第章低合金高强度钢的焊接焊接冶金与焊接性素材包

345 325 295 275 470~ 21 — — 630
390 370 350 330 490~ 19 — — 650
180°弯曲试验 d=弯心直径 a=试样厚度 (直径)
d=2a d=3a d=2a d=3a d=2a d=3a
20921-5a
表6-2 常用热轧钢和正火钢的力学性能 (GB/T 1591 —1994)
≥680
≥17
≥785
≥16
≥950
≥10
(横向)/J 20℃：77J/c() -40℃：56J/c()
-40℃：≥39J/ c()
-40℃：≥40 — -20℃：≥39 -40℃：≥29
-20℃：≥47 -40℃：≥29
-25℃：≥27
20921-5a
6.1.3 中碳调质钢
表6-5 常用中碳调质钢的化学成分 (质量分数 )(%)
钢材牌 C 号
Mn
Si
Cr
Ni
Mo
V
40Cr 0．37~ 0．5~ 0．2~ 0．8~ —
—
—
0．45 0．8 0．4 1．1
35CrM 0．30~ 0．4~ 0．17~ 0．9~ —
oA
0．40 0．7 0．35 1．3
0．2~ — 0．3
30CrM 0．28~ 0．8~ 0．9~ 0．8~ ≤0．30 —
20921-5a
6.2.2 冷裂纹
1. 冷裂纹的敏感性 (1) 热轧钢和正火钢的冷裂纹敏感性 在低合金高强度钢中， 热轧钢的冷裂倾向是最小的。 (2) 低碳调质钢的冷裂纹敏感性 低碳调质钢的合金化原理 就是在低碳钢的基础上，通过加入多种提高淬透性的合金 元素来保证获得强度高、韧性好的低碳马氏体和部分下贝 氏体的混合组织。
0
1．6 5
45 45 0．2 0．0 0．2
0
0
6
0
Cr Ni ——
——
≤
≤
0．3 0．7
0
0
20921-5a
表6-1 常用热轧钢和正火钢的化学成分 (GB/T 1591 —1994)
Q42 A 0
Q46 C 0
≤
1．0 ≤
≤
≤
0．0 0．0 0．0 —
0．2 0~ 0．5 0．0 0．0 2~ 15~ 2~
Q420 A Q460 C
420 400 380 360 520~ 18 — — d=2a d=3a 680
460 440 420 400 550~ 17 — 34 d=2a d=3a 720
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6.1.2 低碳调质钢
表6-3 典型低碳调质钢的化学成分
钢材 化学成分(质量分数)(%)
(%)
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6.2.2 冷裂纹
表6-7 焊后低温热处理对低合金钢冷裂倾向的影响
钢号 13MnNiMo54
2．25Cr1Mo
预热200℃ 预热150℃+后热150 ℃
焊接条件 焊条电弧焊 型号E6015 直径4mm
焊条电弧焊 型号E6015?B3 直径4mm
预热和及时后热 预热150℃
裂纹部位和裂纹率
209215a641正火钢q34514mnnb的焊接图66箱形梁结构示意图209215a641正火钢q34514mnnb的焊接棱角接头埋弧焊焊接工艺209215a642低碳调质钢hq80c的焊接图6740t汽车起重机的活动支腿结构209215a642低碳调质钢hq80c的焊接表61440t汽车起重机用hq80c钢活动支腿焊接工艺项目焊前处理接头形式焊缝形式焊接位置焊道数焊接顺序组装前经抛丸处理去除钢板表面的氧化皮油污及其他杂物棱角接头熔透焊缝条内角缝从外部清根至露出内角缝焊肉再焊外角各焊缝焊丝摆动预热及层间温度焊丝保护气体气体流量施焊时焊丝不做横向摆动焊道宽12mm焊缝高6mm100125预热火焰头距板面不小于50mmhs2mmar20c严格控制气体中的水分1015lmin209215a表61440t汽车起重机用hq80c钢活动支腿焊接工艺焊接电流电弧电压热输入其他打底内角焊缝120150a填充和盖面焊缝270300a180kjmm每一道焊缝清理干净后方可施焊下一焊道
0
1．7 5
45 45 0．2 0．0 0．2
0
0
6
0
≤
≤
0．4 0．7
0
0
≤
1．0 ≤
≤
≤
0．0 0．0 0．0 ≥
≤
≤
0．2 0~ 0．5 0．0 0．0 2~ 15~ 2~ 0．0 0．7 0．7
0
1．7 5
35 35 0．2 0．0 0．2 15 0
0
0
0
6
0
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6.1.1 热轧钢和正火钢
55
A
(油)
600℃回火
(水或油)
40CrMnSi 890~970℃ —
≥1862
≥8
35
MoVA
淬火(油)
250~270℃
回火(空)
≥59J/c() ≥78 ≥49
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6.2 低合金高强度钢的焊接性分析
热裂纹是低合金高强度钢焊接中比较常 见的焊接缺陷，它不但可以出现在焊缝 中，也可出现在熔合区及其附近的热影 响区中，具体表现为焊缝金属的结晶裂 纹和熔合区附近的液化裂纹，其敏感性 随钢种的不同而变化。
3
2~
8
0
5
0．0
6
B:
0．0
005~
0．0
03
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表6-3 典型低碳调质钢的化学成分
WCF ≤ 60 0．0
9
HQ70 A
0．0 9~ 0．1 6
1．1 0~ 1．5 0
0．6 0~ 1．2 0
0．1 5~ 0．3 5
0．1 5~ 0．4 0
≤ 0．0 2
≤ 0．0 3
≤ 0．0 3
热影响区根部裂纹率 为10%
预热180℃ 预热60℃+后热100℃ 预热180℃
无裂纹
无裂纹
热影响区及熔合区裂 纹率为50%
热影响区裂纹率为20 %
无裂纹
0．60 0．12 0
0
20921-5a
6.1.3 中碳调质钢
表6-6 常用中碳调质钢的力学性能
钢材牌号 热处理
/MPa
/MPa
(%)
40Cr
850℃淬火 ≥980
≥785
≥9
(水)
520℃回火
(水或油)
35CrMoA 850℃淬火 ≥980
≥835
≥12
(水)
550℃回火
(水或油)
30CrMnSi 锻件880℃ ≥1080
≤
—
C
0~ 0~ 5~ 0．0 0．0
0．1 1．2 0．3 15 25
6
0
5
0．6 0~ 1．2 0
0．3 0~ 0．6 0
0．0 3~ 0．0 8
Cu: 0．1 5~ 0．5 0
B: 0．0 005~ 0．0 05
0．5 8
20921-5a
6.1.2 低碳调质钢
表6-4 典型低碳调质钢的力学性能．0 0．2
0
5
6
0
Q34 A 5
≤
1．0 ≤
≤
≤
0．0 0．0 0．0 —
0．2 0~ 0．5 0．0 0．0 2~ 15~ 2~
0
1．6 5
45 45 0．1 0．0 0．2
0
5
6
0
Q39 A 0
≤
1．0 ≤
≤
≤
0．0 0．0 0．0 —
0．2 0~ 0．5 0．0 0．0 2~ 15~ 2~
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6.2.1 热裂纹
(2) 工艺措施 除了冶金措施之外，工艺措施也是防止焊接 热裂纹的重要手段，主要涉及接头类型、工艺参数以及预 热等。 1) 设计合理的坡口形状和几何尺寸，规定适当的接头装配 间隙，以降低母材在焊缝金属中所占的比例。 2) 调整焊接参数，如降低焊接电流，以增大焊缝的成形系 数，即增大熔宽与熔深的比例。 3) 降低焊接热输入，加快焊接速度，从而提高焊缝金属的 结晶速度，以降低晶间偏析的程度。 4) 正确控制焊前的预热温度及多层焊的层间温度。
≥835
≥10
A
淬火(油)
540℃回火
(水或油)
ψ(%) 45
45
45
/J ≥47
≥63
≥49J/c()
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表6-6 常用中碳调质钢的力学性能
30CrMnSi 890℃淬火 ≥1570
—
≥9
45
Ni2A
(水)
200~300℃
回火(空)
40CrNiMo 850℃淬火 ≥980
≥835
≥12
≤ 0．0 3
≤ 0．5 0
0．3 0~ 1．0 0
≤ 0．3 0
0．3 0~ 0．6 0
≤ 0．3 0
—
0．0 2~ 0．0 6
—
B≤ 0．0 03
Cu: 0．1 5~ 0．5 0 B: 0．0 005~ 0．0 03
0．4 7
0．5 2
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表6-3 典型低碳调质钢的化学成分
HQ80 0．1 0．6 0．1 ≤
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6.2.1 热裂纹
1. 热裂纹的敏感性 (1) 热轧钢及正火钢的热裂纹敏感性 对于热轧钢及正火钢， 一般含碳量都较低，含 Mn量又较高，因而 w(Mn)/w(S)较高， 具有较好的抗热裂纹能力。
20921-5a
图6-1 Q420(15MnVN) 钢埋弧焊 焊缝中心的结晶裂纹
6.2.1 热裂纹
—
nSiA 0．35 1．1 1．2 1．1
30CrM 0．27~ 1．0~ 0．9~ 0．9~ 1．4~ —
—
nSiNi2 0．34 1．3 1．2 1．2 1．8
A
40CrNi 0．36~ 0．5~ 0．17~ 0．6~ 1．25~ 0．15~ — MoA 0．44 0．8 0．37 0．9 1．75 0．25
(3) 中碳调质钢的冷裂纹敏感性 中碳调质钢由于含碳量比 较高，加入的合金元素也较多，其淬硬倾向十分明显，故 冷裂倾向很大。 2. 冷裂纹的防止措施 (1) 采用低强度的熔敷金属 焊接低合金高强钢时，采用焊 缝金属强度比母材低的焊接材料，能大大提高整个接头的 抗冷裂性，母材的强度愈高，其效果愈明显。 (2) 建立低氢的焊接环境 氢是低合金高强度钢焊接产生冷 裂纹的主要因素之一，因此建立低氢的焊接环境对于防止 冷裂是至关重要的。
表6-2 常用热轧钢和正火钢的力学性能 (GB/T 1591 —1994)
牌号 质量 /MPa 等级
/MPa (%) (纵向) /J
Q295 A Q345 A Q390 A
厚度(直径)/mm
≤16 16~3 35~5 50~1
5
0
00
不小于
295 275 255 235 390~ 23 34 — 570
第6章 低合金高强度钢的焊接 6.1 低合金高强度钢的种类和性能 6.2 低合金高强度钢的焊接性分析 6.3 低合金高强度钢的焊接工艺要点 6.4 典型低合金高强度钢的焊接
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6.1 低合金高强度钢的种类和性能
热轧钢基本上属于C-Mn和C-Mn-Si系的钢 种，其强度主要是通过合金元素的固溶 强化提高的。Mn是一种固溶强化效果显 著而又比较便宜的元素，除增加强度外， 还能改善塑性和韧性，一般加入的质量 分数不超过1.8%。Si的固溶强化效果也较 好
S
P
—
—
≤0．03 ≤0．03
0
5
≤0．03 ≤0．03
0
5
≤0．02 ≤0．02
5
5
≤0．03 ≤0．03
0
0
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表6-5 常用中碳调质钢的化学成分 (质量分数 )(%)
40CrM 0．37~ 0．8~ nSiMo 0．42 1．2 VA
1．2~ 1．6
1．2~ 1．5
≤0．25 0．45~ 0．07~ ≤0．03 ≤0．03
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6.1.1 热轧钢和正火钢
表6-1 常用热轧钢和正火钢的化学成分 (GB/T 1591 —1994)
牌号 质量 化学成分(质量分数)(%)
等级
C
Mn Si P
S
V Nb Ti Al
Q29 A 5
≤
0．8 ≤
≤
≤
0．0 0．0 0．0 —
0．1 0~ 0．5 0．0 0．0 2~ 15~ 2~
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6.2.2 冷裂纹
(3) 选择低氢的焊接方法 采用CO2气体保护焊或富氩的混 合气体保护焊可显著降低焊缝金属的含氢量。 (4) 焊前预热 焊前预热是防止低合金钢接头产生冷裂纹的 最有效措施之一，在低合金钢焊接中应用最为普遍。 (5) 焊后低温热处理 焊后低温热处理是指焊接结束后将焊 件或整条焊缝立即加热到 150~250 ℃温度范围，并保持一定 的时间。
牌号 C
Mn Si
S
P
Ni Cr Mo V
其他
14Mn 0．1 1．4 0．3 0．0 0．0 — — 0．1 0．1 N: 0．5
MoV 4
1
0
35 12
7
3
0．0 0
N
155
14Mn 0．1 1．3 0．1 ≤
≤
— — — — Nb: 0．5
MoN 2~ 0~ 5~ 0．0 0．0
0．0 6
bB 0．1 1．8 0．3 3
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6.2.1 热裂纹
2)若焊接结构的母材已选定，且 C、S和P含量超过了以上限 制，则应采用低碳、低硫的焊接材料来调整焊缝金属的成 分。 3)在焊丝成分的设计上应注意避免采用易形成低熔点共晶的 合金元素，而适当加入 Mo、W和V等能细化焊缝金属晶粒的 合金元素，从而提高焊缝的抗裂性能。 4)采用碱性药皮焊条或焊剂焊接的焊缝金属，与采用酸性药 皮焊条或焊剂相比，具有较高的抗热裂纹的能力。
(2) 低碳调质钢的热裂纹敏感性 低碳调质钢含碳量较低， 含Mn量较高，一般也无热裂纹倾向。 (3) 中碳调质钢的热裂纹敏感性 中碳调质钢含碳量及合金 元素含量都很高，具有较大的热裂倾向。 2. 热裂纹的防止措施 (1) 冶金措施 1)低合金钢焊接接头中热裂纹的形成主要归因于冶金因素， 因此从冶金技术上采取措施是防止热裂纹最有效的手段。
图6-2 不同正火钢的焊接 CCT曲线 a) Q420(15MnVN) b) 18MnMoNb
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6.2.2 冷裂纹
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图6-3 低碳调质钢 HQ70的焊接CCT曲线
6.2.2 冷裂纹
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图6-4 中碳调质钢 30CrMnSi 的 奥氏体等温转变图
6.2.2 冷裂纹
钢材牌号 14MnMoVN
板厚h/mm 36
/MPa 598
/MPa 701
δ(%) 20
14MnMoNbB ≤50
WCF60 HQ60A HQ70A
16~50 ≤50 ≥18
HQ80C
—
HQ100
—
≥686
≥490 ≥450 ≥590
≥685
≥880
≥755