1、32 低碳调质钢焊接低碳调质钢焊接低碳调质钢低碳调质钢 碳含量：在碳含量：在0.09-0.23%0.09-0.23%，大部分，大部分0.16-0.18%0.16-0.18%强化机理：相变强化（调质处理强化机理：相变强化（调质处理 屈服强度：为屈服强度：为490MPa 490MPa 980MPa 980MPa 合金系合金系 ：低：低C C、Mn-Ni-Cr-MoMn-Ni-Cr-Mo系系 主合金化元素：主合金化元素：MnMn、NiNi、CrCr（1.6%1.6%）、）、Mo Mo 辅合金化元素：辅合金化元素：V V、NbNb、TiTi、B B、Cu Cu 热处理状态：淬火回火，低碳马氏体或下贝氏
2、体，热处理状态：淬火回火，低碳马氏体或下贝氏体，综合机械性能好综合机械性能好 典型钢种：典型钢种：14MnMoVN14MnMoVN、HT60HT80HT60HT80、HY80HY80HY130HY130 第1页，共24页。一、焊接性分析一、焊接性分析含碳量很低，而且对硫、磷等杂质控制严格，因含碳量很低，而且对硫、磷等杂质控制严格，因而有良好的焊接性而有良好的焊接性 第2页，共24页。（1 1）热裂纹）热裂纹A A、结晶裂纹、结晶裂纹：C C低、低、MnMn高，高，S S、P P控制严，控制严，Mn/SMn/S高，敏感性小高，敏感性小B B、HAZHAZ液化裂纹：液化裂纹：在高在高NiNi、低、
3、低MnMn的低合金高强钢中出现，其产生与的低合金高强钢中出现，其产生与Mn/SMn/S有关，有关，C C高，要求高，要求Mn/SMn/S高；高；线能量越大，过热区晶粒粗大，晶界熔化严重，晶界面积减少，容易形成液态薄膜，线能量越大，过热区晶粒粗大，晶界熔化严重，晶界面积减少，容易形成液态薄膜，液化裂纹敏感性增大液化裂纹敏感性增大熔池凹度越大，敏感性大熔池凹度越大，敏感性大预防液化裂纹措施：预防液化裂纹措施：（1 1）NiNi高时，控制高时，控制C C、S S含量，提高含量，提高Mn/SMn/S比；比；（2 2）小）小q q；（3 3）控制熔池形状，减小凹度。）控制熔池形状，减小凹度。第3页，共2
4、4页。第4页，共24页。第5页，共24页。原因原因:冷速较低时，冷速较低时，F F首先析出后剩余的奥氏体富碳，这部分高碳首先析出后剩余的奥氏体富碳，这部分高碳A A在继续冷在继续冷却时将转变为高碳的却时将转变为高碳的M M或或B B。这种由。这种由F F、高碳、高碳M M和高碳和高碳B B组成的混合组织使过热区组成的混合组织使过热区严重脆化。严重脆化。预防：预防：提高冷却速度提高冷却速度 ，避免或尽可能减少先共析，避免或尽可能减少先共析F F的析出的析出 但过分提高冷速也会使塑性降低或产生冷裂纹但过分提高冷速也会使塑性降低或产生冷裂纹 但也不是冷速越高越好，过分提高冷速可能使塑性下降并导致冷裂
5、纹产生，对强度级但也不是冷速越高越好，过分提高冷速可能使塑性下降并导致冷裂纹产生，对强度级别高的钢都存在一个韧性最佳的冷却时间别高的钢都存在一个韧性最佳的冷却时间t8/5t8/5，此时对应的组织为，此时对应的组织为M+BM+B下（下（10-30%10-30%）；）；低合金调质钢当含低合金调质钢当含NiNi较高时，形成的高较高时，形成的高NiNi马氏体（甚至上马氏体（甚至上B B）都有很高的韧）都有很高的韧性，因此，增加钢中的含性，因此，增加钢中的含NiNi量能改善近缝区的韧性量能改善近缝区的韧性第6页，共24页。第7页，共24页。软化：软化：热影响区的强度低于母材焊前强度的现象。热影响区的强度
6、低于母材焊前强度的现象。软化部位：软化部位：加热温度为加热温度为t t回回AAc1c1之间的区域之间的区域 低碳调质钢中由于含有较多固低碳调质钢中由于含有较多固C C、N N的元素，一般不出现热应变脆化。的元素，一般不出现热应变脆化。第8页，共24页。第9页，共24页。A A、M M转变速度不能太快，以便转变速度不能太快，以便M M能进行能进行“自回火自回火”；B B、t t8/58/5之间的冷却速度大于产生脆性组织的临界速度。之间的冷却速度大于产生脆性组织的临界速度。为降低焊接应力，可采用双为降低焊接应力，可采用双V V形或双形或双U U形坡口。形坡口。对强度较高的低碳调质钢无论用何种形式的
7、接头或坡口，都必须要求焊缝对强度较高的低碳调质钢无论用何种形式的接头或坡口，都必须要求焊缝与母材交界处与母材交界处平滑过渡平滑过渡。切割：切割边缘的硬化层，要通过加热或机械加工消除切割：切割边缘的硬化层，要通过加热或机械加工消除 。板厚。板厚100mm 36 mm36 mm时，要求进行消除应力退火。退火温时，要求进行消除应力退火。退火温度应低于焊前回火温度，若超过回火温度强度将明显下降。综合考虑保证性能及防止消除应度应低于焊前回火温度，若超过回火温度强度将明显下降。综合考虑保证性能及防止消除应力裂纹，退火温度应选在力裂纹，退火温度应选在550550一一580580之间，保温时间为之间，保温时间
8、为/25/25（mmmm）h h，加热速度在，加热速度在300300以上时不超过以上时不超过120120h h，保温后随炉冷至，保温后随炉冷至300300后再出炉空冷。后再出炉空冷。为了防止消除应力裂纹，可采用以下措施：为了防止消除应力裂纹，可采用以下措施：A A、降低消除应力退火温度。、降低消除应力退火温度。B B、控制母材中、控制母材中V V、B B的含量。的含量。C C、适当预热（、适当预热（100100）。）。D D、焊后及时进行、焊后及时进行200 x200 x（0.5-10.5-1）h h后热。后热。第17页，共24页。中碳调质钢的焊接中碳调质钢的焊接一、中碳调质钢一、中碳调质钢
9、强化机理：相变强化（调质处理强化机理：相变强化（调质处理 屈服强度：为屈服强度：为880MPa880MPa1176MPa 1176MPa 合金系：中合金系：中C C（0.25%0.25%0.5%0.5%）、）、Cr-Mn-Ni-Mo-SiCr-Mn-Ni-Mo-Si系系 主合金化元素：主合金化元素：Cr-Mn-Ni-Mo-Si Cr-Mn-Ni-Mo-Si 辅合金化元素：辅合金化元素：V V 热处理状态：淬火回火热处理状态：淬火回火组织：组织：S S回回、M M回回 ，M M为片状为片状典型钢种：典型钢种：30CrMnSi30CrMnSi、40Cr40Cr、35CrMoA35CrMoA、35C
10、rMoVA35CrMoVA第18页，共24页。分类：分类：A A、CrCr钢钢 ：以以CrCr为主加元素为主加元素 （1%1%，提高回火稳定性，提高回火稳定性 ），有回火脆性），有回火脆性 ；典型：典型：40Cr 40Cr，用于制造在交变载荷下工作的重要零件，如大型齿轮、轴等，用于制造在交变载荷下工作的重要零件，如大型齿轮、轴等。B B、Cr-MoCr-Mo钢钢 ：CrCr钢中加入钢中加入MoMo（0.150.15-0.25-0.25，消除其回火脆性，提高淬透性，并提高，消除其回火脆性，提高淬透性，并提高钢的中温强度钢的中温强度 ）；）；典型：典型：35C rMoA35C rMoA。33CrM
11、oVA33CrMoVA，用于制造动力设备上承受高负荷的大截面零部件。，用于制造动力设备上承受高负荷的大截面零部件。C C、Cr-Mn-SiCr-Mn-Si钢钢 ：价格低廉，在退火状态下具有价格低廉，在退火状态下具有P+FP+F，调质状态下为回火，调质状态下为回火M M或回火或回火S S，有，有回火脆性回火脆性 典型：典型：30CrMnSiNi2A30CrMnSiNi2A制造飞机上的一些构件制造飞机上的一些构件D D、Cr-Ni-MoCr-Ni-Mo钢钢 ：加入加入NiNi和和MoMo，使钢具有强度高、韧性好、淬透性大，使钢具有强度高、韧性好、淬透性大 典型：典型：40CrNiMoA40CrNi
12、MoA、34 CrNiMoA 34 CrNiMoA，用于制造高负荷、大截面的轴类以及承受冲击载荷的，用于制造高负荷、大截面的轴类以及承受冲击载荷的构件，如汽轮机、喷气涡轮机轴以及喷气式客机的起落架和火箭发动机外壳等构件，如汽轮机、喷气涡轮机轴以及喷气式客机的起落架和火箭发动机外壳等 第19页，共24页。二、焊接性分析二、焊接性分析 CS CS、P P偏析偏析热裂倾向热裂倾向 C C多，合金多多，合金多TBTB（液固相区间）（液固相区间）热裂热裂 预防：预防：A A、选用焊接材料时，应尽量选用含碳量比母材低，硫磷、选用焊接材料时，应尽量选用含碳量比母材低，硫磷等杂质少的填充金属等杂质少的填充金属
13、 ；B B、选用焊接参数时要注意降低熔合比、选用焊接参数时要注意降低熔合比 ；C C、操作时应注意境满弧坑及保证良好的焊缝成形。、操作时应注意境满弧坑及保证良好的焊缝成形。第20页，共24页。在焊接中常见的低合金钢中，中碳调质钢具有最大的冷裂纹敏感性在焊接中常见的低合金钢中，中碳调质钢具有最大的冷裂纹敏感性 ，原因：原因：A A、C C、CeqCeq大，易得到淬硬组织大，易得到淬硬组织 B B、C C，使，使MsMs点下降，点下降，M M没有没有“自回火自回火”效应效应 C C、获得的马氏体、获得的马氏体CC，硬度与脆性高，硬度与脆性高 预防：焊接时，预防：焊接时，T0+TpT0+Tp（焊后及
14、时进行回火处理）（焊后及时进行回火处理）原因：原因：在冷速较大时很容易形成硬脆的高碳在冷速较大时很容易形成硬脆的高碳M M；预防：尽量降低预防：尽量降低800-500800-500温度范围内的冷却速度温度范围内的冷却速度 ，采取预热、缓冷和适，采取预热、缓冷和适当加大线能量相配合的措施，既可减少当加大线能量相配合的措施，既可减少A A在相变温度以上停留的时间，又可降低在在相变温度以上停留的时间，又可降低在共析转变温度范围内的冷却速度，获得韧性较高的组织。共析转变温度范围内的冷却速度，获得韧性较高的组织。第21页，共24页。与低碳调质钢一样。软化最明显区域：与低碳调质钢一样。软化最明显区域：Ac
15、1-Ac3。中碳调质钢在调质状态下焊接时，防止冷裂纹、脆化和软化的措施是互有矛中碳调质钢在调质状态下焊接时，防止冷裂纹、脆化和软化的措施是互有矛盾的，只能在防止冷裂的前提下尽量降低软化的程度，盾的，只能在防止冷裂的前提下尽量降低软化的程度，三、焊接工艺三、焊接工艺 防止裂纹、过热区脆化和防止裂纹、过热区脆化和HAZHAZ软化软化第22页，共24页。A A、焊接方法：由于不强调线能量对接头性能的影响，基本上不受限制。、焊接方法：由于不强调线能量对接头性能的影响，基本上不受限制。B B、不顾虑回火区的软化，可以采用较大的线能量、不顾虑回火区的软化，可以采用较大的线能量+适当高温预热，从而防止冷适当
16、高温预热，从而防止冷裂。裂。般预热温度及层间温度可控制在般预热温度及层间温度可控制在200-350200-350之间。之间。C C、焊接材料：为保证焊缝与母材在相同的热处理条件下获得相同的性能，应保证、焊接材料：为保证焊缝与母材在相同的热处理条件下获得相同的性能，应保证熔敷金属的成分与母材基本相同。同时，为了防止产生热裂纹，要求采用低碳焊丝，熔敷金属的成分与母材基本相同。同时，为了防止产生热裂纹，要求采用低碳焊丝，焊丝中的碳的质量分数应控制在焊丝中的碳的质量分数应控制在0.15%0.15%以内，最高不超过以内，最高不超过0.25%0.25%，并且控制硫、磷的质，并且控制硫、磷的质量分数应小于量
17、分数应小于0.03%0.03%0.035%0.035%。D D、为了防止延迟裂纹，焊后应及时进行热处理。若及时进行调质处理有因难，可、为了防止延迟裂纹，焊后应及时进行热处理。若及时进行调质处理有因难，可进行中间退火或在高于预热的温度下保温一段时间（如低温回火或进行中间退火或在高于预热的温度下保温一段时间（如低温回火或650650680680高温回高温回火火 ）。作用：排除扩散氢并软化热影响区组织；消除应力的作用。）。作用：排除扩散氢并软化热影响区组织；消除应力的作用。E E、对结构复杂、焊缝较多的产品，为防止由于焊接时间过长而在中间发生裂纹，可在、对结构复杂、焊缝较多的产品，为防止由于焊接时间
18、过长而在中间发生裂纹，可在焊完一定数量的焊缝后，进行一次中间退火。焊完一定数量的焊缝后，进行一次中间退火。F F、在焊后回火时，注意回火脆性。、在焊后回火时，注意回火脆性。第23页，共24页。原则：保证不产生裂纹的前提下尽量保证接头的性能。原则：保证不产生裂纹的前提下尽量保证接头的性能。工艺要点：工艺要点：A A、预热、焊后及时回火处理：预热温度、层间温度及焊后回火温度均应低于焊前、预热、焊后及时回火处理：预热温度、层间温度及焊后回火温度均应低于焊前回火温度回火温度5050以上以上 B B、焊接方法：采用热量集中、能量密度高的焊接热源，在保证焊透的条、焊接方法：采用热量集中、能量密度高的焊接热源，在保证焊透的条件下尽量用小线能量，以减小热影响区的软化。选用氩弧焊或等离子弧焊、件下尽量用小线能量，以减小热影响区的软化。选用氩弧焊或等离子弧焊、电子束焊效果较好电子束焊效果较好 ；C C、因焊后不再进行调质处理，焊接材料成分可与母材有较大差别。为了防止、因焊后不再进行调质处理，焊接材料成分可与母材有较大差别。为了防止冷裂纹，可以用奥氏体不锈钢焊条或镍基焊条冷裂纹，可以用奥氏体不锈钢焊条或镍基焊条 ，此时工艺注意异种钢焊接。，此时工艺注意异种钢焊接。第24页，共24页。
