低合金鋼的焊接

關(guān)于低合金鋼的焊接第1頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三第三章低合金鋼焊接及工程應(yīng)用第五節(jié)低溫用鋼的焊接

第四節(jié)中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接第三節(jié)低碳低合金調(diào)質(zhì)鋼的焊接第二節(jié)熱軋及正火鋼的焊接第一節(jié)低合金鋼概述復(fù)習(xí)思考題第六節(jié)低合金耐腐蝕鋼的焊接第2頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三低合金鋼實(shí)在碳素鋼的基礎(chǔ)上添加一定量的合金元素冶煉而成的，其合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般不超過5%（10%--中合金），加入合金元素的目的，是在保證足夠的塑性和韌性的基礎(chǔ)上獲得較高的強(qiáng)度或滿足結(jié)構(gòu)工作條件提出的特殊要求，如耐低溫、耐高溫或耐腐蝕等。第一節(jié)低合金鋼概述合金結(jié)構(gòu)鋼的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，種類繁多，可按化學(xué)成分、合金系統(tǒng)、組織狀態(tài)、用途或使用性能等方面進(jìn)行分類。第3頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三合金元素在鋼中的作用一、對鋼中基本相的影響

合金元素在鋼中存在的形式有兩類型，一種是溶解到碳鋼原有的相中，另一種是形成新相，存在形式?jīng)Q定于元素的數(shù)量和性質(zhì)。其中關(guān)鍵在于元素與碳的親和力。非碳化物形成元素這類元素與碳的親合力比鐵弱，常用元素主要有Ni、Co、Si、Al、B等。它們在低溫時(shí)溶解在鐵素體中，高溫時(shí)溶解于奧氏體中。所有元素的溶入，由于固溶強(qiáng)化的結(jié)果，均提高材料的強(qiáng)度和硬度。Cr、Ni、Mn少量溶入時(shí)，對塑性影響不大，而因強(qiáng)度的提高了材料的韌性；當(dāng)數(shù)量過多或其他一些元素的加入會(huì)對材料的塑性帶來少量的下降。

第4頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三碳化物形成元素這類元素與碳的親合力比鐵強(qiáng)，常用元素主要有Mn、Cr、W、Mo、V、Zr、Nb、Ti等。量少時(shí)溶入滲碳體中，形成合金滲碳體(Fe,M)3C，一般合金滲碳體都比Fe3C穩(wěn)定，在奧氏體中的溶解和聚集長大比Fe3C難。當(dāng)鋼中合金元素和碳量都較高時(shí)，可形成穩(wěn)定性更高的合金碳化物，常見的有Mn3C、Cr7C3、Cr23C6、Fe4W2C、WC、MoC、VC、TiC等，它們具有比滲碳體更高的熔點(diǎn)和更高的硬度。與碳、碳之外的其他元素的結(jié)合合金元素與非金屬元素N、O、S結(jié)合，生產(chǎn)夾雜物，鋼中常見的有TiN、AlN、SiO2、Al2O3、MnS、Ni3Al、Ni3Ti等。此外Pb、Cu、C(石墨)以游離態(tài)的方式存在于鋼中。第5頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三二、對鐵碳相圖的影響

擴(kuò)大γ相區(qū)合金元素的加入，使A3線下移，而A4上揚(yáng)，擴(kuò)大了γ相區(qū)。這類元素有Mn、Ni、Co、N等，也稱為γ相穩(wěn)定化元素。碳也是屬于擴(kuò)大γ相區(qū)的元素。當(dāng)它們的含量增加，A1線也下移。當(dāng)它們的含量超過一定量后，以致在室溫下只有單相的奧氏體存在，即A1點(diǎn)降到室溫以下或根本不出現(xiàn)fcc向bcc的轉(zhuǎn)變，這時(shí)的鋼稱為奧氏體類型鋼。縮小γ相區(qū)合金元素的加入，使A3線上移，而A4下移，為縮小γ相區(qū)，這類元素有Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si等，也稱為α相穩(wěn)定化元素。當(dāng)碳的含量較低，縮小γ相區(qū)的合金元素使A3線在G點(diǎn)以上，A4線在N點(diǎn)以下，兩線相遇，造成γ相區(qū)封閉，含量超過一定量后，致在室溫下的鐵素體升溫直到溶化也不出現(xiàn)bcc向fcc的轉(zhuǎn)變，即α相和高溫的δ相區(qū)相通。另外，B、Nb、Zr只能縮小γ相區(qū)，而達(dá)不到封閉。

第6頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三影響共析點(diǎn)S的成分合金元素的加入，隨著對γ相區(qū)的縮小或擴(kuò)大，除造成A1溫度的上升或下降外，對S點(diǎn)還會(huì)造成左右移動(dòng)，即改變S點(diǎn)的成分。統(tǒng)計(jì)表明，幾乎所有的元素都使S點(diǎn)左移，同時(shí)E點(diǎn)也隨之左移。例如在Mo、W、Ti含量高的鋼中，0.3－0.4%的碳量已是過共析鋼，而含碳量達(dá)到0.8－1.0％就超過了E點(diǎn)，在鋼的組織中出現(xiàn)了萊氏體。第7頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三第8頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三三、對相變過程的影響

1．加熱轉(zhuǎn)變

奧氏體形成速度合金元素與碳的親和力明顯的影響碳的遷移速度。其中非碳化物元素中部分，Co、Ni可加速奧氏體化，另一些作用不明顯，但不會(huì)減慢；碳化物元素中部分，Cr、Mo、W、V、Ti大大減慢奧氏體的形成，另一些作用不明顯，但不會(huì)加速。所有元素在奧氏體中的需要均勻化，故奧氏體化的時(shí)間必需加長。有些強(qiáng)碳化物元素在奧氏體中溶解十分困難，奧氏體化的溫度有的要求1000－1100℃或更高。奧氏體的晶粒度奧氏體化中的晶粒長大過程，隨著與碳的結(jié)合力的增加，表現(xiàn)出阻礙作用。強(qiáng)碳化物形成元素，如V、Ti、Nb、Zr就可以強(qiáng)烈阻止奧氏體晶粒生長；一般碳化物形成元素，如W、Mo、Cr可以一定程度的阻止奧氏體晶粒生長；非碳化物形成元素，如Si、Ni、Cu對奧氏體晶粒幾乎不發(fā)生影響；而Mn、P會(huì)促進(jìn)奧氏體晶粒的長大。

第9頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三1．對過冷奧氏體分解

合金元素對過冷奧氏體分解的影響其實(shí)反映在對鋼的TTT曲線的影響。淬透性

Co使C曲線左移，降低鋼的淬透性，其它元素都使C曲線右移，提高淬透性。馬氏體點(diǎn)除Si、Al外，這些元素還會(huì)使鋼的馬氏體點(diǎn)的溫度下降。降低鋼的馬氏體點(diǎn)，在淬火到室溫時(shí)的殘余奧氏體增加。

第10頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三1．對過冷奧氏體分解對C曲線的形狀其中主要表現(xiàn)為C曲線彎曲出現(xiàn)兩個(gè)鼻尖，珠光體轉(zhuǎn)變和貝氏體轉(zhuǎn)變各對應(yīng)一個(gè)，嚴(yán)重的造成這兩個(gè)轉(zhuǎn)變曲線分離，中間出現(xiàn)一亞穩(wěn)區(qū)，有的對其中某一種轉(zhuǎn)變有抑制作用，兩個(gè)鼻尖一前一后，而嚴(yán)重時(shí)，其中的某一中轉(zhuǎn)變受抑制，而只能發(fā)生一種轉(zhuǎn)變，如出現(xiàn)貝氏體鋼。第11頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三四、對回火轉(zhuǎn)變的影響

1．提高了鋼的回火穩(wěn)定性回火穩(wěn)定性是表示鋼對于回火時(shí)發(fā)生軟化過程的抵抗能力。提高回火穩(wěn)定性表現(xiàn)為許多合金元素可以使回火過程中各個(gè)轉(zhuǎn)變速度減慢，或完成或達(dá)到同樣的回火效果需要更高的溫度。這是由于它們減緩碳的擴(kuò)散，推遲馬氏體分解，在高溫下碳化物的長大速度也被減緩。同樣溫度下回火的硬度就較高。

2．產(chǎn)生二次硬化效果一些含W、Mo、V較高的鋼中，回火溫度升高到一定程度后，出現(xiàn)硬度上升，一般在500－600℃中出現(xiàn)一硬度的高峰值，這種現(xiàn)象稱為“二次硬化”。①淬火后的殘余奧氏體較多且十分穩(wěn)定，在回火時(shí)并未發(fā)生轉(zhuǎn)變，而內(nèi)應(yīng)力大大減小，在冷卻時(shí)這些奧氏體又部分的發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，材料的硬度得到提高；②在500－600℃下，馬氏體才出現(xiàn)分解，析出的高硬度的碳化物彌散細(xì)小，自身硬度高，同時(shí)強(qiáng)化了鐵素體的基體。第12頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三3．出現(xiàn)第二類回火脆性回火脆性是鋼在淬火后回火時(shí)，在一定的溫度范圍內(nèi)，韌性出現(xiàn)谷值，或表現(xiàn)出明顯的脆化現(xiàn)象稱為回火脆性。

一般的碳鋼和合金鋼在350℃附近回火都出現(xiàn)這種現(xiàn)象，稱為第一類回火脆性，通常是不可避免的，所以回火不宜在這個(gè)溫度進(jìn)行。部分合金鋼在500－650℃回火后緩冷時(shí)，也出現(xiàn)韌性下降，稱為第二類回火脆性，通常認(rèn)為是部分合金元素如Ni、Cr、Mn或雜質(zhì)S、P等在晶界處出現(xiàn)偏聚有關(guān)，只要在回火后采用較快的速度冷卻，如在水或油中冷卻，就可以避免第二類回火脆性的產(chǎn)生。第13頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三低合金鋼分類近年來這類鋼又開發(fā)出具有很大發(fā)展前途的新鋼種，如微合金化控軋鋼、焊接無裂紋鋼（CF鋼）、抗層狀撕裂鋼（Z向鋼）和焊接大熱輸入鋼等，主要用在嚴(yán)寒地區(qū)輸油管線、海上采油平臺(tái)、大型壓力容器、大型水輪機(jī)蝸殼和大跨度全焊接橋梁等工程中。國內(nèi)外常見的合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)見表3-1。第14頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三類型類別屈服點(diǎn)/MPa常用鋼牌號(hào)高強(qiáng)度鋼熱軋及正火鋼295～490Q295(Cu)、09Mn2Si、Q345(Cu)、Q390、Q390(Cu)、Q420、18MnMoNb、14MnMoV、WH530、X60、D36低碳調(diào)質(zhì)鋼490～98014MnMoVN、14MnMoNbB、WCF60、WCF62、HQ70、HQ80、HQ100、T-1、HY80、HY110中碳調(diào)質(zhì)鋼880～117635CrMoA、35CrMoVA、30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A、40CrMnSiMoVA、40CrNiMoA、34CrNi3MoA專用鋼珠光體耐熱鋼265～64012CrMo、15CrMo、2.25Cr1Mo、12Cr1MoV、15Cr1Mo1V、12Cr5Mo、12Cr9Mo1、12Cr2MoWVB、12Cr3MoVSiTiB低溫鋼343～58509Mn2V、06AlCuNbN、2.5Ni、3.5Ni、5Ni、9Ni低合金耐蝕鋼-12MnCuCr、09MnCuPTi、09CuPCrNi、12AlMoV、12AlMo、15Al3MoWTi表3-1第15頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三低合金高強(qiáng)鋼(強(qiáng)度用鋼)低合金特殊用鋼（專用鋼）

合金結(jié)構(gòu)鋼(按用途)珠光體耐熱鋼

低溫鋼

低合金耐蝕鋼

熱軋及正火鋼低碳調(diào)質(zhì)鋼中碳調(diào)質(zhì)鋼第16頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三（1）熱軋及正火鋼屈服點(diǎn)為295～490MPa，在熱軋或正火狀態(tài)下使用，屬于非熱處理強(qiáng)化鋼，包括微合金化控軋鋼、焊接無裂紋鋼和抗層狀撕裂鋼，盡管采用了不同的冶煉和控軋技術(shù)，但從本質(zhì)上講它們都屬于正火鋼。這類鋼廣泛應(yīng)用于常溫下工作的各種焊接結(jié)構(gòu)，如壓力容器、動(dòng)力設(shè)備、工程機(jī)械、橋梁、建筑結(jié)構(gòu)和管線等。第17頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三（2）低碳調(diào)質(zhì)鋼屈服點(diǎn)為490～980MPa，在調(diào)質(zhì)（淬火+高溫回火）狀態(tài)下供貨使用，屬于熱處理強(qiáng)化鋼。其特點(diǎn)是含碳量較低（碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般低于0.22%）、合金元素總量低于5%，既有高的強(qiáng)度，又有良好的塑性和韌性，可以直接在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下進(jìn)行焊接，焊后也不需進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。這類鋼在焊接結(jié)構(gòu)中也得到越來越廣泛的應(yīng)用，主要用于大型機(jī)械工程、壓力容器及艦船等。第18頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三（3）中碳調(diào)質(zhì)鋼屈服點(diǎn)一般在880～1176MPa或以上，鋼中含碳量比低碳調(diào)質(zhì)鋼高（碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%～0.5%），也屬于熱處理強(qiáng)化鋼。其淬硬性比低碳調(diào)質(zhì)鋼高很多，具有很高的強(qiáng)度和硬度，但韌性較低，給焊接帶來很大的困難，因此一般是在退火狀態(tài)下焊接，焊后再進(jìn)行整體熱處理來達(dá)到所要求的強(qiáng)度和硬度。這類鋼主要用于強(qiáng)度要求很高的產(chǎn)品或部件，如飛機(jī)起落架、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體等。第19頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三2．專用鋼專用鋼是指專門用于在特定條件下工作的機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)的鋼。按用途不同分為珠光體耐熱鋼、低溫鋼和低合金耐蝕鋼。（1）珠光體耐熱鋼具有較好的高溫強(qiáng)度和高溫抗氧化性，其最高工作溫度為500～600℃，可用于在這一溫度下工作的動(dòng)力設(shè)備和化工設(shè)備等。它是以Cr、Mo為基礎(chǔ)的低中合金鋼。隨著使用溫度的提高，鋼中往往還加入W、V、Nb、B等合金元素。第20頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三（2）低溫鋼具有良好的低溫韌性，其工作溫度為-40～-196℃，可用于各種低溫容器（液化石油氣≤-45℃、液化天然氣≤-162℃）、嚴(yán)寒地區(qū)的工程結(jié)構(gòu)（橋梁、管道等）和露天礦山機(jī)械等。這類鋼中大部分含有Ni，一般在正火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用，和普通低合金鋼的區(qū)別在于除具有滿足要求的的強(qiáng)度外，還必須具有足夠的低溫韌性。第21頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三（3）低合金耐蝕鋼除具有一般的力學(xué)性能外，還必須滿足耐腐蝕性能的特殊要求，主要用于在大氣、海水、石油化工等腐蝕性介質(zhì)中工作的各種零件和結(jié)構(gòu)。由于所處介質(zhì)不同，耐蝕鋼的成分和類型也不同，應(yīng)用最多的是耐大氣和海水腐蝕用鋼。第22頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)熱軋及正火鋼的焊接熱處理屈服強(qiáng)度/MPa合金系熱軋鋼鋼錠加熱1300℃，熱軋，空冷294～343C-Mn、Mn-Si正火鋼鋼板再加熱900℃，空冷343～490C-Mn、Mn-Si系，添加碳、氮化物形成元素第23頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三屈服強(qiáng)度為294～490MPa，在熱軋或正火狀態(tài)下使用，屬于非熱處理強(qiáng)化鋼。強(qiáng)化機(jī)理：熱軋鋼：固溶強(qiáng)化（Si、Mn）正火鋼：固溶強(qiáng)化+沉淀強(qiáng)化+細(xì)晶強(qiáng)化（V、Ti、Mo、Nb）正火鋼的強(qiáng)化方式多于熱軋鋼，因此其強(qiáng)度一般高于熱軋鋼，第24頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三另外也可以看出，熱軋及正火鋼基于其強(qiáng)化機(jī)理，強(qiáng)度直接取決于合金元素的含量，強(qiáng)度要求越高，所需加入的合金元素元素越多，但合金元素增加所帶來的塑性、韌性損失越大。熱軋及正火鋼價(jià)格便宜，綜合力學(xué)性能較好,廣泛應(yīng)用于常溫下工作的一些受力結(jié)構(gòu)，如壓力容器、動(dòng)力設(shè)備、工程機(jī)械、橋梁、建筑結(jié)構(gòu)和管線等。第25頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)熱軋及正火鋼的焊接一、熱軋鋼及正火鋼的成分和性能二、熱軋鋼及正火鋼的焊接性分析三、熱軋鋼及正火鋼的焊接工藝四、典型鋼種的焊接實(shí)例

第26頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三一、熱軋鋼及正火鋼的成分和性能熱軋鋼屈服強(qiáng)度：（294～343）MPa級(jí)合金系：C-Mn或Mn-Si系（主要通過Si、Mn的固溶強(qiáng)化作用保證其強(qiáng)度）

基本成分：C≤0.2%，Si≤0.55%，Mn≤1.5%

第27頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三成分特點(diǎn)：a.含碳量低—→塑性、韌性較好b．常用Si和Mn作為主加合金化元素—產(chǎn)生固溶強(qiáng)化獲得高強(qiáng)度→Mn的應(yīng)用普遍（Si的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0.6%后對沖擊韌性不利，使韌脆轉(zhuǎn)變溫度提高；C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0.3%和Mn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過1.6%后，焊接時(shí)易出現(xiàn)裂紋，在熱軋鋼焊接區(qū)還會(huì)出現(xiàn)脆性的淬硬組織）。第28頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三c．在特殊狀態(tài)下加入了少量的V和Nb—→沉淀強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化典型鋼種：16Mn，組織：細(xì)晶鐵素體+珠光體

15MnVV細(xì)化晶粒和沉淀強(qiáng)化（390MPa）使用狀態(tài)：一般在熱軋狀態(tài)下使用，但在特殊情況下（要求↑沖擊韌性或板厚），最好在正火狀態(tài)下使用。

第29頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三正火鋼：當(dāng)要求鋼的屈服強(qiáng)度σs≥392MPa后，在固溶強(qiáng)化的同時(shí)，必須加強(qiáng)合金元素的沉淀強(qiáng)化作用。正火鋼是在固溶強(qiáng)化的基礎(chǔ)上，加入一些碳、氮化合物形成元素（如V、Nb、Ti和Mo等），通過沉淀強(qiáng)化和細(xì)化晶粒進(jìn)一步提高鋼材的強(qiáng)度和保證韌性。

成分特點(diǎn)：熱軋鋼的成分+V、Ti、Mo、Nb↓↓

強(qiáng)化機(jī)理：固溶強(qiáng)化+沉淀強(qiáng)化+細(xì)化晶粒第30頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三屈服強(qiáng)度：（343～490）MPa使用狀態(tài)：正火正火處理的目的是為了使鋼中合金元素形成的碳、氮化合物以細(xì)小的化合物質(zhì)點(diǎn)從固溶體中沉淀析出，彌散分布在晶內(nèi)和晶界，產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化，并起細(xì)化晶粒的作用，可以在提高鋼材強(qiáng)度的同時(shí)，改善鋼材的塑性和韌性，避免過分固溶強(qiáng)化所造成的脆性。對于含Mo鋼來說，正火后還必須進(jìn)行回火才能保證良好的塑性和韌性。因此，正火鋼又可分為：第31頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三1)正火狀態(tài)下使用的鋼除15MnTi外，主要是V、Nb鋼：15MnV利用V、Nb元素形成的碳、氮化物彌散質(zhì)點(diǎn)所起的沉淀強(qiáng)化和細(xì)化晶粒的作用來達(dá)到良好的綜合性能此外15MnVN、美國的737C、德國的FG39加入N形成Mn-V-N系列鋼，由于增加了氮化釩的沉淀強(qiáng)化作用，使屈服強(qiáng)度σs由Mn-V鋼的392MPa提高到441MPa，其主要特點(diǎn)是屈強(qiáng)比（σs/σb）較高第32頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三2)正火+回火狀態(tài)下使用的鋼：這類鋼主要是指含Mo鋼，如14MnMoV、18MnMoNb等在低合金鋼中加入一定量的Mo，可細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度，還可以提高鋼材的中溫性能。因此含Mo的低合金正火鋼適于制造中溫厚壁壓力容器。但含Mo鋼在較高的正火溫度或較快速度的連續(xù)冷卻下，得到的組織為上貝氏體和少量的鐵素體，其韌性和焊接性較差，因此正火鋼必須回火處理以改善鋼材的塑性和韌性。第33頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三3)微合金化控軋鋼采用微合金化（加入微量Nb、V、Ti)和控制軋制技術(shù)達(dá)到細(xì)化晶粒和沉淀強(qiáng)化相結(jié)合的效果，同時(shí)從冶煉工藝上采取了降C降S，改變夾雜物形態(tài)，提高鋼的純度等措施，使鋼具有均勻的細(xì)晶粒等軸鐵素體基體。X70除加微量Nb、V、Ti外，還加入Ni、Cr、Cu、Mo。第34頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三

焊接性理論分析的基本內(nèi)容：(1)了解金屬材質(zhì)的性質(zhì)：成分、類別、強(qiáng)度等級(jí)、供貨狀態(tài)、力學(xué)性能、特殊性能（分析金屬焊接性的基本依據(jù)）(2)對金屬進(jìn)行焊接性分析

焊接加工性焊接性使用性能接頭是否產(chǎn)生缺陷：各種類型的裂紋HAZ的性能變化：脆化、軟化二、熱軋及正火鋼的焊接性分析第35頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三(3)制定焊接工藝關(guān)于焊接方法的選用

關(guān)于焊接材料的選用預(yù)熱溫度層間溫度關(guān)于焊接工藝參數(shù)的制定后熱溫度焊接E

焊后熱處理焊接工藝第36頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三二、熱軋鋼及正火鋼的焊接性分析

低合金鋼的焊接性主要取決于它的化學(xué)成分和軋制工藝。隨著鋼材強(qiáng)度級(jí)別的提高和合金元素含量的增加，焊接性也隨之發(fā)生變化。焊接性通常表現(xiàn)為兩方面的問題：一是裂紋問題，一是接頭的脆化問題。

第37頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三二、熱軋鋼及正火鋼的焊接性分析

低合金鋼的焊接性主要取決于它的化學(xué)成分和軋制工藝。隨著鋼材強(qiáng)度級(jí)別的提高和合金元素含量的增加，焊接性也隨之發(fā)生變化。焊接性通常表現(xiàn)為兩方面的問題：一是裂紋問題，一是接頭的脆化問題。

第38頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三

1、焊縫中的熱裂紋

形成機(jī)理：主要是由于焊縫結(jié)晶時(shí)，硫在晶間形成了低熔點(diǎn)的硫化物和共晶體，因此，S對高強(qiáng)鋼熱裂紋的形成起著直接的有害作用。

其次，S的有害作用還與鋼中的其它元素密切相關(guān)，例如鋼中的C、Si會(huì)促使S在晶界的偏析，因此會(huì)促進(jìn)S的有害作用,而Mn卻能抵消它的有害作用。第39頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三

焊縫中的碳含量越高，為了防止硫的有害作用所需的Mn含量也要求越高；隨著碳含量的增加，要求Mn/S比也提高。當(dāng)Wc=0.12%時(shí)，Mn/S比不應(yīng)低于10，而Wc=0.16%時(shí)，Mn/S比就應(yīng)大于40才能不出現(xiàn)熱裂紋。

判定依據(jù)：以Mn/S、Wc來評(píng)定焊縫的熱裂傾向

第40頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三總體而言，熱軋及正火鋼熱裂傾向小原因：含碳量低（≤0.2%）含Mn量較高，Mn/S一般能達(dá)到規(guī)定要求因此，熱軋及正火鋼具有較好的抗熱裂性能，焊接過程中的熱裂紋傾向較小，正常情況下焊縫中不會(huì)出現(xiàn)熱裂紋。但個(gè)別情況下，當(dāng)材料成分不合格或嚴(yán)重偏析→局部C、S↑→Mn/S↓→焊縫中也會(huì)出現(xiàn)熱裂

第41頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三冶金措施降低焊縫含碳量適當(dāng)提高焊縫含錳量，但太多，晶粒長大工藝措施設(shè)法減少熔合比焊速不宜過大采用引弧板和熄弧板降低焊接接頭的剛性拘束條件，選擇合理的焊接順序，以減少焊接應(yīng)力第42頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三焊縫的含H量冷裂紋接頭的拘束度鋼種的淬硬傾向—→被焊材料工藝、結(jié)構(gòu)因素2、冷裂紋因此，僅從材料本身看，鋼種的淬硬傾向是引起冷裂紋的決定因素。鋼種的淬硬傾向越大，其冷裂傾向越大，焊接時(shí)是否形成對氫致裂紋敏感的淬硬組織是評(píng)定材料焊接性的一個(gè)重要指標(biāo)。而淬硬傾向可以通過焊接熱影響區(qū)連續(xù)冷卻。第43頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三轉(zhuǎn)變圖（SHCCT）或鋼材的連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變圖（CCT）來進(jìn)行分析。

a淬硬傾向與冷裂紋傾向的關(guān)系：1）熱軋鋼的淬硬傾向和冷裂傾向：熱軋鋼含C量不高，但含有少量的合金元素，其淬硬傾向稍大于低碳鋼，并且隨著鋼材強(qiáng)度級(jí)別的提高，淬硬傾向逐漸增大。第44頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三第45頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三與低碳鋼相比，Q345在連續(xù)冷卻時(shí)，珠光體轉(zhuǎn)變右移較多，使快冷過程中（如圖3-4a上的c點(diǎn)以左）鐵素體析出后剩下的富碳奧氏體來不及轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，而是轉(zhuǎn)變?yōu)楹驾^高的貝氏體和馬氏體，具有淬硬傾向。第46頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三a．厚板手弧焊：V冷較快

b.薄板或埋弧焊：V冷慢低碳鋼：F（大量）+P+B+M（少量）

F（大量）+P16Mn：F（少量）+B+M（多）

F（大量）+P分析表明：環(huán)境溫度很低或鋼板厚度很大，熱軋鋼有一定冷裂傾向第47頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三2）正火鋼的淬硬傾向和冷裂傾向：由于正火鋼的強(qiáng)度級(jí)別較高，Me的含量也較多，因此正火鋼的淬硬傾向大于熱軋鋼；正火鋼由于強(qiáng)度級(jí)別不同，其淬硬傾向和冷裂傾向相差較大，但總的說來，隨著強(qiáng)度級(jí)別的提高，鋼材的淬硬傾向和冷裂傾向都將↑第48頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三例如15MnVN和18MnMoNb相比（見圖3-5a、b），兩者的淬硬傾向差別較大。18MnMoNb的過冷奧氏體比15MnVN穩(wěn)定得多，特別是在高溫轉(zhuǎn)變區(qū)。因此，18MnMoNb冷卻下來很容易得到貝氏體和馬氏體，它的整個(gè)轉(zhuǎn)變曲線比15MnVN靠右，淬硬性高于Q42015MnVN

，故冷裂敏感性也比較大。

第49頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三第50頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三b碳當(dāng)量與冷裂紋傾向的關(guān)系冷裂傾向→淬硬傾向→化學(xué)成分→碳的作用因此，可以通過一些經(jīng)驗(yàn)性的碳當(dāng)量公式來粗略地估計(jì)不同鋼材的冷裂傾向。熱軋鋼：CE<0.４％,無淬硬傾向、冷裂傾向，焊接性良好，不需預(yù)熱和嚴(yán)格控制E。但在鋼板厚度過大或環(huán)境溫度很低時(shí)，要均勻預(yù)熱和↑E第51頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三正火鋼：CE=（0.4～0.6）％:

強(qiáng)度級(jí)別較低：15MnVN：CE<0.5%，淬硬傾向不嚴(yán)重，焊接性較好。但厚度較大時(shí)，需預(yù)熱。

強(qiáng)度級(jí)別較高：18MnMoNb：CE>0.5%，淬硬傾向大，焊接性較差，要采取嚴(yán)格的工藝措施第52頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三

3、再熱裂紋：再熱裂紋是焊接結(jié)構(gòu)在焊后消除應(yīng)力的熱處理過程中或者是焊后再次高溫加熱過程所產(chǎn)生的一種裂紋。（含Mo正火鋼厚壁壓力容器及其他有沉淀強(qiáng)化的鋼或合金，如珠光體耐熱鋼、奧氏體不銹鋼等）形成再熱裂紋的成分條件是：鋼中要含有一定數(shù)量的強(qiáng)碳化物形成元素：如V、Ti、Mo、Nb第53頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三熱軋鋼：屬于固溶強(qiáng)化鋼，C-Mn和Mn-Si系一般不含有強(qiáng)碳化物形成元素，因此熱軋鋼對再熱裂紋并不敏感正火鋼：也是以固溶強(qiáng)化為主，但還具有少許的沉淀強(qiáng)化，鋼中含有少量的強(qiáng)碳化物形成元素，從理論上一般認(rèn)為正火鋼具有輕微的再熱裂紋傾向。但實(shí)踐證明它對再熱裂紋不敏感。如15MnVN第54頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三正火+回火鋼：Mo、V或Mo、Nb共存的正火+回火鋼，如18MnMoNb、14MnMoV則有輕微的再熱裂紋敏感性。可采取提高預(yù)熱溫度或焊后立即后熱等措施來防止再熱裂紋的產(chǎn)生。如18MnMoNb只要將預(yù)熱溫度中消除冷裂紋需要的180℃（板厚60mm）提高到220℃后就能防止再熱裂紋。如果提高預(yù)熱溫度有困難，可在180℃預(yù)熱條件下焊后立即進(jìn)行180℃×2h的后熱也能有效地防止再熱裂紋的產(chǎn)生。第55頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三

4、層狀撕裂：

層狀撕裂是一種特殊形式的裂紋，它主要發(fā)生于要求熔透的角接接頭或T形接頭的厚板結(jié)構(gòu)中，（在熱影響區(qū)甚或遠(yuǎn)離熱影響區(qū)的母材中）。大型厚板焊接結(jié)構(gòu)（如海洋工程、鍋爐吊架、核反應(yīng)堆及船舶等）焊接時(shí)，如果在鋼材厚度方向承受較大的拉伸應(yīng)力時(shí)，可能沿鋼材軋制方向發(fā)生呈明顯階梯狀的層狀撕裂。第56頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三層狀撕裂的產(chǎn)生原因：鋼中的非金屬夾雜物，如硫化物、硅酸鹽或氧化物夾雜等沿平行于軋制的方向呈片狀、層狀分布或大量成片地密集于同一平面內(nèi)，由于夾雜物與基體金屬的結(jié)合薄弱，這種分布形態(tài)將導(dǎo)致鋼板在板厚方向（Z向）上塑性降低，當(dāng)Z向拘束力足夠大時(shí)，夾雜物與基體金屬就將產(chǎn)生開裂，并最終發(fā)展成層狀撕裂。第57頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三從鋼材本質(zhì)來說，層狀撕裂的產(chǎn)生主要取決于冶煉質(zhì)量，即取決于鋼中非金屬夾雜物的形態(tài)、大小以及數(shù)量。其中層片狀硫化物的影響最為嚴(yán)重。因此，一般把鋼中的硫含量和Z向斷面收縮率作為評(píng)定鋼材層狀撕裂敏感性的主要指標(biāo)。

由于熱軋及正火鋼是在一般的冶煉條件下生產(chǎn)，并沒有嚴(yán)格控制鋼液成分，沒有采取特殊的脫S、除氣以及夾雜物形態(tài)控制措施，因此，第58頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三它們一般都具有層狀撕裂傾向。

熱軋鋼是在熱軋狀態(tài)下使用，由于軋制，鋼中可能存在明顯的非金屬夾雜物帶狀組織。而正火鋼由于在熱軋以后進(jìn)行了正火處理，鋼中的帶狀組織已經(jīng)消除，板厚方向上的塑性有所改善。因此正火鋼的層狀撕裂傾向較熱軋鋼小。第59頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三層狀撕裂的產(chǎn)生不受鋼材種類和強(qiáng)度級(jí)別的限制，從Z向拘束力考慮，層狀撕裂與板厚有關(guān)，板厚越大，鋼板的剛性越大，Z向拘束力也越大。一般認(rèn)為板厚在16mm以下不會(huì)產(chǎn)生層狀撕裂。當(dāng)板厚δ>16mm時(shí)，應(yīng)檢查母材帶狀偏析。嚴(yán)重時(shí)采取預(yù)熱。第60頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三合理選擇層狀撕裂敏感性小的鋼材、改善接頭形式以減輕鋼板Z向所承受的應(yīng)力應(yīng)變、在滿足產(chǎn)品使用要求前提下選用強(qiáng)度級(jí)別較低的焊接材料及采用預(yù)熱及降氫等輔助措施，有利于防止層狀撕裂的發(fā)生。第61頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三5、焊接接頭的脆化焊接接頭中被加熱到1200℃以上，熔點(diǎn)以下的區(qū)域，由于溫度高發(fā)生了奧氏體晶粒的顯著長大和一些難熔質(zhì)點(diǎn)(如氮化物或碳化物)向A的溶入過程。這些過程與鋼種成分和焊接E共同作用往往會(huì)導(dǎo)致焊接過熱區(qū)脆化，例如：溶入的難熔質(zhì)點(diǎn)在冷卻過程中，來不及析出會(huì)使材料變脆；過熱粗大的奧氏體冷卻下來會(huì)轉(zhuǎn)變成魏氏體、粗大的第62頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三馬氏體及塑性很低的鐵素體、高碳馬氏體和貝氏體的混合組織和M-A組元，因此過熱區(qū)的性能變化取決于其在高溫的停留時(shí)間、影響冷卻速度的焊接線能量和鋼材的類型及合金系列。不同種類的鋼合金化機(jī)理和強(qiáng)化途徑不同，引起過熱區(qū)脆化的原因也不同。第63頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三1）過熱區(qū)的脆化熱軋鋼過熱區(qū)的脆化原因：a．形成了粗大的魏氏組織→E過大b．形成了高碳M等淬硬組織→E過小、Wc偏高

影響因素：E、Wc焊接E：決定高溫停留時(shí)間tH、接頭V冷↑E，tH↑、V冷↓→魏氏組織（粗晶脆化）↓E，V冷↑→淬硬組織（淬硬脆化）第64頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三Wc：Wc偏低：→低碳M（脆化不明顯）Wc偏高：→高碳M（脆化顯著）16Mn：Wc=0.12%～0.2%Wc偏低<0.14%時(shí)：E過大，過熱區(qū)晶粒粗化而形成了魏氏組織

Wc偏高>0.14%時(shí)：E過大，形成了魏氏組織E過小，形成了高碳M第65頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三

正火鋼：正火鋼的過熱區(qū)脆化除了與晶粒粗化有關(guān)外，還主要與其強(qiáng)化基理和合金化方式有關(guān)V、Ti、Mo、Nb常溫時(shí)：合金元素以化合物的形式存在最好，但Me固溶在F→使F產(chǎn)生晶格畸變→硬度↑、脆性↑高溫下：化合物（沉淀相）又溶解在A中→慢冷（正火）Me再次以化合物的形式沉淀析出快冷（焊接）Me固溶在F中，脆性↑第66頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三正火鋼的過熱區(qū)脆化原因：晶粒粗化高溫下，難熔質(zhì)點(diǎn)(如氮化物或碳化物)溶解在A中，焊接冷卻時(shí)固溶在F中，引起脆性↑第67頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三2）熱應(yīng)變脆化：定義：熱應(yīng)變脆化是焊接過程中最高加熱溫度區(qū)域?yàn)?00～200℃的HAZ在焊接熱和應(yīng)變的作用下，由固溶N所引起的一種動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效

產(chǎn)生部位：最高加熱溫度低于Ac1的亞臨界熱影響區(qū)（最高加熱溫度400～200℃的HAZ）產(chǎn)生實(shí)質(zhì)：由固溶N所引起的一種動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效第68頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三一般認(rèn)為熱應(yīng)變脆化是由于氮、碳原子聚集在位錯(cuò)周圍，對位錯(cuò)造成釘軋作用造成的。主要發(fā)生在固溶氮含量較高的低碳鋼和強(qiáng)度級(jí)別不高的低合金鋼，16Mn、16MnC(熱軋鋼)就具有一定的熱應(yīng)變脆化傾向鋼中加入足夠量的氮化物形成元素(如A1、Ti、V等)可顯著減弱脆化傾向，15MnVN的脆化傾向小于16Mn第69頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三三、熱扎正火鋼的焊接工藝

1、焊接方法的選擇

熱軋和正火鋼對焊接方法無特殊要求，常用的焊接方法如手工電弧焊、埋弧焊、氣體保護(hù)焊和電渣焊都可選用。方法的選取主要根據(jù)材料的厚度、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和具體施工條件來確定。其中，焊條電弧焊、埋弧自動(dòng)焊、CO2氣體保護(hù)焊是熱軋及正火鋼常用的焊接方法。第70頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三2、焊接材料的選擇低合金鋼選擇焊接材料時(shí)必須考慮兩方面的問題：一是不能使焊縫產(chǎn)生裂紋等焊接缺陷；二是使焊接接頭能滿足使用性能要求。熱扎正火鋼焊接時(shí)熱裂、冷裂傾向不大；同時(shí)這類鋼主要用于制造受力結(jié)構(gòu)，其接頭必須具備足夠的強(qiáng)度和韌性。因此，選擇焊接材料的依據(jù)是保證焊縫金屬的強(qiáng)度、塑性和韌性等力學(xué)性能與母材相匹配。第71頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三1）選擇與母材力學(xué)性能匹配的相應(yīng)強(qiáng)度級(jí)別的焊接材料選擇焊接材料時(shí)，為保證焊縫與母材力學(xué)性能匹配，應(yīng)從母材力學(xué)性能出發(fā)，選擇與母材強(qiáng)度級(jí)別相當(dāng)?shù)暮附硬牧希荒軓哪覆某煞殖霭l(fā)，選擇與母材成分相同的焊材，即滿足等強(qiáng)度要求，而無需滿足焊縫與母材同成分。

第72頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三焊材成分應(yīng)滿足以下要求：焊縫中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（不應(yīng)超過0.14%）以及合金元素含量都應(yīng)低于母材中的含量，以防止裂紋及焊縫強(qiáng)度過高。例如用E515焊條焊接15MnV和15MnTi時(shí)，焊縫金屬的成分：碳、硅、錳的含量都低于母材，并且不含有母材的V和Ti第73頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三2）考慮熔合比和冷卻速度的影響焊縫金屬的機(jī)械性能主要取決于其化學(xué)成分和組織的過飽和度（不平衡程度）。焊縫金屬的化學(xué)成分不僅取決于焊接材料的成分，而且與熔合比(熔化的母材金屬在焊縫金屬中的實(shí)際含量)有很大關(guān)系。改變?nèi)酆媳?，必然?huì)影響焊縫的化學(xué)成分，因此對焊縫的性能也會(huì)產(chǎn)生影響。第74頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三焊縫金屬組織的過飽和程度則與冷卻速度有很大關(guān)系。V冷越快，焊縫金屬的結(jié)晶和相變偏離平衡狀態(tài)越遠(yuǎn)，焊縫組織的過飽和程度越大，其強(qiáng)度、硬度越高，塑性、韌性越低。例1：采用埋弧焊焊接16Mn當(dāng)不開坡口或小坡口對接時(shí)，選用H08A焊絲即可當(dāng)開大坡口時(shí)，只能選用H08MnA或H10Mn2焊絲（前者熔合比大，后者熔合比較?。?，熔合比不同，即使同種母材選用的焊材也不同。第75頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三例2：16Mn分別采用對接接頭和T型接頭焊接時(shí)，即使采用同種焊材，T型接頭的焊縫強(qiáng)度總是高于同種焊材的對接接頭，其塑性、韌性卻明顯低于同種焊材的對接接頭。根本原因：是由于接頭形式會(huì)影響焊縫的V冷，T型接頭的角焊縫冷卻較快，其焊縫組織的不平衡程度較大。可見，V冷不同，即使同種母材，同種焊材，其焊縫性能也不相同。第76頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三3）考慮焊后熱處理對焊縫力學(xué)性能的影響

當(dāng)焊縫強(qiáng)度余量不大時(shí)，焊后熱處理（如消除應(yīng)力退火）后焊縫強(qiáng)度有可能低于要求。因此，對于焊后要進(jìn)行熱處理，特別是正火處理的焊縫，應(yīng)選擇強(qiáng)度高一些的焊接材料。例如焊接大坡口的15MnV厚板，焊后需進(jìn)行熱處理時(shí)，必須選用強(qiáng)度級(jí)別較高的H08Mn2Si焊絲，若選用H10Mn2焊絲，焊縫金屬的強(qiáng)度會(huì)偏低。4）當(dāng)對焊縫的使用性能提出特殊要求時(shí)，應(yīng)選擇具有相應(yīng)性能的焊材第77頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三

3．焊接工藝參數(shù)的確定焊接熱輸入:焊接E過大：導(dǎo)致冷速過慢，過熱區(qū)將因晶粒長大或出現(xiàn)魏氏組織等而使韌性降低，產(chǎn)生脆化；焊接E過小：對于有淬硬傾向的鋼中，由于過熱區(qū)組織中馬氏體比例增大很容易產(chǎn)生冷裂紋

第78頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三

焊接線能量的確定主要決定于過熱區(qū)的脆化和冷裂兩個(gè)因素。各類鋼的脆化傾向和冷裂傾向不同，所以對線能量的要求也不同。熱軋鋼：

當(dāng)焊接含C量很低的一些熱軋鋼，如09Mn2、09Mn2Si及含C量偏于下限的16Mn時(shí)，對線能量沒有嚴(yán)格要求。因?yàn)檫@類鋼的過熱敏感性和淬硬傾向都不大，所以焊接線能量大些或第79頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三小些都可以。但從提高過熱區(qū)塑性及韌性出發(fā)，線能量偏小些較為有利。當(dāng)焊接含C量較高的熱軋鋼，如含C量偏上限的16Mn鋼時(shí)，E過大，過熱區(qū)會(huì)產(chǎn)生粗晶脆化；E過小，由于淬硬傾向大，過熱區(qū)易產(chǎn)生淬硬脆化和冷裂紋，但增大E引起的粗晶脆化程度遠(yuǎn)小于減小E引起的過熱區(qū)淬硬脆化程度和冷裂傾向，因此一般選擇焊接線能量偏大些。

第80頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三正火鋼：

強(qiáng)度級(jí)別相對較低，含C量和Me含量較低的鋼種：15MnTi、15MnVN這類鋼的淬硬傾向并不大，接頭的問題主要為E過大引起的脆化問題。為了避免由于沉淀相的溶入以及晶粒的過熱所引起的脆化，線能量應(yīng)選得偏小些；

強(qiáng)度級(jí)別更高、含碳量和合金元素含量較高的正火鋼：如18MnMoNb第81頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三這類鋼的淬硬傾向增加，馬氏體含量也增加，小熱輸入時(shí)（E過小）冷裂傾向會(huì)增大，過熱區(qū)的脆化（淬硬脆化）也變得嚴(yán)重，在這種情況下熱輸入寧可偏大一些比較好。但在增大熱輸入、降低冷速的同時(shí)，又會(huì)引起接頭區(qū)過熱的加劇產(chǎn)生粗晶脆化（增大線能量對冷速的降低效果有限，但對過熱的影響較明顯）。在這種情況下采用大熱輸入的效果不如采用小熱輸入＋預(yù)熱更有效。預(yù)熱溫度控制恰當(dāng)時(shí)，既能避免產(chǎn)生裂紋，又能防止晶粒的過熱。第82頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三2.預(yù)熱焊接時(shí)進(jìn)行預(yù)熱的目的是防止裂紋和適當(dāng)?shù)馗纳坪附咏宇^性能。預(yù)熱溫度的確定較復(fù)雜，它與以下多種因素有關(guān)：1）材料的成分(決定材料的淬硬傾向)，CE<0.4%基本上沒有淬硬傾向，不必預(yù)熱2）冷卻速度(取決于環(huán)境溫度、板厚、焊接線能量、焊接方法等)，3）結(jié)構(gòu)的拘束度，拘束度，預(yù)熱溫度要求提高第83頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三4）含氫量(取決于焊接材料的烘干等)，含氫量增加，預(yù)熱溫度要求提高5）焊后熱處理。焊后不熱處理，預(yù)熱溫度應(yīng)偏高，對減少內(nèi)應(yīng)力和改善性能有利

工程中必須結(jié)合具體情況經(jīng)試驗(yàn)后才能確定預(yù)熱溫度，推薦的一些預(yù)熱溫度只能作為參考。多層焊時(shí)應(yīng)保持層間溫度不低于預(yù)熱溫度，但也要避免層間溫度過高引起的不利影響，如韌性下降等。

第84頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三

3.焊后熱處理除了電渣焊由于接頭區(qū)嚴(yán)重過熱而需要進(jìn)行正火處理外，其他焊接條件應(yīng)根據(jù)使用要求來考慮是否需要焊后熱處理。熱扎正火鋼一般焊后不需要熱處理，但對于要求抗應(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，焊后需進(jìn)行消除應(yīng)力的高溫回火。

第85頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三確定焊后回火溫度的原則：

①不要超過母材原來的回火溫度，以免影響母材本身的性能。②對于有回火脆性的材料，要避開出現(xiàn)回火脆性的溫度區(qū)間。例如，對含V或V+Mo的低合金鋼，回火時(shí)應(yīng)提高冷卻速度，避免在600℃左右的溫度區(qū)間停留較長時(shí)間，以免因V的二次碳化物析出而造成脆化；Q420的消除應(yīng)力熱處理的溫度為（550±25）℃。第86頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三如焊后不能及時(shí)進(jìn)行熱處理，應(yīng)立即在200-350℃保溫2~6h，以便焊接區(qū)的氫擴(kuò)散逸出。為了消除焊接應(yīng)力，焊后應(yīng)立即輕輕錘擊焊縫金屬表面，但這不適用于塑性較差的鋼件。強(qiáng)度級(jí)別較高或重要的焊接結(jié)構(gòu)件，應(yīng)用機(jī)械方法（砂輪等）修整焊縫外形，使其平滑過渡到母材，減小應(yīng)力集中。熱軋及正火鋼的預(yù)熱和焊后熱處理工藝參數(shù)見表3-13。第87頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三第88頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三四、典型鋼種的焊接實(shí)例Q345（低合金高強(qiáng)度鋼）網(wǎng)上摘錄相關(guān)資料第89頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三2.Q345鋼的焊接特點(diǎn)

2.1碳當(dāng)量(Ceq)的計(jì)算(國際焊接學(xué)會(huì))

Ceq=C+Mn/6+Ni/15+Cu/15+Cr/5+Mo/5+V/5計(jì)算Ceq=0.49%，大于0.4%，可見Q345鋼焊接性能不是很好，需要在焊接時(shí)制定嚴(yán)格的工藝措施。Mn/S比（熱裂紋）

2.2Q345鋼在焊接時(shí)易出現(xiàn)的問題

Q345鋼在焊接冷卻過程中，熱影響區(qū)容易形成淬火組織-馬氏體，使近縫區(qū)的硬度提高，塑性下降。結(jié)果導(dǎo)致焊后發(fā)生裂紋。第90頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三二、焊接施工流程坡口準(zhǔn)備→點(diǎn)固焊→預(yù)熱→里口施焊→背部清根（碳弧氣刨）→外口施焊→里口施焊→自檢/專檢→焊后熱處理→無損檢驗(yàn)（焊縫質(zhì)量一級(jí)合格）第91頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三三、焊接工藝參數(shù)的選擇通過對Q345鋼的焊接性分析，制定措施如下：1.焊接材料的選用由于Q345鋼的冷裂紋傾向較大，應(yīng)選用低氫型的焊接材料，同時(shí)考慮到焊接接頭應(yīng)與母材等強(qiáng)的原則，選用E5015（J507）型電焊條。2.坡口形式：（根據(jù)圖紙和設(shè)備供貨）3.焊接方法：采用手工電弧焊

第92頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三4.焊接電流：為了避免焊縫組織粗大，造成沖擊韌性下降，必須采用小規(guī)范焊接。具體措施為：選用小直徑焊條、窄焊道、薄焊層、多層多道的焊接工藝，焊道的寬度不大于焊條的3倍，焊層厚度不大于5mm。第一層至第三層采用Ф3.2電焊條，焊接電流100-130A；第四層至第六層采用Ф4.0的電焊條，焊接電流120-180A。5.預(yù)熱溫度：由于Q345鋼的Ceq＞0.40%，在焊接前應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度T0=100-150℃。6.焊后熱處理參數(shù)：為了降低焊接殘余應(yīng)力，減小焊縫中的氫含量，改善焊縫的金屬組織和性能，在焊后應(yīng)對焊縫進(jìn)行熱處理。熱處理溫度為：600-640℃，恒溫時(shí)間為2小時(shí)（板厚40mm時(shí)），升降溫速度為125℃/h。第93頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三第三節(jié)低碳低合金調(diào)質(zhì)鋼的焊接一、低碳低合金調(diào)質(zhì)鋼的成分和性能二、低碳低合金調(diào)質(zhì)鋼的焊接性分析三、低碳低合金調(diào)質(zhì)鋼的焊接工藝四、典型鋼種的焊接實(shí)例

第94頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三

一、低碳調(diào)質(zhì)鋼的種類、成分及性能熱軋及正火鋼依靠增添合金元素和通過固溶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化的途徑提高強(qiáng)度到一定程度之后，會(huì)導(dǎo)致塑、韌性的下降。而且隨著強(qiáng)度提高越多，塑性和韌性降低越多。當(dāng)鋼中合金元素含量超過一定范圍后會(huì)出現(xiàn)韌性的大幅度下降。因此，抗拉強(qiáng)度σb≥600MPa的高強(qiáng)度鋼都采用調(diào)質(zhì)處理，通過組織強(qiáng)韌化獲得很高的綜合力學(xué)性能。第三節(jié)低碳低合金調(diào)質(zhì)鋼的焊接第95頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三因此低碳調(diào)質(zhì)鋼提高強(qiáng)度不單純通過合金強(qiáng)化，還要通過熱處理（調(diào)質(zhì)）強(qiáng)化處理。強(qiáng)化基理：通過調(diào)質(zhì)熱處理（淬火+回火）產(chǎn)生相變強(qiáng)化。

合金化目的：保證鋼材具有足夠的淬透性（即獲得M的能力）和馬氏體回火穩(wěn)定性，使珠光體和貝氏體轉(zhuǎn)變推遲，使馬氏體轉(zhuǎn)變的臨界冷卻速度下降。第96頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三成分、性能特點(diǎn)：1）碳含量低：為了保證良好的綜合性能和焊接性，低碳調(diào)質(zhì)鋼要求鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于0.22%（實(shí)際上一般Wc≤0.18%）。目的:調(diào)質(zhì)處理后在獲得高強(qiáng)度的同時(shí)，保證鋼材具有較好的塑、韌性和可焊性好；第97頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三淬火后得到具有較好韌性的低碳馬氏體，而且含C量越低，M的轉(zhuǎn)變溫度MS點(diǎn)越高，低碳馬氏體還來得及進(jìn)行一次“自回火”，因此其脆性小，具有良好的焊接性。低碳調(diào)質(zhì)鋼可以直接在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接，且焊后無需熱處理。2)為了保證足夠的淬透性，鋼中加入了較多的:Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B:這些合金元素可以增強(qiáng)過冷A的穩(wěn)定性，降低使馬氏體轉(zhuǎn)變的臨界冷卻速度。第98頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三低碳調(diào)質(zhì)鋼為了保證較高的缺口韌性，一般含有較高的Ni和Cr，具有高強(qiáng)度，特別是具有優(yōu)異的低溫缺口韌性。Ni能提高鋼的強(qiáng)度、塑性和韌性，降低鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度。Ni與Cr一起加入時(shí)可顯著增加淬透性，得到高的綜合力學(xué)性能。Cr元素在鋼中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從提高淬透性出發(fā)，上限一般約為1.6%，繼續(xù)增加反而對韌性不利。（回火偏聚，自偏聚和增加其他元素偏聚，脆性）第99頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三低碳調(diào)質(zhì)鋼具有較高的強(qiáng)度和良好的塑性、韌性和耐磨性，特別是裂紋敏感性低，在工程結(jié)構(gòu)制造中有廣闊的應(yīng)用前景。根據(jù)使用條件的不同，低碳調(diào)質(zhì)鋼又可分為以下幾種：(1)高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼（σb=600~800MPa）如14MnMoNbB、15MnMoVNRE、HQ70、HQ80C等，這類鋼主要用于工程焊接結(jié)構(gòu)，焊縫及焊接區(qū)多承受拉伸載荷；第100頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三(2)高強(qiáng)度耐磨鋼（σb≥1000MPa）如HQ100、HQ130等，主要用于工程結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度耐磨、要求承受沖擊磨損的部位；(3)高強(qiáng)高韌性鋼（σb≥700MPa）如12Ni3CrMoV、10Ni5CrMoV以及美國的HY80、HY-130、HP-9-4-20等，這類鋼要求在高強(qiáng)度的同時(shí)要具有高韌性，主要用于高強(qiáng)度高韌性焊接結(jié)構(gòu)。第101頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三由于采用了先進(jìn)的冶煉工藝，鋼中氣體含量及S、P等雜質(zhì)明顯降低，氧、氮、氫含量均較低。高純潔度使這類鋼母材和焊接熱影響區(qū)具有優(yōu)異的低溫韌性。這類鋼的熱處理工藝一般為奧氏體化→淬火→回火，回火溫度越低，強(qiáng)度級(jí)別越高，但塑性和韌性有所降低。經(jīng)淬火+回火后的組織是回火低碳馬氏體、下貝氏體或回火索氏體，這類組織可以保證得到高強(qiáng)度、高韌性和低的脆性轉(zhuǎn)變溫度。第102頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三二、低碳調(diào)質(zhì)鋼的可悍性分析

低碳調(diào)質(zhì)鋼含碳量低，合金成分的確定也都考慮了材料的可焊性，其工藝要求基本與正火鋼相似．差別是這類鋼通過調(diào)質(zhì)強(qiáng)化，故在焊接接頭熱影響區(qū)除了脆化外還有軟化問題1、熱裂紋低碳調(diào)質(zhì)鋼中S、P雜質(zhì)控制嚴(yán)格，含C量低、第103頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三

含Mn量較高．因此其熱裂紋傾向較小。但高Ni低Mn類型的鋼種（HY80）有一定的熱裂紋敏感性，這是因?yàn)楹琈n量低，對脫S不利，焊縫金屬中的S和Ni、Fe易形成低熔點(diǎn)共晶，當(dāng)?shù)腿埸c(diǎn)共晶處于晶界上而產(chǎn)生熱裂紋,此時(shí)可通過選擇合適的焊接材料，提高焊縫中的含Mn量，因此實(shí)際焊接時(shí)，焊縫中產(chǎn)生熱裂紋的可能性還是很小。第104頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三

2、熱影響區(qū)的液化裂紋產(chǎn)生液化裂紋原因：焊接熱作用，在熔合區(qū)附近，晶界形成的低熔點(diǎn)物質(zhì)發(fā)生熔化。

熱裂紋：冷卻結(jié)晶過程中，最后出現(xiàn)的裂紋，且發(fā)生溫度高于母材熔化溫度

液化裂紋：在加熱過程中產(chǎn)生，發(fā)生溫度低于母材熔化溫度第105頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三液化裂紋主要發(fā)生在高Ni低Mn的低合金高強(qiáng)鋼中。其產(chǎn)生傾向也與含C量及Mn／s有關(guān)，碳含量越高，要求的Mn/S比也越高。當(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過0.2%，Mn/S比大于30時(shí)，液化裂紋敏感性較?。籑n/S比超過50后，液化裂紋的敏感性很低。此外，Ni對液化裂紋的產(chǎn)生起著明顯的有害作用。對于HY-80鋼，由于Mn/S比較低，Ni含量又較高，所以對液化裂紋也較敏感。相反，HY-130鋼第106頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三的Ni含量比HY-80更高，但由于碳含量很低（wC≤0.12%），S含量也很低（wS≤0.01%），Mn/S比高達(dá)60~90，因此它對熱影響區(qū)的液化裂紋并不敏感?？梢姳苊鉄崃鸭y或液化裂紋的關(guān)鍵在于控制C和S含量，保證高的Mn/S比，尤其是當(dāng)Ni含量高時(shí)，要求更為嚴(yán)格。第107頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三工藝因素對焊接區(qū)液化裂紋的形成也有很大的影響。焊接熱輸入越大，熱影響區(qū)晶粒越粗大，晶界熔化越嚴(yán)重，晶粒之間的液態(tài)晶間層存在的時(shí)間也越長，液化裂紋產(chǎn)生的傾向就越大。因此，為了防止裂化裂紋的產(chǎn)生，從工藝上應(yīng)采用小熱輸入的焊接方法，并注意控制熔池形狀、減小熔合區(qū)凹度等。第108頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三3．冷裂紋

低碳調(diào)質(zhì)鋼的合金化原則是在低碳基礎(chǔ)上通過加入多種提高淬透性的合金元素，來保證獲得強(qiáng)度高、韌性好的低碳馬氏體和部分下貝氏體。由于淬透性增加，使得CCT曲線大大右移，除非冷卻速度很緩慢，高溫轉(zhuǎn)變一般不會(huì)發(fā)生。理論上說：這類鋼由于淬硬性大，在焊接熱影響區(qū)粗晶區(qū)有產(chǎn)生冷裂紋和韌性下降的傾向。第109頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三但是，這類鋼馬氏體含碳量很低，熱影響區(qū)淬硬組織為低碳馬氏體，具有一定韌性，同時(shí)馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度Ms較高，在該溫度下以較慢的速度冷卻，形成的馬氏體還能來得及進(jìn)行一次“自回火”處理，所以實(shí)際上冷裂傾向并不一定很大。若馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)冷卻速度較快，得不到“自回火”效果，冷裂傾向必然會(huì)增大。第110頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三此外，限制焊縫含氫量在超低氫水平對于防止低碳調(diào)質(zhì)鋼焊接冷裂紋十分重要。鋼材強(qiáng)度級(jí)別越高,冷裂傾向越大,對低氫焊接條件的要求越嚴(yán)格。第111頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三

4、再熱裂紋從合金系統(tǒng)來說，為加強(qiáng)其淬透性和提高抗回火性能，加入的合金元素Cr、Mo、V、Ti、Nb、B等，大多數(shù)都能引起再熱裂紋．其中V的影響最大，Mo的影響次之。而當(dāng)V和Mo同時(shí)加入時(shí)就更為敏感。在Cr-Mo和Cr-Mo-V鋼中，當(dāng)wCr<1%時(shí)，隨著Cr含量的增加再熱裂紋的傾向加大；當(dāng)wCr>1%后，繼續(xù)增加Cr含量時(shí)第112頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三再熱裂紋傾向減小。一般認(rèn)為Mo-V鋼，特別是Cr-Mo-V鋼對再熱裂紋較敏感，Mo-B鋼也有一定的再熱裂紋傾向。含Nb的14MnMoNbB對再熱裂紋較敏感。多元化鋼HT-80Si-Mn-Cr-Ni-Mo-Cu-V-B含有多種促使再熱裂紋的元素。500～650℃加熱2小時(shí)就出現(xiàn)再熱裂紋。此外，焊接Cr-Ni-Mo、Cr-Ni-Mo-V和Ni-Mo-V等類型鋼時(shí)，都要注意再熱裂紋的問題。

降低退火溫度、進(jìn)行適當(dāng)預(yù)熱或后熱等措施。第113頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三5、層狀撕裂低碳調(diào)質(zhì)鋼的生產(chǎn)、冶煉過程中控制較嚴(yán)，其S、P雜質(zhì)含量低，純凈度高，在軋制后要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，可消除軋制過程中產(chǎn)生的帶狀組織、層狀偏析，因此，這類鋼對層狀撕裂的敏感性低，到目前尚未見這方面報(bào)導(dǎo)。

第114頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三（六）熱影響區(qū)性能的變化

低碳調(diào)質(zhì)鋼熱影響區(qū)是組織性能極不均勻的部位，突出的特點(diǎn)是同時(shí)存在脆化（即韌性下降）和軟化現(xiàn)象。即使低碳調(diào)質(zhì)鋼母材本身具有較高的韌性，結(jié)構(gòu)運(yùn)行中微裂紋也易在熱影響區(qū)脆化部位產(chǎn)生和發(fā)展，存在接頭區(qū)域出現(xiàn)脆性斷裂的可能性。受焊接熱循環(huán)影響，低碳調(diào)質(zhì)鋼熱影響區(qū)可能存在強(qiáng)化效果的損失現(xiàn)象（稱為軟化或失強(qiáng)），焊前母材強(qiáng)化程度越大，焊后熱影響區(qū)的軟化程度越大。第115頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三l、過熱區(qū)的脆化

調(diào)質(zhì)鋼過熱區(qū)脆化的原因和熱軋鋼、正火鋼不同，熱軋鋼和正火鋼的主要和焊接線能量E有關(guān)，而調(diào)質(zhì)鋼的和冷卻時(shí)間t8/5有關(guān)。低碳調(diào)質(zhì)鋼的合金化是通過合金元素的作用提高其淬透性，保證獲得高強(qiáng)度、高塑性和韌性的低碳馬氏體和下貝氏體。凡是不利形成低碳馬氏體+下貝氏的原因都會(huì)引起組織塑性和韌性下降——脆化。第116頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三過熱區(qū)脆化的原因除了奧氏體晶粒粗化的原因外,更主要的是由于上貝氏體和M-A組元的形成。每種調(diào)質(zhì)鋼都有一個(gè)最佳冷卻時(shí)間t8/5，這時(shí)粗晶區(qū)的組織為“低碳馬氏體+10-30%下貝氏體”，韌性最好，見圖6-17。t8/5小（冷速快），韌性下降是由于得到了全部馬氏體；t8/5大（冷速慢），韌性下降原因有兩個(gè)，一是奧氏體晶粒粗化，二是出現(xiàn)了上貝氏體和M-A組元，而上貝氏體和M-A組元是導(dǎo)致脆化的主要原因。

第117頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三第118頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三M-A組元一般在中等冷速下形成，是奧氏體中碳含量升高的結(jié)果。

M-A組元形成條件與上貝氏體（Bu）相似，故Bu形成常伴隨M-A組元。上貝氏體在500~450℃溫度范圍形成，長大速度很快，而碳的擴(kuò)散較慢，由條狀鐵素體包圍著的島狀富碳奧氏體區(qū)一部分轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，另一部分保持為殘余奧氏體，即形成M-A組元。M-A組元的韌性低是由于殘余奧氏體增碳后易于形成孿晶馬氏體，夾雜于貝氏體與鐵素體板條之間，在界面上產(chǎn)生微裂紋并沿M-A組元的邊界擴(kuò)展。因此，M-A組元的存在導(dǎo)致脆化，M-A組元數(shù)量越多脆化越嚴(yán)重。M-A組元實(shí)質(zhì)上成為潛在的裂紋源，起了應(yīng)力集中的作用。因此M-A組元的產(chǎn)生對低碳調(diào)質(zhì)鋼熱影響區(qū)韌性有不利的影響。第119頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三2、HAZ軟化（Heataffectedzone）

調(diào)質(zhì)鋼焊接時(shí)，焊接接頭熱影響區(qū)受到不同熱循環(huán)的影響，組織發(fā)生了相應(yīng)變化，致使焊接接頭熱影響區(qū)某一部位的強(qiáng)度低于焊前的原始狀態(tài)，稱為HAZ軟化。它是調(diào)質(zhì)鋼焊接時(shí)普遍存在的一個(gè)問題，主要發(fā)生在HAZ受熱時(shí)沒有完全奧氏體化的區(qū)域以及受熱時(shí)最高加熱溫度低于AC1而高于鋼調(diào)質(zhì)處理時(shí)回火溫度的那個(gè)區(qū)域。第120頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三從強(qiáng)度考慮，熱影響區(qū)軟化區(qū)是焊接接頭中的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，對焊后不再進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理的調(diào)質(zhì)鋼來說尤為重要。焊接時(shí)必須考慮到這一問題。

HAZ的軟化程度主要和以下因素有關(guān)：

母材的強(qiáng)度：母材的強(qiáng)度級(jí)別越高，熱影響區(qū)的軟化問題越突出

第121頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三母材的熱處理狀態(tài)：母材焊前調(diào)質(zhì)處理的回火溫度越低（即強(qiáng)化程度越大），軟化區(qū)越寬。

焊接方法所采用的焊接熱源：焊接熱源越不集中，軟化區(qū)越寬

焊接熱輸入：焊接E越大、預(yù)熱溫度過高，焊接加熱、冷卻時(shí)的速度越慢，焊接熱對母材的作用越大，都會(huì)使軟化程度加重。第122頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三從沖擊韌性而言，過熱區(qū)是接頭最薄弱的環(huán)節(jié)，而從強(qiáng)度來說，軟化區(qū)是接頭的薄弱環(huán)節(jié)。因此對于焊后不再進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理對軟化區(qū)進(jìn)行強(qiáng)化的低碳調(diào)質(zhì)鋼，那么，軟化將成為調(diào)質(zhì)鋼焊接時(shí)的一個(gè)重要問題，在制定焊接工藝時(shí)，必須考慮這一點(diǎn)。第123頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三

三、低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接工藝特點(diǎn)這類鋼的特點(diǎn)是碳含量低，基體組織是強(qiáng)度和韌性都較高的低碳馬氏體＋下貝氏體，這對焊接有利。但是，調(diào)質(zhì)狀態(tài)下的鋼材，只要加熱溫度超過它的回火溫度，性能就會(huì)發(fā)生變化。因此焊接時(shí)由于熱的作用使熱影響區(qū)強(qiáng)度和韌性的下降幾乎是不可避免的。因此，低碳調(diào)質(zhì)鋼焊接時(shí)要注意兩個(gè)基本問題：第124頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三①要求馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)的冷卻速度不能太快，使馬氏體有一“自回火”作用，以防止冷裂紋的產(chǎn)生；②要求在800~500℃之間的冷卻速度大于產(chǎn)生脆性混合組織的臨界速度。這兩個(gè)問題是制定低碳調(diào)質(zhì)鋼焊接參數(shù)的主要依據(jù)。至于熱影響區(qū)的軟化問題，在采用小線能量的焊接后就可基本解決。第125頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三此外，在選擇焊接材料和制定焊接參數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮焊縫及熱影響區(qū)組織狀態(tài)對焊接接頭強(qiáng)韌性的影響。1．焊接方法的選擇調(diào)質(zhì)鋼只要加熱溫度超過其回火溫度，它的性能就會(huì)降低，該問題隨調(diào)質(zhì)鋼強(qiáng)度級(jí)別的提高而變得更加顯著。通常解決辦法是焊后重新調(diào)質(zhì)處理，此時(shí)常用的焊接方法都可以采用。第126頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三對于焊后不能再進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理的，要限制焊接過程中熱量對母材的作用，這就要求所選擇的焊接方法，熱源要集中，熱輸入量不能過大。1）焊接屈服強(qiáng)度σs≥980MPa的低碳調(diào)質(zhì)鋼，如10Ni-Cr-Mo-Co等，必須采用鎢極氬弧焊、電子束焊等焊接方法；第127頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三

2）對于屈服強(qiáng)度σs≤980MPa的低碳調(diào)質(zhì)鋼，焊條電弧焊、埋弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊和鎢極氬弧焊等都能采用；但對于屈服強(qiáng)度σs≥686MPa的低碳調(diào)質(zhì)鋼，熔化極氣體保護(hù)焊（如Ar+CO2混合氣體保護(hù)焊）是最合適的工藝方法。3）對于輸入熱量多、冷卻速度慢的多絲埋弧焊或電渣焊，如果必須采用就要進(jìn)行焊后調(diào)質(zhì)處理。

第128頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三

2．焊接材料的選擇低碳調(diào)質(zhì)鋼焊后一般不再進(jìn)行熱處理，在選擇焊接材料時(shí)要求焊縫金屬在焊態(tài)下應(yīng)接近母材的力學(xué)性能，即按等強(qiáng)度原則選取。特殊條件下，如結(jié)構(gòu)的剛度很大，冷裂紋很難避免時(shí)，應(yīng)選擇比母材強(qiáng)度稍低一些的材料作為填充金屬，即采用低匹配原則，以保證塑韌性。第129頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三高強(qiáng)高韌性鋼用于重要的焊接結(jié)構(gòu)，包括低溫和承受動(dòng)載荷的結(jié)構(gòu)，對焊接熱影響區(qū)韌性要求較高。不宜采用大熱輸入的焊接方法，應(yīng)盡可能采用熱量集中的氣體保護(hù)焊或焊條電弧焊進(jìn)行焊接。采用焊條電弧焊時(shí)要用超低氫焊條。這類鋼母材中Ni含量較高，配套焊材也應(yīng)選擇Ni含量較高的焊條或焊絲，保證高強(qiáng)度和良好的塑韌性，包括較高的低溫韌性、較低的脆性轉(zhuǎn)變溫度。第130頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三強(qiáng)度級(jí)別不同的兩種低碳調(diào)質(zhì)鋼焊接時(shí)的淬硬性很大,有產(chǎn)生焊接裂紋的傾向。采用“低強(qiáng)匹配”焊材和CO2或Ar+CO2氣體保護(hù)焊，控制焊縫擴(kuò)散氫含量在超低氫水平（不超過5mL/100g），可實(shí)現(xiàn)在不預(yù)熱條件下的焊接。第131頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三3、焊接參數(shù)的選擇不預(yù)熱條件下焊接低碳調(diào)質(zhì)鋼，焊接工藝對熱影響區(qū)組織性能影響很大，其中控制焊接熱輸入是保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵，應(yīng)給予足夠的重視。

(1)焊接熱輸入（E)的確定E偏大，接頭的V冷較慢，不僅使熱影響區(qū)晶粒粗化，同時(shí)也會(huì)促使過熱區(qū)形成上貝氏體和M-A組元的脆性混合組織，導(dǎo)致過熱區(qū)脆化，韌性降低。第132頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三當(dāng)E偏小時(shí)，熱影響區(qū)的淬硬性明顯增強(qiáng)，馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)的V冷較快，馬氏體來不及“自回火”，熱影響區(qū)又將產(chǎn)生冷裂紋。焊接熱輸入E的確定以抗裂性和對熱影響區(qū)韌性要求為依據(jù)。從防止冷裂紋出發(fā)，要求冷卻速度慢為佳，但對防止脆化來說，卻要求冷卻快較好，因此應(yīng)兼顧兩者的冷卻速度范圍。這個(gè)范圍的上限取決于不產(chǎn)生冷裂紋，下限取決于第133頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三熱影響區(qū)不出現(xiàn)脆化的混合組織。因此，所選的焊接熱輸入應(yīng)保證熱影響區(qū)過熱區(qū)的冷卻速度剛好在該區(qū)域內(nèi)。對于低合金高強(qiáng)鋼，一般認(rèn)為wC=0.18%是形成低碳馬氏體的界限，wC>0.18%時(shí)將出現(xiàn)高碳馬氏體，對韌性不利。因此，wC>0.18%時(shí)不應(yīng)提高冷卻速度，wC<0.18%時(shí)可以提高冷卻速度。

第134頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三也就是說，對于含碳量低的低合金鋼，提高冷卻速度（減小熱輸入）以形成低碳馬氏體，對保證韌性有利。換句話說，焊接熱輸入適當(dāng)小時(shí)，得到BL+ML混合組織時(shí)，可以獲得最佳的韌性效果。但是在焊接厚板時(shí)，即使采用了大的熱輸入，冷卻速度還是超過了它的上限，這就必須通過預(yù)熱來使冷卻速度降到低于不出現(xiàn)裂紋的極限值。

第135頁，講稿共186頁，2023年5月2日，星期三具體的做法是：在滿足熱影響區(qū)塑性、