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1、32 低碳调质钢焊接低碳调质钢焊接上一级低碳调质钢低碳调质钢 碳含量：在碳含量：在0.09-0.23%0.09-0.23%，大部分，大部分0.16-0.18%0.16-0.18%强化机理：相变强化（调质处理强化机理：相变强化（调质处理 屈服强度：为屈服强度：为490MPa 490MPa 980MPa 980MPa 合金系合金系 ：低：低C C、Mn-Ni-Cr-MoMn-Ni-Cr-Mo系系 主合金化元素：主合金化元素：MnMn、NiNi、CrCr（1.6%1.6%）、）、Mo Mo 辅合金化元素：辅合金化元素：V V、NbNb、TiTi、B B、Cu Cu 热处理状态：淬火回火，低碳马氏体或
2、下贝氏体，热处理状态：淬火回火，低碳马氏体或下贝氏体，综合机械性能好综合机械性能好 典型钢种：典型钢种：14MnMoVN14MnMoVN、HT60HT80HT60HT80、HY80HY80HY130HY130 上一级一、焊接性分析一、焊接性分析含碳量很低，而且对硫、磷等杂质控制严格，因含碳量很低，而且对硫、磷等杂质控制严格，因而有良好的焊接性而有良好的焊接性（1 1）热裂纹）热裂纹A A、结晶裂纹、结晶裂纹：C C低、低、MnMn高，高，S S、P P控制严，控制严，Mn/SMn/S高，敏感性小高，敏感性小B B、HAZHAZ液化裂纹：液化裂纹：在高在高NiNi、低、低MnMn的低合金高强钢中
3、出现，其产生与的低合金高强钢中出现，其产生与Mn/SMn/S有关，有关，C C高，要高，要求求Mn/SMn/S高；高；线能量越大，过热区晶粒粗大，晶界熔化严重，晶界面积减少，容易线能量越大，过热区晶粒粗大，晶界熔化严重，晶界面积减少，容易形成液态薄膜，液化裂纹敏感性增大形成液态薄膜，液化裂纹敏感性增大熔池凹度越大，敏感性大熔池凹度越大，敏感性大预防液化裂纹措施：预防液化裂纹措施：（1 1）NiNi高时，控制高时，控制C C、S S含量，提高含量，提高Mn/SMn/S比；比；（2 2）小）小q q；（3 3）控制熔池形状，减小凹度。）控制熔池形状，减小凹度。（2 2）冷裂纹）冷裂纹含碳低，合金元
4、素多，得到低碳含碳低，合金元素多，得到低碳M M或或B B，在，在MsMs附近冷速低，附近冷速低，MsMs 较高，较高，M M能进行能进行“自回火自回火”，可避免产生冷裂纹。，可避免产生冷裂纹。低碳调质钢对扩散氢低碳调质钢对扩散氢HH比较敏感，当比较敏感，当HH控制不严时，冷裂纹敏感控制不严时，冷裂纹敏感性还是相当高性还是相当高 自回火：碳原子通过扩散沿晶体缺陷偏聚而使自回火：碳原子通过扩散沿晶体缺陷偏聚而使M M强化的现象强化的现象（3 3）再热裂纹）再热裂纹 MoMoV V钢，特别是钢，特别是CrCrMoMoV V钢对再热裂纹的敏感性最高钢对再热裂纹的敏感性最高 MoMoB B钢、钢、Cr
5、-MoCr-Mo钢也有一定的敏感性钢也有一定的敏感性低碳调质钢中合金元素，提高再热裂纹敏感性作用最大的是低碳调质钢中合金元素，提高再热裂纹敏感性作用最大的是V V、其次是、其次是MoMo，CrCr影响与含量有关，当影响与含量有关，当wCr1%wCr1%wCr1%，随其含量增加，再热裂纹敏感性降低。随其含量增加，再热裂纹敏感性降低。（4 4）层状撕裂）层状撕裂低碳调质钢对杂质控制严格，抗层状撕裂能力较好低碳调质钢对杂质控制严格，抗层状撕裂能力较好 原因原因:冷速较低时，冷速较低时，F F首先析出后剩余的奥氏体富碳，这部分高碳首先析出后剩余的奥氏体富碳，这部分高碳A A在在继续冷却时将转变为高碳的
6、继续冷却时将转变为高碳的M M或或B B。这种由。这种由F F、高碳、高碳M M和高碳和高碳B B组成的混组成的混合组织使过热区严重脆化。合组织使过热区严重脆化。预防：预防：提高冷却速度提高冷却速度 ，避免或尽可能减少先共析，避免或尽可能减少先共析F F的析出的析出 但过分提高冷速也会使塑性降低或产生冷裂纹但过分提高冷速也会使塑性降低或产生冷裂纹 但也不是冷速越高越好，过分提高冷速可能使塑性下降并导致冷裂但也不是冷速越高越好，过分提高冷速可能使塑性下降并导致冷裂纹产生，对强度级别高的钢都存在一个韧性最佳的冷却时间纹产生，对强度级别高的钢都存在一个韧性最佳的冷却时间t8/5t8/5，此时，此时对
7、应的组织为对应的组织为M+BM+B下（下（10-30%10-30%）；）；低合金调质钢当含低合金调质钢当含NiNi较高时，形成的高较高时，形成的高NiNi马氏体（甚至上马氏体（甚至上B B）都有）都有很高的韧性，因此，增加钢中的含很高的韧性，因此，增加钢中的含NiNi量能改善近缝区的韧性量能改善近缝区的韧性软化：软化：热影响区的强度低于母材焊前强度的现象。热影响区的强度低于母材焊前强度的现象。软化部位：软化部位：加热温度为加热温度为t t回回A Ac1c1之间的区域之间的区域 低碳调质钢中由于含有较多固低碳调质钢中由于含有较多固C C、N N的元素，一般不出现热应变脆化。的元素，一般不出现热应
8、变脆化。A A、M M转变速度不能太快，以便转变速度不能太快，以便M M能进行能进行“自回火自回火”；B B、t t8/58/5之间的冷却速度大于产生脆性组织的临界速度。之间的冷却速度大于产生脆性组织的临界速度。为降低焊接应力，可采用双为降低焊接应力，可采用双V V形或双形或双U U形坡口。形坡口。对强度较高的低碳调质钢无论用何种形式的接头或坡口，都必须要对强度较高的低碳调质钢无论用何种形式的接头或坡口，都必须要求焊缝与母材交界处求焊缝与母材交界处平滑过渡平滑过渡。切割：切割边缘的硬化层，要通过加热或机械加工消除切割：切割边缘的硬化层，要通过加热或机械加工消除 。板厚。板厚100mm 36 m
9、m36 mm时，要求进行消除应力退时，要求进行消除应力退火。退火温度应低于焊前回火温度，若超过回火温度强度将明显下降。综火。退火温度应低于焊前回火温度，若超过回火温度强度将明显下降。综合考虑保证性能及防止消除应力裂纹，退火温度应选在合考虑保证性能及防止消除应力裂纹，退火温度应选在550550一一580580之间，之间，保温时间为保温时间为/25/25（mmmm）h h，加热速度在，加热速度在300300以上时不超过以上时不超过120120h h，保，保温后随炉冷至温后随炉冷至300300后再出炉空冷。后再出炉空冷。为了防止消除应力裂纹，可采用以下措施：为了防止消除应力裂纹，可采用以下措施：A
10、A、降低消除应力退火温度。、降低消除应力退火温度。B B、控制母材中、控制母材中V V、B B的含量。的含量。C C、适当预热（、适当预热（100100）。）。D D、焊后及时进行、焊后及时进行200 x200 x（0.5-10.5-1）h h后热。后热。上一级中碳调质钢的焊接中碳调质钢的焊接一、中碳调质钢一、中碳调质钢 强化机理：相变强化（调质处理强化机理：相变强化（调质处理 屈服强度：为屈服强度：为880MPa880MPa1176MPa 1176MPa 合金系：中合金系：中C C（0.25%0.25%0.5%0.5%）、）、Cr-Mn-Ni-Mo-SiCr-Mn-Ni-Mo-Si系系 主合
11、金化元素：主合金化元素：Cr-Mn-Ni-Mo-Si Cr-Mn-Ni-Mo-Si 辅合金化元素：辅合金化元素：V V 热处理状态：淬火回火热处理状态：淬火回火组织：组织：S S回回、M M回回 ，M M为片状为片状典型钢种：典型钢种：30CrMnSi30CrMnSi、40Cr40Cr、35CrMoA35CrMoA、35CrMoVA35CrMoVA分类：分类：A A、CrCr钢钢 ：以以CrCr为主加元素为主加元素 （1%1%，提高回火稳定性，提高回火稳定性 ），有回火脆性），有回火脆性 ；典型：典型：40Cr 40Cr，用于制造在交变载荷下工作的重要零件，如大型齿轮、轴等，用于制造在交变载荷
12、下工作的重要零件，如大型齿轮、轴等。B B、Cr-MoCr-Mo钢钢 ：CrCr钢中加入钢中加入MoMo（0.150.15-0.25-0.25，消除其回火脆性，提高淬透性，消除其回火脆性，提高淬透性，并提高钢的中温强度并提高钢的中温强度 ）；）；典型：典型：35C rMoA35C rMoA。33CrMoVA33CrMoVA，用于制造动力设备上承受高负荷的大截面零，用于制造动力设备上承受高负荷的大截面零部件。部件。C C、Cr-Mn-SiCr-Mn-Si钢钢 ：价格低廉，在退火状态下具有价格低廉，在退火状态下具有P+FP+F，调质状态下为回火，调质状态下为回火M M或回或回火火S S，有回火脆性
13、，有回火脆性 典型：典型：30CrMnSiNi2A30CrMnSiNi2A制造飞机上的一些构件制造飞机上的一些构件D D、Cr-Ni-MoCr-Ni-Mo钢钢 ：加入加入NiNi和和MoMo，使钢具有强度高、韧性好、淬透性大，使钢具有强度高、韧性好、淬透性大 典型：典型：40CrNiMoA40CrNiMoA、34 CrNiMoA 34 CrNiMoA，用于制造高负荷、大截面的轴类以及承受，用于制造高负荷、大截面的轴类以及承受冲击载荷的构件，如汽轮机、喷气涡轮机轴以及喷气式客机的起落架和火箭发冲击载荷的构件，如汽轮机、喷气涡轮机轴以及喷气式客机的起落架和火箭发动机外壳等动机外壳等 二、焊接性分析
14、二、焊接性分析 CSCS、P P偏析偏析热裂倾向热裂倾向 CC多，合金多多，合金多TBTB（液固相区间）（液固相区间）热裂热裂 预防：预防：A A、选用焊接材料时，应尽量选用含碳量比母材低，硫磷、选用焊接材料时，应尽量选用含碳量比母材低，硫磷等杂质少的填充金属等杂质少的填充金属 ；B B、选用焊接参数时要注意降低熔合比、选用焊接参数时要注意降低熔合比 ；C C、操作时应注意境满弧坑及保证良好的焊缝成形。、操作时应注意境满弧坑及保证良好的焊缝成形。在焊接中常见的低合金钢中，中碳调质钢具有最大的冷裂纹敏感在焊接中常见的低合金钢中，中碳调质钢具有最大的冷裂纹敏感性性 ，原因：，原因：A A、C C、
15、CeqCeq大，易得到淬硬组织大，易得到淬硬组织 B B、C C，使，使MsMs点下降，点下降，M M没有没有“自回火自回火”效应效应 C C、获得的马氏体、获得的马氏体CC，硬度与脆性高，硬度与脆性高 预防：焊接时，预防：焊接时，T0+TpT0+Tp（焊后及时进行回火处理）（焊后及时进行回火处理）原因：原因：在冷速较大时很容易形成硬脆的高碳在冷速较大时很容易形成硬脆的高碳M M；预防：尽量降低预防：尽量降低800-500800-500温度范围内的冷却速度温度范围内的冷却速度 ，采取预热、，采取预热、缓冷和适当加大线能量相配合的措施，既可减少缓冷和适当加大线能量相配合的措施，既可减少A A在相
16、变温度以上停留在相变温度以上停留的时间，又可降低在共析转变温度范围内的冷却速度，获得韧性较高的时间，又可降低在共析转变温度范围内的冷却速度，获得韧性较高的组织。的组织。与低碳调质钢一样。软化最明显区域：与低碳调质钢一样。软化最明显区域：Ac1-Ac3。中碳调质钢在调质状态下焊接时，防止冷裂纹、脆化和软化的措施是互中碳调质钢在调质状态下焊接时，防止冷裂纹、脆化和软化的措施是互有矛盾的，只能在防止冷裂的前提下尽量降低软化的程度，有矛盾的，只能在防止冷裂的前提下尽量降低软化的程度，三、焊接工艺三、焊接工艺 防止裂纹、过热区脆化和防止裂纹、过热区脆化和HAZHAZ软化软化 A A、焊接方法：由于不强调线能量对接头性能的影响，基本上不受限制。、焊接方法：由于不强调线能量对接头性能的影响，基本上不受限制。B B、不顾虑回火区的软化，可以采用较大的线能量、不顾虑回火区的软化，可以采用较大的线能量+适当高温预热，从而防适当高温预热，从而防止冷裂。止冷裂。般预热温度及层间温度可控制在般预热温度及层间温度可控制在200-350200-350之间。之间。C C、焊接材料：为保证焊缝与母材在相同的热处理条件下
