材料焊接性

材料焊接性

第2章焊接性及其试验评定

2.1焊接性及其影响因素

2.1.1焊接性概念

概念：指同质材料或异质材料在制造工艺条件下，能够焊接形成完整接头并满足预期使用要求的能力。工艺焊接性：结合性能，就是一定的材料在给定的焊接工艺条件下对形成焊接缺陷的敏感性。

使用焊接性：使用性能，指一定的材料在规定的焊接工艺条件下所形成的焊接接头适应使用要求的能力。

2.1.2影响焊接性的因素

影响因素：

1)材料因素包括母材本身和使用的焊接材料

2)设计因素焊接接头的结构设计

3)工艺因素同一种母材，采用不同的焊接方法和设备，所表现的焊接性有很大的差别。

4)服役环境如工作温度的高低/工作介质种类/载荷性质等

2.2焊接性试验的内容

2.2.1焊接性试验的内容

（1）焊缝金属抵抗产生热裂纹的能力

（2）焊缝及热影响区抵抗产生冷裂纹的能力

（3）焊接接头抗脆性断裂的能力

（4）焊接接头的使用性能

2.2.2评定焊接性的原则一是评定焊接接头产生工艺缺陷的倾向，为制订合理的焊接工艺提供依据；二是评定焊接接头能否满足结构的使用性能的要求。可比性、针对性、再现性、经济性

2.2.3实焊类评定焊接性试验包括焊接冷裂纹试验、焊接热裂纹试验、消除应力裂纹试验、层状撕裂试验、应力腐蚀裂纹试验

2.3焊接性的评定及试验方法

2.3.1焊接性的间接评定

（1）碳当量法把钢中合金元素的含量相对于若干碳含量折算并叠加起来，作为粗略评定刚才冷裂纹倾向的参数指标，即碳当量。碳当量的数值越大，被焊刚材的淬影倾向越大，焊接区越容易产生冷裂纹。（2）焊接冷裂纹敏感指数法（3）热裂纹敏感性指数法（4）消除应力裂纹敏感性指数法（5）层状撕裂敏感性指数法（6）焊接热影响区最高硬度法

2.3.2焊接性的直接试验方法

（1）焊接冷裂纹试验方法（2）焊接热裂纹试验方法（3）焊接再热裂纹裂纹试验方法（4）层状撕裂试验方法

第3章合金结构钢的焊接

3.2热轧及正火钢的焊接（屈服强度为9MPa的低合金高强度钢，一般在热轧、正火或控轧控冷状

态下使用）

3.2.2热轧及正火钢的焊接性

（1）冷裂纹及影响因素

a.淬硬倾向与冷裂倾向的关系

热轧钢含c量不高，但含有少量的合金元素，这类钢的淬硬倾向比低碳钢的淬硬倾向大，并且随着钢材强度级别的提高淬硬倾向逐渐增大。

正火钢的强度级别较高，合金元素含量较多，高温转变区较稳定，焊接冷却下来很易得到贝氏体和马氏体。因此，其冷裂纹倾向随着强度级别的提高而增大。

b.碳当量与冷裂纹倾向的关系

热轧钢碳当量都比较低，除环境温度很低或钢板厚度很大，一般情况下其裂纹倾向都不大。当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。当碳当量大于0.5％时钢的淬硬倾向和冷裂倾向逐渐增加。

防止措施：严格控制线能量、预热和焊后热处理等。

c.热影响区的最高硬度值与冷裂倾向关系

减低冷却速度有利于减小热影响区淬硬性和热影响区最高硬度，可减小冷裂纹倾向

（2）热裂纹和消除应力裂纹

焊缝中出现热裂纹主要与热轧及正火钢中C、S、P等元素含量偏高或严重偏析有关。

再热裂纹一般产生在热影响区的粗晶区。裂纹沿熔合区方向在粗晶区的奥氏体晶界断续发展，产生原因与杂质元素在奥氏体晶界偏聚及碳化物析出“二次硬化”导致晶界脆化有关。

（3）非调制钢焊缝的组织和韧性

焊缝韧性取决于针状铁素(AF)和先共析铁素体（PF）组织所占的比例。AF增多会改善韧性，但过多会急剧降低。Si是铁素体形成元素，，Mn是扩大奥氏体区元素。Mn和Si含量过高或过少都使韧性下降。（4）热影响区脆化

a)粗晶区脆化热轧钢焊接时焊接采用过大的线能量输入，粗晶区将因晶粒长大或出现魏氏组织等而使

韧性降低；线能量过小：由于过热区组织中马氏体比例增大而使韧性降低，这在含碳量偏高时较明显。

b)热应变脆化对于C-Mn系热轧钢及氮含量较高的刚，由于氮碳原子聚集在位错周围，对位错造成钉

轧造成。

（5）层状撕裂

层状撕裂主要发生在要求熔透的角接接头和T形接头的厚板结构中。

3.2.3热轧及正火钢的焊接工艺

热轧和正火钢对焊接方法无特殊要求，常用的焊接方法如手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊和电渣焊都可选用。

1)坡口加工、装配及定位焊

坡口加工可采用机械加工，也可采用火焰切割或碳弧气刨

2)焊接材料的选择

选择相应强度级别的焊接材料

考虑熔合比和冷却速度的影响

必须考虑焊后热处理对焊缝力学性能的影响

3)焊接工艺参数的确定

焊接热输入焊接线能量的确定主要取决于过热区的脆化和冷裂两个因素。因为各类钢的脆化倾向和冷裂倾向不同，所以对线能量的要求也不同。

预热和焊后热处理预热和焊后热处理的目的是防止裂纹和适当地改善焊接接头性能。热扎正火钢一般焊后不需要热处理

4)焊接接头的力学性能

3.3低碳调质钢的焊接（wc≤0.18％）

低碳调质钢的抗拉强度一般为600-1300MPa，属于热处理钢，具有较高的硬度，又有良好的韧性和塑形

分为高强度结构钢、高强度耐磨钢和高强度韧性钢。

3.3.2低碳调质钢的焊接性分析

（1）焊缝强韧性匹配

低的屈强比有利于加工成形，高的屈强比使钢材的潜力得以较大的发挥。

（2）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。

预热温度和t8/5对裂纹也有影响，如果马氏体的冷却转变速度很快，得不到自马氏体效果，冷裂纹倾向增加。

限制焊缝含氢量在超低氢水平对于防止低碳调质钢焊接冷裂纹十分重要。

（3）热裂纹及消除应力裂纹

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。对一些高Ni低Mn型低合金高强调质钢（HY80），焊缝中的含Mn量可通过焊接材料加以调整，焊接热裂纹是不会产生的。

避免热裂纹和液化裂纹的关键在于控制c和s的含量，保证高的Mn、S比。

V对再热裂纹影响最大，Mo次之。

（4）热影响区性能变化

调质钢热影响区组织特征

焊接热影响区的脆化（原因是奥氏体晶粒粗化，上贝氏体和M-A组元的形成）

焊接热影响区的软化（母材的强化特性）强硬度降低。

3.3.3低碳调质钢的焊接工艺特点

（1）焊接方法和焊接材料的选择

为消除裂纹和提高效率，一般采用MIG/MAG等自动化方法

为保证热影响区的强韧性——焊后调质；限制焊接热输入要求。采用焊条电弧焊，CO2焊，Ar+CO2气保焊低碳调质钢焊后—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力学性能。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）焊接参数的选择

a)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。

b)预热温度和焊后热处理

预热的目的是希望降低马氏体转变的冷却速度，通过马氏体的自回火作用在提高抗裂能力。

预热温度一般低于200℃。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。

（3）低碳调质钢焊接接头的力学性能

3.4中碳调质钢的焊接（具有搞的比强度和高硬度）wc=0.25-0.5％

3.4.2中碳调质钢的焊接性分析

（1）焊缝中的热裂纹

尽可能选用含碳量低以及含S、P杂质少的焊接材料。在焊接工艺上应注意填满弧坑和保证良好的焊缝成形。

（2）淬硬性和冷裂纹

母材含碳量越高，淬硬性越大，焊接冷裂纹倾向也越大。

降低焊接接头的含氢量，除了采取焊前预热外，焊后须及时进行回火处理。

（3）热影响区脆化和软化

无自回火作用在热影响区产生大量脆硬的马氏体组织，导致脆化。