第6章 低合金高强度钢的焊接 焊接冶金与焊接性 教学课件
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焊接冶金学 低合金高强度钢的焊接6
6.1 低合金高强钢的种类和性能 6.1 低合金高强钢的种类和性能 二.低碳和中碳调质钢
2. 中碳调质钢
化学成分 杂质元素： S≤ 0.035%, P≤ 0.035%。 (质量分数)
添加元素：Cr、Ni、Mo、V等。 基本元素： C≤0.25%-0.45%, Si和Mn取决添加元素。
微观组织：淬火+回火，回火马氏体。 力学性能：σs = 880 ~ 1860MPa。 典型牌号：40Cr、30CrMnSiA、 40CrMnSiMoVA 等。
61低合金高强钢的种类和性能61低合金高强钢的种类和性能表65常用中碳调质钢的化学成分质量分数钢材牌号mnsicrnimo40cr03704505080204081135crmoa030040040701703509130030003530crmnsia0280350811091208110300030003530crmnsini2a02703410130912091214180025002540crnimoa036044050801703706091251750150250030003040crmnsimova03704208121216121502504506000701200300030中碳调质钢表66常用中碳调质钢的力学性能钢材牌号热处理40cr850淬火水520回火水或油980785454735crmoa850淬火水550回火水或油98083512456330crmnsia锻件880淬火油540回火水或油1080835104549jcm30crmnsini2a890淬火水200300回火空15704559jcm40crnimoa850淬火油600回火水或油98083512557840crmnsimova890970淬火油250270回火空354962低合金高强钢的焊接性分析62低合金高强钢的焊接性分析一
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
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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
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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 —
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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。
低合金高强钢的焊接技术
低合金钢 w<5wt% 中合金钢 w=5～10wt% 高合金钢 w>10wt%
一、钢的分类
低合金高强钢
低合金钢
(按用途)
珠光体耐热钢
低合金特殊用钢 低温钢 低合金耐蚀钢
二、低合金高强钢的分类
低合金高强钢
(按屈服强度级别 和热处理状态)
热轧及正火钢 σs=294～490MPa 低碳调质钢 σs=441～980MPa 中碳调质钢 σs=880～1176MPa
三、低合金高强钢的性能
3. 中碳调质钢
中碳调质钢
热处理 淬火+ 高温回火
屈服强度/ MPa 880～1176
含碳量
wc=0.22～ 0.45wt%
特点
淬透性大， 焊接性差
四、典型低碳调质钢主要成分
C
Mn
Si
Ni
Cr
Mo
V
N
S
P
14Mn 0.14 1.41 0.30
-
MoVN
-
0.47 0.13 0.015 0.025 0.012
2. 低碳调质钢
低碳调 质钢
热处理 淬火+高温回火
屈服强度/ MPa 441～980
含碳量 要求wc≤0.22wt%，实 际上都在0.18wt%以下
三、低合金高强钢的性能
2. 低碳调质钢
将钢加热到临界点Ac3或(亚共析钢)或Ac1 (过共析 钢)以上一定温度，保温一定时间，然后以大于临界淬 火速度的速度冷却，使过冷奥氏体转变为马氏体(或贝 氏体)组织的热处理工艺称为淬火。
五、低碳调质钢焊接性分析
粗晶脆化
被加热到1200℃以上的过热区，晶粒明显长大。 脆性断裂应力σ和晶粒直径d的关系为：
一、钢的分类
低合金高强钢
低合金钢
(按用途)
珠光体耐热钢
低合金特殊用钢 低温钢 低合金耐蚀钢
二、低合金高强钢的分类
低合金高强钢
(按屈服强度级别 和热处理状态)
热轧及正火钢 σs=294～490MPa 低碳调质钢 σs=441～980MPa 中碳调质钢 σs=880～1176MPa
三、低合金高强钢的性能
3. 中碳调质钢
中碳调质钢
热处理 淬火+ 高温回火
屈服强度/ MPa 880～1176
含碳量
wc=0.22～ 0.45wt%
特点
淬透性大， 焊接性差
四、典型低碳调质钢主要成分
C
Mn
Si
Ni
Cr
Mo
V
N
S
P
14Mn 0.14 1.41 0.30
-
MoVN
-
0.47 0.13 0.015 0.025 0.012
2. 低碳调质钢
低碳调 质钢
热处理 淬火+高温回火
屈服强度/ MPa 441～980
含碳量 要求wc≤0.22wt%，实 际上都在0.18wt%以下
三、低合金高强钢的性能
2. 低碳调质钢
将钢加热到临界点Ac3或(亚共析钢)或Ac1 (过共析 钢)以上一定温度，保温一定时间，然后以大于临界淬 火速度的速度冷却，使过冷奥氏体转变为马氏体(或贝 氏体)组织的热处理工艺称为淬火。
五、低碳调质钢焊接性分析
粗晶脆化
被加热到1200℃以上的过热区，晶粒明显长大。 脆性断裂应力σ和晶粒直径d的关系为：
低合金高强钢的焊接
3、低合金耐蚀钢
• 用途：主要用于像大气、海水、石油化工等腐蚀介 质中工作的各种机械设备和焊接结构。（在石化企业，
很多场合存在腐蚀问题，比如海底输油管线内有原油介质腐蚀、
外有海水腐蚀，输送天然气的管线内存在严重的硫化氢腐蚀）
• 性能：除具有一般的力学性能外，必须具有耐腐蚀 性能这一特殊要求；
• 使用状态：由于所处的介质不同，耐蚀钢的类型和 成分也不同，但一般均含Cu、P、Al、Cr等合金元素。 耐蚀钢中应用最广泛的是耐大气和耐海水腐蚀用钢。
2)正火+回火状态下使用的钢：
• 主要是指含Mo钢，如14MnMoV、18MnMoNb
• 在低合金钢中加入一定量的Mo，可细化晶粒，提高 强度，还可以提高钢材的中温性能。因此含Mo的低 合金正火钢适于制造中温厚壁压力容器。
• 但含Mo钢在较高的正火温度或较快速度的连续冷却 下，得到的组织为上贝氏体和少量的铁素体，其韧 性和焊接性较差，因此正火钢必须回火处理以改善 钢材的塑性和韧性。
合金化目的：该类钢的主要性能是力学性能， 合金元素的加入是保证钢具有一定塑性韧性的基 础上提高钢的强度
按屈服强度级别和热处理状态分，强度用钢 大致分为热轧与正火钢、低碳调质钢和中碳调质 钢等三类。
2) 低中合金特殊用途钢(专用钢） 主要用 于一些特定条件下工作的机械零件和工程结构。 对其要求除了必须具备常规的力学性能外，还必 须适应特殊环境（高温、低温、化工及腐蚀)下 工作的要求。
焊接工艺 关于焊接材料的选用 关于焊接工艺参数的制定
预热温度 层间温度 后热温度 焊接E 焊后热处理
二、热轧钢及正火钢的焊接性分析
低合金钢的焊接性主要取决于它的化学 成分和轧制工艺。随着钢材强度级别的提高和 合金元素含量的增加，焊接性也随之发生变化。 焊接性通常表现为两方面的问题：一是裂纹问 题，一是接头的脆化问题。
低合金高强钢焊接
第6章低合金高强钢焊接
• 6. 1热轧及正火钢的焊接 • 6. 2低碳调质钢的焊接 • 6. 3中碳调质钢的焊接
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第6章低合金高强钢焊接
• 低合金高强钢是低合金高强度结构钢的简称(GB/T1591-1994)，是在 碳素结构钢的基础上加入一种或几种合金元素冶炼而成的。焊接结构 生产中，低合金结构钢主要用于制造船舶、容器、桥梁及大型金属构 架。
• Mn-Mo系中加入少量的Nb，可以进一步提高钢的强度，如 18MnMoNb钢的σs可达490 MPa。这种钢主要用于制造高压锅炉锅 筒。但由于含碳量较高(0. 17%~ 0.23%，焊接性不如13MnNiMoNb， 而且在正火+回火状态的力学性能不够稳定，目前部分已被 13MnNiMoNb取代。
• 习惯上，把屈服强度在300Mpa以上，抗拉强度在450Mpa以上的钢， 称为高强度钢。按强度等级与热处理状态，高强度钢一般可分为以下 3类:
• (1)热轧、正火钢。这类钢的屈服强度在300~500Mpa之间，低合金结 构钢属此类钢，是非热处理强化钢，根据其使用状态的不同，分别为 热轧钢和正火钢。
• Q390钢是在Q345的基础上提高了钒的含量，并加入一定量的铬(含 量≤0. 30 %)和镍(含量≤ 0. 70%)而成。钒的增加进一步保证了沉淀强 化作用和细化晶粒的作用。铬是固溶强化元素，并能增加钢中珠光体 的相对含量，少量的Cr对钢的塑性无明显的影响。镍也是固溶强化元 素，对一般非热处理强化钢，加入镍可提高强度而基本不降低塑性和 韧性。
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6. 1热轧及正火钢的焊接
• 热轧及正火钢包括热轧钢和正火钢。正火钢中的含钥钢需在“正火+ 回火”条件下才能保证良好的塑性和韧性。因此，正火钢又可分为在 正火状态下使用和“正火+回火”状态下使用的两类。
• 6. 1热轧及正火钢的焊接 • 6. 2低碳调质钢的焊接 • 6. 3中碳调质钢的焊接
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第6章低合金高强钢焊接
• 低合金高强钢是低合金高强度结构钢的简称(GB/T1591-1994)，是在 碳素结构钢的基础上加入一种或几种合金元素冶炼而成的。焊接结构 生产中，低合金结构钢主要用于制造船舶、容器、桥梁及大型金属构 架。
• Mn-Mo系中加入少量的Nb，可以进一步提高钢的强度，如 18MnMoNb钢的σs可达490 MPa。这种钢主要用于制造高压锅炉锅 筒。但由于含碳量较高(0. 17%~ 0.23%，焊接性不如13MnNiMoNb， 而且在正火+回火状态的力学性能不够稳定，目前部分已被 13MnNiMoNb取代。
• 习惯上，把屈服强度在300Mpa以上，抗拉强度在450Mpa以上的钢， 称为高强度钢。按强度等级与热处理状态，高强度钢一般可分为以下 3类:
• (1)热轧、正火钢。这类钢的屈服强度在300~500Mpa之间，低合金结 构钢属此类钢，是非热处理强化钢，根据其使用状态的不同，分别为 热轧钢和正火钢。
• Q390钢是在Q345的基础上提高了钒的含量，并加入一定量的铬(含 量≤0. 30 %)和镍(含量≤ 0. 70%)而成。钒的增加进一步保证了沉淀强 化作用和细化晶粒的作用。铬是固溶强化元素，并能增加钢中珠光体 的相对含量，少量的Cr对钢的塑性无明显的影响。镍也是固溶强化元 素，对一般非热处理强化钢，加入镍可提高强度而基本不降低塑性和 韧性。
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6. 1热轧及正火钢的焊接
• 热轧及正火钢包括热轧钢和正火钢。正火钢中的含钥钢需在“正火+ 回火”条件下才能保证良好的塑性和韧性。因此，正火钢又可分为在 正火状态下使用和“正火+回火”状态下使用的两类。
《钢材及焊接》课件
《钢材及焊接》PPT课件
欢迎来到《钢材及焊接》的PPT课件，本课程将深入介绍钢材和焊接的基本概 念、性质与应用，以及相关的技术和实例分析。让我们一起探索钢材与焊接 的精彩世界吧！
课程介绍
本节内容将包括钢材概述、焊接概念、钢材的分类和焊接的基本原理。了解 这些基础知识将为后续的学习打下坚实的基础。
钢材的性质与应用
2 数字化与自动化
3 绿色环保
探索数字化技术和机器人 自动化在焊接领域的应用， 以及其对于生产效率和质 量的提升。
从环境保护的角度，展望 钢材和焊接技术的绿色化 发展趋势，以及减少能耗 和排放的新技术。
实例分析与案例分享
典型实例分析
通过分析一些典型的钢材和焊接案例，深入理解其 设计原理及技术要点，提升实际应用能力。
案例分享与讨论
与大家分享成功的钢材和焊接案例，讨论其中的挑 战和解决方案，激发创新思维和交流合作。
技术发展趋势与展望Fra bibliotek1 材料科学
介绍钢材技术在材料科学 领域的最新研究成果，以 及对于未来钢材发展的影 响。
焊接技术与方法
常用工艺
介绍传统焊接工艺，如电弧焊、 气体保护焊以及摩擦焊等，以 及它们的适应场景和使用注意 事项。
常见问题与解决办法
分享一些在焊接过程中常遇到 的问题，并提供解决办法和实 用技巧，帮助大家更好地应对 挑战。
高级焊接技术
探索一些创新的焊接技术，如 激光焊、电子束焊等，以及它 们在高端领域中的应用和未来 发展趋势。
力学性能
钢材的力学性能对于不同应用场景的选择具有 重要影响，我们将深入探讨这些性能指标及其 意义。
热处理
热处理是改变钢材组织和性能的重要方法，我 们将学习不同的热处理工艺及其作用。
欢迎来到《钢材及焊接》的PPT课件，本课程将深入介绍钢材和焊接的基本概 念、性质与应用，以及相关的技术和实例分析。让我们一起探索钢材与焊接 的精彩世界吧！
课程介绍
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钢材的性质与应用
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3 绿色环保
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典型实例分析
通过分析一些典型的钢材和焊接案例，深入理解其 设计原理及技术要点，提升实际应用能力。
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技术发展趋势与展望Fra bibliotek1 材料科学
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焊接技术与方法
常用工艺
介绍传统焊接工艺，如电弧焊、 气体保护焊以及摩擦焊等，以 及它们的适应场景和使用注意 事项。
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高级焊接技术
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力学性能
钢材的力学性能对于不同应用场景的选择具有 重要影响，我们将深入探讨这些性能指标及其 意义。
热处理
热处理是改变钢材组织和性能的重要方法，我 们将学习不同的热处理工艺及其作用。
低合金高强度结构钢焊接操作技能培训PPT课件
承压管道焊件图
1. 焊接工艺分析 在定位焊时使用与正式焊接时完全相同的焊条，严格 遵守工艺规程，必要时应进行预热。
2. 焊接工艺参数
3. Q345钢焊接操作
4. 产品检验项目 主要检验下列项目： (1) 焊件几何尺寸 由于焊件经过弯制、装配和焊接，容 易引起变形，应根据图样测量圆管的圆度和法兰与圆管间的 垂直度是否符合要求。 (2) 焊缝的外观尺寸 检查焊缝的焊脚尺寸、焊缝宽度和 焊缝余高应满足要求，焊缝接头应圆滑过渡，收尾处不应有 弧坑。 (3) 焊缝外观无缺陷 焊缝表面应均匀，接头处不应接偏， 焊波不应有脱节现象，焊缝应无夹渣、气孔、未焊透等缺陷， 焊缝无明显咬边。
2. 选择合适的焊接材料
3. 正确选择焊接参数 采取焊前适当预热和焊后缓冷的措施，来降低接头的 淬硬倾向，改善显微组织，提高韧性。 4. 焊后及时进行热处理 低合金高强度结构钢制造的厚壁容器、刚度大的焊接 结构以及一些在低温、耐蚀条件下工作的构件，常常要求 焊后及时热处理。
三、低合金高强度结构钢焊接技能训练 焊件为承压管道，焊件材质为Q345。
一、低合金高强度结构钢的焊接性 低合金高强度结构钢的焊接性主要取决于化学成分，强度 级别较低(300~400MPa级)的低合金结构钢，由于钢中合金元 素含量较少，因此焊接性较好，接近于普通低碳钢，随着钢 材强度级别的提高，钢中合金元素含量相应提高，钢材的淬 硬倾向增大，其所含的有些元素在焊接热循环作用下，促使 形成低熔点物质，使焊缝金属和热影响区出现各种不利组织， 造成焊接性变坏，并导致裂纹的产生，因而必须采取一定的 工艺措施。
低合金高强度结构钢焊接操作技能培训
—焊工工艺与技能训练
低合金高强度结构钢是在碳钢基础上加入了含量少于 5％的合金元素ꎮ低合金高强度结构钢分为Q345、Q390、 Q420、Q460、Q500、Q550、Q620、Q690强度级别，低合 金高强度结构钢的特点是强度高，塑性、韧性良好，焊接 及其加工性能较好，广泛应用于压力容器、车辆、船舶、 桥梁和其他各种主要问题是： 1. 热影响区的淬硬倾向 2. 焊接接头的冷裂纹 3. 热裂纹
1. 焊接工艺分析 在定位焊时使用与正式焊接时完全相同的焊条，严格 遵守工艺规程，必要时应进行预热。
2. 焊接工艺参数
3. Q345钢焊接操作
4. 产品检验项目 主要检验下列项目： (1) 焊件几何尺寸 由于焊件经过弯制、装配和焊接，容 易引起变形，应根据图样测量圆管的圆度和法兰与圆管间的 垂直度是否符合要求。 (2) 焊缝的外观尺寸 检查焊缝的焊脚尺寸、焊缝宽度和 焊缝余高应满足要求，焊缝接头应圆滑过渡，收尾处不应有 弧坑。 (3) 焊缝外观无缺陷 焊缝表面应均匀，接头处不应接偏， 焊波不应有脱节现象，焊缝应无夹渣、气孔、未焊透等缺陷， 焊缝无明显咬边。
2. 选择合适的焊接材料
3. 正确选择焊接参数 采取焊前适当预热和焊后缓冷的措施，来降低接头的 淬硬倾向，改善显微组织，提高韧性。 4. 焊后及时进行热处理 低合金高强度结构钢制造的厚壁容器、刚度大的焊接 结构以及一些在低温、耐蚀条件下工作的构件，常常要求 焊后及时热处理。
三、低合金高强度结构钢焊接技能训练 焊件为承压管道，焊件材质为Q345。
一、低合金高强度结构钢的焊接性 低合金高强度结构钢的焊接性主要取决于化学成分，强度 级别较低(300~400MPa级)的低合金结构钢，由于钢中合金元 素含量较少，因此焊接性较好，接近于普通低碳钢，随着钢 材强度级别的提高，钢中合金元素含量相应提高，钢材的淬 硬倾向增大，其所含的有些元素在焊接热循环作用下，促使 形成低熔点物质，使焊缝金属和热影响区出现各种不利组织， 造成焊接性变坏，并导致裂纹的产生，因而必须采取一定的 工艺措施。
低合金高强度结构钢焊接操作技能培训
—焊工工艺与技能训练
低合金高强度结构钢是在碳钢基础上加入了含量少于 5％的合金元素ꎮ低合金高强度结构钢分为Q345、Q390、 Q420、Q460、Q500、Q550、Q620、Q690强度级别，低合 金高强度结构钢的特点是强度高，塑性、韧性良好，焊接 及其加工性能较好，广泛应用于压力容器、车辆、船舶、 桥梁和其他各种主要问题是： 1. 热影响区的淬硬倾向 2. 焊接接头的冷裂纹 3. 热裂纹
低合金高强钢的焊接
缺点
焊接过程中会产生较大的 热输入，可能导致母材热
影响区的性能下降。
激光焊
定义
激光焊是一种利用高能激光束熔化金属进行 焊接的方法。
优点
焊接速度快、热影响区小、焊缝质量高、变 形小。
应用范围
适用于薄板、精密零件等高质量要求的低合 金高强钢焊接。
缺点
设备成本高、对焊接环境要求高、需要专业 的操作人员。
摩擦焊
定义
摩擦焊是一种利用摩擦热熔化金属进 行焊接的方法。
应用范围
适用于同种或异种金属的焊接，尤其 适用于轴类、管类等零件的连接。
优点
焊接强度高、密封性好、变形小、适 用于大量生产。
缺点
需要较大的顶锻力和较高的转速，对 焊接材料和工艺要求较高。
其他焊接方法
01
02
03
电阻焊
利用电流通过电阻产生热 量进行焊接，适用于薄板 和管材的焊接。
为确保焊接质量，需要采用合 适的焊接材料和工艺参数。
焊后处理
焊接完成后需要进行适当的热 处理和焊后检验，以确保焊接
接头的性能。
02
低合金高强钢焊接方法
电弧焊
定义
电弧焊是一种利用电弧 热量熔化金属进行焊接
的方法。
应用范围
适用于各种低合金高强 钢的焊接，尤其适用于
大型结构件的焊接。
优点
设备简单、操作方便、 成本低廉、适用性强。
焊接性优良
与其他高强度钢材相比，焊接 性能较好。
应用领域
建筑
用于桥梁、高层建筑等结构件。
汽车
用于制造汽车车架、底盘等部件。
石油化工
用于制造压力容器、管道等。
焊接特点
良好的焊接性
低合金高强钢的焊接性能较好 ，不易出现裂纹等问题。
最新焊接冶金与焊接性 刘会杰 第1章 焊接材料的组成及作用新教学讲义ppt课件
1．5×1 1～1 1～1
正常焊接时的温 度 /K
3400 2300 6000 6400 8000 —
18000～24000 — —
20921-1a
3. 焊接方法的种类和特点
20921-1a
图0-4 不同焊接方法对工 件的热输入及其影响
3. 焊接方法的种类和特点
(2) 熔焊方法的特点 不同的焊接方法由于具有不同的热源 特性，因而具有不同的焊接特点。 1) 气焊。 2) 焊条电弧焊。 3) 埋弧焊。 4) 熔化极气体保护焊。 5) 钨极气体保护焊。 6) 等离子弧焊。 7) 电子束焊。 8) 激光束焊。
埋弧 焊
熔化 极气
体保 护焊
钨极 气体
保护 焊
等离 子
弧焊
电子 束焊
激光 束焊
碳钢 ≤3
●
●
●
●
●
3～6 ●
●
●
●
●
6～19 ●
●
●
●
≥19 ●
●
●
●
●
低合 ≤3
●
金钢
●
●
●
●
3～6
●
●
●
●
6～19
●
●
●
≥19
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
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4. 焊接温度场和焊接热循环
表0-2 与典型材料种类和厚度相对应的推荐焊接方法
4. 焊接温度场和焊接热循环
20921-1a
图0-7 焊接参数对温度场特征的影响 a)焊速v的影响 b)功率q的影响 c)q与v等比例变化的影响
正常焊接时的温 度 /K
3400 2300 6000 6400 8000 —
18000～24000 — —
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3. 焊接方法的种类和特点
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图0-4 不同焊接方法对工 件的热输入及其影响
3. 焊接方法的种类和特点
(2) 熔焊方法的特点 不同的焊接方法由于具有不同的热源 特性，因而具有不同的焊接特点。 1) 气焊。 2) 焊条电弧焊。 3) 埋弧焊。 4) 熔化极气体保护焊。 5) 钨极气体保护焊。 6) 等离子弧焊。 7) 电子束焊。 8) 激光束焊。
埋弧 焊
熔化 极气
体保 护焊
钨极 气体
保护 焊
等离 子
弧焊
电子 束焊
激光 束焊
碳钢 ≤3
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3～6 ●
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6～19 ●
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≥19 ●
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低合 ≤3
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金钢
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3～6
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6～19
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●
●
≥19
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
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4. 焊接温度场和焊接热循环
表0-2 与典型材料种类和厚度相对应的推荐焊接方法
4. 焊接温度场和焊接热循环
20921-1a
图0-7 焊接参数对温度场特征的影响 a)焊速v的影响 b)功率q的影响 c)q与v等比例变化的影响
焊接冶金学--材料焊接性 教学课件 ppt 作者 李亚江 第6章
第6章铸铁焊接铸铁是碳的质量分数大于2.11%的铁碳合金。
工业常用的铸铁为铁碳硅合金，其碳的质量分数为3.0%～4.5%、含硅量为1.0%～3.0%，同时含有一定量的锰及杂质元素磷、硫等。
为了提高铸铁的性能，还可以加入合金元素获得合金铸铁。
铸铁熔点低，液态下流动性好，结晶收缩率小，便于铸造生产形状复杂的机械零部件。
还具有成本低，耐磨性、减振性和切削加工性能好等优点，在机械制造业中获得了广泛应用。
按质量统计，在汽车、农机和机床中铸铁用量约占50%~80%。
铸铁焊接主要应用于以下三方面：①铸造缺陷的焊补; ②已损坏的铸铁成品件的焊补; ③零部件的生产。
6.1 铸铁的种类及其焊接方法6.1.1 铸铁的种类按照碳元素在铸铁中存在的形式和石墨形态，可将铸铁分为白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁及蠕墨铸铁等五大类。
白口铸铁中的碳绝大部分以渗碳体（Fe3C）的形式存在，断口呈白亮色，性质脆硬，极少单独使用。
白口铸铁是制造可锻铸铁的中间品，表层为白口铸铁的冷硬铸铁常用作轧辊。
灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁及蠕墨铸铁中的碳基本以石墨形式存在，部分存在于珠光体中。
这四种铸铁由于石墨形态不同，使得性能有较大差别。
最早出现的灰铸铁，石墨呈片状，其成本低廉，铸造性、加工性、减振性及金属间摩擦性均优良，至今仍然是工业中应用最广泛的铸铁类型。
但是，由于片状石墨对基体的严重割裂作用，灰铸铁强度低、塑性差。
可锻铸铁是由一定成分的白口铸铁经石墨化退火获得的，石墨呈团絮状，塑性比灰铸铁高。
1947年，发明了以球化剂处理高温铁液使石墨球化的方法，得到了球墨铸铁。
由于石墨呈球状，对基体的割裂作用小，使铸铁的力学性能大幅度提高。
而后出现的蠕墨铸铁，石墨呈蠕虫状，头部较圆，具有比灰铸铁强度高、比球墨铸铁铸造性能好、耐热疲劳性能好的优点，在工业中得到了一定的应用。
1．灰铸铁灰铸铁是因断面呈灰色而得名。
灰铸铁中的碳以片状石墨的形式存在于珠光体或铁素体或二者混合的基体中。
第6章 低合金高强度钢的焊接 PPT课件
20921-5a
5.3.2 可调拘束裂纹试验法
3) 某应变下的裂纹总长度Lt。 4) 某应变下的裂纹总条数Nt。
图5-4 纵向可调拘束试验裂纹的分布
1) 不产生结晶(或液化)裂纹的最大应变量(临界应变量)εcr
20921-5a
5.3.2 可调拘束裂纹试验法
。 2) 某应变下结晶(或液化)裂纹的最大长度Lmax。 3) 某应变下结晶(或液化)裂纹的总长度Lt。 4) 某应变下结晶(或液化)裂纹的总条数Nt。
5.3.5 其他试验法
2.刚性固定对接裂纹试验法
20921-5a
图5-8 刚性拘束焊接裂纹试验的 试件形状及尺寸
1—试件 2—刚性底板
5.3.5 其他试验法
(1) 试件制备 图5-8为试件的形状和尺寸。 (2) 组装 先将试板点固在刚性底板上，然后焊拘束焊缝， 先焊两端的再焊两侧的。 (3) 试验焊缝焊接 用于验证抗裂性能时，只需焊一道试 验焊缝，按要求在室温或预热条件下焊接。 (4) 取样与检验 试验焊缝冷却放置48h进行切割取样。 1.焊接性的含义及影响因素是什么? 2.简述焊接性分析的主要方法。 3.焊接性试验的主要内容和方法有哪些?
20921-5a
ห้องสมุดไป่ตู้
5.3 常用工艺焊接性试验方法
由碳当量推测材料的焊接性是一种用于 粗略估计低合金钢淬硬及冷裂敏感性的 方法。由于焊接热影响区的淬硬及冷裂 倾向与化学成分直接有关，所以可以用 化学成分来估计冷裂敏感性的大小。
20921-5a
5.3.1 碳当量的间接估测法
20921-5a
5.3.1 碳当量的间接估测法
20921-5a
5.1.2 焊接性分析方法
焊接性的分析就是对金属材料焊接的难 易程度作出判断或预测，估计焊接过程 可能出现的问题，分析产生问题的原因 和寻求解决问题的办法。从工艺焊接性 和使用焊接性两个方面去考察该材料对 焊接的适应能力。
5.3.2 可调拘束裂纹试验法
3) 某应变下的裂纹总长度Lt。 4) 某应变下的裂纹总条数Nt。
图5-4 纵向可调拘束试验裂纹的分布
1) 不产生结晶(或液化)裂纹的最大应变量(临界应变量)εcr
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5.3.2 可调拘束裂纹试验法
。 2) 某应变下结晶(或液化)裂纹的最大长度Lmax。 3) 某应变下结晶(或液化)裂纹的总长度Lt。 4) 某应变下结晶(或液化)裂纹的总条数Nt。
5.3.5 其他试验法
2.刚性固定对接裂纹试验法
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图5-8 刚性拘束焊接裂纹试验的 试件形状及尺寸
1—试件 2—刚性底板
5.3.5 其他试验法
(1) 试件制备 图5-8为试件的形状和尺寸。 (2) 组装 先将试板点固在刚性底板上，然后焊拘束焊缝， 先焊两端的再焊两侧的。 (3) 试验焊缝焊接 用于验证抗裂性能时，只需焊一道试 验焊缝，按要求在室温或预热条件下焊接。 (4) 取样与检验 试验焊缝冷却放置48h进行切割取样。 1.焊接性的含义及影响因素是什么? 2.简述焊接性分析的主要方法。 3.焊接性试验的主要内容和方法有哪些?
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5.3 常用工艺焊接性试验方法
由碳当量推测材料的焊接性是一种用于 粗略估计低合金钢淬硬及冷裂敏感性的 方法。由于焊接热影响区的淬硬及冷裂 倾向与化学成分直接有关，所以可以用 化学成分来估计冷裂敏感性的大小。
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5.3.1 碳当量的间接估测法
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5.3.1 碳当量的间接估测法
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5.1.2 焊接性分析方法
焊接性的分析就是对金属材料焊接的难 易程度作出判断或预测，估计焊接过程 可能出现的问题，分析产生问题的原因 和寻求解决问题的办法。从工艺焊接性 和使用焊接性两个方面去考察该材料对 焊接的适应能力。
低合金高强结构钢PPT教案学习
回火（包括自回火）．但不包括直接淬火或淬火加回火。
3.2正火轧制 normalizing rolling
最终变形是在某一温度范围内进行，使材料获得与正火后性
能相当的轧制工艺。
第6页/共26页
2.2 低合金高强度结构钢的合金化
四、牌号表示方法
钢的牌号由代表屈服强度的汉语拼音字母、屈服强度数 值、质量等级符号三个部分组成。例如：Q345D。其中：
Q-钢的屈服强度的“屈”字汉语拼音的首位字母； 345-屈服强度数值，单位MPa} D-质量等级为D级。 当需方要求钢板具有厚度方向性能时，则在上述规定的牌 号后加上代表厚度方向（Z向）性能级别的符号，例如： Q345D215。
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2.2 低合金高强度结构钢的合金化
五、尺寸、外形、重量及允许偏差
第13页/共26页
六、技术要求
第14页/共26页
六、技术要求
第15页/共26页
六、技术要求
第16页/共26页
六、技术要求
6.4.4当需方要求做弯曲试验时，弯曲试验应符合表8的 规定。当供方保证弯曲合格时，可不做弯曲试验。
第17页/共26页
2.2 低合金高强度结构钢的合金化
六、技术要求
6.5表面质量 钢材的表面质量应符合相关产品标准的规定。 6.6特殊要求 6.6.1根据供需双方协议，钢材可进行无损检验，其检验标
六、技术要求
6.4.2.2厚度不小于6 mm，或直径不小于12 mm的 钢材应做冲击试验，冲击试样尺寸取10 mm×10 mm×55 mm的标
准试样；当钢材不足以制取标准试样时，应采用 10 mm×7.5 mm×55 mm或10 mm×5 mm×55 mm 小尺寸试样。冲击吸收能量应分别为不小于表7规定值的75% 或50%，优先采用械轧制 thermomechanical rolling
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≤
—
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
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6.1.2 低碳调质钢
表6-4 典型低碳调质钢的力学性能
—
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
Q345 A
345 325 295 275 470~ 21 — —
630
Q390 A
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
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表6-2 常用热轧钢和正火钢的力学性能(GB/T 1591—1994)
≤
≤
0．0 0．0 0．0 —
0．2 0~ 0．5 0．0 0．0 2~ 15~ 2~
0
1．7 5
45 45 0．2 0．0 0．2
0
0
6
0
≤
≤
0．4 0．7
0
0
≤ 0．2
0
1．0 0~ 1．7 0
≤ 0．5
5
≤ 0．0
35
≤ 0．0
35
0．0 2~ 0．2 0
0．0 15~ 0．0 6
0．0 2~ 0．2 0
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
20921-5a
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)(%)
(%)
≥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
≥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
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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)(%)
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
0．60 0．12 0
0
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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
≤ 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 ≤
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
≥ 0．0
15
≤ 0．7
0
≤ 0．7
0
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6.1.1 热轧钢和正火钢
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
厚度(直径)/mm
≤16 16~3 35~5 50~1
5
0
00
不小于
Q295 A
295 275 255 235 390~ 23 34 — 570
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 —
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
≥14
610~725
≥18
≥590
≥16
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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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 ≤
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