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1、1,第3章 合金结构钢的焊接,2,3,4,5,3.1 合金结构钢的分类和性能,3.1.1 合金结构钢的分类,合金结构 钢的分类,化学 成分,合金 系统,组织 状态,用途或使 用性能等,6,按合金元素 总含量的多 少分有,低合合钢 一般w (Me)5,中合金钢 w (Me)=510,高合金钢 w (Me)10,1. 按合金元素总含量的多少分有：,7,2. 按用途和性能分有,8,国内外常见的合金结构钢的牌号见表3-1,表3-1 国内外常见的合金结构钢,9,3.1.2 合金结构钢的基本性能,基 本 性 能,化学成分,力学性能,显微组织,10,1化学成分,化 学 成 分,低合金结构钢是在低碳钢基础 上
2、添加一定量的合金元素构成的,（低碳钢的化学成分为： wC=0.10%0.25%，wSi0.3%， wMn=0.5%0.8%）,用于焊接结构的低中合金钢 合金元素总的质量分数一般 不超过10%,11,图3-1 各种合金元素对结构钢的抗拉强度和屈服强度的影响 a) 对抗拉强度的影响 b) 对屈服强度的影响,12,图3-2 低合金高强钢的低温拉伸性能（a,b）,2力学性能,13,3显微组织,低合 金钢 热影 响区 中的 显微 组织,低碳马氏体,贝氏体,M-A组元,珠光体类,导致具有不同 的硬度、强度 性能、塑性和 韧性,14,图3-3典型组织（特别是贝氏体组织）对低合金钢强度和韧性的影响,15,表3
3、-2 常见金相组织及不同混合组织的硬度,16,3.2 热轧及正火钢的焊接,3.2.1 热轧及正火钢的成分和性能,热 轧 及 正 火 钢,屈服强度为294-490MPa 的低合金高强钢,一般是在热轧或正火状态 下供货使用,属于非热处理强化钢,17,1热轧钢,热 轧 钢,屈服强度为294-392MPa的 普通低合金钢都属于热轧钢,这类钢的基本成分为： wC0.2%，wSi0.55%， wMn 1.5%,热轧钢通常为铝镇静的细晶 粒铁素体珠光体组织的钢 一般在热轧状态下使用,Q345（16Mn）是我国于20 世纪50年代研制和生产应 用最广泛的热轧钢,18,2正火钢,正 火 钢,正火状态下使用的钢：
4、主要 是含V、Nb、Ti的钢，如 Q390、Q345等，主要特点是 屈强比（s/b）较高,正火回火状态使用的 含Mo钢：如14MnMoV、 18MnMoNb等,抗层状撕裂的Z向钢， 屈服强度s343MPa,19,3微合金控轧钢,微 合 金 控 轧 钢,加入质量分数为0.1%左右 对钢的组织性能有显著或 特殊影响的微量合金元素 的钢，称为微合金钢,多种微合金元素（如Nb、 Ti、Mo、V、B、RE）的共 同作用称为多元微合金化,单一微合金元素的质量分数 通常在0.25%以下。,20,3.2.2 热轧及正火钢的焊接性,低合金钢 的焊接性,化学 成分,轧制 工艺,21,热轧 及正 火钢 的焊 接性,
5、冷裂纹及影响因素,热裂纹和再热裂纹,非调质钢焊缝的组织和韧性,热影响区脆化,层状撕裂,22,1冷裂纹及影响因素,冷裂 纹及 影响 因素,碳当量 （Ceq）,淬硬 倾向,热影响区 最高硬度,热轧钢的 淬硬倾向,正火钢的 淬硬倾向,23,(2) 淬硬倾向,马氏体或M+B+F 混合组织时,产生B或 B+F组织时,焊 接 热 影 响 区,对氢致 裂纹敏感,对氢致裂 纹不敏感,24,图3-4 热轧钢（Q345）和低碳钢的焊接连续冷却组织转变图（SHCCT） a) Q345 Tm 1350 b) 低碳钢 Tm 1300),1）热轧钢的淬硬倾向,25,图3-5 正火钢的焊接连续冷却组织转变图（SHCCT）
6、a）为Q420 b) 18MnMoNb,2) 正火钢的淬硬倾向,26,(3) 热影响区最高硬度,图3-6 热影响区最高硬度与裂纹率的关系,27,图3-9 冷却时间t8/5对热影响区最高硬度的影响 （钢材成分：wC 0.12%, wMn 1.40%, wSi 0.48%, wCu 0.15%, 板厚h=20mm）,28,2热裂纹和再热裂纹,裂 纹,再热裂纹,焊缝热裂纹,29,图3-10 再热裂纹敏感性与Cr、Mo含量的关系ASR裂纹敏感区 B随Cr、Mo含量增加，SR裂纹增加,30,3非调质钢焊缝的组织和韧性,焊缝 韧性,针状铁素体 (AF),先共析铁素体 (PF)组织,所占的比例,31,图3-
7、11 不同铁素体形态对高强钢焊缝韧性的影响 a) AF对vTrs的影响 b) PF对vTrs的影响,32,图3-12 高强钢焊缝韧性与强度的关系,33,Mn-Si系焊缝组织与韧性的关系见表3-5。,表3-5 Mn-Si系焊缝组织与韧性的关系,34,4热影响区脆化,脆 化,粗晶区脆化,热应变脆化,35,图3-14 S、P对热影响区韧性的影响（低合金钢三丝埋弧焊）,36,图3-15 N对热影响区韧性的影响（Mn-Si系低合金钢）,37,5层状撕裂,图3-16 产生层状撕裂的一些典型接头形式 a) 角接T形接头 b) 对接T形接头 c) 对接角接头,38,3.2.3 热轧及正火钢的焊接工艺,热轧及
8、正火钢 的焊接 工艺,焊接材料的选择,焊接工艺参数的 确定,坡口加工、 装配及定位焊,39,1坡口加工、装配及定位焊,坡口 加工 装配 及定 位焊,坡口加工可采用机械加工，其 加工精度较高，也可采用火焰 切割或碳弧气刨。,焊接件的装配间隙不应过 大，尽量避免强力装配， 减小焊接应力。,定位焊应选用同类型的焊接 材料，也可选用强度稍低的 焊条或焊丝。,40,2焊接材料的选择,低合 金钢 选择 焊接 材料,一是不能有裂纹等 焊接缺陷,二是能满足使用 性能要求。,41,热轧及正火钢焊接一般是根据其强度级别选择焊接材料，而不要求与母材同成分，其要点如下：,要 点,考虑焊后热处理对 焊缝力学性能的影响,
9、同时考虑熔合比和冷却 速度的影响,选择与母材力学性能匹 配的相应级别的焊接材料,42,3焊接工艺参数的确定,工艺 参数,预热和焊后热处理,焊接热输入,43,图3-17 焊接热输入对热影响区晶粒尺寸和冲击韧性的影响 a) 冷却时间t8/5与晶粒尺寸的关系 b) 热输入对热影响区韧性的影响,1） 焊接热输入,44,HQ70和HQ80低碳调质钢焊接一般要求低温预热，预热温度和最大焊接热输入见表3-20。,表3-20 两种低碳调质钢的最大热输入,45,热轧及正 火钢焊接 的典型工 艺参数,焊条电弧焊,自动焊,氩弧焊,46,表3-9 热轧及正火钢CO2气体保护焊的工艺参数,47,表3-10 热轧及正火钢钨极氩弧焊的工艺参数,表3-11 热轧及正火钢熔化极氩弧焊的工艺参数,48,2)预热和焊后热处理,49,确定焊后 回火温度 的原则,不要超过母材原来的 回火温度，以免影响 母材本身的性能,对于有回火脆性的材 料，要避开出现回火 脆性的温度区间,50,4焊接接头的力学性能,焊缝金属和热影响区的力学性能是影响接头使用可靠性的基本性能，而其中强度与韧性又是关键的考核要素，特别是对合金结构钢接头更为重要，几种典型热轧及正火钢焊接接头的力学性能见表3-14。,