材料焊接性总结.doc
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4、: (一)从金属特性分析金属焊接性1、利用金属本身的化学成分分析(1)碳当量法:指将各种元素按相当于若干含碳量折合并叠加起来求得所谓碳当量,用其来估计冷裂倾向的大小。CE=C+Mn/6+Ni+Cu/15+Cr+Mo+V/ (2)焊接冷裂纹敏感指数Pc=C+Si/30+Mn/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B+/600+H/60(%). 2、利用金属本身的物理性能分析: 3、利用金属本身的化学性能分析 4、利用合金相图分析(二)从焊接工艺条件分析焊接性: 1、热源特点2、保护方法3、热循环控制4、其他工艺因素3.焊接性试验的内容:(一)焊缝金属抗热裂的能力(二)焊缝及热影响
5、区金属抗冷裂纹的能力(三)焊接接头抗脆性转变的能力(四)焊接接头的使用性能4. 常用焊接性试验方法:(一) 斜Y坡口焊接裂纹试验法: 此法主要用于评定碳钢和低合金高强钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性。(二) 插销试验: 此法是测定钢材焊接热影响区冷裂纹敏感性的一种定量试验方法。测定加载1624 h而不断裂的最大应力cr(三)压板对接焊接裂纹试验法(四)可调拘束裂纹试验第三章:热轧及正火钢 1、热轧钢 供货状态:热轧态 性能特点:强度最低 s294392MPa,具有满意的综合力学性能和加工工艺性能,价格便宜 成分特点:热轧钢属于C- Mn 或 Mn-Si系的钢种,有时用一些V、Nb等代替部分Mn。
6、 基本成分:C0.2%,Si0.55,Mn1.5% 强化机制:主要以固溶强化为主典型钢种:Q345(16Mn)、14MnNb、Q294(09MnV) 2、正火钢(1 )正火态供货的钢性能特点:最低强度s343450MPa,具有比热轧钢更高的强度和塑韧性成分特点:0.150.2%C,在C-Mn、Mn-Si系的基础上加入一些碳化物和氮化物生成元素V、N b、Ti等强化机制:在固溶强化的基础上,通过沉淀强化和细化晶粒来进一步提高强度和保证韧性 典型钢种:Q390(15MnTi、15MnVN)等。 (2 )正火回火态供货的钢 性能特点:最低强度s490MPa。具有比正火态钢更好的强度和中温性能成分特点
7、:Mn-Mo系列低碳低合金钢,0.150.2%C,在C-Mn、Mn-Si系的基础上加入Mo、Nb等 强化机制:在固溶强化的基础上,通过沉淀强化和细化晶粒来进一步提高强度和保证韧性,同时还需通过回火改善韧性 典型钢种:Q490(18MnMoNb)、14MnMoV、(3)微合金控轧钢 性能特点:在控轧状态可以达到正火状态的质量,具有高强、高韧和良好的焊接性能成分特点:在C-Mn基础加入微量Nb、V、Ti等,同时降C、降S. 强化机制:多元微合金化控轧在固溶强化的基础上,通过细化晶粒+沉淀强化以及控扎改善夹杂物形态、分布,减少夹杂物数量(提高纯净度)典型钢种:X60、X65、X70、X80等热轧、正
8、火钢的焊接性分析这类钢焊接性问题表现为焊接引起的各种缺陷,主要是各类裂纹;焊接时材料性能的变化,主要是脆化。(一)热裂纹倾向 (二)冷裂纹 冷裂是这类钢焊接时的主要问题 淬硬组织是引起冷裂纹的决定因素,因此评价这类钢的冷裂敏感性可以通过分析淬硬倾向来进行。1.通过SHCCT图来评价2.通过碳当量分析3.通过HAZ最高硬度来评价。热轧钢的含碳量虽然不高,但含有少量的合金元素,因此这类钢的淬硬性比低碳钢大一些。正火钢的强度级别较高,合金元素的含量较多,与低碳钢相比,焊接性差别较大。18MnMoNb与15MnVN相比,前者的淬硬性高于后者,故冷裂敏感性也比较大。影响因素:淬硬组织,扩散氢含量,拘束度
9、。(三)再热裂纹(四)层状撕裂(五)热影响区的性能变化 在这类钢中热影响区的性能变化与所焊的钢材的类型和合金系统有很大关系热影响区主要性能变化是过热区的脆化问题,合金元素含量较低的钢中有时还会出现热应变脆化 热轧、正火钢的焊接工艺特点:(一)焊接材料的选择需考虑两方面的问题:焊缝没有缺陷;满足使用性能要求。 1选择相应强度级别的焊接材料(等强原则) 2.必须考虑熔合比和冷却速度的影响 3.同时考虑对焊缝金属的使用性能提出的特殊要求(二)焊接工艺参数的确定 1. 焊接方法无特殊要求 2. 焊接线能量的选择 主要取决于过热区的脆化和冷裂两个因素 1).焊接含碳量较低的热轧钢及正火钢时,因淬硬倾向较
10、小,从过热区的塑性和韧性出发,线能量偏小些更有利(可避免粗晶脆化及碳化物过热溶解)2)焊接含碳量较高的热轧钢时,因淬硬倾向增加及冷裂倾向增加,故宁可选线能量大些. 3)对于含碳量和合金元素较高的正火钢,因淬硬倾向大,线能小易引起冷裂,线能大则易引起脆化,故一般采用小线能量+预热更合理.3. 预热 作用: 防冷裂,改善韧性。预热温度的选择与材料的淬硬倾向、焊接时的冷却速度、拘束度、含氢量、焊后是否进行热处理有关4. 焊后热处理 一般情况下,热轧和正火钢焊后不需要热处理要求抗应力腐蚀的焊接结构、低温下使用的焊接结构及厚壁高压容器,焊后需要进行消除应力的高温回火。低碳调质钢 一、低碳调质钢典型钢种成
11、分及性能 强化机制: 热处理组织强化,固溶强化,位错强 性能:s一般为441980MPa;良好的综合性能和焊接性。成分: C0.22%,添加Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Ti、Zr、Cu等合金元素保证足够的淬透性和抗回火性。典型钢种:HY80、HY130、A517J、T-1、14MnMoNbB、CF钢。二、低碳调质钢的焊接性分析(一)焊缝中的热裂纹(二)热影响区液化裂纹(三)冷裂纹 低碳调质钢的焊缝组织为强度高韧性好的低碳马氏体和部分下贝氏体的混合组织,虽具有较大的淬硬倾向,但在马氏体转变的过程中有自回火,故冷裂倾向并不一定很大(关键是马氏体转变时的冷却速度)。如果速度很快,冷裂倾向较大。(
12、四)再热裂纹 (五)层状撕裂 (六)1、过热区的脆化2、焊接热影响区的软化 三、低碳调质钢的焊接工艺特点 这类钢焊接时还是应注意防裂 和防脆 两个基本问题,另外还应注意热影响区软化问题:防裂: 要求在马氏体转变时的冷却速度不能太大,使马氏体有一自回火的作用,以免冷裂纹的产生;防脆: 要求在800500之间的冷却速度大于产生脆性混合组织的临界速度。防软化:采用小线能量(一)焊接方法和焊接材料的选择1、焊接方法的选择2、焊接材料的选择 (二)焊接工艺参数的选择 冷却速度的范围选择:最大冷速(上限)取决于不产生冷裂纹 最小冷速(下限)取决于热影响区不出现脆化的混合组织。正确选择线能量和预热是保证不出
13、现裂纹和脆化的关键。1、焊接线能量的确定 从保证不出现裂纹的角度出发,在满足热影响区的韧性的条件下,线能量应尽可能选择大一些。但从考虑脆化和软化角度,线能量又要求尽量低一些。故实际选择时,一般先通过实践从考虑脆化和软化角度,来确定一种钢最大允许的线能量,然后依据该线能量下钢的冷裂倾向决定是否预热及预热温度。2、预热温度的确定(1)如果采用最小冷速还是不能避免冷裂,则必须采用预热。(2)预热的目的是为了防止冷裂纹,焊接低碳调质钢时采用较低的预热温度(200)。预热主要希望能降低马氏体转变时的冷却速度,通过马氏体的自回火作用来提高抗裂性。3、焊后热处理的确定 这类钢的低碳马氏体和下贝氏体组织能保证
14、焊接热影响区在快冷条件下具有高的强度和韧性,焊后热处理并不能提高这类钢的强韧性,一般情况下不采取消除应力的焊后热处理。中碳调质钢一、中碳调质钢成分及性能及典型钢种 性能特点: 这类钢的s高达8801176MPa,其特点是高的比强和高硬度,这类钢的淬透大因此焊接性差,要求焊接工艺非常复杂,焊后必须通过调质处理保证接头性能成分特点:含碳量通常为0.25%0.45%,S,P控制更为严格强化机制: 合金元素的作用: 淬透性和抗回火作用 马氏体的强度和硬度主要还是取决于含碳量 典型钢种:(1)40Cr (2)35CrMo A和35CrMoVA (3)30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A、40Cr
15、MnSiMoVA 二、中碳调质钢的焊接性分析(一)焊缝中的热裂纹 中碳调质钢含碳量及合金元素含量都较高,因此液-固相区间大,偏析也更严重,具有较大的热裂纹倾向。(二)冷裂纹 中碳调质钢由于含碳量高,加入的合金元素多,淬硬倾向明显;由于M s点低,在低温下形成的马氏体一般难以产生自回火效应,冷裂倾向严重。(三)再热裂纹 (四)热影响区的性能变化1、过热区的脆化(1)中碳调质钢由于含碳量高,加入的合金元素多,有相当大的淬硬性,因而在焊接过热区内容易产生硬脆的高碳马氏体,冷却速度越大,生成的高碳马氏体越多,脆化倾向越严重。(2)即使大线能量也难以避免高碳M出现,反而会使M更粗大,更脆。(3)一般采用
16、小线能量,同时预热、缓冷和后热措施改善过热区性能。2、热影响区软化 焊后不能进行调质处理时,需要考虑热影响区软化问题。调质钢的强度级别越高,软化问题越严重。软化程度和软化区的宽度与焊接线能量、焊接方法有很大关系。热源越集中的焊接方法,对减小软化越有利。三、中碳调质钢的焊接工艺特点 (1)中碳调质钢一般在退火状态下焊接,焊后通过整体调质处理才能获得性能满足要求的均匀焊接接头。(2) 时必须在调质后进行焊接时,热影响区性能恶化往往难以解决。(3) 焊前所处的状态决定了焊接时出现问题的性质和采取的工艺措施。(一)退火状态下焊接时的工艺特点在退火状态下焊接,焊后再进行整体调质,这是一种比较合理的工艺方
17、案。所要解决的问题主要是焊接过程的裂纹问题。 1. 焊接方法没有限制,常用的焊接方法都可以采用。2. 选择焊接材料时,除了要求不产生冷、热裂纹外,还要求焊缝金属的调质处理规范应与母材的一致(等成分原则)。因此焊缝金属的主要合金组成应尽量与母材相似,对能引起焊缝热裂倾向和促使金属脆化的元素(C、Si、S、P等)加以严格控制。3. 工艺参数的确定主要保证在调质处理前不出现裂纹,接头性能由焊后热处理来保证。因此可以采用高的预热温度(200350)和层间温度。焊后来不及立即调质处理时,必须进行一次中间热处理,即焊后在等于或高于预热温度下保持一段时间。(二)调质状态下焊接时的工艺特点必须在调质处理状态下
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