如Q295（09Mn2、09MnNb）和含碳量偏下的Q345（16Mn）QMQ鋼等，基強(qiáng)度級(jí)別在390MPa以下，它們的過(guò)熱敏感性不大，淬硬傾亦較小，幫焊接熱輸入一般不予限制。含碳量偏高的Q345（16Mn）鋼，其淬硬傾向增加，為防止冷裂紋，焊接時(shí)，宜用偏大一些的焊接熱輸入。對(duì)含釩、鈮、鈦等到強(qiáng)度級(jí)別較低的正火鋼，如Q420（15MnVN、15MnVTi）等。為防止沉淀相溶入和晶粒長(zhǎng)大引起的脆化，宜選用偏小的焊接熱輸入。2）預(yù)熱預(yù)熱主要是為了防止裂紋，同時(shí)兼有一定改善接頭性能作用。但預(yù)熱卻惡化勞動(dòng)條件，延長(zhǎng)生產(chǎn)周期，增加制造成本。過(guò)高預(yù)熱溫度和層間溫度反會(huì)使接頭韌性下降。因此焊接是否需要預(yù)熱和預(yù)熱多少溫度，應(yīng)慎重從事。

碳鋼焊接性4、焊接工藝參數(shù)的選擇碳鋼焊接性3）后熱及熱處理①后熱又叫消氫處理，是立即對(duì)焊件的全部（或局部）進(jìn)行加熱和保溫，讓其緩冷，使擴(kuò)散氫逸出的工藝措施。后熱的目的是防止延遲裂紋的產(chǎn)生，主要用于強(qiáng)度級(jí)別較高的鋼種和大厚度的焊接結(jié)構(gòu)。去氫的效果取決于后熱的溫度和時(shí)間。溫度一般在200～300℃范圍內(nèi)，保溫時(shí)間與板厚有關(guān)，通常為2～6小時(shí)。對(duì)同一板厚，后熱溫度高，保溫時(shí)間可縮短。②焊后熱處理一般情況下，熱軋鋼和正火鋼焊后不需熱處理。但是，對(duì)要求抗應(yīng)力腐蝕的焊接結(jié)構(gòu)、低溫下使用的焊接結(jié)構(gòu)及厚壁高壓容器等，焊后都需要進(jìn)行消除應(yīng)力的高溫回火。確定回火溫度時(shí)要注意：a.不要超過(guò)母材的回火溫度,以免影響母材的性能,約比母材的回火溫度低30～60℃;b．對(duì)于含有鉻、鉬、釩等的低合金鋼，在回火時(shí)要避開(kāi)600℃左右的溫度區(qū)間，以免產(chǎn)生再熱裂紋。碳鋼焊接性3）后熱及熱處理碳鋼焊接性碳鋼焊接性碳鋼焊接性碳鋼焊接性

一、碳鋼的焊接性碳素鋼的焊接性隨含碳量增加而惡化，因?yàn)楹剂枯^高的鋼從焊接溫度快速冷卻下容易被淬硬。被淬硬的焊縫和熱影響區(qū)因其塑性下降，在焊接應(yīng)力容易產(chǎn)生裂紋。碳素鋼被淬硬主要是在馬氏體組織形成而引起，馬氏體的數(shù)量受冷卻速度影響，非?？斓睦鋮s速度可以產(chǎn)生100%的馬氏體，從而可達(dá)到最高硬度。因此，焊接含碳較高的碳素鋼時(shí)，就應(yīng)當(dāng)注意減緩冷卻速度，使馬氏體的數(shù)量減至最少。焊接的冷卻速度受焊接熱輸入、母材板厚和環(huán)境溫度的影響。厚板或在低溫條件下焊接，其冷卻速度加快；預(yù)熱或加大焊接線(xiàn)能量，可以降低冷卻速度，減少裂紋產(chǎn)生。碳素鋼的碳含量增加到約0.15%以上時(shí)，對(duì)氫致裂紋尤其敏感。因此，焊接碳含量高于0.15%的碳素鋼時(shí)，須注意減少氫的來(lái)源。例如大氣中的水分，焊前對(duì)待焊部位及附近須清除油污、鐵銹等。手弧焊時(shí)宜選用低氫焊條，在其它焊接方法中應(yīng)制造低氫環(huán)境，以減少焊縫周?chē)h(huán)境中的氫含量。焊接碳素鋼時(shí)產(chǎn)生裂紋的力學(xué)原因是結(jié)構(gòu)的拘束力和不均衡的熱應(yīng)力。即使是不易淬硬的低碳鋼，在受拘束力條件下采用了不正確的焊接程序，也會(huì)因這些應(yīng)力過(guò)大而產(chǎn)生裂紋?？傊瑢?duì)碳素鋼的焊接，應(yīng)針對(duì)其碳含量不同而采取相應(yīng)的工藝措施。當(dāng)含碳較低時(shí)，如低碳鋼，應(yīng)著重注意防止結(jié)構(gòu)拘束應(yīng)力和不均衡的熱應(yīng)力所引起的裂紋；當(dāng)含碳量較高時(shí)，如高碳鋼，除了防止因這些因?yàn)閼?yīng)力所引起的裂紋外，還要特別注意防止因淬硬而引起的裂紋。碳鋼焊接性一、碳鋼的焊接性

二、低碳鋼的焊接1、焊接特點(diǎn)低碳鋼的含碳量低（≤0.25%），其它合金元素含量較少，故是焊接性最好的鋼種。采用通常的焊接方法后，接頭中不會(huì)產(chǎn)生淬硬組織或冷裂紋。只要焊接材料選擇適當(dāng)，便能得到滿(mǎn)意的焊接接頭。用電弧焊焊接低碳鋼時(shí)，為了提高焊縫金屬的塑性、韌性、和抗裂性能，通常都是使焊縫金屬的碳含量低于母材，依靠提高焊縫中的硅、錳含量和電弧所具有較高的冷卻來(lái)達(dá)到與母材等強(qiáng)度。因此，焊縫金屬會(huì)隨著冷卻速度的增加，其強(qiáng)度會(huì)提高，而塑性和韌性會(huì)下降。當(dāng)厚板單層角焊縫時(shí)，焊角尺寸不宜過(guò)??；多層焊時(shí)，應(yīng)盡量連續(xù)施焊；焊補(bǔ)表面缺陷時(shí)，焊縫應(yīng)具有一定的尺寸，焊縫長(zhǎng)度不得過(guò)短，必要時(shí)應(yīng)采用100-150℃的局部預(yù)熱。2、焊接材料電弧焊用焊條用于焊接結(jié)構(gòu)的低碳鋼多是Q235鋼，其抗拉強(qiáng)度平均約417.5N/mm2,按等強(qiáng)度原則應(yīng)選用E43××系列焊條,它的熔敷金屬抗拉強(qiáng)度不小于420N/mm2(43kgf/mm2),在力學(xué)性能上與母材恰好相匹配。

碳鋼焊接性二、低碳鋼的焊接碳鋼焊接性當(dāng)焊接重要的或裂紋敏感性較大的結(jié)構(gòu)時(shí)，常選用低氫型堿性焊條，如E4316、E4315、E5016、EE5015等。因這類(lèi)焊條具有較好的抗裂性能和力學(xué)性能，其韌性和抗時(shí)效性能也很好。但這類(lèi)焊條工藝性能較差，對(duì)油、銹和水份很敏感，焊前需在350-400℃下烘干1-2小時(shí)，并需對(duì)接頭作徹底清理干凈。所以對(duì)于一般的焊接結(jié)構(gòu)，推薦選用工藝性能較好的酸性焊條，如E4303、E4313、E4320等。這些焊條雖然氣體、雜質(zhì)較高，焊縫金屬的塑性、韌性及抗裂性不及堿性焊條，但一般都能滿(mǎn)足使用性能要求。碳鋼焊接性當(dāng)焊接重要的或裂紋敏感性較大的結(jié)構(gòu)時(shí)，常選用低氫型堿性焊條3、焊接工藝要點(diǎn)為確保低碳鋼的焊接質(zhì)量，在焊接工藝方面須注意：1)焊前清除焊件表面鐵銹、油污、水份等雜質(zhì)，焊接材料焊前烘干。2)角焊縫、對(duì)接多層焊的第一層焊縫以及單道焊鄉(xiāng)要避免采用窄而深的坡口形式，以防止出現(xiàn)裂紋、未焊透或夾渣等焊接缺陷。3)焊接剛性大的構(gòu)件時(shí)，為了防止產(chǎn)生裂紋，宜采用焊前預(yù)熱和焊后消除應(yīng)力的措施。4)在環(huán)境溫度低于-10℃以下時(shí)焊接低碳鋼結(jié)構(gòu)時(shí)接頭冷卻快，為了防止產(chǎn)生裂紋，應(yīng)采取以下減緩冷卻速度的措施：碳鋼焊接性3、焊接工藝要點(diǎn)碳鋼焊接性a、焊前預(yù)熱，焊時(shí)保持層間溫度；b、采用低氫型或超低氫型焊接材料；c、點(diǎn)固焊時(shí)須加大焊接電流，適當(dāng)加大點(diǎn)固焊的焊縫載面和長(zhǎng)度，必要時(shí)焊前也必須預(yù)熱；d、整條焊縫連續(xù)焊完，盡量避免中斷。熄弧時(shí)要填滿(mǎn)弧坑。碳鋼焊接性a、焊前預(yù)熱，焊時(shí)保持層間溫度；碳鋼焊接性

三、中碳鋼的焊接1、焊接特點(diǎn)中碳鋼含碳量較高，其焊接性比低碳鋼差．當(dāng)Ｗ（Ｃ）接近下限（０.２５％）時(shí)焊接性良好，隨著含碳量增加，其淬硬傾向隨之增大，在熱影響區(qū)容易產(chǎn)生低塑性的馬氏體組織。當(dāng)焊件剛性較大或焊接材料、工藝參數(shù)選擇不當(dāng)時(shí)，容易產(chǎn)生冷裂紋。多層焊焊接第一屋焊縫時(shí)，由于母材金屬熔合到焊縫中的比例大，使其含碳量及硫、磷含量增高、容易產(chǎn)生熱裂紋。此外，碳含量高時(shí)，氣孔敏感性增大。2、焊接材料應(yīng)盡量選用抗裂性能好的低氫型焊接材料。焊條電弧焊時(shí)，若要求焊縫與母材等強(qiáng)度，宜選用強(qiáng)度級(jí)別相當(dāng)?shù)牡蜌湫秃笚l；若不要求等強(qiáng)度時(shí)，則選用強(qiáng)度級(jí)別比母材低一級(jí)的低氫型焊條，以提高焊縫的塑性、韌性和抗裂性能。如果選用非低氫型焊條進(jìn)行焊接，則必須在嚴(yán)格的工藝措施配合，如控制預(yù)熱溫度、減少母材的熔合比等。當(dāng)工件不允許預(yù)熱時(shí)，可選用塑性?xún)?yōu)良的鉻鎳奧氏體不銹鋼焊條。這樣可以減少焊接接頭應(yīng)力，避免熱影響區(qū)冷裂紋產(chǎn)生。碳鋼焊接性三、中碳鋼的焊接碳鋼焊接性碳鋼焊接性碳鋼焊接性

3、焊接工藝要點(diǎn)預(yù)熱和層間溫度預(yù)熱是焊接和焊補(bǔ)中碳鋼防止裂紋的有效工藝措施。因?yàn)轭A(yù)熱可降低焊縫金屬和熱影響區(qū)的冷卻速度、抑制馬氏體的形成。預(yù)熱溫度取決于碳含量、母材厚度、結(jié)構(gòu)剛性、焊條類(lèi)型和工藝方法等，最好是整體預(yù)熱，局部預(yù)熱，其加熱范圍應(yīng)為焊口兩側(cè)150～200mm左右。多層焊時(shí)，要控制層間溫度，一般不低于預(yù)熱的溫度。淺熔深為了減少線(xiàn)材金屬熔入焊縫中的比例,焊接接頭可做成U型或V型坡口。如果是焊補(bǔ)鑄件缺陷，所鏟挖的坡口外形應(yīng)圓滑，多層焊時(shí)應(yīng)采用小焊條，小焊接電流，以減少熔深。焊后處理最好是焊后冷卻到預(yù)熱溫度之前就進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，尤其是大厚度工件或大剛性的結(jié)構(gòu)件更應(yīng)如此。消除應(yīng)力熱處理溫度一般在600～650℃之間。如果焊后不能立即消除應(yīng)力熱處理，則應(yīng)先進(jìn)行后熱，以便擴(kuò)散氫逸出。后熱溫度150℃保溫2小時(shí)。錘擊焊縫金屬?zèng)]有熱處理消除焊接應(yīng)力的條件時(shí)，可焊接過(guò)程中用錘擊熱態(tài)焊縫的方法減小焊接應(yīng)力，并設(shè)法使焊縫緩冷。碳鋼焊接性3、焊接工藝要點(diǎn)碳鋼焊接性四、高碳鋼的焊接1、焊接特點(diǎn)含碳量w（C）＞0.6％的高碳鋼淬硬性高、很容易產(chǎn)生又硬又脆的高碳馬氏體。在焊縫和熱影響區(qū)中容易產(chǎn)生裂紋，難以焊接。幫一般都不用這類(lèi)鋼制造焊接結(jié)構(gòu)，而用于制造高硬度或耐磨的部件或零件，對(duì)它們的焊接多數(shù)是破損件的焊補(bǔ)修理。高碳鋼零、部件的高硬度或高耐磨性能是通過(guò)熱處理獲得，因此焊補(bǔ)這些零、部件前應(yīng)先行退火，以減少焊接裂紋，焊后再重新進(jìn)行熱處理。2、焊接材料 按焊縫性能要求來(lái)選用高碳鋼的焊接材料，要求達(dá)到與線(xiàn)材完全相同的性能是比較難的。在焊條電弧焊情況下，當(dāng)要求強(qiáng)度高時(shí)，可選用E7015（J707）或E6015（J607）焊條；要求低時(shí)，選用鉻、鎳奧氏體不銹鋼焊條，如E309-16（A302）、E309-15（A307）等，這時(shí)預(yù)熱溫度可降低或不需預(yù)熱。3、焊接要點(diǎn)高碳鋼焊接性差，焊接時(shí)性必須注意：1）應(yīng)先退火而后焊接；2）采用結(jié)構(gòu)焊條時(shí)，焊前必須預(yù)熱，預(yù)熱溫度和層間溫度應(yīng)在350℃以上；3）采取與焊接中碳鋼相似的工藝措施，盡量減少熔合比、小焊接電流、低焊接速度，焊接盡可能連續(xù)進(jìn)行，中間不停止；4）焊后緩冷，并應(yīng)立即送入爐中進(jìn)行消除應(yīng)力的高溫回火，隨后根據(jù)需要作相應(yīng)的熱處理。碳鋼焊接性四、高碳鋼的焊接碳鋼焊接性

五、合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接1、合金結(jié)構(gòu)鋼及其分類(lèi)合金結(jié)構(gòu)鋼是在碳素鋼的基礎(chǔ)上有目的地加入一種或幾種合金元素的鋼。常用的合金元素有：錳、硅、鉻、鎳、鉬、鎢、釩、鈦、硼等。加入合金元素可使鋼的性能產(chǎn)生預(yù)期的變化，如提高其強(qiáng)度，改善其韌性，或使其具有特殊的物理、化學(xué)性能，如耐熱性各耐蝕性等。合金結(jié)構(gòu)鋼的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，種類(lèi)繁多，可化學(xué)成分、合金系統(tǒng)、組織狀態(tài)、用途或使用性能等方面分類(lèi)。例如：按合金元素總含量的多少分有：1）低合金鋼，一般w(Me)＜5%；2）中合金鋼，w(Me)=5～10%；3）高合金鋼，w(Me)＞10%；按用途合性能分有：1）強(qiáng)度用鋼即通常所說(shuō)的高強(qiáng)度用鋼。2）特殊用途鋼這類(lèi)鋼主要用于在特殊條件下工作的機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)。碳鋼焊接性五、合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接碳鋼焊接性按供貨狀態(tài)分，強(qiáng)度用分為熱軋與正火鋼、低碳調(diào)質(zhì)鋼等到三類(lèi)。各類(lèi)鋼的組織性能有其共同點(diǎn)，且與焊接性密切相關(guān)。簡(jiǎn)介如下：熱軋正火鋼是一種非熱處理強(qiáng)化鋼，一般是在熱軋、控軋、正火、正火加回火狀態(tài)下供貨，使用時(shí)不進(jìn)行熱處理。這類(lèi)鋼合金元素含量低（一般w(Me)≤3%），屈服點(diǎn)在295-460MPa范圍，所以又稱(chēng)為低合金高強(qiáng)度鋼。鋼中主要元素是Mn，有些輔以V、Ti、Nb等。這類(lèi)鋼被廣泛應(yīng)用于各種焊接結(jié)構(gòu)。低碳調(diào)質(zhì)鋼是一種熱處理強(qiáng)化鋼，一般在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下供貨。其含碳量較低，通常w(C)在0.25%以下。鋼中Mn、Mo為主要元素，有些輔以V、Cr、Ni、B等。這類(lèi)鋼只需加入少量合金元素，通過(guò)調(diào)質(zhì)處理，就能獲得高的強(qiáng)度，又有較好的塑性和韌性?？梢灾苯釉谡{(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接，焊后不必進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，必要時(shí)可進(jìn)行消除應(yīng)力處理。由于這類(lèi)鋼強(qiáng)度高、韌性好，焊接熱影響區(qū)淬硬傾向小，冷裂紋敏感性較低，所以在重大焊接結(jié)構(gòu)中得到越來(lái)越廣泛應(yīng)用。但是，這類(lèi)鋼焊后在熱影響區(qū)中出現(xiàn)軟化區(qū)。碳鋼焊接性按供貨狀態(tài)分，強(qiáng)度用分為熱軋與正火鋼、低碳調(diào)質(zhì)鋼等到3）中碳調(diào)質(zhì)鋼也是一種熱處理強(qiáng)化鋼，其含碳量比低碳調(diào)質(zhì)鋼高[w(C)＞0.3%],因此淬硬性比低碳調(diào)質(zhì)鋼高很多。中碳調(diào)質(zhì)鋼常用于強(qiáng)度要求很高的產(chǎn)品和構(gòu)件，如火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、飛機(jī)起落架等。由于它的強(qiáng)度和硬度很高其韌性相對(duì)較低，給焊接帶來(lái)較大困難。通常需要在退火狀態(tài)下焊接，焊后再通過(guò)整體熱處理來(lái)達(dá)到所需的強(qiáng)度和硬度。2、熱軋及正火鋼的焊接性在熔焊條件下熱軋及正火鋼隨著強(qiáng)度級(jí)別的提高和合金元素含量的增加，焊接的難度增大。這類(lèi)鋼焊接的主要問(wèn)題是熱影響區(qū)的脆化和產(chǎn)生各種裂紋?！餆嵊绊憛^(qū)脆化1)過(guò)熱區(qū)脆化過(guò)熱區(qū)是指熱影響區(qū)中熔合線(xiàn)附近母材被除數(shù)加熱到到1100℃以上的區(qū)域，又叫粗晶區(qū)。由于該區(qū)溫度高，發(fā)生奧氏體晶粒顯著增大和一些難熔質(zhì)點(diǎn)熔入而致了性能變化。這種變化既和鋼材的類(lèi)型、合金系統(tǒng)有關(guān)，又和焊接熱輸入有關(guān)，因?yàn)闊彷斎胫苯佑绊懜邷赝Ａ魰r(shí)間和冷卻速度。熱軋鋼系固溶強(qiáng)化鋼，在熱軋狀態(tài)下使用。導(dǎo)致熱軋鋼過(guò)熱區(qū)脆化的原因是：焊接輸入偏高，使該區(qū)的奧氏體晶粒嚴(yán)重增大，穩(wěn)定性增加。使之轉(zhuǎn)變產(chǎn)物先析鐵素體和共析鐵素體的延伸發(fā)展，除沿晶界析出外還向晶內(nèi)延伸，形成魏氏體組織及其他塑性低的混合組織，從而使過(guò)熱區(qū)脆化。因此對(duì)于像Q345（16Mn）之類(lèi)固熔強(qiáng)化的熱軋鋼，焊接時(shí)，采用適當(dāng)?shù)偷妮斎霟岬裙に嚧胧﹣?lái)抑制過(guò)熱區(qū)奧氏體晶粒長(zhǎng)大及魏氏組織的出現(xiàn)，是防止過(guò)熱區(qū)脆化的關(guān)鍵。

碳鋼焊接性3）中碳調(diào)質(zhì)鋼也是一種熱處理強(qiáng)化鋼，其含碳正火鋼過(guò)熱區(qū)脆化下熱軋鋼不同，其熱過(guò)敏性比熱鋼大，這是因?yàn)閮烧吆辖鸹绞讲煌?duì)含Ti和V的15MnTi與Q420（15MnVN）鋼研究表明：隨著焊接熱輸入增大，高溫停留時(shí)間延長(zhǎng)，Ti、V溶解得越充分，其脆化就顯著。所以用小熱輸入是避免這類(lèi)正火鋼過(guò)熱區(qū)脆化的有效措施。如果為了提高正鋼的焊接生產(chǎn)效率面采用大的熱輸入焊接，在這種情況下，焊后需采用800～1100℃的正火熱處理來(lái)改善接頭韌性。2）熱應(yīng)變脆化指鋼在200℃～Ac1溫度范圍內(nèi)，受到較大的塑性變形（5%～10%）后，出現(xiàn)斷裂韌性明顯下降，脆性轉(zhuǎn)變溫度明顯升高現(xiàn)象。對(duì)Q345（16Mn）和Q420（15MnVN）等鋼研究表明，這些鋼均具有一定的熱應(yīng)變脆化傾向。消除和熱應(yīng)變脆化的有效措施是焊后退火處理。經(jīng)600℃左右的消除應(yīng)力退火后，材料的韌性基本上能恢復(fù)到原來(lái)的水平。★裂紋1)焊縫金屬的熱裂紋熱軋正火鋼一般含碳量都較低，而含錳量都較高，它們的w(Mn)/w(S)值比較大，因而具有較好的抗熱裂能，正常情況下焊縫不會(huì)出現(xiàn)裂紋。但是，當(dāng)材料成分不合格，或有嚴(yán)重偏析，使局部的碳、硫含量偏高，其w(Mn)/w(S)值偏低時(shí)則易產(chǎn)生裂紋?？刂颇覆暮秃附硬牧现械奶肌⒘蚝?，減少熔合比，增大焊縫的成形系數(shù)等都有利于防止焊縫金屬產(chǎn)生熱裂紋。

碳鋼焊接性正火鋼過(guò)熱區(qū)脆化下熱軋鋼不同，其熱過(guò)敏性比熱鋼大，這是2)冷裂紋導(dǎo)致鋼材產(chǎn)生焊接冷裂紋的三個(gè)主要因素是鋼材的淬硬傾向，焊縫的擴(kuò)散氫含量和接頭的拘束應(yīng)力，其中淬硬傾向是決定性的。一般認(rèn)為碳當(dāng)量CE＜0.4%的鋼材焊接時(shí)基本上無(wú)淬硬傾向,焊接性良好。σs=295～390MPa的熱軋鋼如09Mn、O9MnNb、12Mn等基本屬這一類(lèi)。除鋼板很厚、環(huán)境溫度很低的情況外，也和焊接低碳鋼一樣一般不需要焊前預(yù)熱和嚴(yán)格控制焊接熱輸入，也不會(huì)引起冷裂紋。隨著CE增加，其淬硬傾向也隨之增大，Q345（16Mn）、Q390（15MnV）等熱軋鋼的碳當(dāng)量較上述幾種鋼稍高，其淬硬傾向相應(yīng)稍大，當(dāng)冷卻速度快時(shí)，有可能產(chǎn)生馬氏體淬硬組織。在拘束應(yīng)力較大和擴(kuò)散氫含量較高的情況下，就必須采取適當(dāng)措施，防止冷裂紋的產(chǎn)生。碳當(dāng)量CE=0.4%～0.6%的鋼，基本上屬