调质钢焊接

上一级过热区脆化HAZ软化裂纹一、焊接性分析含碳量很低，而且对硫、磷等杂质控制严格，因而有良好的焊接性1.裂纹（1）热裂纹A、结晶裂纹：C低、Mn高，S、P控制严，Mn/S高，敏感性小B、HAZ液化裂纹：在高Ni、低Mn的低合金高强钢中出现，其产生与Mn/S有关，C高，要求Mn/S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，敏感性大预防液化裂纹措施：（1）Ni高时，控制C、S含量，提高Mn/S比；（2）小q；（3）控制熔池形状，减小凹度。（2）冷裂纹含碳低，合金元素多，得到低碳M或B，在Ms附近冷速低，Ms较高，M能进行“自回火”，可避免产生冷裂纹。低碳调质钢对扩散氢[H]比较敏感，当[H]控制不严时，冷裂纹敏感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M强化的现象（3）再热裂纹Mo—V钢，特别是Cr—Mo—V钢对再热裂纹的敏感性最高Mo—B钢、Cr-Mo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V、其次是Mo，Cr影响与含量有关，当wCr1%，随其含量增加，再热裂纹敏感性增加，当wCr1%，随其含量增加，再热裂纹敏感性降低。（4）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2.过热区脆化原因:冷速较低时，F首先析出后剩余的奥氏体富碳，这部分高碳A在继续冷却时将转变为高碳的M或B。这种由F、高碳M和高碳B组成的混合组织使过热区严重脆化。预防：提高冷却速度，避免或尽可能减少先共析F的析出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t8/5，此时对应的组织为M+B下（10-30%）；低合金调质钢当含Ni较高时，形成的高Ni马氏体（甚至上B）都有很高的韧性，因此，增加钢中的含Ni量能改善近缝区的韧性母材的强度越高，软化越显著调质处理的回火温度越低，软化区越宽焊接热源越不集中，软化区越宽焊接E越大、预热温度过高，软化加重3.HAZ软化软化：热影响区的强度低于母材焊前强度的现象。软化部位：加热温度为t回—Ac1之间的区域低碳调质钢中由于含有较多固C、N的元素，一般不出现热应变脆化。30CrMnSi调质钢焊接热影响区的强度分布a）焊条电弧焊b）气焊1、主要依据A、M转变速度不能太快，以便M能进行“自回火”；B、t8/5之间的冷却速度大于产生脆性组织的临界速度。2、接头与坡口形式设计为降低焊接应力，可采用双V形或双U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，都必须要求焊缝与母材交界处平滑过渡。切割：切割边缘的硬化层，要通过加热或机械加工消除。板厚100mm时，切割前不需预热；板厚≥100mm，应进行100～150℃预热。强度等级较高的钢，最好用机械切割或等离子弧切割。二、低碳调质钢焊接工艺3、焊接方法为使调质状态的钢焊后的软化降到最低程度，应采用热源比较集中的焊接方法。（1）σs≤980MPa的钢，可用焊条电弧焊、埋弧焊、钨极或熔化极气体保护焊等方法焊接；（2）686MPa≤σs≤980MPa的钢最好用熔化极气体保护焊；（3）σs≥980Mpa的钢（如10Ni-Cr-Mo-Co等），则必须采用钨极氩弧焊或电子束焊等方法。采用大焊接热输入的焊接方法（如多丝埋弧焊或电渣焊）时，焊后必须进行调质处理。4、焊接材料一般采用等强原则，在接头拘束度很大时，为了防止冷裂纹，可选用强度略低的填充金属，焊前须严格烘干焊材。（具体见表3-19）5、焊接线能量E矛盾：M转变时冷却速度v小t8/5之间的冷却速度v大为了防止热影响区脆化和产生冷裂纹，所选线能量应保证冷却速度在最佳范围内。实际生产：首先通过试验确定所焊钢材保证韧性的最大线能量，然后根据用此线能量焊接时的冷裂倾向确定是否需要预热。尽量采用多层多道焊。6、预热目的主要是防止冷裂，预热温度不宜过高，一般不超过200℃，预热温度过高，高温冷却速度小易产生脆性组织；条件允许，采用低温预热+后热或不预热只后热7、焊后热处理一般不进行焊后热处理，原因：A、有些钢种对消除应力裂纹比较敏感B、退火冷速低降低韧性下列情况之一者可进行消除应力退火处理：A、钢材在焊后或冷变形加工后，韧性达不到要求。B、焊后需进行高精度加工，结构要求保持尺寸稳定。C、钢材对应力腐蚀敏感。工作介质又有导致应力腐蚀开裂的可能。为保证退火后强度和韧性，消除应力处理的温度应低于母材焊前回火温度30℃左右WCF62钢焊接生产：940℃水淬十630℃回火。为了保证母材性能在制造过程中不下降，不允许采用热弯、热卷成形，矫正的加热温度不得超过焊前回火温度。焊接方法：一般用焊条电弧焊、CO2或Ar+20％CO2气体保护电弧焊。焊接材料：焊条选用E60l5-G型，如J607RH等。焊条烘焙温度400℃×1h，烘后应立即放人低温干燥保温筒内，随用随取。在保温筒内存放时间不应超过4h。气体保护焊焊丝为H08MnSiMo、或Mn—Ni—Mo系焊丝。保护气体的纯度及含水量应严加控制，CO2气体应符合GB6052中规定的I级或II级1类气体的要求。成分：焊接线能量：在E为17—25kJ／cm时韧性最高；超过25kJ／cm，且低于17kJ／cm时，韧性下降幅度不大，超过50kJ／cm时，则韧性明显下降。因此，最佳线能量为17—25kJ／cm，允许线能量为10一40kJ／cm。预热温度：与[H]有关，当焊条经400℃烘干，[H]＜2m1／100g时可不进行预热。板厚较大或母材CE（或Pcm）偏高时，应进行50℃的预热。热处理：一般焊后不得进行热处理。当δ36mm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。综合考虑保证性能及防止消除应力裂纹，退火温度应选在550一580℃之间，保温时间为δ/25（mm）h，加热速度在300℃以上时不超过120℃／h，保温后随炉冷至300℃后再出炉空冷。为了防止消除应力裂纹，可采用以下措施：A、降低消除应力退火温度。B、控制母材中V、B的含量。C、适当预热（＞100℃）。D、焊后及时进行200℃x（0.5-1）h后热。上一级中碳调质钢的焊接一、中碳调质钢强化机理：相变强化（调质处理〕屈服强度：为880MPa～1176MPa合金系：中C（0.25%～0.5%）、Cr-Mn-Ni-Mo-Si系主合金化元素：Cr-Mn-Ni-Mo-Si辅合金化元素：V热处理状态：淬火＋回火组织：S回、M回，M为片状典型钢种：30CrMnSi、40Cr、35CrMoA、35CrMoVA分类：A、Cr钢：以Cr为主加元素（1%，提高回火稳定性），有回火脆性；典型：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。B、Cr-Mo钢：Cr钢中加入Mo（0.15％-0.25％，消除其回火脆性，提高淬透性，并提高钢的中温强度）；典型：35CrMoA。33CrMoVA，用于制造动力设备上承受高负荷的大截面零部件。C、Cr-Mn-Si钢：价格低廉，在退火状态下具有P+F，调质状态下为回火M或回火S，有回火脆性典型：30CrMnSiNi2A制造飞机上的一些构件D、Cr-Ni-Mo钢：加入Ni和Mo，使钢具有强度高、韧性好、淬透性大典型：40CrNiMoA、34CrNiMoA，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动机外壳等二、焊接性分析1、热裂倾向（结晶裂纹）[C]↑→S、P偏析↑→热裂倾向↑[C]多，合金多→△TB（液固相区间）↑→热裂↑容易在弧坑和焊缝中凹下的部位开裂。预防：A、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；B、选用焊接参数时要注意降低熔合比；C、操作时应注意境满弧坑及保证良好的焊缝成形。2、冷裂敏感性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，原因：A、[C]↑、Ceq大，易得到淬硬组织B、[C]↑，使Ms点下降，M没有“自回火”效应C、获得的马氏体[C]↑，硬度与脆性高预防：焊接时，T0+Tp（焊后及时进行回火处理）3、过热区脆化原因：在冷速较大时很容易形成硬脆的高碳M；预防：尽量降低800-500℃温度范围内的冷却速度，采取预热、缓冷和适当加大线能量相配合的措施，既可减少A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，获得韧性较高的组织。4、HAZ软化与低碳调质钢一样。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1、指导思想防止裂纹、过热区脆化和HAZ软化2、在退火态下焊接，焊后整体结构进行淬火+回火处理原则：防止裂纹，接头性能则由焊接材料与焊后热处理来保证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。B、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，从而防止冷裂。—般预热温度及层间温度可控制在200-350℃之间。C、焊接材料：为保证焊缝与母材在相同的热处理条件下获得相同的性能，应保证熔敷金属的成分与母材基本相同。同时，为了防止产生热裂纹，要求采用低碳焊丝，焊丝中的碳的质量分数应控制在0.15%以内，最高不超过0.25%，并且控制硫、磷的质量分数应小于0.03%～0.035%。。D、为了防止延迟裂纹，焊后应及时进行热处理。若及时进行调质处理有因难，可进行中间退火或在高于预热的温度下保温一段时间（如低温回火或650～680℃高温回火）。作用：排除扩散氢并软化热影响区组织；消除应力的作用。E、对结构复杂、焊缝较多的产品，为防止由于焊接时间过长而在中间发生裂纹，可在焊完一定数量的焊缝后，进行一次中间退火。F、在焊后回火时，注意回火脆性。钢牌号焊条电弧焊气体保护焊埋弧焊保护气体焊丝焊丝焊剂30CrMnSiAE8515-GE10015-GCO2H08Mn2SiMoAH08Mn2SiAH20CrMoAH18CrMoAHJ431HJ260ArH18CrMoA30CrMnSiNi2A-ArH18CrMoAH18CrMoAHJ350HJ26035CrMoAE8515-GArH20CrMoAH20CrMoAHJ26035CrMoVAE8515-GE10015-GArH20CrMoA--34CrNi3MoAE8515-GArH20Cr3MoNiA--40CrE8515-GE9015-GE10015-G----常用钢种焊接材料选用焊接方法钢号板材厚度/mm焊丝或焊条直径/mm焊接参数说明焊接电压/V焊接电流/A焊接速度/mh-1送丝速度/mh-1焊剂或保护气流量/L•min-1焊条电弧焊30CrMnSiA43.220～2590～110----30CrMnSiNi2A103.221～32130～140---预热350℃，焊后680℃回火4.0200～220CO2气体保护焊30CrMnSiA20.817～1975～85-120～150CO27～8短路过渡485～110-150～180CO210～14钨极氩弧焊45CrNiMoV41.69～12100～20060～7530～5205Ar10～20预热260℃，焊后650℃回火2312～14250～3004.530～57Ar14；He5预热300℃，焊后670℃回火常用中碳调质钢的焊接参数钢号预热温度/℃说明30CrMnSiA200～300薄板可不预热40Cr200～300-30CrMnSiNi2A300～350预热温度应一直保持到焊后热处理常用中碳调质钢的预热温度常用中碳调质钢的焊后热处理温度钢号焊后处理/℃说明30CrMnSiA淬火+回火：480～700使焊缝金属组织均匀化，焊接接头获得最佳性能30CrMnSiNi2A淬火+回火：200～30030CrMnSiA回火：500～700消除焊接应力，以便于冷加工30CrMnSiNi2A3、钢在调质态下焊接原则：