材料焊接性合金结构钢

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1第3章合金结构钢的焊接 2 3 4 53.1合金结构钢的分类和性能3.1.1合金结构钢的分类合金结构钢的分类化学成分合金系统组织状态用途或使用性能等 6按合金元素总含量的多少分有低合合钢一般w(Me)<5%中合金钢w(Me)=5%~10%高合金钢w(Me)>10%1.按合金元素总含量的多少分有: 72.按用途和性能分有 8国内外常见的合金结构钢的牌号见表3-1表3-1国内外常见的合金结构钢 93.1.2合金结构钢的基本性能基本性能化学成分力学性能显微组织 101.化学成分化学成分低合金结构钢是在低碳钢基础上添加一定量的合金元素构成的(低碳钢的化学成分为:wC=0.10%~0.25%,wSi≤0.3%,wMn=0.5%~0.8%)用于焊接结构的低中合金钢合金元素总的质量分数一般不超过10% 11图3-1各种合金元素对结构钢的抗拉强度和屈服强度的影响a)对抗拉强度的影响b)对屈服强度的影响 12图3-2低合金高强钢的低温拉伸性能(a,b)2.力学性能 133.显微组织低合金钢热影响区中的显微组织低碳马氏体贝氏体M-A组元珠光体类导致具有不同的硬度、强度性能、塑性和韧性 14图3-3典型组织(特别是贝氏体组织)对低合金钢强度和韧性的影响 15表3-2常见金相组织及不同混合组织的硬度 163.2热轧及正火钢的焊接3.2.1热轧及正火钢的成分和性能热轧及正火钢屈服强度为294-490MPa的低合金高强钢一般是在热轧或正火状态下供货使用属于非热处理强化钢 171.热轧钢热轧钢屈服强度为294-392MPa的普通低合金钢都属于热轧钢这类钢的基本成分为:wC≤0.2%,wSi≤0.55%,wMn≤1.5%热轧钢通常为铝镇静的细晶粒铁素体+珠光体组织的钢一般在热轧状态下使用Q345(16Mn)是我国于20世纪50年代研制和生产应用最广泛的热轧钢 182.正火钢正火钢正火状态下使用的钢:主要是含V、Nb、Ti的钢,如Q390、Q345等,主要特点是屈强比(σs/σb)较高正火+回火状态使用的含Mo钢:如14MnMoV、18MnMoNb等抗层状撕裂的Z向钢,屈服强度σs≥343MPa 193.微合金控轧钢微合金控轧钢加入质量分数为0.1%左右对钢的组织性能有显著或特殊影响的微量合金元素的钢,称为微合金钢多种微合金元素(如Nb、Ti、Mo、V、B、RE)的共同作用称为多元微合金化单一微合金元素的质量分数通常在0.25%以下。 203.2.2热轧及正火钢的焊接性低合金钢的焊接性化学成分轧制工艺 21热轧及正火钢的焊接性冷裂纹及影响因素热裂纹和再热裂纹非调质钢焊缝的组织和韧性热影响区脆化层状撕裂 221.冷裂纹及影响因素冷裂纹及影响因素碳当量(Ceq)淬硬倾向热影响区最高硬度热轧钢的淬硬倾向正火钢的淬硬倾向 23(2)淬硬倾向马氏体或M+B+F混合组织时产生B或B+F组织时焊接热影响区对氢致裂纹敏感对氢致裂纹不敏感 24图3-4热轧钢(Q345)和低碳钢的焊接连续冷却组织转变图(SHCCT)a)Q345Tm1350℃b)低碳钢Tm1300℃)1)热轧钢的淬硬倾向 25图3-5正火钢的焊接连续冷却组织转变图(SHCCT)a)为Q420b)18MnMoNb2)正火钢的淬硬倾向 26(3)热影响区最高硬度图3-6热影响区最高硬度与裂纹率的关系 27图3-9冷却时间t8/5对热影响区最高硬度的影响(钢材成分:wC0.12%,wMn1.40%,wSi0.48%,wCu0.15%,板厚h=20mm) 282.热裂纹和再热裂纹裂纹再热裂纹焊缝热裂纹 29图3-10再热裂纹敏感性与Cr、Mo含量的关系A—SR裂纹敏感区B—随Cr、Mo含量增加,SR裂纹增加 303.非调质钢焊缝的组织和韧性焊缝韧性针状铁素体(AF)先共析铁素体(PF)组织所占的比例 31图3-11不同铁素体形态对高强钢焊缝韧性的影响a)AF对vTrs的影响b)PF对vTrs的影响 32图3-12高强钢焊缝韧性与强度的关系 33Mn-Si系焊缝组织与韧性的关系见表3-5。表3-5Mn-Si系焊缝组织与韧性的关系 344.热影响区脆化脆化粗晶区脆化热应变脆化 35图3-14S、P对热影响区韧性的影响(低合金钢三丝埋弧焊) 36图3-15N对热影响区韧性的影响(Mn-Si系低合金钢) 375.层状撕裂图3-16产生层状撕裂的一些典型接头形式a)角接T形接头b)对接T形接头c)对接角接头 383.2.3热轧及正火钢的焊接工艺热轧及正火钢的焊接工艺焊接材料的选择焊接工艺参数的确定坡口加工、装配及定位焊 391.坡口加工、装配及定位焊坡口加工装配及定位焊坡口加工可采用机械加工,其加工精度较高,也可采用火焰切割或碳弧气刨。焊接件的装配间隙不应过大,尽量避免强力装配,减小焊接应力。定位焊应选用同类型的焊接材料,也可选用强度稍低的焊条或焊丝。 402.焊接材料的选择低合金钢选择焊接材料一是不能有裂纹等焊接缺陷二是能满足使用性能要求。 41热轧及正火钢焊接一般是根据其强度级别选择焊接材料,而不要求与母材同成分,其要点如下:要点考虑焊后热处理对焊缝力学性能的影响同时考虑熔合比和冷却速度的影响选择与母材力学性能匹配的相应级别的焊接材料 423.焊接工艺参数的确定工艺参数预热和焊后热处理焊接热输入 43图3-17焊接热输入对热影响区晶粒尺寸和冲击韧性的影响a)冷却时间t8/5与晶粒尺寸的关系b)热输入对热影响区韧性的影响1)焊接热输入 44HQ70和HQ80低碳调质钢焊接一般要求低温预热,预热温度和最大焊接热输入见表3-20。表3-20两种低碳调质钢的最大热输入 45热轧及正火钢焊接的典型工艺参数焊条电弧焊自动焊氩弧焊 46表3-9热轧及正火钢CO2气体保护焊的工艺参数 47表3-10热轧及正火钢钨极氩弧焊的工艺参数表3-11热轧及正火钢熔化极氩弧焊的工艺参数 482)预热和焊后热处理 49确定焊后回火温度的原则不要超过母材原来的回火温度,以免影响母材本身的性能对于有回火脆性的材料,要避开出现回火脆性的温度区间 504.焊接接头的力学性能焊缝金属和热影响区的力学性能是影响接头使用可靠性的基本性能,而其中强度与韧性又是关键的考核要素,特别是对合金结构钢接头更为重要,几种典型热轧及正火钢焊接接头的力学性能见表3-14。

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