各种钢材焊接知识要点(一)
发布日期：2010-5-1 [ 收藏评论没有找到想要的知识 ]
1 什么是焊接性？试述碳钢的焊接性。
焊接性是指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。焊接性受材料、焊接方法、构件类型及使用要求四个因素的影响。
碳钢是以铁元素为基础的，铁碳合金，碳为合金元素，其碳的质量分数不超过1%，此外，锰的质量分数不超过1.2%，硅的质量分数不超过0.5%，后两者皆不作为合金元素。其它元素如Ni、Cr、Cu等均控制在残余量的限度以内，更不作为合金元素。杂质元素如S、P、O、N等，根据钢材品种和等级的不同，均有严格限制。因此，碳钢的焊接性主要取决于含碳量，随着含碳量的增加，焊接性逐渐变差，其中以低碳钢的焊接性最好，见表1。
表1 碳钢焊接性与含碳量的关系
2 什么是碳当量？碳钢的碳当量如何计算？
把钢中合金元素（包括碳）的含量按其作用换自成碳的相当含量，称为该种钢材的碳当量，可作为评定钢材焊接性的一种参考指标。
碳钢中的元素除C外，主要是Mn和Si，它们的含量增加，焊接性变差，但其作用不及碳强烈。国际焊接学会推荐的碳当量公式为
Mn Cu+Ni Cr+Mo+V
CE（IIW）= C + ── + ────+ ────── （质量分数）（%）
6 15 5
随着碳当量值的增加，钢材的焊接性会变差。当CE值大于0.4%～0.6%时，冷裂纹的敏感性将增大，焊接时需要采取预热、后热及用低氢型焊接材料施焊等一系列工艺措施。
3 利用碳当量值评价钢材焊接性有何局限性？
碳当量值只能在一定范围内，对钢材概括地、相对地评价其焊接性，这是因为：
1）如果两种钢材的碳当量值相等，但是含碳量不等，含碳量较高的钢材在施焊过程中容易产生淬硬组织，其裂纹倾向显然比含碳量较低的钢材来得大，焊接性较差。因此，当钢材的碳当量值相等时，不能看成焊接性就完全相同。
2）碳当量计算值只表达了化学成分对焊接性的影响，没有考虑到冷却速度不同，可以得到不同的组织，冷却速度快时，容易产生淬硬组织，焊接性就会变差。
3）影响焊缝金属组织从而影响焊接性的因素，除了化学成分和冷却速度外，还有焊接循环中的最高加热温度和在高温停留时间等参数，在碳当量值计算公式中均没有表示出来。
因此，碳当量值的计算公式只能在一定的钢种范围内，概括地、相对地评价钢材的焊接性，不能作为准确的评定指标。
4 试述低碳钢的焊接性。
由于低碳钢含碳量低，锰、硅含量也少，所以，通常情况下不会因焊接而产生严重硬化组织或淬火组织。低碳钢焊后的接头塑性和冲击韧度良好，焊接时，一般不需预热、控制层间温度和后热，焊后也不必采用热处理改善组织，整个焊接过程不必采取特殊的工艺措施，焊接性优良。
但在少数情况下，焊接时也会出现困难：
1）采用旧冶炼方法生产的转炉钢含氮量高，杂质含量多，从而冷脆性大，时效敏感性增加，焊接接头质量降低，焊接性变差。
2）沸腾钢脱氧不完全，含氧量较高，P等杂质分布不均，局部地区含量会超标，时效敏感性及冷脆敏感性大，热裂纹倾向也增大。
3）采用质量不符合要求的焊条，使焊缝金属中的碳、硫含量过高，会导致产生裂纹。如某厂采用酸性焊条焊接Q235－A钢时，因焊条药皮中锰铁的含碳量过高，会引起焊缝产生热裂纹。
4）某些焊接方法会降低低碳钢焊接接头的质量。如电渣焊，由于线能量大，会使焊接热影响区的粗晶区晶粒长得十分粗大，引起冲击韧度的严重下降，焊后必需进行细化晶粒的正火处理，以提高冲击韧度。
总之，低碳钢是属于焊接性最好、最容易焊接的钢种，所有焊接方法都能适用于低碳钢的焊接。
5 低碳钢焊接时，如何正确地选用焊接材料？
⑴手弧焊焊条的选用常用低碳钢Q235的抗拉强度平均值为417.5MPa，根据等强度原则，与之匹配的焊条应为E43系列。几种不同钢号的低碳钢手弧焊时焊条的选用，见表2。
表2 低碳钢手弧焊时焊条的选用
注：表中括弧内的焊条型号表示可以代用。
⑵埋弧焊焊丝和焊剂的匹配选用低碳钢埋弧焊时焊丝和焊剂的匹配选用，见表3。
表3 低碳钢埋弧焊焊丝与焊剂的匹配选用
焊丝的选用实芯焊丝选用牌号为H08Mn2Si和H08Mn2SiA两种，焊后熔敷⑶CO
2
金属强度偏高。药芯焊丝选用牌号为YJ502-1、YJ506-2、YJ506-3、YJ506-4。
⑷电渣焊焊丝和焊剂的匹配选用电渣焊熔池温度比埋弧焊低，所以焊剂中的硅、锰还原作用弱，应选用含锰、含硅量较高的焊丝。常选用H10Mn2、H10MnSi 焊丝配合焊剂HJ360或H10MnSi焊丝配合焊剂HJ431。
6 低碳钢在低温下如何施焊？
严冬条件下焊接低碳钢结构时，由于焊接接头的冷却速度快，使裂纹倾向增大，特别是厚大结构的第一道焊缝容易开裂，为此必需采取如下工艺措施：
1）焊前预热，焊接过程中严格保持层间温度不应低于预热温度。
2）采用低氢或超低氢焊接材料。
3）定位焊时加大焊接电流，减慢焊接速度，适当增加定位焊缝的截面积和长度，必要时进行预热。
4）整条焊缝应尽量连续焊完，避免中断。
5）不应坡口面以外的母材上进行引弧，熄弧时需填满弧坑。
6）尽可能不在低温条件下进行弯板、矫正和装配焊件。
各种金属结构低温焊接时的预热温度见表4。管道、压力容器低温焊接时的预热温度见表5。
表4 低碳钢金属结构低温焊接的预热温度
表5 低碳钢管道、压力容器低温焊接的预热温度
7 试述中碳钢的焊接性。
中碳钢的碳的质量分数为0.25%～0.60%。当碳的质量分数接近0.25%而含锰量不高时，焊接性良好。随着含碳量的增加，焊接性逐渐变差。如果碳的质量分数为0.45%左右而仍按焊接低碳钢常用的工艺施焊时，在热影响区可能会产生硬脆的马氏体组织，易于开裂，即形成冷裂纹。
焊接时，相当数量的母材被熔化进入焊缝，使焊缝的含碳量增高，促使在焊缝中产生热裂纹，特别是当硫的杂质控制不严时，更易出现。这种裂纹在弧坑处更为敏感，分布在焊缝中的热裂纹于是与焊缝的鱼鳞状波纹线相垂直，见图1。
8 中碳钢焊接时，如何正确地选用焊条？
中碳钢的焊接目前大都采用手弧焊。为提高焊接接头的抗裂性，应选用低氢型焊条。个别情况下，也可采用钛钙型和钛铁矿型酸性焊条，但此时应采取严格的工艺措施，如焊前预热、减少熔合比（降低焊缝含碳量）等。
中碳钢手弧焊时焊条的选用，见表6。
表6 中碳钢手弧焊时焊条的选用
特殊情况下，中碳钢焊接时可采用铬镍不锈钢焊条，如E0- 19-10-16 （A102）、E0-19-10-5（A107）、E1-23-13-16（A302）、E1-23-13-15（A307）、E2-26-2 1-16（A402）、E2-26-21-15（A407）等，因奥氏体焊缝金属的塑性良好，可以减小焊接接头应力，即使焊件焊前不预热，也可避免热影响区产生冷裂纹。
9 试述中碳钢的焊接工艺要点。
⑴预热预热有利于减低中碳钢热影响区的最高硬度，防止产生冷裂纹，这是焊接中碳钢的主要工艺措施，预热还能改善接头塑性，减小焊后残余应力。通常，35和45钢的预热温度为150～250℃含碳量再高或者因厚度和刚度很大，裂纹倾向大时，可将预热温度提高至250～400℃。
若焊件太大，整体预热有困难时，可进行局部预热，局部预热的加热范围为焊口两侧各150～200mm。
⑵焊条条件许可时优先选用碱性焊条。
⑶坡口形式将焊件尽量开成U形坡口式进行焊接。如果是铸件缺陷，铲挖出的坡口外形应圆滑，其目的是减少母材熔入焊缝金属中的比例，以降低焊缝中的含碳量，防止裂纹产生。
⑷焊接工艺参数由于母材熔化到第一层焊缝金属中的比例最高达30%左右，所以第一层焊缝焊接时，应尽量采用小电流、慢焊接速度，以减小母材的熔深。
⑸焊后热处理焊后最好对焊件立即进行消除应力热处理，特别是对于大厚度焊件、高刚性结构件以及严厉条件下（动载荷或冲击载荷）工作的焊件更应如此。消除应力的回火温度为600～650℃。
若焊后不能进行消除应力热处理，应立即进行后热处理。
10 试述高碳钢的焊接工艺要点。
⑴焊接性当高碳钢的碳的质量分数大于0.60%时，焊后的硬化、裂纹敏感倾向更大，因此焊接性极差，不能用于制造焊接结构。常用于制造需要更硬度或耐磨的部件和零件，其焊接工作主要是焊补修复。
⑵焊条选用由于高碳钢的抗拉强度大都在675MPa以上，所以常用的焊条型号为E7015、E6015，对构件结构要求不高时可选用E5016、E5015焊条。此外，亦可采用铬镍奥氏体钢焊条进行焊接。
⑶焊接工艺
1）由于高碳钢零件为了获得高硬度和耐磨性，材料本身都需经过热处理，所以焊前应先进行退火，才能进行焊接。
2）焊件焊前应进行预热，预热温度一般为250～350℃ 以上，焊接过程中必需保持层间温度不低于预热温度。
3）焊后焊件必需保温缓冷，并立即送入炉中在 650℃ 进行消除应力热处理。
11 低合金高强钢的碳当量如何计算？
低合金高强钢碳当量的计算公式目前以国际焊接学会（IIW）所推荐的CE和日本
应用最为广泛，其计算公式为
JIS标准所规定的C
eq
Mn Cr+Mo+v Cu+Ni
CE（IIW）=C + ──+ ───── + ─── （质量分数）（%）
6 5 15
Mn Si Ni Cr Mo
V
Ceq（JIS）=C + ─── + ─── + ─── + ─── + ─── + ─── （质量分数）（%）
6 24 40 5
4 14
式中，化学元素都表示该元素在钢中的质量分数，计算时，元素含量均取其成分范围的上限。CE主要适用于文艺报非调质量低合金高强钢（σb=500～900MPa）
=500～1000M 焊接性的估算；Ceq主要适用于低碳钢调质钢和低合金高强钢（σ
b
Pa），但均适用于含碳量偏高的钢种（C的质量分数≥0.18%），这类钢化学成分的范围如下
C的质量分数为≤0.2%、Si≤0.55%、Mn≤1.5%、Cu≤0.5%、Ni≤2.5%、Cr≤1.2 5%、Mo≤0.7%、V≤0.1%和B≤0.006%。
12 试述低合金高强钢的焊接性。
强度级别较低的低合金高强钢，如300～400MPa级，由于钢中合金元素含量较少，其焊接性良好，接近于低碳钢。随着钢中合金元素的增加，强度级别提高，钢的焊接性也逐渐变差，出现的主要问题是：
⑴热影响区的淬硬倾向含碳时较少、强度级别较低的钢种，如09Mn2、09Mn2S
i、09MnV钢等，淬硬倾向很小。随着强度级别的提高，淬硬倾向也开始加大，如16Mn、15MnV钢焊接时，快速度冷却会导致在热影响区出现马氏体组织。
⑵冷裂纹低合金高强钢焊接时，热影响区的冷裂纹倾向加大，并且这种冷裂纹往往具有延迟的性质，危害性很大。例如，材料为18MnMoNb钢壁厚 115mm 的一大型容器，由于预热温度不够，焊后在热影响区形成大量冷裂纹。
低合金高强钢的定位焊缝很容易开裂，其原因是由于焊缝尺寸小、长度短、冷却速度快，这种开裂属于冷裂纹性质。
⑶热裂纹一般情况下，强度等级为294～392MPa的热轧、正火钢，热裂倾向较小，但在厚壁压力容器的高稀释率焊道（如根部焊道或靠近坡口边缘的多层埋弧焊焊道）中也会出现热裂纹。电渣焊时，若母材的含碳量偏高并含镍时，电渣焊缝中可能会出现呈八字形分布的热裂纹。
强度等级为800～1176MPa的中碳调质钢（如30CrMnSiA钢），焊接时热裂的敏感性较大。
⑷粗晶区脆化热影响区中被加热至1100℃ 以上的粗晶区，当焊接线能量过大时，粗晶区的晶粒将迅速长大或出现魏氏组织而使韧性下降，出现脆化段。
13 试述低合金高强钢焊接时的主要工艺措施。
⑴预热预热是防止裂纹的有效措施，并且还有助于改善接头性能。但预热会恶化劳动条件，使生产工艺复杂化，过高的预热温度还会降低接头韧性。因此，焊前是否需要预热以及预热温度的确定应根据钢材的成分（碳当量）、板厚、结构形状、刚度大小以及环境温度等决定。
⑵焊接线能量的选择含碳低的热轧钢（09Mn2、09MnNb钢等）以及含碳量偏下限的16Mn钢焊接时，因为这些钢的冷裂淬硬、脆化等倾向小，所以对焊接线能量没有严格的限制。焊接含碳量偏高的16Mn钢时，为降低淬硬倾向，焊接线能量应偏大一点。对于含V、Nb、Ti的钢种，为降低热影响区粗晶脆化所造成的不利影响，应选择较小的焊接线能量。如15MnVN钢的焊接线能量应控制在40～45 kJ/cm以下。
对于碳及合金元素含量较高而屈服点为490MPa的正火钢（如18MnMoNb钢等），因淬硬倾向大，应选择较大的焊接线能量，但当采用焊前预热时，为了避免过热倾向，可以适当地减少线能量。
⑶后热及焊后热处理后热是指焊接结束或焊完一条焊缝后，将焊件立即加热至150～250℃范围内，并保温一段时间，使接头中的氢扩散逸出，防止延迟裂纹产生。
对于厚壁容器、高刚性的焊接结构以及一些在低温、耐蚀条件下工作的构件，焊后应及时进行消除应力的高温回火，其目的是消除焊接残余应力，改善组织。
焊后立即进行高温回火的焊件，无需再进行后热处理。
14 低合金高强钢焊接时，如何正确地选用焊接材料？
总的原则是根据等强度的要求，即熔敷金属的强度等级应与母材在同一档次来选用焊接材料，具体选用，见表7。
表7 低合金高强钢焊接材料的选用
15 试述16Mn钢的焊接工艺。
16Mn钢属于碳锰钢，碳当量为0.345%～0.491%，屈服点等于343MPa（强度级别属于343MPa级）。16Mn钢的合金含量较少，焊接性良好，焊前一般不必预热。但由于16Mn钢的淬硬倾向比低碳钢稍大，所以在低温下（如冬季露天作业）或在大刚性、大厚度结构上焊接时，为防止出现冷裂纹，需采取预热措施。不同板厚及不同环境温度下16Mn钢的预热温度，见表8。
16Mn钢手弧焊时应选用E50型焊条，如碱性焊条E5015、E5016，对于不重要的结构，也可选用酸性焊条E5003、E5001。对厚度小、坡口窄的焊件，可选用E4 315、E4316焊条。
表8 焊接16Mn钢的预热温度
16Mn钢埋弧焊时H08MnA焊丝配合焊剂HJ431（开I形坡口对接）或H10Mn2焊丝配合焊剂HJ431（中板开坡口对接），当需焊接厚板深坡口焊缝时，应选用H08 MnMoA焊丝配合焊剂HJ431。
16Mn钢是目前我国应用最广的低合金钢，用于制造焊接结构的16Mn钢均为16M nR和16Mng钢。
16 试述18MnMoNb钢的焊接工艺。
18MnMoNb钢的屈服点等于490MPa（属于490MPa级钢），由于碳及合金钢元素的含量都较高，所以淬火硬倾向及冷裂倾向均比16Mn钢大。焊接工艺要点：
1）除电渣焊外，焊前对焊件应采取预热措施，预热温度控制在150～180℃ 。对于刚度较大的接头，预热温度应提高至180～230℃ 。焊后或中断焊接时，应立即进行250～350℃ 的后热处理。
2）焊接材料的选用，见表7。
3）为保证接头性能和质量，应适当控制焊接线能量，如手弧焊时，焊接线能量应控制在24kJ/cm以下；埋弧焊时，焊接线能量应控制在35kJ/cm以下。但焊接线能量不能过小，否则焊接接头易出现淬硬组织和降低韧性。同时，层间温度应控制在预热温度和300℃ 之间。
4）焊后应进行热处理。电渣焊接头热处理的方式是900～980℃ 正火加630～ 6 70℃ 回火。手弧焊及埋弧焊接头进行消除焊接残余应力的高温回火处理，回火温度比一般钢材回火温度低30℃ 左右。
17 试述低温用钢的焊接工艺。
工作温度等于或低于－20℃ 的低碳素结构钢和低合金钢称为低温用钢，其牌号及成分，见表9。对低温用钢的主要要求是应保证在使用温度下具有足够的塑性及抵抗脆性破坏的能力。
表9 低温容器用钢的牌号及成分
低温用钢由于含碳量低,淬硬倾向和冷裂倾向小，所以焊接性良好。焊接时，为避免焊缝金属及热影响区形成粗晶组织而降低低温韧性，要求采用小的焊接线能量，焊接电流不宜过大，宜用快速多道焊以减轻焊道过热，并通过多层焊的重热作用细化晶粒，多道焊时要控制层间温度不得过高，如焊接06MnNbDR低温用钢时，层间温度不得大于300℃ 。
焊接低温用钢的焊条，见表10。
表10 焊接低温用钢焊条
低温用钢焊后可进行消除应力热处理，以降低焊接结构的脆断倾向。
18 试述珠光体耐热钢的焊接工艺。
高温下具有足够的强度和抗氧化性的钢称为耐热钢，以Cr、Mo为主要合金元素的低合金耐热钢，基体组织是珠光体（或珠光体+铁素体）称为珠光体耐热钢，常用钢号有15CrMo、12CrMoV、12Cr2MoWVTiB、14MnMov、18MnMoNb、13MnNiMoN b。
由于珠光体耐热钢中含有一定量的Cr、Mo和其它一些合金元素，所以热影响区会产生硬脆的马氏体组织，低温焊接或焊接刚性较大的结构时，易形成冷裂纹。因此在焊接时应采取以下几项工艺措施：
⑴预热预热是焊接珠光体耐热钢的重要工艺措施。为了确保焊接质量，不论在定位焊或正式施焊过程中，焊件都应预热并保持为80～150℃用氩弧焊打底和C O
气体保护焊时，可以降低预热温度或不预热。
2
⑵焊后缓冷焊后应立即用石棉布覆盖焊缝及热影响区，使其缓慢冷却。
⑶焊后热处理焊后应立即进行高温回火，防止产生延迟裂纹、消除应力和改善组织。焊后热处理温度应避免在350～500℃温度区间内进行，因珠光体耐热钢在该温度区间内有强烈的加火脆性现象。几种常用珠光体耐热钢的焊后热处理温度见表11。
表11 珠光体耐热钢焊后热处理温度
19 珠光体耐热钢焊接时，如何正确地选用焊接材料？
总的原则是根据化学成分的要求，即熔敷金属的化学成分应与母材相当来选用焊接材料。具体选用，见表12。
表12 珠光体耐热钢焊接材料的选用
原则上，各种金属都能进行焊接，但金属本身固有的基本性能，还不能直接表明它在焊接时会出现什么问题以及焊接后接头性能是否能满足使用要求，所以，金属材料对焊接加工的适
应性用焊接性来衡量。
1．焊接性概念
金属的焊接性是指在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。其内容包括两个方面：一是金属在经受焊接加工时对缺陷的敏感性，即工艺焊接性；二是焊成的接头在使用条件下可靠运行的能力，即使用焊接性。
1）工艺焊接性
工艺焊接性是一个相对的概念，如果一种金属可以在很简单的工艺条件下焊接而获得完好的接头，能够满足使用要求，就可以说是焊接性良好。反之，如果必须保证很复杂的工艺条件，如高温预热、焊后复杂热处理等，或所焊的接头在性能上不能很好地满足要求，就可以认为焊接性差。工艺焊接性就是指金属在一定的工艺条件下，能得到优质焊接接头的能力。
它不是金属本身固有的性能，而是随焊接条件的变化而变化。
2）使用焊接性
使用焊接性是指整个焊接接头或整体结构满足技术条件规定的使用性能的程度。包括力
学性能、缺口敏感性、耐腐蚀性等。
2．焊接性试验方法
金属材料的可焊性是指被焊金属在采用一定的焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构型式条件下，获得优质焊接接头的难易程度。
钢材可焊性的主要因素是化学成分。在各种元素中，碳的影响最明显，其它元素的影响可折合成碳的影响，因此可用碳当量方法来估算被焊钢材的可焊性。硫、磷对钢材焊接性能影响也很大，在各种合格钢材中，硫、磷都要受到严格限制。
钢材塑性良好，淬硬倾向不明显，可焊性良好。
钢材塑性下降，淬硬倾向明显，可焊性较差。
钢材塑性较低，淬硬倾向很强，可焊性不好。
常用钢材的可焊性一般为低碳及低合金钢较好，中碳及中合金钢较差，高碳及高合金钢最差
铸铁含碳量高，组织不均匀，塑性很低，属于可焊性很差的金属材料，因此不应该考虑铸铁的焊接构件。铸铁的焊接主要是焊补工作。铸铁焊补时熔合区易产生白口组织，易产生裂缝，易产生气孔。
焊前将铸铁工件整体或局部预热到600～700℃ ，焊后缓慢冷却的工艺称为热焊法。
焊补之前，工件不预热或只进行400℃ 以下低温预热的焊补方法称为冷焊法。冷焊法一般是用手工电弧焊进行焊补
钢芯铸铁焊条焊丝为低碳钢，一种是药皮有强氧化性成分能使熔池中的硅、碳大量烧损，以获得塑性较好的低碳钢焊缝。另一种是在药皮中加入大量钒铁，能使焊缝金属成为高钒钢，因此具有较好的抗裂性及加工性，可用于高强度铸铁及球墨铸铁的补焊。
镍基铸铁焊条焊丝是纯镍或镍铜合金，焊补后，焊缝为塑性好的镍基合金。
铜基铸铁焊条用铜丝作焊芯或用铜芯铁皮焊芯，外涂低氢型涂料。
有色金属可焊性较差，一般用氩弧焊方法焊接。
异种金属焊接性也较差，通过增加过渡层金属和堆焊隔离层的方法解决熔合和母材金属稀释问题
研究在熔化焊接过程中所发生的“气体- 熔渣- 金属”之间的物理、化学变化，熔化金属的结晶凝固，以及由于焊接热循环造成的焊接热影响区内金属的组织和性能的变化。运用冶金学的知识研究焊接过程，促进了焊接的发展；同时焊接冶金的发展也促使出现了新的冶金工艺──二次重熔。
焊接化学冶金焊接化学冶金反应的特点是温度高而时间短促；相间反应界面的比表面积大；因此，反应极为激烈。焊接化学冶金过程是分区域（或阶段）连续进行的；以手工电弧焊为例，可分为药皮反应区、熔滴反应区和熔池反应区（图1）。
焊接熔渣是在焊接过程中，主要由焊条药皮或焊剂形成的，起冶金处理、机械保护金属和改善焊接工艺性能的作用。焊接熔渣的主要组成是各种氧化物，还有氟化物、氯化物和硼酸盐类。氧化物有酸性的、中性的和碱性的。衡量熔渣的碱性强弱采用碱度，最常用和简便的计算方法是碱性氧化物的重量总和同酸性氧化物的重量总和之比（见炉渣）。碱度大于1.3的焊渣称为碱性渣，反之称为酸性渣。焊渣碱度对焊接冶金过程有很大影响。采用碱性焊渣时，焊缝金属具有较好的综合机械性能，抗裂性能提高，同时焊缝的脱氧及脱硫也较好。
完善的脱氧可提高焊缝金属（如钢）的综合机械性能。焊接时的脱氧过程可分为两类：①先期脱氧，即焊条药皮或焊剂中的脱氧剂(Mn、Si、Al、Ti等)与高价氧化物和碳酸盐类在焊接的熔池中早期发生还原反应。②沉淀脱氧，溶于液态金属（如钢液）中的脱氧剂直接与金属液体中的FeO发生脱氧反应；各种钢焊接时,利用Si、Mn联合脱氧能取得较好的脱氧效果。沉淀脱氧在脱氧过程中起最后的决定性作用。
焊缝金属的凝固焊接熔池的凝固条件不同于一般铸锭。焊接熔池体积小、温度高而不均匀，中心温度近于沸点，而周围都是未熔化的被焊接金属（母材），因此温度梯度大、冷却速度快。焊缝凝固结晶始于熔池边缘的最低温度处，以半熔化的母材金属晶粒为非自发晶核，开始结晶生长，即所谓“联生结晶”。另一特点为由于冷却速度快，所以结晶从半熔化的晶粒表面开始后，沿着与散热相反的方向，以柱状晶的形态向熔池中心迅速生长，直到柱状晶互相接触为止。同时，由于柱状晶的生长速度很快，熔池中即使存在着难熔质点，也很难作为晶核长大成等轴晶粒。这样，焊缝就具有柱状晶特征（图2）。
焊接热作用特点焊接热源的局部集中，导致不均匀的温度场。离焊缝越远，被加热达到的峰值温度越低，如图3所示。不均匀的温度场将引起不均匀的应力和变形，并造成不均匀的组织和性能变化。此外，焊接热源始终处于运动状态之中，焊接区中任何一点的温度变
化都是准稳态，热源移近时迅速升温，热源移开时则迅速降温。这就决定了焊接过程中所发生的各种冶金学变化都无法达到平衡状态。
焊接热循环特性焊接区某点的温度随时间的变化过程称为焊接热循环。图4为单道焊接的热循环特性。温度很快地升高到峰值温度(Tmax，例如低合金钢手弧焊时在4秒内即可升到 1100℃。而高温停留时间tH很短,例如在Ac3（见铁碳平衡图）以上只有几秒到十几秒钟。冷却速度ωc相当大，往往会引起淬火。决定焊接热循环特性的主要因素是材料的热物理性能、焊件尺寸、焊件初始温度以及焊接工艺参数。
多道焊时，其焊接热循环具有更为复杂的特点。后一焊道对前一焊道起后热作用，产生热处理效果；而前一焊道对后一焊道具有预热的作用。
焊接热影响区的范围和组织变化加热峰值温度低于材料的熔化温度(Ts)而又高于材料能发生组织变化的临界温度(Tcr)的母材区域,即为热影响区。对大多数非调质钢常取其Ac1为其Tcr；而对调质钢，其实际回火温度即为其Tcr。在焊接热循环的作用下,热影响区内实
质上在进行着一种特殊形式的热处理，其结果往往是使焊前的热处理效果受到破坏，在不同的局部位置会产生种种组织变化，从而引起硬化、软化以及脆化现象，甚至还会产生焊接裂纹。一般说来，对调质钢而言,凡超过Ac1的部位可能产生淬火组织,而温度介于Ac1和原始温度之间的部位将进行回火过程。对非调质钢而言,在超过Ac1的部位由于发生相变,随温度不同而使其晶粒粗细差别很大。例如图5为正火处理的15MnVNb钢埋弧自动焊时的热影响区组织变化特征。
对于沉淀强化合金，在热影响区内将产生相的溶解和析出过程，常可见到粗晶粒的局部固溶区和由于过时效而产生的软化。对于冷作强化的金属，在热影响区内由于发生回复和再结晶过程，而可出现软化区域。
第四节常用金属材料的焊接
金属材料的焊接性，俗称可焊性，是指金属材料对焊接加工的适应性。主要指在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。
焊接奥氏体不锈钢时，很容易获得无缺陷的焊接接头，即接合性能好。
金属材料的焊接性主要决定于焊接接头的组织及其性能。一般说来，焊接同种金属材料时，接头组织与焊件相同或相近，焊接性较好；焊接异种金属材料时，接头组织至少与某一焊件不同，焊接性较差。无论采用何种材料焊接，如果焊接接头中形成又脆又硬的组织，则焊接性就差。
一般说来，铸造要产生铸造热应力，锻造要产生形变应力，热处理要产生组织应力。熔焊和钎焊的焊缝金属可以近似看成是经历了铸造过程；压焊接头可以近似看成是经历了锻造过程。焊接时局部加热后冷却可以近似看成是焊接接头经历了热处理过程。因此，焊接过程中焊件内将产生热应力、形变应力和组织应力，它们的矢量和就是焊接应力。焊接应力将导致焊接接头产生裂纹的倾向和焊件的变形。如果被焊材料具有良好的塑性，将可能通过塑性变形减缓应力，从而减少热裂纹、冷裂纹产生的倾向性。因此，材料的塑性也是影响其焊接性的一个重要因素。
一、金属材料的焊接性
钢材焊接性评定的最简便方法就是碳当量法。在钢材的成分中，影响最大的是碳。其次是锰、铬、钒等，通常把钢中合金元素（包括碳）的含量按其作用换算成碳的相当含量，称
为碳当量，用符号CE来表示。碳当量可作为评定钢材焊接性的一种参考指标。国际焊接学会推荐碳素结构钢、低合金高强度结构钢按下面公式计算其碳当量。
式中化学元素符号表示该元素在钢中质量分数的上限。实践证明，碳当量越大，钢材的焊接性就越差。
根据经验，当：
CE＜0.4%时，钢材的淬硬倾向小，焊接性良好，焊接这类材料时一般不需预热。只有在工件厚大或低温下焊接时才考虑焊前预热。
CE＝0.4%-0.6%时，钢材的淬硬倾向较大，焊接性较差，需要采用适当的预热、缓冷等工艺措施。
CE＞0.6%时，钢材的淬硬倾向严重，焊接性差，需要进行较高温度的预热和采取严格的工艺措施。
利用碳当量法只能简便粗略地评定钢材的焊接性，因为钢材的焊接性还要受许多因素的影响。钢材的实际焊接性，还应根据焊件的具体情况通过试验确定。
二、常用金属材料的焊接
（一）非合金钢及合金钢的焊接性
1、低碳钢的焊接由于低碳钢中碳的质量分数不大于
0.25%，有良好的塑性，也没有淬硬倾向，所以，焊接性良好。
几乎所有的焊接方法都可适用于焊接低碳钢，并能保证焊接接头质量。应用最多的方法是焊条电弧焊、埋弧、自动焊、电渣焊、气体保护焊和电阻焊。
２、中高碳钢的焊接由于中碳钢中碳的质量分数在0.25%-
0.6%之间，含碳量比较高，淬硬性比较严重，焊接接头易形成淬硬组织、气孔和裂纹，因此，焊接性比较差。
对于碳的质量分数大于0.6%的高碳钢，其焊接性更差，有着与中碳钢相似的焊接特点，这类钢一般不用于制造焊接结构件，有时只用来修补工件。
3、低合金高强度结构钢的焊接在焊接生产中，由于低合金高强度结构钢的含碳量属于低碳钢范围，因此，应用较广。但由于合金元素的种类和含量不同，其焊接性也有所不同，当碳当量越高，焊接性就越差。
4、奥氏体不锈钢的焊接性在不锈钢焊接材料中，应用最广泛的是奥氏体不锈钢，其焊接时，一般不需采用特殊的工艺措施，焊接性能良好。
奥氏体不锈钢常用焊条电弧焊和钨极氩弧焊或埋弧自动焊进行焊接，焊条电弧焊时，焊条的化学成分必须与母材相同；氩弧焊和埋弧自动焊时，应选用能保证焊缝化学成分与母材相同的焊丝。
第三节低碳调质钢的焊接
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、V
2.700Mpa 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。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。
（一）热影响区的液化裂纹
液化裂纹主要发生在高Ni低Mn的低合金高强钢中.这是因为含Mn量低，对脱S不利，焊缝金属中的S和Ni、Fe形成低熔点共晶，低熔点共晶处于晶界上而产生液化裂纹。液化裂纹产生倾向与含C量及Mn／s有关，含C量越高，要求Mn/S也较高。如当W(C)＜0.2％，W(Mn)／W(s)＞30时，液化裂纹敏感性较小。因此，避免液化裂纹的关键在于控制C和S 含量,保证高数值的W(Mn)／W(S)。
例如HY-80 含Ni量较高Mn／s =0.40/0.025=16 易裂
1.试述低碳钢的焊接性。 由于低碳钢含碳量低，锰、硅含量也少，所以，通常情况下不会因焊接而产生严重硬化组织或淬火组织。低碳钢焊后的接头塑性和冲击韧度良好，焊接时，一般不需预热、控制层间温度和后热，焊后也不必采用热处理改善组织，整个焊接过程不必采取特殊的工艺措施，焊接性优良。焊接低碳钢时可采取哪些措施消除应力裂纹? （1）降低消应力退火温度。（2）控制母材中V、B的含量。
⑶坡口形式将焊件尽量开成U形坡口式进行焊接。如果是铸件缺陷，铲挖出的坡口外形应圆 滑，其目的是减少母材熔入焊缝金属中的比例，以降低焊缝中的含碳量，防止裂纹产生。 ⑷焊接工艺参数由于母材熔化到第一层焊缝金属中的比例最高达30%左右，所以第一层焊 缝焊接时，应尽量采用小电流、慢焊接速度，以减小母材的熔深。 ⑸焊后热处理焊后最好对焊件立即进行消除应力热处理，特别是对于大厚度焊件、高刚性结 构件以及严厉条件下（动载荷或冲击载荷）工作的焊件更应如此。消除应力的回火温度为600～650℃。 若焊后不能进行消除应力热处理，应立即进行后热处理。 4.试述高碳钢的焊接工艺要点。 ⑴焊接性当高碳钢的碳的质量分数大于0.60%时，焊后的硬化、裂纹敏感倾向更大，因此 焊接性极差，不能用于制造焊接结构。常用于制造需要更硬度或耐磨的部件和零件，其焊接工作主要是焊补修复。 ⑵焊条选用由于高碳钢的抗拉强度大都在675MPa以上，所以常用的焊条型号为E7015、 E6015，对构件结构要求不高时可选用E5016、E5015焊条。此外，亦可采用铬镍奥氏体钢焊条进行焊接。 ⑶焊接工艺1）由于高碳钢零件为了获得高硬度和耐磨性，材料本身都需经过热处理，所 以焊前应先进行退火，才能进行焊接。 2）焊件焊前应进行预热，预热温度一般为250～350℃以上，焊接过程中必需保持层间温度不低于预热温度。 3）焊后焊件必需保温缓冷，并立即送入炉中在650℃进行消除应力热处理。 5.试述低合金高强钢的焊接性。 强度级别较低的低合金高强钢，如300～400MPa级，由于钢中合金元素含量较少，其焊接性良好，接近于低碳钢。随着钢中合金元素的增加，强度级别提高，钢的焊接性也逐渐变差，出现的主要问题是： ⑴热影响区的淬硬倾向含碳时较少、强度级别较低的钢种，如09Mn2、09Mn2Si、09MnV 钢等，淬硬倾向很小。随着强度级别的提高，淬硬倾向也开始加大，如16Mn、15MnV钢焊接时，快速度冷却会导致在热影响区出现马氏体组织。 ⑵冷裂纹低合金高强钢焊接时，热影响区的冷裂纹倾向加大，并且这种冷裂纹往往具有延迟 的性质，危害性很大。例如，材料为18MnMoNb钢壁厚115mm的一大型容器，由于预热温度不够，焊后在热影响区形成大量冷裂纹。 低合金高强钢的定位焊缝很容易开裂，其原因是由于焊缝尺寸小、长度短、冷却速度快，这种开裂属于冷裂纹性质。 ⑶热裂纹一般情况下，强度等级为294～392MPa的热轧、正火钢，热裂倾向较小，但在厚 壁压力容器的高稀释率焊道（如根部焊道或靠近坡口边缘的多层埋弧焊焊道）中也会出现热裂纹。电渣焊时，若母材的含碳量偏高并含镍时，电渣焊缝中可能会出现呈八字形分布的热裂纹。 强度等级为800～1176MPa的中碳调质钢（如30CrMnSiA钢），焊接时热裂的敏感性较大。 ⑷粗晶区脆化热影响区中被加热至1100℃以上的粗晶区，当焊接线能量过大时，粗晶区的 晶粒将迅速长大或出现魏氏组织而使韧性下降，出现脆化段。 6.试述低合金高强钢焊接时的主要工艺措施。 ⑴预热预热是防止裂纹的有效措施，并且还有助于改善接头性能。但预热会恶化劳动条件， 使生产工艺复杂化，过高的预热温度还会降低接头韧性。因此，焊前是否需要预热以及预热温度的确定应根据钢材的成分（碳当量）、板厚、结构形状、刚度大小以及环境温度等决定。
金属材料的焊接性能 （1）焊接性能良好的钢材主要有： 低碳钢（含碳量<0.25）；低合金钢（合金元素含量1～3、含碳量<0.20）；不锈钢（合金元素含量>3、含碳量<0.18）。 （2）焊接性能一般的钢材主要有： 中碳钢（合金元素含量<1、含碳量0.25～0.35）；低合金钢（合金元素含量<3、含碳量<0.30）；不锈钢（合金元素含量13～25、含碳量￡0.18） （3）焊接性能较差的钢材主要有： 中碳钢（合金元素含量<1、含碳量0.35～0.45）；低合金钢（合金元素含量1～3、含碳量0.30～0.40）；不锈钢（合金元素含量13、含碳量0.20）。 （4）焊接性能不好的钢材主要有： 中、高碳钢（合金元素含量<1、含碳量>0.45）；低合金钢（合金元素含量1～3、含碳量>0.40）；不锈钢（合金元素含量13、含碳量0.30～0.40）。 焊条和焊丝选择的基本要点如下： 同类钢材焊接时选择焊条主要考虑以下几类因素： 考虑工件的物理、机械性能和化学成分；考虑工件的工作条件和使用性能； 考虑工件几何形状的复杂程度、刚度大小、焊接坡口的制备情况和焊接部位所处的位置等；考虑焊接设备情况；考虑改善焊接工艺和环保；考虑成本。 异种钢材和复合钢板选择焊条主要考虑以下几类焊接情况： 一般碳钢和低合金钢间的焊接；低合金钢和奥氏体不锈钢之间的焊接；不锈钢复合钢板的焊接。 焊条和焊丝的选择参数查阅机械设计手册中焊条和焊丝等章节和焊条分类及型号（GB 980-76）、焊条的性能和用途（GB 980～984-76）等有关国家标准。 ###15CrMoR的换热器的热处理工艺 ***当板厚超过筒体内径的3％时，卷板后壳体须整体热处理。 *** 15CrMoR焊接性能良好。手工焊用E5515-B2（热307）焊条，焊前预热至200-250℃（小口径薄壁管可不预热），焊后650-700℃回火处理。自动焊丝用H13CrMoA和焊剂250等。 ###压力容器用钢的基本要求 压力容器用钢的基本要求：较高的强度,良好的塑性、韧性、制造性能和与相容性。 改善钢材性能的途径：化学成分的设计,组织结构的改变,零件表面改性。 本节对压力容器用钢的基本要求作进一步分析。 一、化学成分 钢材化学成分对其性能和热处理有较大的影响。 1、碳:碳含量增加时，钢的强度增大，可焊性下降，焊接时易在热影响区出现裂纹。 因此压力容器用钢的含碳量一般不应大于0.25%。 2、钒、钛、铌等：在钢中加入钒、钛、铌等元素，可提高钢的强度和韧性。
低合金高强钢的焊接性 钢铁研究总院田志凌 1 前言 低合金高强（HSLA）钢的焊接性主要包括两个方面，其一是裂纹敏感性，其二是焊接热影响区的力学性能。过去40年，在钢材焊接性的研究方面，我国几代科技工作者进行了卓有成效的工作[1-5]。 在过去的40年，HSLA钢取得了显著进展，精炼技术、微合金钢技术、控轧控冷技术、形变热处理（TMCP）等一些先进技术的应用，使得现代HSLA钢的焊接性大大改善，尤其是HAZ冷列裂纹敏感性大大降低，粗晶区韧性大幅度提高，高效率、大线能量焊接工艺得以应用。然而，新的问题也伴随着出现，如母材的低碳当量高强度化使得冷裂纹从HAZ转移到焊缝金属中，多层焊接头中的局部脆性区问题等。本文将论述HSLA钢制造技术的进步给焊接性带来的变化，以及技术发展趋势。 2 HSLA钢的技术进步及其对焊接性的改善 过去40年，低成本、高性能是钢铁行业技术进步的主要发展方向，从焊接性的角度来看，影响最大的是精炼技术和轧制技术。 2.1 精炼技术的影响 焊接热裂纹、液化裂纹曾经是低碳钢、低合金钢焊接的一个重要问题，随着铁水预处理、碱氧炉炼钢、钢包精炼、真空精炼等精炼技术的采用，钢中S、P等杂质元素的含量越来越低，热裂纹、液化裂纹发生的频率已降得非常低。 以管线钢为例，目前的超纯净冶炼技术能够达到如下水平： P≤20ppm, S≤5ppm, N≤20ppm, O≤10ppm, H≤1.0ppm 此外，上世纪80年代以来，模铸已逐渐被连铸所代替，2001年我国的连铸比已超过90%，高均匀性连铸技术的应用，大大降低了铸坯中间偏析。 一方面，S、P等杂质元素的含量越来越低，另一方面，杂质元素的偏析程度越来越小，因此，HSLA钢焊接性评定中已不再进行热裂纹、液化裂纹敏感性评定。 2.2 轧钢技术和微合金化的影响 在上世纪五、六十年代，最广泛应用的结构钢就是C-Mn钢，钢材的强度主要靠提高C 的含量和合金元素的含量来实现，强度越高，冷裂纹敏感性就越大。 控制轧制的应用始于六、七十年代，控制轧制与正火处理相结合，能够降低钢的碳当量，提高钢材的抗裂性能，同时HAZ的韧性也得到了一定程度的提高。然而，生产力的发展要求采用大线能量焊接，如造船业，焊接效率是加快制造进度、降低成本的关键因素，而对于轧制原有状态和正火状态钢而言，大线能量焊接使得HAZ晶粒变得粗大，同时在粗晶区形成韧性很差的上贝氏体组织，针对这一技术问题，确立了Ti处理技术（1975年之前）：根据钢中存在的氮（N）量，适当加入Ti，使TiN成细粒状均匀分布，TiN能够抑制奥氏体晶粒长大，促进晶内铁素体的形核。基于同一机理，微合金化技术得以发展，利用Nb, V, Ti 等微量元素形成细小的碳氮化物生产的细晶粒钢，能够适应较大线能量焊接，图1为Nb, V, Ti三种微合金元素形成的第二相粒子的溶解曲线，由此可见TiN对晶粒长大的阻力最大，Nb(CN)次之，VC最小。
碳钢的焊接性
碳素钢的焊接性随含碳量增加而恶化，因为含碳量较高的钢从焊接温度快速冷却下容易被淬硬。被淬硬的焊缝和热影响区因其塑性下降，在焊接应力容易产生裂纹。碳素钢被淬硬主要是在马氏体组织形成而引起，马氏体的数量受冷却速度影响，非常快的冷却速度可以产生100%的马氏体，从而可达到最高硬度。因此，焊接含砚较高的碳素钢时，就应当注意减缓冷却速度，使马氏体的数量减至最少。 焊接的冷却速度受焊接热输入、母材板厚和环境温度的影响。厚板或在低温条件下焊接，其冷却速度加快；预热或加大焊接线能量，可以降低冷却速度，减少裂纹产生。 碳素钢的碳含量增加到约0.15%以上时，对氢致裂纹尤其敏感。因此，焊接碳含量高于0.15%的碳素钢时，须注意减少氢的来源。例如大气中的水分，焊前对待焊部位及附近须清除油污、铁锈等。手弧焊时宜选用低氢焊条，在其它焊接方法中应制造低氢环境，以减少焊缝周围环境中的氢含量。 焊接碳素钢时产生裂纹的力学原因是结构的拘束力和不均衡的热应力。即使是不易淬硬的低碳钢，在受拘束力条件下采用了不正确的焊接程序，也会因这些应力过大而产生裂纹。 总之，对碳素钢的焊接，应针对其碳含量不同而采取相应的工艺措施。当含碳较低时，如低碳钢，应着重注意防止结构拘束应力和不均衡的热应力所引起的裂纹；当含碳量较高时，如高碳钢，除了防止因这些因为应力所引起的裂纹外，还要特别注意防止因淬硬而引起的裂纹。 焊接特点 低碳钢的含碳量低（≤0.25%），其它合金元素含量较少，故是焊接性最好的钢种。采用通常的焊接方法后，接头中不会产生淬硬组织或冷裂纹。只要焊接材料选择适当，便能得到满意的焊接接头。 用电弧焊焊接低碳钢时，为了提高焊缝金属的塑性、韧性、和抗裂性能，通常都是使焊缝金属的碳含量低于母材，依靠提高焊缝中的硅、锰含量和电弧所具有较高的冷却来达到与母材等强度。因此，焊缝金属会随着冷却速度的增加，其强度会提高，而塑性和韧性会下降。当厚板单层角焊缝时，焊角尺寸不宜过小；多层焊时，应尽量连续施焊；焊补表面缺陷时，焊缝应具有一定的尺寸，焊缝长度不得过短，必要时应采用100-150℃的局部预热。
碳的质量分数不超过0.21％，加入适量的合金元素Si、Mn、Cr、Ni、Mo、Cu ,经过奥氏体化—淬火—回火热处理的钢称为低碳调质钢，常用牌号有WCF60、62、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、及耐腐蚀性。 低碳调质钢由于含碳量不高，虽含有一定量的合金元素，但焊接性较好，主要特点是：在焊接热影响区、特别是焊接热影响区的粗晶区有一定的冷裂倾向并有韧性下降的现象；在焊接热影响区受热时未完全奥氏体化的区域，以及受热时其最高温度低于Ac1、高于钢调质处理的回火温度的那个区域有软化或脆化的倾向。 常用的各种熔焊方法,都可以适用焊接低碳调质钢。 (1)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。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。 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 50-100 100-150 16-19 100-150 150-200 19-22 100-150 150-200 22-25 150-200 200-250 25-35 150-200 200-250 允许的最高预热温度与表中最低值相比,不得大于65C。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。 (2)焊接材料—为防止产生冷裂纹,因此必须严格控制焊接材料的含氢量,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 钢号手弧焊焊条(熔化极气体保护焊)焊丝保护气体％ HQ70A CO2 HQ70B 或 E7015 H08Mn2NiMo Ar+CO220 15MnMoVN 或 15MnMoVNRE Ar+O21-2 15MnMoVNRE(QJ-70) E7515/E8515 H08Mn2NiMo Ar+CO220 14MnMoNbB E7515/E8515 H08Mn2NiMo Ar+O21-2 (3)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。 (4)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。
钢材焊接施工方案内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128）
钢材焊接施工方案 我单位承建的全区供电工程中，存在大量电缆桥架。电缆桥架制作过程中存在大量焊接工作，施工中主要采用手工电弧焊连接方法。为了规范施工工艺，确保焊接质量，满足设计要求，必须按照此方案操作。 一、手工电弧焊 1、材料及主要机具： （1）主材：各种满足使用要求的槽钢、角钢、工字钢。主材必须有出场质量证明书。 （2）焊条：焊条的牌号应符合设计规定。如设计无规定时，应符合表4-14的要求，焊条质量应符合以下要求： A、药皮应无裂缝、气孔、凹凸不平等缺陷，并不得有肉眼有看得出的偏心度。 B、焊接过程中，电弧应燃烧稳定，药皮熔化均匀，无成块脱落现象。 C、焊条必须根据焊条说明书的要求烘干后才能使用。 D、焊条必须有出厂合格证。 钢筋电弧焊使用的焊条牌号表4-14 注：不含25MnSi钢筋。
（3）弧焊机、焊接电缆、电焊钳、面罩、堑子、钢筋丝刷、锉刀、榔头、钢字码等。 2、作业条件： （1）焊工必须持有考试合格证。 （2）帮条尺寸、坡口角度、钢筋端头间隙、接头位置以及钢筋轴线应符合规定。 （3）电源应符合要求。 （4）作业场地要有安全防护设施、防火和必要的通风措施，防止发生烧伤、触电、中毒及火灾等事故。 （5）熟悉图纸，做好技术交流。 四、操作工艺： 1、工艺流程 检查设备——选择焊接参数——试焊作模拟试件——送试——确定焊接参数——施焊——质量检验 2、检查电源、焊机及工具。焊接地线应与钢筋接触良好，防止因起弧而烧伤钢筋。 3、选择焊接参数。根据钢筋级别、直径、接头型式和焊接位置，选择适宜的焊条直径、焊接层数和焊接电流，保证焊缝与钢筋熔合良好。 4、试焊、做模拟试件。在每批主材正式焊接前，应焊接3个模拟试件做拉力试验，经试验合格后，方可按确定的焊接参数成批生产。 5、施焊操作：
钢材的可焊性 一、低碳钢可焊性为良好时 1.合金元素含量(评定可焊性的概略指标,%):0 2.含碳量( 评定可焊性的概略指标,%):＜0.25 3.常用钢号: Q195 Q215 Q235 Q245 Q345 ZG200-400 ZG230-450 08 10 15 20 15Mn 20Mn 4.特点: 在普通条件下可焊接,环境温度低于(-5℃)时需预热.板厚大于20mm,结构刚度大时,需预热并在焊后进行消除应力热处理 沸腾钢是在不完全脱氧情况下获得,含氧量较高,硫磷等杂质分布不均匀,时效敏感性及冷脆倾向大,焊接时热裂倾向大,一般不宜于承受动载或严寒下(-20℃)工作的重要焊接结构. 镇静钢的杂质分布很均匀,含氧量承受动载或低温条件下(-40℃)工作的重要焊接结构 二、低合金钢 （一）. 可焊性为良好时 1.合金元素含量(评定可焊性的概略指标,%):1-3 2.含碳量(评定可焊性的概略指标,%):＜0.20 3.常用钢 号:09MnV 09MnNb 12Mn 18Nb 09MnCuPTi 10MnSiCu 12MnV 12MnPRE 1 4MnNb 16Mn 16MnRE 10MnPNbRE 15MnV 15MnTi 16MnNb 14MnVTiRE 15 MnVN 4.特点: 在普通条件下可焊接,环境温度低于(-5℃)时需预热.板厚大于20mm,结构刚度大时,需预热并在焊后进行消除应力热处理沸腾钢是在不完全脱氧情况下获得,含氧量较高,硫磷等杂质分布不均匀,时效敏感性及冷脆倾向大,焊接时热裂
倾向大,一般不宜于承受动载或严寒下(-20℃)工作的重要焊接结构.镇静钢的杂质分布很均匀,含氧量承受动载或低温条件下(-40℃)工作的 重要焊接结构 （二）、可焊性为一般时 1.合金元素含量(评定可焊性的概略指标,%):＜3 2.含碳量(评定可焊性的概略指标,%):＜0.3 3.常用钢号: 12CrMo 15CrMo 20Cr1MoV 12Cr1MoV 12Cr2Mo1VR 30Cr 20CrV 20CrMnSi 20CrNiMo 4.特点: 形成冷裂倾向小,采用适当的焊接规范,可以得到满意的结果.在结构复杂或零件较厚时,必须预热150℃以上,并在焊后进行热处理以消除应力 （三）、可焊性为较差时 1.合金元素含量(评定可焊性的概略指标,%):＜1-3 2.含碳量(评定可焊性的概略指标,%):＜0.3-0.4 3.常用钢 号:30CrMo 35CrMo 35CrMoVA 25Cr2MoVA 40CrNiMoA 30CrMnSi 3 0Mn2 40Mn2 40Cr 4.特点 一般情况下,有形成裂纹的倾向.焊前应预热,焊后应消除应力热处理 （四）、可焊性为不好 1.合金元素含量(评定可焊性的概略指标,%):1-3 2.含碳量(评定可焊性的概略指标,%):＜0.4 3.常用钢号:45Mn2 50Mn2 50Cr 38CrSi 38CrMoAlA 4.特点:
低合金高强度钢的焊接性分析 低合金高强钢的焊接性主要包括两个方面，其一是裂纹敏感性，其二是焊接热影响区的力学性能。 众所周知，扩散氢、脆性组织和残余应力是冷裂纹产生的三要素，碳当量公式（如IIW的CEN公式）、热影响区最大硬度等都被用来评价钢材的冷裂敏感性。 （1）冷裂纹问题 对于现代低合金高强度钢，由于热机械控制工艺技术和微合金化技术的广泛应用，碳含量和碳当量都大幅度降低，因此，其冷裂敏感性不明显，除非在极端情况下（很大的拘束度或扩散氢含量很高），一般不会遭遇冷裂纹。 值得注意的是焊缝金属冷裂纹问题。 冷裂纹倾向 低合金高强钢随着强度等级的增高，焊接接头冷裂纹倾向增大。冷裂纹又叫氢致裂纹或延迟裂纹，是指焊接接头冷却到较低温度（Ms温度以下）时产生的焊接裂纹冷裂纹一般产生在热影响区，有时也产生在焊缝金属内。产生冷裂纹的三个主要因素是：裂缝金属内残留的扩散氢、热影响区或焊缝金属硬组织、焊接残余应力。 焊接低合金高强度钢时，氢的主要来源是焊条药皮中的水分和破口表面的水分、油污等杂质。这些物质在电弧高温作用下分解出氢，溶解在熔池金属内，熔池冷却凝时氢来不及逸出，残留在焊缝内。另外，焊接低合金高强度钢的一个重要特点是热影响区有较大的淬硬倾向，随强度等级的提高、含碳元素或合金元素含量增多，其淬硬性也增大。当焊接浮大焊件或冷却速度过快时，热影响区或焊缝金属更容易产生淬硬组织。焊接时由于不均匀的加热和冷却以及构件本身的拘束作用，在焊缝内仍然会产生很大的残余应力。所以，低合金高强度钢焊接时有较大的冷裂倾向。 为防止冷裂纹的产生，焊前应严标按照说明书的规定烘干焊条，将坡口清理干净，并采取焊前预热、焊后保温缓冷及热处理等措施。 母材强度的提高和焊接性的改善，促使冷裂纹发生的位置从热影响区转移到焊缝。基于焊后随时间变化氢对局部临界开裂应力的影响，国际焊接联合会提出了判别高强钢冷裂纹位置的基本方法，焊后焊缝中的氢含量随时间单调减少，而
常用钢材的焊接 英文词条名： 一、钢材的焊接性 焊接性：采用一定焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构形式的条件下，获得优质焊接接头的难易程度，即其对焊接加工的适应性。 （一）焊接性一般包括两个方面： 工艺焊接性：主要指在给定的焊接工艺条件下，形成完好焊接接头的能力，特别是接头对产生裂纹的敏感性，也称抗裂性； 使用焊接性：在给定的焊接工艺条件下，焊接接头在使用条件下安全运行的能力，包括焊接接头的力学性能和其它特殊性能（如耐高温、耐腐蚀、抗疲劳等）。 焊接性是金属的工艺性能在焊接过程中的反映，了解及评价金属材料的焊接性，是焊接结构设计、确定焊接方法、制定焊接工艺的重要依据。 （二）钢的焊接性评定方法： 钢是焊接结构中最常用的金属材料，因而评定钢的焊接性显得尤为重要。由于钢的裂纹倾向与其化学成分有密切关系，因此，可以根据钢的化学成分评定其焊接性的好坏。 通常将影响最大的碳作为基础元素，把其它合金元素的质量分数对焊接性的影响折合成碳的相当质量分数，碳的质量分数和其它合金元素的相当质量分数之和称为碳当量，它是评定钢的焊接性的一个参考指标。 碳当量（CARBON EQUIV ALENT)公式 碳当量越高，裂纹倾向越大，钢的焊接性越差。一般认为： CEQ<0.4%时，钢的淬硬和冷裂倾向不大，焊接性良好 CEQ=0.4%～0.6%时，钢的淬硬和冷裂倾向逐渐增加，焊接性较差，焊接时需要采取一定的预热、缓冷等工艺措施，以防止产生裂纹； CEQ>0.6%时，钢的淬硬和冷裂倾向严重，焊接性很差，一般不用于生产焊接结构。 碳当量公式仅用于对材料焊接性的粗略估算，在实际生产中，应通过直接试验（焊接性试验），模拟实际情况下的结构、应力状况和施焊条件，在试件上焊接，观察试件的开裂情况，并配合必要的接头使用性能试验进行评定(焊接工艺评定)。 二、碳素钢的焊接 Q235、10、15、20等低碳钢是应用最广泛的焊接结构材料，由于其含碳量低于0.25%，塑性很好，淬硬倾向小，不易产生裂纹，所以焊接性最好。焊接时，任何焊接方法和最普通的焊接工艺即可获得优质的焊接接头。但由于施焊条件、结构形式不同，焊接时还需注意以下问题： （1）在低温环境下焊接厚度大、刚性大的结构时，应该进行预热，否则容易产生裂纹。（2）重要结构焊后要进行去应力退火以消除焊接应力。 低碳钢对焊接方法几乎没有限制，应用最多的是手工电弧焊、埋弧焊、气体保护电弧焊和电阻焊。采用电弧焊时，焊接材料的选择参见表。 低碳钢焊接材料的选择 中碳钢的焊接 含碳量在0.25%～0.60%之间的中碳钢，有一定的淬硬倾向，焊接接头容易产生低塑性的淬
碳素钢的焊接性随含碳量增加而恶化，因为含碳量较高的钢从焊接温度快速冷却下容易被淬硬。被淬硬的焊缝和热影响区因其塑性下降，在焊接应力容易产生裂纹。碳素钢被淬硬主要是在马氏体组织形成而引起，马氏体的数量受冷却速度影响，非常快的冷却速度可以产生100%的马氏体，从而可达到最高硬度。因此，焊接含砚较高的碳素钢时，就应当注意减缓冷却速度，使马氏体的数量减至最少。 焊接的冷却速度受焊接热输入、母材板厚和环境温度的影响。厚板或在低温条件下焊接，其冷却速度加快；预热或加大焊接线能量，可以降低冷却速度，减少裂纹产生。 碳素钢的碳含量增加到约0.15%以上时，对氢致裂纹尤其敏感。因此，焊接碳含量高于0.15%的碳素钢时，须注意减少氢的来源。例如大气中的水分，焊前对待焊部位及附近须清除油污、铁锈等。手弧焊时宜选用低氢焊条，在其它焊接方法中应制造低氢环境，以减少焊缝周围环境中的氢含量。 焊接碳素钢时产生裂纹的力学原因是结构的拘束力和不均衡的热应力。即使是不易淬硬的低碳钢，在受拘束力条件下采用了不正确的焊接程序，也会因这些应力过大而产生裂纹。 总之，对碳素钢的焊接，应针对其碳含量不同而采取相应的工艺措施。当含碳较低时，如低碳钢，应着重注意防止结构拘束应力和不均衡的热应力所引起的裂纹；当含碳量较高时，如高碳钢，除了防止因这些因为应力所引起的裂纹外，还要特别注意防止因淬硬而引起的裂纹。 焊接特点 低碳钢的含碳量低（≤0.25%），其它合金元素含量较少，故是焊接性最好的钢种。采用通常的焊接方法后，接头中不会产生淬硬组织或冷裂纹。只要焊接材料选择适当，便能得到满意的焊接接头。 用电弧焊焊接低碳钢时，为了提高焊缝金属的塑性、韧性、和抗裂性能，通常都是使焊缝金属的碳含量低于母材，依靠提高焊缝中的硅、锰含量和电弧所具有较高的冷却来达到与母材等强度。因此，焊缝金属会随着冷却速度的增加，其强度会提高，而塑性和韧性会下降。当厚板单层角焊缝时，焊角尺寸不宜过小；多层焊时，应尽量连续施焊；焊补表面缺陷时，焊缝应具有一定的尺寸，焊缝长度不得过短，必要时应采用100-150℃
钢材焊接施工方案 我单位承建的全区供电工程中,存在大量电缆桥架。电缆桥架制作过程中存在大量焊接工作,施工中主要采用手工电弧焊连接方法。为了规范施工工艺，确保焊接质量，满足设计要求，必须按照此方案操作。 一、手工电弧焊 1、材料及主要机具: （１）主材：各种满足使用要求的槽钢、角钢、工字钢。主材必须有出场质量证明书。 (2）焊条：焊条的牌号应符合设计规定。如设计无规定时,应符合表4-1４的要求，焊条质量应符合以下要求: A、药皮应无裂缝、气孔、凹凸不平等缺陷，并不得有肉眼有看得出的偏心度。 B、焊接过程中，电弧应燃烧稳定，药皮熔化均匀，无成块脱落现象。 C、焊条必须根据焊条说明书的要求烘干后才能使用。 D、焊条必须有出厂合格证。 钢筋电弧焊使用的焊条牌号表4-１4 (3)弧焊机、焊接电缆、电焊钳、面罩、堑子、钢筋丝刷、锉刀、榔头、钢字码等。
2、作业条件： （1）焊工必须持有考试合格证。 (2）帮条尺寸、坡口角度、钢筋端头间隙、接头位置以及钢筋轴线应符合规定。 (3)电源应符合要求。 (4）作业场地要有安全防护设施、防火和必要的通风措施,防止发生烧伤、触电、中毒及火灾等事故。 （5）熟悉图纸，做好技术交流。 四、操作工艺: 1、工艺流程 检查设备——选择焊接参数——试焊作模拟试件——送试——确定焊接参数——施焊——质量检验 2、检查电源、焊机及工具。焊接地线应与钢筋接触良好,防止因起弧而烧伤钢筋。 3、选择焊接参数。根据钢筋级别、直径、接头型式和焊接位置,选择适宜的焊条直径、焊接层数和焊接电流,保证焊缝与钢筋熔合良好。 4、试焊、做模拟试件。在每批主材正式焊接前，应焊接3个模拟试件做拉力试验，经试验合格后，方可按确定的焊接参数成批生产。 ５、施焊操作: (1）引弧:带有垫板或帮条的接头，引弧应在钢板或帮条上进行。无钢筋垫板或无帮条的接头，引弧应在形成焊缝的部位,防止烧伤主筋。 （2）定位：焊接时应先焊定位点再施焊。 （3)运条：运条时的直线前进、横向摆动和磅进焊条三个动作要协调
低碳钢的焊接性与焊接缺陷分析 低碳钢焊接性好，几乎可以选择所有的焊接方法，并能保证焊接接头的良好质量，但也存在一些缺陷。本文分析了低碳钢的焊接性和常见焊接缺陷，并针对各种焊接缺陷提出了预防措施。 标签：低碳钢;焊接性;焊接缺陷 引言：低碳钢的碳含量较低，合金元素锰和硅的含量亦不高。总的来说，其焊接性良好，不会因焊接热周期的快速冷却，引起淬硬而使组织脆化。因此，在焊接板厚小于70mm的焊件时，焊前不需预热，不必严格保持层间温度。除了锅炉、压力容器等重要的焊接结构外，焊后不必作消除应力处理，整个焊接过程不必采取特殊的工艺措施，焊接性能优良。当采用高热输入焊接法焊接低碳钢时，也会出现各种问题。 一、关于低碳钢的焊接性 一是焊接方法多样。低碳钢焊接性好，几乎可以选择所有的焊接方法，并能保证焊接接头的良好质量，例如氧乙炔、焊条电弧焊、埋弧焊、氩弧焊、二氧化碳气体保护焊、电渣焊、等离子弧焊、电阻焊、摩擦焊和钎焊等。近年来新开发的一些高效、高质量的焊接方法和焊接工艺也在低碳钢焊接中得到了广泛应用，例如高效率铁粉焊条和重力焊条电弧焊、氩弧焊封底-快速焊剂埋弧焊、窄间隙埋弧焊、药芯焊丝气体保护焊等。 二是焊接材料选用范围多。低碳钢焊接时选择材料应遵循等强度匹配的原则，也就是根据母材强度等级及工作条件来选择焊接材料。低碳钢结构通常使用抗拉强度平均值为420MPa的钢材，而E43xx系列焊条熔敷金属的抗拉强度不低于420MPa，在力学性能上正好与之相互匹配。这一系列焊条有多种型号，可根据具体情况选用。 二、低碳钢施焊工艺要点 低碳钢焊接时一般不需要特殊的工艺措施，但在工件厚度较大或环境温度较低（T≤0℃）时，会因冷却速度加快而导致接头裂纹倾向增加，例如在焊接直径大于3000mm且壁厚不小于50mm的结构，焊接壁厚不小于90mm的第一道焊道，受壓容器壁厚不小于20mm时的焊缝等均有可能产生裂纹，因此焊接时应采取如下工艺措施： 1）焊前预热，焊接时保持道间温度。预热温度根据实践经验和实验结果来确定，不同产品的预热温度有所不同。 2）采用低氢或超低氢型焊接材料。
【组织教学】 1、点名检查学生出勤情况； 2、强调课堂纪律。 【作业点评】 1、上次作业质量情况； 2、对出现问题较多的进行课堂 纠正。 【复习提问】 1、什么是焊接? 有哪些种类? 2、碳素钢按含碳量分为几种？【相关工艺】 钢的焊接性 1．焊接性概念 金属的焊接性是指金属材料对焊接加工的适应性。主要是指在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。 它包括两方面的内容：
（1）接合性能即在一定的焊接工艺条件下，一定的金属形成焊接缺陷的敏感性。 (2)使用性能即在一定的焊接工艺条件下，一定金属的焊接接头对使用要求的适应性。 2．影响焊接性的因素 金属材料焊接性的好坏主要决定于材料的化学成分，而且与结构的复杂程度、刚性、焊接方法、采用的焊接材料、焊接工艺条件及结构的使用条件也有密切关系。 (1)材料因素材料因素包括焊件本身和使用的焊接材料，如手工电弧焊时的焊条，埋弧焊时的焊丝和焊剂，气体保护焊时的焊丝和保护气体等。它们在焊接时都参与熔池或半熔化区内的冶金过程，直接影响焊接质量。母材或焊接材料选用不当时，会使焊缝金属化学成分不合格，力学性能和其他使用性能降
低，还会出现气孔、裂纹等缺陷。由此可见，根据焊件正确选用焊接材料是保证焊接性良好的重要环节，必须十分重视。 (2)工艺因素对于同一焊件，当采用不同的焊接工艺方法和工艺措施时，所表现的焊接性也不同。例如，钛合金对氧、氮、氢极为敏感，用气焊和手工电弧焊不可能焊好，而用氩弧焊或真空电子束焊，由于能防止氧、氮、氢等侵入焊接区，比较容易焊接。 焊接方法对焊接性的影响，首先表现在焊接热源能量密度大小、温度高低及热输入量的多少。如对于有过热敏感的高强钢，从防止过热出发，适宜选用窄间隙焊接、等离子弧焊接、电子束焊接等方法，以改善焊接性。相反，对于焊接时容易产生白口组织的灰铸铁，从防止白口出发，应选用气焊、电渣焊等方法。
钢材中各元素对性能性的影响 1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和 冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此 用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高 还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀； 此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。 2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢 含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就 算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度， 故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入 1.0－1.2%的硅， 强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀 性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具 有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低 钢的焊接性能。 3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢 中含锰0.30-0.50%,在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度， 提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点 高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性 能。 4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，
使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求 钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。 5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降 低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性 能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改 善切削加工性，通常称易切削钢。 6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐 磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐 腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。 7、镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍 对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但 由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬 钢。 8、钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高 温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发 生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。还可以 抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。9、钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化 晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬18 镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。 10、钒(V)：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶
高锰钢焊接工艺性公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]
高锰钢焊接工艺性解析 一、问题的提出 在金属材料中，由于高猛钢具有高抗冲击性和高硬度高耐磨性，在各矿山设备中得到了广泛的应用，如电铲设备中的斗前臂、斗齿、履带板及破碎机设备中的衬板等均采用高锰钢这种金属材料。 实践表明虽然高锰钢具有上述特点，但在使用中存在着如下几种情况：一是在铸造过程中很容易产生裂纹；二是在组对焊接中容易产生焊接裂纹这两种缺陷，针对这一现象，需要在控制铸造缺陷的基础上，更要制定一套完整的高锰钢焊接工艺，来指导现场实际中的高锰钢焊接。 二、高锰钢焊接中产生裂纹的原因分析 高锰钢是指含碳量C=%~%，含锰量Mn=%~%的铸钢，标准牌号为ZGMn13。此材料在1000~1100℃之间为单一奥氏体组织，为保持此组织，需高温淬火，即在1050~1100℃之间，立即水淬至常温（最好控制30秒之内，不应超过1分钟）俗称水韧处理。通过水韧处理的工艺可以看出，其中对淬火温度和淬火时间的要求是非常严格的，实践也表明，在实际操作中，如果偏离了温度和时间的结点，都将会对铸造的高锰钢质量产生很大的影响。 高锰钢的铸造工艺如此，高锰钢的焊接也同样是这个道理。在一般的情况下，由于焊接人员对高锰钢的热处理原理不了解，只是按常规的焊接工艺去焊接高锰钢，这样就会导致如下情况的发生： 1.热影响区的碳化物的析出
高锰钢经1050℃水韧处理后，碳全部固溶于奥氏体中，室温下呈单相奥氏体组织，具有良好的韧性，但是经热处理的高锰钢，当进行焊接时，相当于重新加热250℃以上，就会沿晶界析出碳化物，而且在热影响区的一个区域内都会有不同程度地析出碳化物，不仅失去韧性变脆，而且还会降低耐磨性和冲击韧性。 2.热裂纹倾向严重 ZGMn13高锰钢的线膨胀系数是低碳钢的倍，但是导热率仅是低碳钢的1/6，所以焊接时会产生很大的内应力，在S、P有害杂质的作用下，产生焊接热裂纹和热影响区的液化裂痕。 三、高锰钢焊接工艺 从以上的原因分析可知，高锰钢的焊接性能较差，稍有不慎就会导致母材变脆，内含内应力，导致焊缝与母材开裂等不良情况的发生，对焊接强度构成很大的影响。必须引起人们的高度重视，应根据此材料的特殊性质，采取特殊的焊接工艺，以保证焊接强度，防止不良因素对焊接强度的影响。特制定如下高锰钢焊接工艺： 1.焊接所用设备与方法 焊补或焊接ZGMn13奥氏体高锰钢时，应该采用热源集中，线能量小的焊接方法，如手弧焊、熔化极气体保护焊等，不推荐使用气焊和钨极氩弧焊。 2.焊补和焊接工艺：
各种钢材焊接知识要点(二) 发布日期：2010-5-1 [ 收藏评论没有找到想要的知识] 三、低碳调质钢的焊接工艺 低碳调质钢的组织为低碳马氏体+下贝氏体，强度和韧性都较高。这在一般电弧焊条件下就可获得与母材相近的热影响区。但是，为了保证焊接接头的性能制定低碳调质钢焊接工艺的主要依据一是要求在马氏体转变时冷速不能太快，以免产生冷裂；二是要求在800℃～500℃之间的冷却速度大于产生脆性混合组织的临界温度。至于热影响区的软化问题在采用小线能量的焊接后就可基本解决。 （一）焊接工艺方法和焊接材料的选择 1.焊接工艺方法 调质钢只要加热温度超过其回火温度，它的性能(综合机械性能)就会降低，问题随调质钢强度级别的提高而变得更加显著。通常解决办法是焊后重新调质处理，尽量限制焊接过程中的热量输入。 焊接σS＞980MPa的调质钢(如HP- 9-4-20 ，10Ni-Cr-Mo-Co等调质钢)时．必须采用钨极氩弧焊或电子束焊之类的焊接方法。 对于σS＜980MPa的凋质钢，手工电弧焊、埋弧自动焊、熔化极气体保护焊和钨极氩弧焊都可以采用(但对σS＞686MPa的调质钢，熔化极气体保护焊是最适宜的自动焊法)。对于输入热量多、冷却速度慢的多丝埋弧焊或电渣焊，如果必须采用就要进行焊后调质处理。2.焊接材料 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。几种调质钢的焊接材料见表 （二）焊接工艺参数的选择 主要考虑冷裂纹和脆化两方面。防止冷裂纹要求冷却速度慢些，脆化则要求冷却速度要快些为好（M+B下）见图P41 HT-80钢冷速上限不产生冷裂纹，下限保证HAZ不产生脆化的混合组织，见阴影部分，E应该保证过热区的冷却速度刚好在该区内。但对于大厚板，即使采用大线能量，冷速也很大，要预热来解决。 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。几种钢材的最大线能量见表 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。预热主要是为了防止冷裂，但从800℃～500℃区间的冷却速度来看，由于预热减缓了该区域内的冷却速度，获得上贝氏体的可能性增加，热影响区的塑性和韧性会受到不利的影响，预热温度一般低于200℃。几种低碳调质钢的最低预热温度和层间温度见表 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。 第五节专用钢焊接的特殊要求 一、珠光体耐热钢焊接的特殊要求
碳的质量分数不超过％，加入适量的合金元素Si、Mn、Cr、Ni、Mo、Cu ,经过奥氏体化—淬火—回火热处理的钢称为低碳调质钢，常用牌号有WCF60、62、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、及耐腐蚀性。 低碳调质钢由于含碳量不高，虽含有一定量的合金元素，但焊接性较好，主要特点是：在焊接热影响区、特别是焊接热影响区的粗晶区有一定的冷裂倾向并有韧性下降的现象；在焊接热影响区受热时未完全奥氏体化的区域，以及受热时其最高温度低于Ac1、高于钢调质处理的回火温度的那个区域有软化或脆化的倾向。 常用的各种熔焊方法,都可以适用焊接低碳调质钢。 (1)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。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。 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 50-100 100-150 16-19 100-150 150-200 19-22 100-150 150-200 22-25 150-200 200-250 25-35 150-200 200-250 允许的最高预热温度与表中最低值相比,不得大于65C。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。 (2)焊接材料—为防止产生冷裂纹,因此必须严格控制焊接材料的含氢量,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 钢号手弧焊焊条(熔化极气体保护焊)焊丝保护气体％ HQ70A CO2 HQ70B 或 E7015 H08Mn2NiMo Ar+CO220 15MnMoVN 或 15MnMoVNRE Ar+O21-2 15MnMoVNRE(QJ-70) E7515/E8515 H08Mn2NiMo Ar+CO220 14MnMoNbB E7515/E8515 H08Mn2NiMo Ar+O21-2 (3)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。 (4)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。