材料焊接性第章-低碳调质钢的焊接-A课件.ppt

1、 3.3 低碳调质钢的焊接低碳调质钢的焊接n热轧及正火钢依靠增添合金元素和通过固溶强化、弥热轧及正火钢依靠增添合金元素和通过固溶强化、弥散强化的途径提高强度到一定程度之后，会导致塑、散强化的途径提高强度到一定程度之后，会导致塑、韧性的下降。因此，抗拉强度韧性的下降。因此，抗拉强度600MPa的高强度钢的高强度钢都采用调质处理，通过组织强韧化获得很高的综合力都采用调质处理，通过组织强韧化获得很高的综合力学性能。学性能。n低碳调质钢的抗拉强度一般为低碳调质钢的抗拉强度一般为6001300MPa，属于热，属于热处理强化钢。这类钢既具有较高的强度，又有良好的处理强化钢。这类钢既具有较高的强度，又有良好

2、的塑性和韧性。塑性和韧性。n随着科学技术的发展，低碳调质钢在工程焊接结构中随着科学技术的发展，低碳调质钢在工程焊接结构中的应用日益广泛，越来越受到工程界的重视。的应用日益广泛，越来越受到工程界的重视。国内外常见的低碳调质钢国内外常见的低碳调质钢 低碳调质钢的特点低碳调质钢的特点n为了保证良好的综合性能和焊接性，低碳调质钢要求为了保证良好的综合性能和焊接性，低碳调质钢要求钢中碳含量钢中碳含量1000MPa）HQ100、HQ130等等,主要用于工程结构高强度耐磨、要求承受主要用于工程结构高强度耐磨、要求承受冲击磨损的部位；冲击磨损的部位；3.高强高韧性钢（抗拉强度高强高韧性钢（抗拉强度700MPa

3、）HY-80、HY-130、12Ni3CrMoV、10Ni5CrMoV,主要用于高主要用于高强度高韧性焊接结构。强度高韧性焊接结构。n作为高强钢制造工艺的关键一环，调质处理（淬火作为高强钢制造工艺的关键一环，调质处理（淬火+回火）是为了获得回火马氏体或下贝氏体的回火组织，回火）是为了获得回火马氏体或下贝氏体的回火组织，使其强韧性良好。使其强韧性良好。n对于抗拉强度超过对于抗拉强度超过600MPa的钢材，不需添加过多的的钢材，不需添加过多的合金元素，通过调质处理即可满足强度性能要求。合金元素，通过调质处理即可满足强度性能要求。n美国最早采用调质处理成功地开发了抗拉强度为美国最早采用调质处理成功地

4、开发了抗拉强度为800MPa级钢材。美国最初是降低装甲用钢的碳含量级钢材。美国最初是降低装甲用钢的碳含量并进行淬火并进行淬火+回火处理，大大改善了其性能，并在军回火处理，大大改善了其性能，并在军事装备中得到使用。事装备中得到使用。600MPa、700MPa的低碳调质钢的低碳调质钢 （HQ60、HQ70、Q550）n主要用于桥梁、工程机械、动力设备、交通运输机械主要用于桥梁、工程机械、动力设备、交通运输机械等。这类钢可在调质状态下焊接，焊后不再进行调质等。这类钢可在调质状态下焊接，焊后不再进行调质处理，必要时可进行消除应力处理。处理，必要时可进行消除应力处理。九江长江大桥九江长江大桥武汉天心州长

5、江大桥武汉天心州长江大桥 800MPa的低碳调质钢的低碳调质钢 （14MnMoNbB、HQ80、HQ80C、Q690）n我国已先后开发出我国已先后开发出14MnMoNbB、HQ80和和HQ80C等等抗拉强度为抗拉强度为800MPa的低碳调质钢，并在工程中获得的低碳调质钢，并在工程中获得广泛应用。广泛应用。nHQ80钢含有钢含有Ni、Cr元素，元素，HQ80C钢不含钢不含Ni只含有只含有Cr元素，元素，14MnMoNbB不含不含Ni、Cr但含有但含有Nb元素。元素。1000MPa、1300MPa的低碳调质钢的低碳调质钢 （HQ100、HQ130）nHQ100不仅强度高、低温缺口韧性好，而且具有优

6、良不仅强度高、低温缺口韧性好，而且具有优良的焊接性能。的焊接性能。nHQ130是高强度工程机械用钢（是高强度工程机械用钢（b1300MPa），含），含有有Cr、Mo、B等多种合金元素，具有高淬透性。等多种合金元素，具有高淬透性。n这两种钢经淬火这两种钢经淬火+回火的热处理后，可获得综合性能回火的热处理后，可获得综合性能较好的低碳回火马氏体，具有高强度、高硬度以及较较好的低碳回火马氏体，具有高强度、高硬度以及较好的塑性和韧性。好的塑性和韧性。nHQ100和和HQ130，主要用于高强度焊接结构要求承受，主要用于高强度焊接结构要求承受冲击磨损的部位，如工程机械等。冲击磨损的部位，如工程机械等。QT钢

7、的热处理工艺：奥氏体化钢的热处理工艺：奥氏体化淬火淬火回火，回火，回火温度越低，强度级别越高，但塑性和韧性降低。回火温度越低，强度级别越高，但塑性和韧性降低。n低碳调质钢低碳调质钢C0.18%，为了保证韧性，一般含有较高的，为了保证韧性，一般含有较高的Ni、Cr，具有高强度，特别是具有优异的低温韧性。，具有高强度，特别是具有优异的低温韧性。nNi提高钢的强度、塑性和韧性，降低脆性转变温度。提高钢的强度、塑性和韧性，降低脆性转变温度。Ni与与Cr一起加入可增加淬透性，得到高的综合力学性能。一起加入可增加淬透性，得到高的综合力学性能。n从提高淬透性出发，从提高淬透性出发，Cr元素上限约为元素上限约

8、为1.6%，继续增加对，继续增加对韧性不利。韧性不利。n由于采用了先进的冶炼工艺，钢中由于采用了先进的冶炼工艺，钢中S、P等杂质明显降低，等杂质明显降低，O、N、H含量均较低。高纯洁度使这类钢焊接含量均较低。高纯洁度使这类钢焊接HAZ具有具有优异的低温韧性。优异的低温韧性。n经淬火经淬火+回火的组织是回火回火的组织是回火ML、BL或回火索氏体，这类或回火索氏体，这类组织可以保证高强度、高韧性和低的脆性转变温度。组织可以保证高强度、高韧性和低的脆性转变温度。焊接无裂纹钢（简称焊接无裂纹钢（简称CF钢钢）WCF-60、WCF-62、WCF-80n为了改善焊接施工条件和提高低温韧性，近年来发展为了改

9、善焊接施工条件和提高低温韧性，近年来发展起来的焊接无裂纹钢，实际上是起来的焊接无裂纹钢，实际上是C含量降得很低含量降得很低（C 1，称为，称为“超强匹配超强匹配”；(b)w/(b)b1，称为，称为“等强匹配等强匹配”；(b)w/(b)b 1，称为，称为“低强匹配低强匹配”。对于焊缝金属强度选择对于焊缝金属强度选择，传统上大多主张焊缝强度等于或大，传统上大多主张焊缝强度等于或大于母材强度，即所谓于母材强度，即所谓“等强匹配等强匹配”或或“超强匹配超强匹配”，认为焊认为焊缝强度高一些更为安全。缝强度高一些更为安全。n但是，焊缝金属的强度越高，韧性越低，甚至低于母材的韧但是，焊缝金属的强度越高，韧性

10、越低，甚至低于母材的韧性水平。性水平。n保持焊缝金属与母材的强韧性匹配，有时是较困难的。随着保持焊缝金属与母材的强韧性匹配，有时是较困难的。随着高强钢和超高强钢的迅速发展，焊缝强韧性与母材的匹配问高强钢和超高强钢的迅速发展，焊缝强韧性与母材的匹配问题，显得越来越突出。题，显得越来越突出。n对于抗拉强度对于抗拉强度800MPa高强钢，除强度外，还必须考虑焊高强钢，除强度外，还必须考虑焊接区韧性和裂纹敏感性。就焊缝金属而言，强度越高，可达接区韧性和裂纹敏感性。就焊缝金属而言，强度越高，可达到的韧性水平越低。到的韧性水平越低。n对于较低强度的钢，无论是母材或焊缝都有较高的韧性储备（见对于较低强度的钢

11、，无论是母材或焊缝都有较高的韧性储备（见图图3-19），所以按等强匹配选用焊接材料，既可保证接头区具有），所以按等强匹配选用焊接材料，既可保证接头区具有较高的强度，也不会损害焊缝的韧性。但对于高强钢，特别是超较高的强度，也不会损害焊缝的韧性。但对于高强钢，特别是超高强钢（见图高强钢（见图3-19），焊缝韧性储备是不高的。），焊缝韧性储备是不高的。图图3-19 焊缝金属与母材在强度和韧性上的匹配水平焊缝金属与母材在强度和韧性上的匹配水平B母材韧性水平母材韧性水平 S安全工作限安全工作限 图中图中2为裂纹长度为裂纹长度,C为临界裂纹尺寸为临界裂纹尺寸 TIG焊缝韧性水平焊缝韧性水平 MIG焊缝韧性

12、水平焊缝韧性水平 SMAW焊缝韧性水平焊缝韧性水平 工程中一些高强钢焊接结构脆性破坏时，强度及伸工程中一些高强钢焊接结构脆性破坏时，强度及伸长率是合格的，主要是由于韧性不足而引起脆断。长率是合格的，主要是由于韧性不足而引起脆断。n抗拉强度大于抗拉强度大于800MPa的高强钢，如果要求焊缝金属的高强钢，如果要求焊缝金属与母材等强，焊缝的韧性储备不够；若为超强情况，与母材等强，焊缝的韧性储备不够；若为超强情况，韧性储备更低，甚至可能低到安全限以下。韧性储备更低，甚至可能低到安全限以下。n焊缝与母材等强，但韧性低于安全限以下，是极不安焊缝与母材等强，但韧性低于安全限以下，是极不安全的。少许牺牲焊缝强

13、度而使韧性储备提高，对接头全的。少许牺牲焊缝强度而使韧性储备提高，对接头综合性能有利。综合性能有利。n特别是承受动载荷、重载荷和低温工作条件的高强钢特别是承受动载荷、重载荷和低温工作条件的高强钢焊接接头，除强度性能外，还要求有较高的韧性。焊接接头，除强度性能外，还要求有较高的韧性。图图3-20 不同匹配焊条为防止焊接冷裂纹所需的预热温度不同匹配焊条为防止焊接冷裂纹所需的预热温度等强匹配焊条（等强匹配焊条（E11016-G）低匹配焊条（低匹配焊条（E9016-G）抗潮低强匹配焊条抗潮低强匹配焊条 H1含氢量含氢量2.9mL/100g;H2含氢量含氢量1.7mL/100g 采用采用“等强匹配等强匹

14、配”焊条（焊条（E11016-G）时，）时，含氢量含氢量2.9mL/100g，为防止裂纹的预热温为防止裂纹的预热温度为度为125。在相同含氢量条件在相同含氢量条件下采用下采用“低匹配低匹配”焊焊条（条（E9016-G）只需）只需预热预热100。采用采用“低匹配低匹配”更更低氢的抗潮型焊条低氢的抗潮型焊条（含氢量（含氢量1.7mL/100g），预热），预热温度仅温度仅70即可防止即可防止裂纹。裂纹。n对于承受压应力的焊缝，用对于承受压应力的焊缝，用“低强匹配低强匹配”焊材可以满足焊材可以满足使用要求。使用要求。n对于承受拉应力的焊缝，采用对于承受拉应力的焊缝，采用“低强匹配低强匹配”应慎重考虑。

15、应慎重考虑。n不同强度级别和不同使用要求的钢结构，不同强度级别和不同使用要求的钢结构，“低强匹配低强匹配”焊缝金属的强、韧性界限值究竟多大才能满足工程要求？焊缝金属的强、韧性界限值究竟多大才能满足工程要求？2.焊接冷裂纹焊接冷裂纹n影响焊接冷裂纹的三大因素：显微组织、扩散氢、影响焊接冷裂纹的三大因素：显微组织、扩散氢、焊接应力焊接应力n低碳调质钢由于淬硬性大，在焊接低碳调质钢由于淬硬性大，在焊接HAZ粗晶区有粗晶区有产生冷裂纹和韧性下降的倾向。但产生冷裂纹和韧性下降的倾向。但HAZ淬硬组织淬硬组织为为Ms点较高的点较高的“自回火自回火”低碳马氏体，具有一定低碳马氏体，具有一定韧性，裂纹敏感性小

16、。韧性，裂纹敏感性小。n对于对于C0.12%的低合金钢，热影响区最高硬度可的低合金钢，热影响区最高硬度可修正为修正为400HV。碳当量对碳当量对HVm的影响的影响 HAZ最高硬度最高硬度HVm对裂纹的影响对裂纹的影响 n 图图3-22b HQ80C钢的焊接连续冷却转变图钢的焊接连续冷却转变图它的过冷奥氏体的稳定性很高，尤其是在高温转变区，它的过冷奥氏体的稳定性很高，尤其是在高温转变区，使曲线大大地向右移。使曲线大大地向右移。低碳调质钢的冷裂纹敏感性低碳调质钢的冷裂纹敏感性n这类钢的淬硬倾向相当大，本应有很大的冷裂纹倾向。这类钢的淬硬倾向相当大，本应有很大的冷裂纹倾向。n由于这类钢的特点是由于这

17、类钢的特点是ML碳含量低，它的碳含量低，它的Ms点较高。在点较高。在该温度下冷却较慢，生成的该温度下冷却较慢，生成的ML来得及进行来得及进行“自回火自回火”处理，因而实际冷裂纹倾向并不大。处理，因而实际冷裂纹倾向并不大。n也就是说，在也就是说，在ML形成后如果能从工艺上提供一个形成后如果能从工艺上提供一个“自自回火回火”处理的条件，即保证马氏体转变时的冷却速度较处理的条件，即保证马氏体转变时的冷却速度较慢，得到强度和韧性都较高的回火马氏体和回火贝氏体，慢，得到强度和韧性都较高的回火马氏体和回火贝氏体，焊接冷裂纹是可以避免的。焊接冷裂纹是可以避免的。n如果马氏体转变时的冷却速度很快，得不到如果马

18、氏体转变时的冷却速度很快，得不到“自回火自回火”效果，冷裂纹倾向会增大。效果，冷裂纹倾向会增大。n限制焊缝含氢量在超低氢水平对于防止限制焊缝含氢量在超低氢水平对于防止QT钢焊接冷钢焊接冷裂纹十分重要。裂纹十分重要。n钢材强度级别越高钢材强度级别越高,冷裂倾向越大冷裂倾向越大,对低氢焊接条件的对低氢焊接条件的要求越严格。要求越严格。3.热裂纹及消除应力裂纹热裂纹及消除应力裂纹n低碳调质钢低碳调质钢C低、低、Mn高，高，S、P控制较严格，热裂纹倾向控制较严格，热裂纹倾向较小。但对高较小。但对高Ni、低、低Mn、含、含V和和Mo的钢种有热裂纹敏的钢种有热裂纹敏感性，主要产生于感性，主要产生于HAZ过

19、热区（称为液化裂纹）。过热区（称为液化裂纹）。n液化裂纹和液化裂纹和Mn/S比有关。碳含量越高，要求比有关。碳含量越高，要求Mn/S比越比越高。当高。当C30时，液化裂纹敏感性较小；时，液化裂纹敏感性较小；Mn/S比超过比超过50后，液化裂纹的敏感性更低。后，液化裂纹的敏感性更低。nNi对液化裂纹很敏感。对于对液化裂纹很敏感。对于HY-80钢，由于钢，由于Mn/S比较低，比较低，Ni又较高，所以对液化裂纹较敏感。相反，又较高，所以对液化裂纹较敏感。相反，HY-130钢的钢的Ni含量比含量比HY-80更高，但由于更高，但由于C很低（很低（C0.12%），），S也也很低（很低（S0.01%），），

20、Mn/S比高达比高达6090，因此，因此HAZ的液的液化裂纹并不敏感。化裂纹并不敏感。热裂纹的防止措施热裂纹的防止措施n关键在于控制关键在于控制C、S含量，保证高的含量，保证高的Mn/S比，尤其是当比，尤其是当Ni含量高时，要求更为严格。含量高时，要求更为严格。n焊接热输入越大，焊接热输入越大，HAZ晶粒越粗大，晶粒越粗大，晶界液化越严重，晶界液化越严重，热裂纹倾向越大。因此，热裂纹倾向越大。因此，应采用小热输入的焊接方法，应采用小热输入的焊接方法，控制熔池形状、减小熔合区凹度。控制熔池形状、减小熔合区凹度。n含含Nb的的14MnMoNbB钢对再热裂纹较敏感。焊接钢对再热裂纹较敏感。焊接Cr-

21、Ni-Mo、Cr-Ni-Mo-V和和Ni-Mo-V等钢时，要注意再热裂纹等钢时，要注意再热裂纹的问题。的问题。nV对再热裂纹的影响最大，对再热裂纹的影响最大，Mo次之，而当次之，而当V和和Mo同时同时加入时就更为敏感。加入时就更为敏感。n在在Cr-Mo和和Cr-Mo-V钢中，当钢中，当Cr1%后，继续增加后，继续增加Cr含量时再热裂纹倾向减小。含量时再热裂纹倾向减小。nMo-V钢，特别是钢，特别是Cr-Mo-V钢对再热裂纹较敏感，钢对再热裂纹较敏感，Mo-B钢也有一定的再热裂纹倾向。钢也有一定的再热裂纹倾向。4.热影响区（热影响区（HAZ）性能变化）性能变化n低碳调质钢低碳调质钢HAZ是组织性

22、能不均匀的部位，突出特点是组织性能不均匀的部位，突出特点是同时存在脆化（即韧性下降）和软化现象。是同时存在脆化（即韧性下降）和软化现象。n即使即使QT母材本身有较高的韧性，结构运行中微裂纹也母材本身有较高的韧性，结构运行中微裂纹也易在易在HAZ脆化部位产生，存在接头区域出现脆性断裂脆化部位产生，存在接头区域出现脆性断裂的可能性。的可能性。n受焊接热循环影响，低碳调质钢受焊接热循环影响，低碳调质钢HAZ可能存在强化效可能存在强化效果的损失现象（称为软化或失强），焊前母材强化程果的损失现象（称为软化或失强），焊前母材强化程度越大，焊后度越大，焊后HAZ软化程度越明显。软化程度越明显。a)a)强度和

23、塑性的变化强度和塑性的变化 b)b)韧性的变化韧性的变化 焊接热影响区的组织性能焊接热影响区的组织性能 图图3-23 热影响区连续冷却转变组织的韧性与有效晶粒热影响区连续冷却转变组织的韧性与有效晶粒 尺寸尺寸dc的关系（抗拉强度的关系（抗拉强度800MPa低碳调质钢）低碳调质钢）HAZ组织特征组织特征：Bu、F+Bu、ML、ML+BL下方的直线对应于快冷（小热下方的直线对应于快冷（小热输入）近缝区附近强度较高的输入）近缝区附近强度较高的低温转变组织（低温转变组织（ML或或ML+BL）；上方的直线对应于）；上方的直线对应于慢冷（大热输入）形成的强度慢冷（大热输入）形成的强度较低的高温转变组织（较

24、低的高温转变组织（Bu或或F+Bu）。两直线之间）。两直线之间vTrs的差的差值表明，值表明，Bu组织所表现的脆化组织所表现的脆化不单纯是由于有效晶粒尺寸的不单纯是由于有效晶粒尺寸的粗化，还与上贝氏体组织的结粗化，还与上贝氏体组织的结构因素有关。构因素有关。(a)低碳马氏体组织低碳马氏体组织 (b)ML+BL混合组织混合组织 图图3-24 裂纹在低碳马氏体和裂纹在低碳马氏体和ML+BL混合组织中扩展的示意图混合组织中扩展的示意图 与单一与单一ML相比，相比，ML+BL混合组织中有更多的大角度晶界，裂纹扩混合组织中有更多的大角度晶界，裂纹扩展在展在ML板条束界或板条束界或ML与与BL边界处受阻而

25、转向，韧性明显提高。边界处受阻而转向，韧性明显提高。上贝氏体由于板条宽度大，且板条间结晶方位相差很小，板条几乎上贝氏体由于板条宽度大，且板条间结晶方位相差很小，板条几乎平行生长贯穿原奥氏体晶粒，形成粗大的平行生长贯穿原奥氏体晶粒，形成粗大的Bu板条束。解理裂纹在板条束。解理裂纹在Bu组织中可连续贯穿，对应较低的解理断裂应力，韧性较低。组织中可连续贯穿，对应较低的解理断裂应力，韧性较低。n低碳调质钢低碳调质钢HAZ获得较细小的获得较细小的ML组织或组织或BL组织时，组织时，强韧性良好，而韧性最佳的组织为强韧性良好，而韧性最佳的组织为ML+少量少量BL的混的混合组织；合组织；n随着上贝氏体组织随着

26、上贝氏体组织BU的增加的增加HAZ韧性急剧下降。韧性急剧下降。n低碳调质钢低碳调质钢HAZ韧性的变化还与贝氏体（韧性的变化还与贝氏体（BL、Bg、Bu）板条宽度、板条界碳化物析出形态以及岛状）板条宽度、板条界碳化物析出形态以及岛状M-A组元的生成等有关。组元的生成等有关。n由于由于Bu和和Bg组织对高强钢组织对高强钢HAZ韧性影响很大，是高韧性影响很大，是高强钢焊接中经常遇到的问题，分析由贝氏体引起的脆强钢焊接中经常遇到的问题，分析由贝氏体引起的脆化现象十分重要。化现象十分重要。表表3-18 低碳调质钢模拟低碳调质钢模拟HAZ粗晶区的组织组成粗晶区的组织组成 分析表中的数据可以了解工艺参数（分

27、析表中的数据可以了解工艺参数（t 8/5 或焊接热输入或焊接热输入E）对）对HAZ粗晶区组织与性能的影响。粗晶区组织与性能的影响。Q690低碳调质钢低碳调质钢HAZ断口形貌（断口形貌（SEM，2000）（1）热影响区脆化）热影响区脆化n在焊接热循环作用下，低碳调质钢在焊接热循环作用下，低碳调质钢HAZ过热区易发生过热区易发生脆化，即韧性明显降低。脆化，即韧性明显降低。1）HAZ脆化的原因脆化的原因 n除了奥氏体晶粒粗化的原因外，更主要的是由于上贝除了奥氏体晶粒粗化的原因外，更主要的是由于上贝氏体和氏体和M-A组元的形成。组元的形成。nM-A组元一般在中等冷速下形成，是奥氏体中碳含量组元一般在中

28、等冷速下形成，是奥氏体中碳含量升高的结果。在升高的结果。在 相变过程中，碳原子不断向未转相变过程中，碳原子不断向未转变的奥氏体扩散，在变的奥氏体扩散，在/界面形成峰值。一旦出现界面形成峰值。一旦出现M-A组元，脆性倾向显著增加组元，脆性倾向显著增加。nM-A组元数量越多脆化越严重。组元数量越多脆化越严重。M-A组元实质上成为组元实质上成为潜在的裂纹源，起了应力集中的作用。潜在的裂纹源，起了应力集中的作用。2）HAZ脆化的防止脆化的防止nM-A组元一般只在一定的冷却速度时形成，调整工组元一般只在一定的冷却速度时形成，调整工艺参数可以控制热影响区艺参数可以控制热影响区M-A组元的产生。组元的产生。

29、n控制焊接热输入和采用多层多道焊工艺，使低碳调控制焊接热输入和采用多层多道焊工艺，使低碳调质钢质钢HAZ避免出现高硬度避免出现高硬度M或或M-A混合组织，可改混合组织，可改善抗脆能力，对提高善抗脆能力，对提高HAZ韧性有利。韧性有利。（2）热影响区软化）热影响区软化n低碳调质钢低碳调质钢HAZ峰温高于母材回火温度至峰温高于母材回火温度至AC1的区域会的区域会出现软化（强度、硬度降低）。出现软化（强度、硬度降低）。HAZ软化最明显的部软化最明显的部位是峰温接近位是峰温接近AC1的区域，这与该区域组织转变及碳化的区域，这与该区域组织转变及碳化物的沉淀和聚集长大有关。物的沉淀和聚集长大有关。nHAZ

30、软化区是焊接接头中的一个薄弱环节，对焊后不软化区是焊接接头中的一个薄弱环节，对焊后不再进行调质处理的调质钢来说尤为重要。焊前母材强再进行调质处理的调质钢来说尤为重要。焊前母材强化程度越高（母材调质处理的回火温度越低），焊后化程度越高（母材调质处理的回火温度越低），焊后HAZ的软化（或称失强率）越严重，的软化（或称失强率）越严重，图图3-28 调质钢焊接热影响区的硬度分布调质钢焊接热影响区的硬度分布A焊前淬火低温回火；焊前淬火低温回火；B 焊前淬火高温回火；焊前淬火高温回火；C 焊前退火焊前退火 1淬火区淬火区 2部分淬火区部分淬火区 3回火区回火区 热影响区软化：失强率热影响区软化：失强率nH

31、AZ失强率（失强率（D）：）：式中式中（b）b 为母材的抗拉强度（为母材的抗拉强度（MPa）；）；（h）h 为为HAZ软化区的抗拉强度（软化区的抗拉强度（MPa）。HAZ软化区的显微组织为铁素体和低碳奥氏体的分解产物，软化区的显微组织为铁素体和低碳奥氏体的分解产物，这种组织对塑性变形的抗力小，造成该区的强度和硬度较低。这种组织对塑性变形的抗力小，造成该区的强度和硬度较低。%100bbhbbbD (a)20CrMnSi (b)45钢钢 图图3-29 淬火回火钢热影响区的硬度分布淬火回火钢热影响区的硬度分布焊前热处理：焊前热处理：1淬火；淬火；2淬火淬火200回火；回火；3淬火淬火400回火；回火

32、；4淬火淬火600回火；回火；5退火（粒状珠光体）；退火（粒状珠光体）；6退火（片状珠光体）退火（片状珠光体）焊接条件：板厚焊接条件：板厚3mm，焊接热输入，焊接热输入2.48kJ/cm 带带HAZ软化区的焊接接头屈服强度软化区的焊接接头屈服强度n计算公式：计算公式：式中式中SR 为软化区屈服强度（为软化区屈服强度（MPa）；）；m为相对宽度，为相对宽度，m=b/h。nHAZ软化区宽度软化区宽度b与板厚与板厚h之比之比m，对软化程度影响很大。软化区是，对软化程度影响很大。软化区是一种一种“硬夹软硬夹软”状态，软夹层小到一定程度后可产生状态，软夹层小到一定程度后可产生“约束强化约束强化”效应，即

33、软夹层的塑性应变受相邻强硬部分约束产生应变强化效果。效应，即软夹层的塑性应变受相邻强硬部分约束产生应变强化效果。软夹层越窄，约束强化越显著，失强率越小。软夹层越窄，约束强化越显著，失强率越小。n相对宽度相对宽度m减小，即软化区宽度减小，即软化区宽度b减小，接头强度可提高。也就是减小，接头强度可提高。也就是说，板厚越小接头软化越突出，更需要限制焊接热输入和预热温度；说，板厚越小接头软化越突出，更需要限制焊接热输入和预热温度；板厚增大，软化的影响将减弱。板厚增大，软化的影响将减弱。mKSRJs1利用焊接传热学公式，可计算出位于利用焊接传热学公式，可计算出位于Ac1至至峰值温度峰值温度Tp之间的热影

34、响区软化区宽度。之间的热影响区软化区宽度。n软化区强度一定时，板厚软化区强度一定时，板厚h越大，焊接热输入越大，焊接热输入E 越小，越小，初始预热温度初始预热温度T0越低，焊接接头的强度越高（也即失越低，焊接接头的强度越高（也即失强率越小）。强率越小）。n焊接中只要设法减小软化区的宽度焊接中只要设法减小软化区的宽度b，即可将焊接，即可将焊接HAZ软化的危害降到最低程度。因此软化的危害降到最低程度。因此QT钢焊接不宜采钢焊接不宜采用大的焊接热输入（或较高预热温度）。用大的焊接热输入（或较高预热温度）。001112/TTpTAccehEb 3.3.2 低碳调质钢的焊接工艺特点低碳调质钢的焊接工艺特

35、点1.焊接方法焊接方法 SMAW、气体保护焊（、气体保护焊（CO2焊、焊、MIG/MAG）、）、埋弧焊（埋弧焊（SAW）、电子束焊（）、电子束焊（EBW）2.焊接材料焊接材料3.焊接工艺参数焊接工艺参数 控制焊接热输入、最大热输入控制焊接热输入、最大热输入4.低温预热和焊后热处理低温预热和焊后热处理 焊接要点焊接要点n这类钢的特点是碳含量低，基体组织是强度和韧性较这类钢的特点是碳含量低，基体组织是强度和韧性较高高ML+BL，这对焊接有利。，这对焊接有利。n但是，调质状态下的钢材，只要加热温度超过它的回但是，调质状态下的钢材，只要加热温度超过它的回火温度，性能就会发生变化。因此焊接时由于热的作火

36、温度，性能就会发生变化。因此焊接时由于热的作用使热影响区强度和韧性的下降几乎是不可避免的。用使热影响区强度和韧性的下降几乎是不可避免的。n低碳调质钢焊接要注意两个基本问题：低碳调质钢焊接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，使马氏体要求马氏体转变时的冷却速度不能太快，使马氏体 有一有一“自回火自回火”作用，以防止冷裂纹的产生；作用，以防止冷裂纹的产生；要求在要求在800500之间的冷却速度大于产生脆性之间的冷却速度大于产生脆性混合组织的临界速度。混合组织的临界速度。1焊接方法的选择焊接方法的选择 nQT钢焊接要解决的问题：一是防止裂纹；二是在保证钢焊接要解决的问题：一是防止裂

37、纹；二是在保证满足强度要求的同时，提高焊缝金属及热影响区的韧满足强度要求的同时，提高焊缝金属及热影响区的韧性。为了消除裂纹和提高焊接效率，一般采用熔化极性。为了消除裂纹和提高焊接效率，一般采用熔化极气体保护焊气体保护焊(MIG、MAG)等焊接方法。等焊接方法。n低碳调质钢常用的焊接方法低碳调质钢常用的焊接方法:SMAW、CO2焊和焊和Ar+CO2混合气体保护焊等。混合气体保护焊等。n对于调质钢焊后对于调质钢焊后HAZ强度和韧性下降的问题，可以焊强度和韧性下降的问题，可以焊后重新调质处理。对于焊后不能再进行调质处理的，后重新调质处理。对于焊后不能再进行调质处理的，要限制焊接热输入对母材的作用。要

38、限制焊接热输入对母材的作用。n焊接焊接s980MPa的低碳调质钢，如的低碳调质钢，如10Ni-Cr-Mo-Co等，采用等，采用TIG、EBW等焊接方法可以获得良好的焊等焊接方法可以获得良好的焊接质量；接质量；n对于对于s980MPa的低碳调质钢，的低碳调质钢，SMAW、SAW、TIG、MIG/MAG等都能采用；等都能采用；n对于对于s686MPa的低碳调质钢，的低碳调质钢，MAG（如（如Ar+CO2混合气体保护焊）是最合适的工艺方法。混合气体保护焊）是最合适的工艺方法。n如果采用多丝如果采用多丝SAW和和ESW等热量输入大、冷却速度等热量输入大、冷却速度低的焊接方法时，焊后必须重新进行调质处理

39、。低的焊接方法时，焊后必须重新进行调质处理。2.焊接材料焊接材料nQT钢焊后一般不再进行热处理，选择焊接材钢焊后一般不再进行热处理，选择焊接材料时要求焊缝金属在焊态下应接近母材的力料时要求焊缝金属在焊态下应接近母材的力学性能。学性能。n特殊条件下，如结构的刚度很大，冷裂纹很特殊条件下，如结构的刚度很大，冷裂纹很难避免时，应选择比母材强度稍低一些的材难避免时，应选择比母材强度稍低一些的材料作为填充金属。料作为填充金属。表表3-19 低碳调质钢焊接材料的选用低碳调质钢焊接材料的选用 n强度级别不同的两种低碳调质钢焊接时的淬硬性很大，强度级别不同的两种低碳调质钢焊接时的淬硬性很大，有产生焊接裂纹的倾

40、向。有产生焊接裂纹的倾向。n采用采用“低强匹配低强匹配”焊材和焊材和CO2或或Ar+CO2气体保护焊，气体保护焊，控制焊缝扩散氢含量在超低氢水平（控制焊缝扩散氢含量在超低氢水平（0.18%将出现高碳马氏体，对韧性不利。将出现高碳马氏体，对韧性不利。nC0.18%时不应提高冷却速度，时不应提高冷却速度，C35mm 149。HQ100钢钢SMAW和和Ar+CO2气体保护焊的工艺参数气体保护焊的工艺参数 nHQ100钢采用钢采用SMAW时层间温度应控制在时层间温度应控制在100左右，焊左右，焊接热输入为接热输入为1517kJ/cm；n采用采用Ar+CO2气体保护焊时层间温度应控制在气体保护焊时层间温

41、度应控制在100130，焊接热输入为焊接热输入为1020kJ/cm。焊后热处理焊后热处理n低碳调质钢焊接结构一般是在焊态下使用，低碳调质钢焊接结构一般是在焊态下使用，正常情正常情况下不进行焊后热处理。况下不进行焊后热处理。n除非焊后接头区强度和韧性过低、焊接结构受力大除非焊后接头区强度和韧性过低、焊接结构受力大或承受应力腐蚀以及焊后需要进行高精度加工以保或承受应力腐蚀以及焊后需要进行高精度加工以保证结构尺寸等，才进行焊后热处理。证结构尺寸等，才进行焊后热处理。n为了保证材料的强度性能，焊后热处理温度必须比为了保证材料的强度性能，焊后热处理温度必须比母材原调质处理的回火温度低母材原调质处理的回火温度低30左右。左右。本章要点小结本章要点小结n了解低碳调质钢的基本特点（成分、组织、性能）了解低碳调质钢的基本特点（成分、组织、性能）及典型钢种。及典型钢种。n了解典型低碳调质钢焊接性的特点（焊材匹配、了解典型低碳调质钢焊接性的特点（焊材匹配、冷裂纹、热裂纹、冷裂纹、热裂纹、HAZ脆化和软化）及基本的分脆化和软化）及基本的分析方法。析方法。n熟悉低碳调质钢的焊接方法及工艺要点。熟悉低碳调质钢的焊接方法及工艺要点。n了解低碳调质钢的焊接应用。了解低碳调质钢的焊接应用。