低碳调质钢的焊接工艺
低碳调质钢焊接性能研究(终稿)
摘要本文介绍了金属焊接性以及焊接裂纹的概念，主要介绍冷裂纹的形成与影响因素、金属焊接性的试验研究方法，论述了低碳调质钢的焊接性及焊接工艺特点。
在总结大量资料和焊接实验的基础上，通过低碳调质钢18MnMoNb钢斜Y型焊接裂纹试验，即小铁研试验、18MnMoNb焊接热影响区组织性能试验、18MnMoNb 焊接裂纹断口的扫描电镜分析，分析低碳调质钢的焊接性及产生冷裂纹的原因，并讨论了预热对焊接冷裂纹倾向的减小作用；并对18MnMoNb焊接热影响区组织进行了金相分析和性能研究，最后对18MnMoNb焊接热影响区的显微硬度进行了测试。
完成了低碳调质钢18MnMoNb钢的可焊性研究。
关键词：可焊性；焊接接头；热影响区；焊接裂纹AbstractThis paper introduces the concepts of metal welding and welding cracks，mainly on the formation and cold crack factors，and experimental methods of metal weldable capability，discussed the welding and welding technology features of low-carbon-quality steel．On the base of investigation and weld experiments，through low-carbon-quality steel of 18MnMoNb Y-Silt Type Cracking Test，structure and performance test of 18MnMoNb weld heat affected zone，the scanning electron microscope analysis of 18MnMoNb welding crack fracture，and analysis the welding of low-carbon-quality steel and the reasons of the cold crack and summarize the influence of preheat on cold cracking；and the study completed Metallographic analysis and properties of the metal materials 18MnMoNb weld heat affected zone．Finally，micro-rigidity of 18MnMoNb weld heat affected zone was tested．The metal weldable capability of 18MnMoNb was completed．Key words：weldable；welding joint；HAZ；welding crack目录第1章焊接技术概述 (1)第2章低碳调质钢的焊接基础理论 (3)2.1 焊接冶金过程特点 (3)2.2 焊接接头的组织与性能 (4)2.3 低碳调质钢热影响区的组织分析 (7)2.4 低碳调质钢的焊接性理论分析 (7)2.5 低碳调质钢常用焊接方法 (12)第3章低碳调质钢焊接性能研究试验基础 (14)3.1 低碳调质钢常用焊接工艺 (14)3.2 低碳调质钢的焊接工艺特点研究 (17)3.3 低碳调质钢焊接性试验及分类 (19)3.4 斜Y形坡口焊接裂纹试验法 (20)3.5 渗透探伤法在焊接检测中的应用 (22)3.6 焊接接头金相试样的制备 (23)3.7 焊接裂纹的断裂形式及断口形态 (24)第4章18MnMoNb钢的焊接性试验及分析 (25)4.1 焊接试验准备 (25)4.2 低碳调质钢18MnMoNb斜Y型焊接裂纹试验 (26)4.3 低碳调质钢18MnMoNb焊接裂纹断口扫描电子显微镜分析 (30)4.4 18MnMoNb焊接热影响区组织及性能试验 (31)4.5 18MnMoNb焊接接头的硬度试验 (32)结论 (35)参考文献 (36)致谢 (37)第1章焊接技术概述焊接技术，又称连接工程，是一种重要的材料加工工艺。
20CrNiMnMoV焊接工艺
20CrNiMnMoVTi钢焊接冶金课程设计学院：机械工程学院学生姓名：X X专业班级：材料成型及控制工程指导老师：[摘要]此文主要针对低碳合金钢20CrNiMnMoVTi进行焊接性分析。
[关键词]化学成分、主要合金元素、力学性能、SHCCT图、焊接行性分析、焊接工艺。
20CrNiMnMoVTi是一种低碳调质钢，屈服强度为490~980MPa，在淬火-回火的调质状态下供货使用，属于热处理强化钢。
这类钢的特点是含碳量较低（一般碳的质量分数为0.22%以下），既有高的强度，又兼有良好的塑性和韧性，可直接在调质状态下焊接，焊后不需进行调质处理。
其化学成分比例如下表1所示。
一、材料的成分、力学性能及其SHCCT。
1.1化学成分表1：20CrNiMnMoVTi化学成分组成(%)1.2主要合金元素的作用20CrNiMnMoVTi主要化学元素除了C以外有Cr、Ni、Mn、Mo、Si等和少量的S、P等元素，每种元素在钢中的作用不同，除了S、P元素以外大部分可以提高20CrNiMnMoVTi钢的性能。
C 主要作用是保证钢的硬度、强度与韧性，钢中含碳量增加屈服点和抗拉强度升高，但其塑性和冲击性降低，当含碳量超过0.23%时其焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢含碳量一般不超过0.2%。
Si 在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，当硅溶解于铁素体和奥氏体中提高此钢的硬度和强度起作用仅次于磷，硅还可以提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比以及疲劳强度和疲劳比等，含硅的钢在氧化气氛中加热时，表面会形成一层SiO2薄膜，从而提高钢在高温下的抗氧化性。
但硅会降低钢的焊接性，而且硅与氧的亲和力比硅与铁的强，再焊接时容易生成低熔点的硅酸盐，增加熔渣和融化金属的流动性，引起喷溅，影响焊接质量。
所以硅在此钢中的含量在0.3%左右。
Mn 在炼钢中锰是很好的脱氧剂和脱硫剂，能消除和减弱由于硫引起的热脆性，提高钢的淬性，改善20CrNiMnMoVT钢的热加工性能。
3-1热轧及正火钢焊接性
（3） 冷裂纹 低碳调质钢是通过加入提高 淬透性的合金元素，保证 获得强度高、塑性和韧性好的低碳马氏体和部分下贝氏体。 若马氏体转变时冷却速度较快，得不到“自回火”效果， 冷裂倾向就会增大。
（4） 再热裂纹 加入的合金元素Cr、Mo、V、Ti、Nb、B等，大多数 都能引起再热裂纹．其中V的影响最大，Mo的影响次之。 Cr-Mo-V钢对再热裂纹较敏感；
（3）焊后热处理
低碳马氏体+下贝氏体组织的低碳调质钢能保证其焊 接热影响区在快速冷却时获得高强度及塑性和韧性，为了 防止焊件脆断的消除应力退火就没有必要。消除应力退火 处理只用于要求耐应力腐蚀的焊件，为了保证材料的性能， 消除应力退火的温度应比该钢材调质时的回火温度低30℃ 左右。
（2）焊接材料 低碳调质钢焊后一般不再进行热处理，要求焊缝金属 在焊接状态具有与母材近似相等的机械性能。特殊情况 (结构刚度很大)，为避免裂纹可选择比母材强度稍低些的 焊接材料。 2、焊接工艺参数的选择 主要考虑冷裂纹和脆化两方面。 （1）焊接线能量 在保证不出裂纹，满足热影响区塑性、韧性的条件下， 线能量应该尽可能选择大些。 （2）预热温度 当线能量的数值达到了最大允许值时还不能避免裂纹的 发生，必须采取预热措施。预热温度一般低于200℃ 。
2 焊接性分析 2.1 对热裂纹的敏感性 （1）含碳量都较低而含锰量都较高，具有较好的抗热裂 性能。 （2）但当材料成分不合格，或因严重偏析使局部碳、硫 含量偏高时Mn/S比就可能低于要求而出现热裂纹。 2.2 对冷裂纹的敏感性 热轧钢：一般情况下其裂纹倾向都不大。 正火钢：碳当量不超过0.5％时，淬硬倾向比热轧钢大，但 不算严重，焊接性尚可，但对于厚板往往需要进行预热。
Cr-Mo 钢、Mo-B钢有一定的再热裂纹倾向。
调质钢的焊接性
低碳调质钢的焊接性---资料来源<焊接工艺500问>碳的质量分数不超过％，加入适量的合金元素Si、Mn、Cr、Ni、Mo、Cu ,通过奥氏体化—淬火—回火热处置的钢称为低碳调质钢，经常使用牌号有WCF60、6二、HQ70A、HQ70B、15MnMoVN、15MnMoVNRE和14MnMoNbB等。
低碳调质钢具有高的屈服点(490-980MPa)、良好的塑性、韧性、耐磨、及耐侵蚀性。
低碳调质钢由于含碳量不高，虽含有必然量的合金元素，但焊接性较好，要紧特点是：在焊接热阻碍区、专门是焊接热阻碍区的粗晶区有必然的冷裂偏向并有韧性下降的现象；在焊接热阻碍区受热时未完全奥氏体化的区域，和受热时其最高温度低于Ac一、高于钢调质处置的回火温度的那个区域有软化或脆化的偏向。
经常使用的各类熔焊方式,都能够适用焊接低碳调质钢。
(1)焊前预热—当板厚较小或接头拘谨度也较小时,焊前可不进行预热。
15MnMoVN、14MnMoNbB钢。
当板厚小于13mm 时，通常采纳不预热施焊。
随着板厚的增加，为了避免产生冷裂纹，必需进行预热，可是必需严格操纵预热温度，因为太高的预热温度会使热阻碍区的冷却速度过于缓慢,使热阻碍区强度下降，韧性变坏。
低碳调质钢的最低预热温度焊件厚度15MnMoVN 14MnMoNbB<13 不预热不预热13-16 50-100 100-15016-19 100-150 150-20019-22 100-150 150-20022-25 150-200 200-25025-35 150-200 200-250许诺的最高预热温度与表中最低值相较,不得大于65C。
假设有可能，可采纳低温预热加后热或不预热，只采纳后热的方式来避免低碳调质钢产生冷裂纹，能够减轻或排除太高的预热温度对热阻碍区韧性的损害。
(2)焊接材料—为避免产生冷裂纹,因此必需严格操纵焊接材料的含氢量,要求所利用的焊条必需是低氢型或超低氢型的,焊前应严格按规定进行烘干、贮存。
焊接技术作业及部分答案
第二章1、简述焊接电弧的引燃方法。
（一）接触引弧应用场合：焊条电弧焊熔化极气体保护焊（二）非接触引弧应用场合:钨极氩弧焊和等离子弧焊。
2、说明焊接电弧的结构，说明焊接电弧的静特性及影响电弧静特性的因素并举例说明焊接电弧静特性的应用。
结构:三个区域：阳极区阴极区弧柱区焊接电弧静特性: 在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定燃烧时，焊接电流和电弧电压变化的关系，又称伏安特性。
影响电弧静特性的因素：主要有：电弧长度、周围气体种类焊接电弧静特性的应用对于不同的焊接方法，应用的电弧静特性曲线段、有所不同。
静特性下降段电弧燃烧不稳定而很少采用。
焊条电弧焊、埋弧焊多半工作在静特性水平段。
焊条电弧焊、埋弧焊多半工作在静特性水平段。
熔化极气体保护焊、微束等离子弧焊、等离子弧焊也多半工作在水平段，当焊接电流很大时才工作在上升段。
熔化极气体保护焊和水下焊接基本上工作在上升段。
3、简述交流电弧连续燃烧的条件。
二、交流电弧连续燃烧的条件纯电阻电路电感性电路4、简述影响交流电弧稳定燃烧的因素和提高电弧稳定性的措施。
（一）影响交流电弧稳定燃烧的因素1．空载电压愈高，电弧就愈稳定。
2．引燃电压所需的愈高，电弧愈不稳定，引燃愈困难。
3．电路参数增大电感L或减小电阻R可使电弧趋向稳定地连续燃烧。
4．电弧电流电弧电流愈大，电离程度愈高，电弧的稳定性愈高。
5．电源频率f提高有利于提高电弧的稳定性。
6．电极的热物理性能和尺寸发射电子的能力，尖端形状等；如钨极。
（二）提高交流电弧稳定性的措施1．提高弧焊电源频率2．提高电源的空载电压3．改善电弧电流的波形4．叠加高压电5、简述空载电压的选用原则，常用的弧焊电源空载电压规定。
空载电压含义：当弧焊电源接通电网而焊接回路为开路时，弧焊电源输出端电压选择原则：为保证引弧容易，则需要较高的空载电压。
为保证焊工人身安全，空载电压低些为好。
降低制造成本，空载电压不宜高。
空载电压要适当，一般不大于100V.6、焊接时，对弧焊电源的基本要求是什么？对弧焊电源的具体要求是：①引弧容易。
几种低碳钢的调质工艺
《金属热处理》1998 年第 2 期
43
碳等化学热处理有关 ,但在液压挖掘机和工业推土机中 ,有许
按照 GB 7659 —87 所述 ,ZG2302450 H 是一种焊接结构用
多零件采用了具有良好焊接工艺性能和力学性能的低碳合金 碳素铸钢 ,同相应的一般工程用铸造碳素钢 ZG2302450 相比 ,
～ ～ 710 830
0. 040 0. 040 0. 30
0. 24 0. 40 1. 20
1. 40 0. 30
该零件有效厚度高达 80mm ,硬度要求较高 ,为 (35～42) HRC。按手册推荐 ,20CrMnMo 钢应在 860 ℃淬油 ,因为零件 的硬度要求较高 ,我们采用 900 ℃淬油 ,淬火后硬度只有 (26 ～32) HRC。由于零件已加工完毕 ,形状又比较复杂 ,水淬恐 有开裂的危险 ,最终采用了水淬油冷的双液淬火工艺 :880 ℃ 加热保温 ,水冷 (8～10) s 入油冷至室温 ,经 350 ℃回火后空 冷 ,检测其硬度为 (35～40) HRC。
工艺改进
几种低碳钢的调质工艺
一拖集团公司工程机械公司技术科 (洛阳 471004) 张国梁
Hardening and Tempering Processes f or
Several Lo w Carbon Steels
Zhang Guoliang
在各类热处理手册中 ,低碳钢和低碳合金钢往往被归纳 于渗碳钢或碳氮共渗钢 ,所涉及的热处理工艺参数也多与渗
参考文献 1 肖纪美. 高速钢的金属学问题. 北京 :冶金工业出版社 ,1976 2 宋余九等. 金属材料的强度与研究. 北京 :科学技术文献出版社 ,
1984 3 金属机械性能 修订本. 北京 :机械工业出版社 ,1982 4 李冬贵. 金属热处理 ,1978 (1) :32～36 (收稿日期 :1997 年 8 月 26 日)
低碳低合金焊高强度钢(调制钢)焊接简要工艺方案1
低碳低合金焊高强度钢（调制钢）焊接简要工艺方案1范围本焊接工艺方案规定了XXXXX您司钢制结构件生产现场组装及焊接的基本规则和要求；本焊接工艺方案适用丁XXXXX松司碳素结构钢、普通低合金结构钢、低合金调质钢的焊接；本通用焊接工艺方案适用丁XXXXX松司各产品零部件的焊条电弧焊、气体保护焊、氯弧焊。
2引用标准下歹0方案所包含的条文，通过在本标准中的引用而构成为本标准的条文。
本标准发布时，所示版本均为有效。
所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准的最新版本的可能性。
JB-T 9186 二氧化碳气体保护焊工艺规程GB/T324 焊接符号的表示方法GB/T 324 焊缝符号表示法GB/T 985 气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式和尺寸GB/T 8110 碳钢、低合金钢气体保护焊焊丝GB9448 焊接与切割安全3基本要求3.1对操作者的要求3.1.1焊工必须经过焊接理论学习和实作培训，经考核合格取得相应证书后方可上岗从事相应的焊接工作。
严禁实习生对产品进行焊接操作。
3.1.2操作者应按照工艺文件的要求进行操作，同时操作者应熟知自己所施焊的工件材料、焊接材料及焊接规范。
32对焊接设备及附属装置的要求—3.2.1对焊机及附届设备进行日常检查，应确保电路、水路、气路及机械装置的正常运行。
3.2.2对焊接机要求：1、逆变全数字式焊机2、拥有稳定可靠的焊接性3、焊接条件调节范围宽广、高速焊接性优良、飞溅发生量少4、拥有焊接参数存储功能（推荐OTCCPVM-500/XDS-500 焊机）3.2.3焊接设备仪表装置应准确可靠，应定期进行检修及维护；当设备出现异常时应立即停机，禁止使用，同时通知设备维修人员进行维修。
3.2.4对保温桶的使用要求：烘干后的低氢碱性焊条须放置在保温桶中，随取随用；取出焊条后，应将保温桶盖盖好，并通电保温。
3.3对焊接材料及原材料的要求3.3.1焊接材料包括焊条、焊丝和保护气体。
矿用汽车中低合金调质钢的焊接
64焊工之友焊接技术第42卷第2期2013年2月文章编号：1002—025X(2013)02-0064—02矿用汽车中低合金调质钢的焊接王庆超1，闰素兰1，刘锐锋1，穆天源1，薛广智2(1．内蒙古北方重型汽车股份有限公司，内蒙古包头014030；2．内蒙古霍煤鸿骏铝电有限责任公司，内蒙古霍林郭勒029200)摘要：低合金调质钢凭借自身良好的力学性能在矿用汽车中应用越来越广泛，但作为调质钢对焊接热输入量要求很高。
通过控制预热温度、道间温度和焊接参数的大小，避免了其焊接热影响区的脆化或软化，使其焊缝能够达到设计要求。
关键词：海底管道i干式高压焊接；超深水；完全遥控中图分类号：T G457．1文献标志码：BO前言考虑到矿山工况条件的恶劣以及客户利益最大化，非公路矿用汽车行业的发展趋于大型化、轻量化、高参数化。
因此，越来越多的低合金调质钢应用到非公路矿用汽车的焊接结构上．该类钢不但具有较高强度，同时还具有良好的塑性、韧性和耐磨性。
但是，这类材料是通过调质热处理获得强化的，因此．在焊接结构上应用会给产品焊接质量的控制带来一些新问题．主要是焊接热影响区的脆化或软化问题。
本公司某车型的车架纵梁腹板材料为武钢集团生产的12m m厚的H G70E钢．该钢为低合金调质钢应用在矿用车型的关键件车架上．必须解决热影响区的脆化和软化的问题，否则，这个区域就成为了焊接接头最薄弱的环节，在矿用车承载着几百吨的矿石运行时，这个区域就会出现问题。
以下即为笔者对该问题的详细解决方案。
1焊接工艺编制的总体思路由于H G70E属于低碳低合金调质钢，焊接性和抗裂性良好，因此，焊接工艺的编制主要考虑如何防止H G70E钢在焊接过程中出现的脆化或软化这2个问题即可。
收穑日期：2012—05—281．1脆化或软化产生原因分析(1)脆化问题原因：热输入过大时，焊缝冷却速度过慢，导致热影响区出现上贝氏体、M—A组元等组织而脆化。
(2)软化问题原因：作为调质钢，焊接过程的温度过高必然会使热影响区被加热到超过调质处理回火温度的区域，从而导致此区域软化。
合工大金属熔焊性能复习要点兼题库
合工大金属熔焊性考试要点（题库）第一章金属的焊接性1.金属焊接性概念：指金属材料在限定的施工条件下，焊接成按规定设计要求的构件，并满足预定服役要求的能力。
含义：一是金属在焊接加工中是否容易形成缺陷；二是焊成的接头在一定的使用条件下可靠运行的能力。
2.影响焊接性的因素1）材料因素材料是指用于制造结构的金属材料及焊接材料。
2）设计因素焊接方法、焊接工艺3）工艺因素结构形式、接头形式4）使用因素工况环境、负载等条件3．如何分析金属的焊接性1）从金属的特性分析焊接性化学成分a碳当量法;b焊接冷裂纹敏感系数利用物理性能分析金属的熔点、导热系数、密度、线胀系数、热容量等因素、都对热循环、熔化、结晶、相变等过程产生影响利用化学性能分析铝、钛合金与氧的亲和力较强，在焊接高温下极易氧化因而需要采取较可靠的保护方法，如：惰性气体保护焊，真空中焊接等利用合金相图分析主要是分析热裂纹倾向。
依照成分范围，查找相图，可知道结晶范围，脆性温度区间的大小，是否形成低熔点共晶物，形成何组织等利用CCT图或SHCCT图分析2）从焊接工艺条件分析焊接性热源特点保护方法热循环的控制正确选择焊接工艺规范控制焊接热循环预热、缓冷、层间温度改变焊接性其它工艺因素彻底清理坡口及其附近焊接材料处理、烘干、除锈、保护气体要提纯、去杂质后使用合理安排焊接顺序正确制定焊接规范4.焊接性试验1)焊接性试验的内容焊缝金属抵抗产生热裂的能力:压板对接（FISCO)焊接裂纹试验;可调拘束裂纹试验法。
焊缝及热影响区金属抵抗产生冷裂纹的能力:斜Y坡口对接裂纹试验;插销试验。
焊接接头金属抵抗脆性转变能力；焊接接头的使用能力。
2)试验方法的选用原则：针对性可靠性经济性第二章结构钢的焊接第一节合金结构钢合金结构钢：在碳素钢基础上加入一定的合金元素来达到所需要求的钢种称为合金结构钢。
包括：强度用钢（热扎正火钢、低碳调质钢、中碳调质钢）和特殊用钢（珠光体耐热钢、低温钢、低合金耐气候腐蚀钢）应用范围：机械零件、工程机械、交通运输工具、桥梁、建筑结构、管道等新发展：微合金控扎钢（热机轧制细晶粒钢）焊接无裂纹钢抗层状撕裂钢焊接大线能量第二节热轧正火钢的焊接热轧钢强化方式：主要是固溶强化；合金系：C-Mn或Mn-SiQ295Q345Q390；正火钢强化方式：固溶强化＋沉淀强化或细化晶粒，；合金系：C-Mn或Mn-Si加：V、Nb、Ti、Mo Q390 Q420 Q460。
耐磨板hardox450的焊接工艺实验研究
耐磨板hardox450的焊接工艺实验研究周小华;范卢军;李彦【摘要】This paper studies the welding performance and mecharical properties of the wearable steel hardox450.The data show that the excellent mecharical performance of the welded-seam can be realized by the use of reasonable welding process parameters,includingcurrent,voltage and welding speed,etc.by choosing under-matched Wuhar Anchor welding wire ofΦ1.2 OK13.26 and adopting mixed-gas shielded welding.It has obtained favorable effect in the car compartment.%通过对耐磨板hardox450的力学性能及焊接性能分析研究，制定合理的焊接电流、电压和焊接速度等焊接工艺参数，选用低组配的Φ1．2焊丝OK13．26，采用熔化极气体保护焊进行焊接试验，试验结果分析表明，此工艺可获得良好的焊缝力学性能，广泛应用在矿车车厢中．【期刊名称】《矿业工程研究》【年(卷),期】2016(031)003【总页数】4页(P62-65)【关键词】焊接;工艺;性能【作者】周小华;范卢军;李彦【作者单位】湘潭电机股份有限公司，湖南湘潭411101;湘潭电机股份有限公司，湖南湘潭411101;湘潭电机股份有限公司，湖南湘潭411101【正文语种】中文【中图分类】TG406在露天煤矿使用自卸车装卸矿石中,自卸车车厢都会受到严重的磨损,尤其是底板.装载矿石时,自卸车车厢的底板受到矿石冲击产生磨损;卸载矿石时,矿石滑动对自卸车车厢的底板也会产生磨损.与普通材料相比,耐磨板hardox450是低碳低合金调质钢,由于添加不同合金元素[1],所以不但具有很高的硬度,而且具有很强的耐磨性[2,3].目前,关于耐磨板hardox450与异种材料焊接性能分析已取得一些研究成果[4-6],但对于耐磨板hardox450的焊接工艺研究尚不成熟,因此迫切需要对耐磨板hardox450的焊接工艺性能进行分析研究.耐磨板hardox450是低碳调质钢,其特性是具有较高的强度,并有良好的塑性、韧度和耐磨性,广泛应用于重型矿车车厢和各类专用自卸车车厢.耐磨板hardox450是在国内外自卸车市场被广泛使用,其化学成分C,Si,Mn,P,S,Cr,Ni,Mo,B的含量分别为0.21%,0.70%,1.60%,0.025%,0.010%,0.50%,0.25%,0.25%,0.04%;其力学性能:屈服强度Re为1 200 MPa,抗拉强度Rm为1 400 MPa,延伸率A为10%,布氏硬度HBW在425～475之间,-40℃冲击功K为40 J.由于耐磨板hardox450是低碳调质钢,其碳当量较低,所以具有优良的焊接性能. 根据国际焊接学会碳当量公式Ceq计算[7]:Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5=0.47.由Cep=0.47>0.4可知,此材料有一定的淬硬倾向,但焊接性尚好,焊前需要预热.预热计算公式如下:Pcm=(2C+ Ceq)/3+0.005;PW= Pcm +{H}/60+R/400 000;T0=1 440PW-392.经计算预热温度T0的范围在85～280℃,通过Y形坡口实验确定最终温度为100℃,由于防止软化现象,层间温度不能超过低合金调质钢的回火温度230℃.在焊接热输入的作用下,靠近熔合线的母材发生组织变化,进而影响其性能的变化.因此,热输入必须控制在合理的范围内[8-10].根据实际情况,试验采用了规格为δ12 mm和δ20 mm耐磨板hardox450作为母材、接头形式都为带有坡口形式的对接接头,选用熔化极气体保护焊焊接方法,混合气体比例为80%Ar+20%CO2.为了保证焊透,δ12 mm,δ20 mm 2种规格的钢板对接接头选用V型坡口,坡口形式见图1,接头形式见图2和图3.根据我厂设备情况,焊接方法采用混合气体保护焊(80%Ar+20%CO2),焊丝选用与母材低匹配的焊丝OK13.26,直径Φ1.2 mm.经过试验,最后确定12 mm和20 mm 2种规格的耐磨板hardox450对接接头焊接工艺参数分别见表1和表2.12 mm钢板对接接头采用的焊道顺序为1→2→3→4→5→6→7→8→9→10→反面清根→11.20 mm钢板对接接头采用的焊道顺序为1→2→3→4→5→6→7→8→9→10→11→12→13→14→反面清根→15.对焊接接头进行目测检查,结果是焊接接头没有出现裂纹及气孔等缺陷.对接焊缝经磁粉探伤和超声波探伤,结果是磁粉探伤达到机械行业标准JB/T6061-2007的Ⅱ级要求,超声波探伤达到机械行业标准GB/T11345-2013的Ⅱ级要求.为了测试耐磨板hardox450焊接接头的力学性能,取样进行力学性能检查.拉伸试验分为12,20 mm 钢板对接接头拉伸试验,拉伸试样制备好后按GB/T2651-2008进行了拉伸试验,试验结果见表3.冲击试验采用V型缺口,缺口分别开在焊缝区、熔合线区、热影响区上.在12,20 mm 2种规格的钢板对接接头试板上,每种规格各取试样9件.焊缝区、熔合线区、热影响区各3件,然后按GB/T2650-2008进行了常温冲击试验,试验结果见表4. 在12,20 mm钢板对接接头试板上各取试样3件,按GB/T2653-2008进行90°横向SBB弯曲试验,试验结果合格.在12,20 mm钢板对接接头试板上的取焊缝、热影响区和母材3个位置,按国家标准进行维氏硬度试验,试验结果见表5.上述数据表明:耐磨板hardox450采用气体保护焊焊接方法,制定合理的焊接工艺参数,可以满足设计要求.1)耐磨钢hardox450采用气体保护焊焊接方法,制定合理的焊接工艺参数,焊接接头质量可以满足设计要求.2)采用焊丝OK13.26对耐磨钢hardox450进行焊接,焊接接头的综合力学性能良好.。
焊接工艺教案
（1）先退火再焊接
（2）预热250-350℃以上，并保持层间温度。
（3）焊后250-350℃/2h去氢处理。
（4）对于焊件较大，刚性较强，则焊后注意保温，并马上进行650℃高温回火，消除焊接应力。
2、焊前一般不需预热。
3、塑性较好，焊接接头产生裂纹的倾向小，适合制造各类大型结构件和受压容器。
4、不需要使用特殊和复杂的设备，对焊接电源没有特殊要求，交直流弧焊机都可以焊接。对焊接材料也无特殊要求，酸性碱性都可。
5、低碳钢焊接时，如果焊条直径或工艺参数选择不当，也可能出现热影响区晶粒长大或时效硬化倾向。焊接温度越高，热影响区在高温停留时间越长，晶粒长大越严重。
（2）、深而窄坡口形式
（3）、刚性增大，宜选用低氢型焊条和严格工艺措施
（4）、严寒时，低氢型焊条和严格工艺措施
3、各种焊接方法在低碳钢中的应用
常用的方法有：
（1）焊条电弧焊：适用于板厚在2—50mm的对接接头、T字接头、十字接头、搭接接头和堆焊等。
（2）埋弧焊：适用于板厚在3—150之间的对接接头、T字接头、十字接头。
----高碳钢焊接工艺
教学目的：掌握高碳钢的焊接工艺
教学重点：高碳钢的焊接工艺
教学难点：高碳钢的焊接工艺要点
教学过程：
复习提问：碳钢的分类有哪些？
一、高碳钢的焊接性
1、化学成分及种类：
高碳钢的含碳量大于0。6%，包括碳素结构钢、碳素钢铸件及碳素工具钢等。
2、焊接性：
焊接性很差，焊后很易产生硬脆的高碳马氏体，淬硬倾向和裂纹敏感倾向大。
金属焊接性是指材料对焊接加工的适应性，又分为工艺焊接性和使用焊接性。
(1)工艺焊接性
是指在一定的焊接工艺条件下能否获得优质致密、无缺陷焊接接头的能力。
8.4低碳调质钢的焊接
第四节 低碳调质钢的焊接
Chapter2 碳钢及低合金钢的焊接
热轧及正火钢依靠合金元素的固溶强化及沉淀强化作 用提高钢的强度时，对塑性和韧性的作用一般是与强化 作用相反，往往是合金元素含量超出一定范围后出现塑 性、韧性的大幅度下降。因此热轧及正火钢的强度受到 限制。 要想保证足够韧性与塑性的前提下进一步提高强度， 单纯通过合金强化是不行的，必须进行热处理强化。一 般来说，σs≥490MPa的高强度钢都是热处理强化钢，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。
越高，但塑性和韧性有所降低，所得组织是回火低碳马氏体、下贝氏体 或回火索氏体，可以保证得到高强度、高韧性和低的韧脆转变温度。
二、低碳调质钢的焊接性分析
Chapter2 碳钢及低合金钢的焊接
低碳调质钢主要用于焊接结构制造，它的含碳量很低，而且
对硫、磷等杂质控制严格，因而有良好的焊接性。但这类钢属于 热处理强化钢，对加热反应灵敏，因此在焊接中需要采取的防止
钢号 14MnMoVN 14MnMoNbB 15MnMoVNRE
板厚/mm 18~40 <8 10~50 ≤16 17~30
抗拉强度 σb/MPa ≥690 ≥755 —
屈服强度 σs/MPa ≥590 ≥686 ≥686 ≥666
HQ70
HQ80C HQ100 (美)T-1 (美)HY-80 (美)HY-100 (美)HY-130 (日)WEL-TEN80
(美)T-1
0.12~ 0.21
0.60~ 1.0
0.15~ 0.35
0.70~ 1.0
0.40~ 0.65
0.40~ 0.60
0.03~ 0.08
焊接冶金学课后答案
焊接冶金学课后答案第三章：合金结构钢1．分析热轧钢和正火钢的强化方式和主强化元素又什么不同，二者的焊接性有何差别？在制定焊接工艺时要注意什么问题？答：热轧钢的强化方式有：（1）固溶强化，主要强化元素：Mn，Si。
（2）细晶强化，主要强化元素：Nb,V。
（3）沉淀强化，主要强化元素：Nb,V.；正火钢的强化方式：（1）固溶强化，主要强化元素：强的合金元素（2）细晶强化，主要强化元素：V,Nb,Ti,Mo（3）沉淀强化，主要强化元素：Nb,V,Ti,Mo.；焊接性：热轧钢含有少量的合金元素，碳当量较低冷裂纹倾向不大，正火钢含有合金元素较多，淬硬性有所增加，碳当量低冷裂纹倾向不大。
热轧钢被加热到1200℃以上的热影响区可能产生粗晶脆化，韧性明显降低，而是、正火钢在该条件下粗晶区的V析出相基本固溶，抑制A长大及组织细化作用被削弱，粗晶区易出现粗大晶粒及上贝、M-A等导致韧性下降和时效敏感性增大。
制定焊接工艺时根据材料的结构、板厚、使用性能要求及生产条件选择焊接。
2．分析Q345的焊接性特点，给出相应的焊接材料及焊接工艺要求。
答:Q345钢属于热轧钢，其碳当量小于0.4％，焊接性良好，一般不需要预热和严格控制焊接热输入，从脆硬倾向上，Q345钢连续冷却时，珠光体转变右移，使快冷下的铁素体析出，剩下富碳奥氏体来不及转变为珠光体，而转变为含碳量高的贝氏体与马氏体具有淬硬倾向，Q345刚含碳量低含锰高，具有良好的抗热裂性能，在Q345刚中加入V、Nb达到沉淀强化作用可以消除焊接接头中的应力裂纹。
被加热到1200℃以上的热影响区过热区可能产生粗晶脆化，韧性明显降低，Q345钢经过600℃某1h退火处理，韧性大幅提高，热应变脆化倾向明显减小。
；焊接材料：对焊条电弧焊焊条的选择：E5系列。
埋弧焊：焊剂SJ501，焊丝H08A/H08MnA.电渣焊：焊剂HJ431、HJ360焊丝H08MnMoA。
CO2气体保护焊：H08系列和YJ5系列。
低合金高强钢的焊接技术
淬硬组织 氢 拘束应力
1. 含有多种提高淬透性的合金元素，淬透倾向大，本 应有很大的裂纹倾向；
2. 含碳量低→Ms点高 ↑
该温度下冷速慢→自回火→冷裂倾向小
五、低碳调质钢焊接性分析
<三> 再热裂纹
促进再热裂纹形成的元素 Cr，Mo，Cu，V，Nb，Ti，B
具有一定再热裂纹倾向
低合金高强钢的焊接
哈尔滨工业大学 刘爱国
一、钢的分类
工业用钢的分类方法很多，可以按化学成分、 性能、品质、用途、内部组织等进行分类。
结构钢
按用途分
工具钢 特殊性能钢 专业用钢
一、钢的分类
按化学成分分
碳钢 合金钢
低碳钢 wc<0.25wt% 中碳钢 wc=0.25～0.6wt% 高碳钢 wc>0.6wt%
0.17 ～ 0.23
Si
0.20 ～ 0.55 0.17 ～ 0.37
Mn
1.20 ～ 1.60 1.35 ～ 1.65
P ≤0.045 ≤0.040
S ≤0.045 ≤0.045
Mo -
0.45 ～ 0.65
Nb -
0.025 ～ 0.050
C
Mn
Si
Ni
Cr
Mo
V
N
S
P
14Mn 0.14 1.41 0.30
HQ60 0.09 0.90 0.20 0.30 ≤0.30 0.08 0.03～ - ≤ 0.025 ≤0.030
～
～
～
～
～ 0.08
0.16 1.50 0.60 0.60
0.20
五、低碳调质钢焊接性分析
工艺焊接性
低碳调质钢的焊接
低碳调质钢的焊接一、低碳调质钢典型钢种成分及性能热扎和正火条件下，钢中通过增加合金元素的含量来提高强度，其结果是塑性和韧性降低，而且随着强度提高越多，塑性和韧性降低越多。
当钢中合金元素含量超过一定范围后会出现韧性的大幅度下降。
因此，抗拉强度大于600MPa的高强钢一般都需要调质处理。
因此低碳调质钢提高强度不单纯通过合金强化，还要通过热处理——调质强化处理。
钢中一般加入Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Ti等元素，目的是保证足够的淬透性和马氏体回火稳定性，使珠光体和贝氏体转变推迟，使马氏体转变的临界冷却速度下降大。
常用的低碳调质钢为了获得良好的综合性能和焊接性，一般含碳量不大于0.18％，这样通过淬火和回火(即调质处理)得到回火索氏体和回火马氏体组织，使之具有较高的强度和良好的塑性。
另外，除了取决于化学成分外，还要执行正确的热处理制度。
一般为奥氏体化—淬火—回火，也有少数钢采用奥氏体化—正火—回火。
低碳调质钢的特性是具有较高的强度(屈服强度490～980MPa)，并有良好的塑性、韧性和耐磨性。
钢中强度级别不同加入的合金元素及其含量也不同。
成分：抗拉强度σb:1.600Mpa Si-Mn 和Si-Mn基础上加少量Cr、Ni、Mo、V2.700Mpa Si-Mn-Cr-Ni-Mo加少量V，合金元素加入量较600高具有较好的冲击韧性，用于低温服役的焊接结构，露天煤矿大型挖掘机3.800Mpa Si-Mn-Cr-Ni-Mo-Cu-V系并加入一定的B工程机械、矿山机械。
推土机、工程起重机、重型汽车4.1000Mpa同800Mpa合金加入较多，为保证韧性加入Ni较多工程机械高耐磨件，核动力装置、航空航天装备上二、低碳调质钢的可悍性分析低碳调质钢含碳量低，合金成分的确定也都考虑了材料的可焊性，其工艺要求基本与正火钢相似．差别是这类钢通过调质强化，故在焊接接头热影响区除了脆化外还有软化问题。
（一）热裂纹低碳调质钢中S、P杂质控制严，含C量低、含Mn量较高．因此热裂纹倾向较小。
低温钢的焊接
通常把-10~-196C的温度范围称为低温”(我国从-40C算起)，低于-196C 时称为“超低温”。
低温钢主要是为了适应能源、石油化工等产业部门的需要而迅速发展起来的一种专用钢。
低温钢要求在低温工作条件下具有足够的强度、塑性和韧性，同时应具有良好的加工性能，主要用于制造-20-253C低温下工作的焊接结构，如贮存和运输各类液化气体的容器等。
低温钢的分类、成分及性能1. 低温锅的分类(1)按使用温度等级分类分为-10~-40C、-50~-90C、-100~-120C 和-196~- 273 C等级的低温钢。
( 2)按合金含量和组织分类分为低合金铁素体低温钢、中合金低温钢和高合金奥氏体低温钢。
( 3)按有无镍、铬元素分类分为无镍、铬低温钢和含镍、铬低温钢。
( 4)按热处理方法分类分为非调质低温钢和调质低温钢。
2. 低温钢的化学成分和组织( 1 )低合金低温钢(无Ni 低温钢)铝镇静Mn-Si 低温钢是先用Mn 、Si 进行脱氧，再用铝进行强烈脱氧的优质钢种。
该钢正火处理或淬火+回火处理可细化晶粒，明显提高其低温韧性，多用于一40C以上的结构。
低合金铁素体低温钢是在Si-Mn 优质钢基础上，加人少量合金元素(如Nb、V、Ti、Al、Cu、RE等)得到的低温钢组织为铁素体加少量珠光体。
其中Mn、Ni 以及能促使晶粒细化的微量元素都有利于提高低温韧性。
为了保证良好的综合力学性能和焊接性，一般要求低C和低S、P。
这种钢具有高的塑性和韧性，多用于- 50 C 以上的结构。
（2）中合金低温钢（含Ni 低温钢）合金元素总的质量分数为5%~10%，其组织与热处理工艺有关。
其中5NI钢、9Ni钢是典型的中合金低温钢。
Ni 是发展低温钢的一个重要元素。
为了提高钢的低温性能，可加人Ni 元素，形成含Ni的铁素体低温钢。
在提高Ni的同时，应降低含碳量和严格限制S P含量及N、H、O的含量，防止产生时效脆性和回火脆性等。
这类钢的热处理条件为正火、正火十回火和淬火+回火等。
低合金钢的焊接
热轧钢可以适应较大的焊接热输入。含碳量较低的
热轧钢(09Mn2、09MnNb等)以及含碳量偏低的16Mn钢焊接
时，焊接热输入没有严格的限制，因为这些钢焊接热影 响区的脆化及冷裂倾向较小。但是，当焊接含碳量偏高 的16Mn钢时，为降低淬硬倾向，防止冷裂纹的产生，焊 接热输入应偏大一些。 含V、Nb、Ti微合金化元素的钢 种，为降低热影响区粗晶区的脆化，确保焊接热影响区 具有优良的低温韧度，应选择较小的焊接热输入。
碳及合金元素含量较高、屈服强度为490MPa的正火 钢，如18MnMoNb等。选择热输入时既要考虑钢种的淬硬 倾向，同时也要兼顾热影响区粗晶区的过热倾向。一般 为了确保热影响区的韧性，应选择较小的热输入，同时 采用低氢焊接方法配合适当的预热或及时的焊后消氢处 理来防止焊接冷裂纹的产生。
(3)焊接后热、消氢处理及焊后热处理 1)焊接后热及消氢处理。
(3)对于厚板、拘束度大及冷裂倾向大的焊接结构
应选用超低氢
焊接材料，以提高抗裂性能，降低预热温度。厚板、大拘束度焊件，第
一层打底焊缝最容易产生裂纹，此时可选用强度稍低、塑性、韧性良好 的低氢或超低氢型焊接材料。 (4)对于重要的焊接产品 如海上采油平台、压力容器及船舶等，
为确保产品使用的安全性，焊缝应具有优良的低温冲击韧度和断裂韧度， 应选用高韧性焊接材料，如高碱度焊剂、高韧性焊丝、焊条、高纯度的 保护气体并采用Ar+CO2混合气体保护焊等。
产生。正火钢合金元素含量较高，焊接热影响区的淬硬倾向有所增加。对强度
级别及碳当量较低的正火钢，冷裂倾向不大，但随着强度级别及板厚的增加， 其淬硬性及冷裂倾向都随之增大，需要采取控制焊接热输入、降低含氢量、预 热和及时后热等措施，以防止冷裂纹的产生。
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低碳调质钢的焊接工艺。
常用的各种熔焊方法，都可以适用于焊接低碳调质钢。
其焊接工艺如下：
⑴焊前预热当板厚较小或接头拘束度也较小时，焊前
可不进行预热，如15MnMoVN、14MnMoNbB钢。
当板厚小
于13mm时，通常采用不预热施焊。
随着板厚的增加，为了
防止产生冷裂纹，必须进行预热，但是必须严格控制预热温
度，因为过高的预热温度会使热影响区的冷却速度过于缓
慢，使热影响区强度下降，韧性变坏。
几种低碳调质钢的最低预热温度，见表14。
允许的最高
预热温度与表中最低值相比，不得大于65℃。
若有可能，可
采用低温预热加后热或不预热，只采用后热的方法来防止低
碳调质钢产生冷裂纹，可以减轻或消除过高的预热温度对热
影响区韧性的损害。
表14 低碳调质钢的最低预热温度（℃）
焊件厚度（mm）15MnMoVN 14MnMoNbB
＜13 13～16 16～19 19～22 22～25 25～35
不预热
50～100
100～150
100～150
150～200
150～200
不预热
100～150
150～200
150～200
200～250
200～250
⑵焊接材料为防止产生冷裂纹，因此必须严格控制焊接材料中的含氢量，要求所使用的焊条必须是低氢型或超低氢型的，焊前应严格按规定进行烘干、贮存。
用于CO2气体保护焊的CO2气体应符合GB6052—85中规定的Ⅰ级气体或Ⅱ级1类气体的要求。
焊接低碳调质钢推荐用的焊接材料，见表15。
表15 焊接低碳调质钢推荐用的焊接材料
钢号手弧焊
焊条
熔化极气体保护焊
焊丝
保护气体（体积分
数）（%）
HQ70A HQ70B
15MnMoVN 15MnMoVNRE E7015 H08Mn2Ni2Mo
CO2
或
Ar+CO220
或
Ar+O21～2
15MnMoVNRE （QJ-70）
14MnMoNbB E7515
E8515
H08Mn2Ni2Mo
Ar+CO220
Ar+O21～2
⑶焊接技术为避免过度损伤热影响区的韧性，应避免使用过大的线能量，因此，不推荐使用大直径的焊条或焊丝。
只要可能，应采用多层小焊道焊缝，最好采用窄焊道，而不采用横向摆动的运条技术。
⑷焊后热处理大多数低碳调质钢的焊接构件都是在焊态下使用，只有在下述条件下才进行焊后热处理。
1）焊后或冷加工后的韧性过低。
2）焊后需进行高精度加工，要求保证结构尺寸的稳定性。
3）焊接结构承受应力腐蚀。
焊后热处理的温度必须低于母材调质处理的回火温度。