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YCF
（中职）熔焊基础与金属材料焊接第六章电子教案
第6章低合金高强钢焊接
6. 1热轧及正火钢的焊接
6. 2低碳调质钢的焊接
6. 3中碳调质钢的焊接
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第6章低合金高强钢焊接
低合金高强钢是低合金高强度结构钢的简称(GB/T1591-1994)，是在碳素结构钢的基础上加入一种或几种合金元素冶炼而成的。焊接结构生产中，低合金结构钢主要用于制造船舶、容器、桥梁及大型金属构架。
习惯上，把屈服强度在300Mpa以上，抗拉强度在450Mpa以上的钢，称为高强度钢。按强度等级与热处理状态，高强度钢一般可分为以下3类:
(1)热轧、正火钢。这类钢的屈服强度在300~500Mpa之间，低合金结构钢属此类钢，是非热处理强化钢，根据其使用状态的不同，分别为热轧钢和正火钢。
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第6章低合金高强钢焊接
(2)低碳低合金调质钢。这类钢的屈服强度在500~1000MPa之间，碳含量小于0. 25%，一般在调质状态下供货，属于热处理强化钢。低碳低合金调质钢具有良好的焊接性，调质后既有较高的强度，又有良好的塑性和韧性，且具有较好的焊接性。
(3)中碳调质钢。这类钢的屈服强度一般在900~1200 Mpa以上，碳含量在0. 25 %~0. 45%之间，一般用于要求高强度但对塑性要求不高的场合。其焊接性较差。
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6. 1热轧及正火钢的焊接
热轧及正火钢包括热轧钢和正火钢。正火钢中的含钥钢需在“正火+回火”条件下才能保证良好的塑性和韧性。因此，正火钢又可分为在正火状态下使用和“正火+回火”状态下使用的两类。
6.1.1概述
1.热轧钢
屈服强度介于295~390 MPa的钢，大都属于热轧钢。热轧钢主要靠Mn、 Si的固溶强化作用提高强度。在低碳条件下，锰含量不大于1. 6%，硅含量不大于0. 6%时，可以保持较高的塑性和韧性。热轧钢的综合力学性能和加工工艺性能都较好，而且原材料资源丰富，冶炼工艺简单，因而在国内外得到普遍应用。
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6. 1热轧及正火钢的焊接
Q345是国内应用最广泛的高强度钢。与Q235相比，锰含量由0.65%提高到1%~1. 6%，并加入微量V、Nb、Ti等元素，强度提高近50%。按照钢中锰、硅含量的不同，Q345又分为A~E 5个质量等级。其中Q345 A相当于旧牌号的16 Mn , Q345 C相当于锅炉压力容器用钢中的16Mng和16MnR。
Q390钢是在Q345的基础上提高了钒的含量，并加入一定量的铬(含量≤0. 30 %)和镍(含量≤ 0. 70%)而成。钒的增加进一步保证了沉淀强化作用和细化晶粒的作用。铬是固溶强化元素，并能增加钢中珠光体的相对含量，少量的Cr对钢的塑性无明显的影响。镍也是固溶强化元素，对一般非热处理强化钢，加入镍可提高强度而基本不降低塑性和韧性。
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6. 1热轧及正火钢的焊接
热轧钢的组织为“铁素体+珠光体”，当板厚较大时，可以要求在正火条件下供货，经正火处理可使钢的化学成分均匀化，塑性、韧性提高，但强度略有下降。
2.正火状态下使用的钢
这类钢中除了15 MnTi外，主要是含V、Nb钢。这种钢利用Nb和V的碳、氮化物弥散质点所起的沉淀强化和细化晶粒的作用来达到良好的综合性能。另外，由于Nb和V的强化作用，可以适当降低钢中的含碳量，这对改善材料的焊接性和韧性都是有利的。这类钢的特点是屈强比高。因此，从提高抗拉强度和降低屈强比出发，一般将V 、Nb正火
钢中的碳含量控制在0. 15%~0. 2%范围内。
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6. 1热轧及正火钢的焊接
属于这种类型的钢Q420 , WH530和WH590等。
Q420的化学成分与Q390相比，锰含量和铬含量的上限值略有提高。为了保证碳化物充分析出，需要进行正火处理。由于碳化物质点的沉淀强化与细化晶粒作用，在提高强度的同时还能改善韧性。此外，碳化物的析出降低了固溶在基体中的碳，使淬透性下降，焊接性亦有所改善。
WH530是武汉钢铁公司为了适应市场需要研制的新钢种，其强度、韧性优于目前应用较广泛的16 MnR，焊接性良好。该钢的供货牌号为15 MnNbR ( WH530 ) 。 WH530钢板的成功研制与生产，为水电站压力钢管、压力容器(特别是球形储罐)用钢提供了新的品种。
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6. 1热轧及正火钢的焊接
WH590的供货牌号为17MnNiVNbR ( WH590)，它具有高韧性和优良焊接性。WH590在液化气体槽车上的成功应用，有效解决了槽车壁厚大、自重系数高、容量比小缺点，为我国国产槽车的大型化起到了积极作用。
3.正火+回火状态使用的钢
这类钢中一般加入0. 5%的钼以提高强度、细化组织，并提高钢的中温耐热性能。但含Mo钢在正火后往往得到上贝氏体+少量铁素体，韧性和塑性指标不高，必须在正火后进行回火才能获得良好的塑性和韧性。大多数含Mo的低合金钢在Mn-Mo系的基础上填加Ni或Nb , Ni可提高厚板的低温韧性，如13MnNiMoNb钢。
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6. 1热轧及正火钢的焊接
13MnNiMoNb钢是我国在20世纪80年代末引进国外配方研制而成并在制造高压锅炉锅筒及其他高压容器中得到广泛应用的。由于含碳量低(≤0.16% )，合金化配方合理，使这种钢具有较高的强度和韧性，并有良好的焊接性，特别是对再热裂纹的敏感性很低。
Mn-Mo系中加入少量的Nb，可以进一步提高钢的强度，如18MnMoNb钢的σs可达490 MPa。这种钢主要用于制造高压锅炉锅筒。但由于含碳量较高(0. 17%~ 0.23%，焊接性不如13MnNiMoNb，而且在正火+回火状态的力学性能不够稳定，目前部分已被13MnNiMoNb取代。
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6. 1热轧及正火钢的焊接
微合金化控轧钢是热轧及正火钢中的一个重要的新分支，是20世纪70年代发展起来的一类新钢种。它采用了微合金化(加入微量Nb 、 V 、Ti)和控制轧制等新技术，来达到细化晶粒和沉淀强化相结合的效果，同时从冶炼工艺上采取了降C、降S，改变夹杂物形态，提高钢的纯净度等措施，使钢材具有均匀的细晶粒等轴铁素体基体。这种钢在轧制状态下就具有相当于或优于正火钢的质量，具有高强度、高韧性和良好的焊接性等优点。这类钢主要用于制造石油、天然气的输送管线，如X60、X65和X70等管线钢。
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6. 1热轧及正火钢的焊接
6.1.2热轧及正火钢的焊接性
热轧及正火钢属于非热处理强化钢，碳及合金元素的含量都比较低，总体来看焊接性较好。但随着合金元素的增加和强度的提高，焊接性也变差，使热影响区母材性能下降，产生焊接裂纹。热轧及正火钢焊接缺陷及防止措施见表6-1。
6.1.3热轧及正火钢的焊接工艺
热轧及正火钢的焊接性较好，表现在对焊接方法的适应性强，工艺措施简单，焊接缺陷敏感性低且较易防止，产品质量稳定。热轧及正火钢焊接时，对焊接质量影响最大的是焊接材料和焊接参数。
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6. 1热轧及正火钢的焊接
1.焊前准备
彻底清除焊接坡口及两侧的水、油、锈及其他污物，焊丝要严格脱脂、除锈，尽量减少氢的来源。
坡口加工时，对于强度级别较高的钢材，火焰切割应注意边缘的软化或硬化。为防止切割裂纹，可采用与焊接预热温度相同的温度预热后进行焰切。
组装时，应尽量减小应力。定位焊时，强度级别高的钢材易产生冷裂纹，应采用与焊接预热温度相同的温度预热后进行定位焊，并保证定位焊焊缝具有足够的长度和焊缝厚度。
对低碳调质钢，严禁在非焊接部位随意引弧。
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6. 1热轧及正火钢的焊接
焊接用CO2保护气体的纯度(体积分数)应不低于99. 5%，气体流量计选用有加热功能的流量计。
2.焊接方法的选择
热轧及正火钢焊接时，焊接方法的选择并不是一个关键问题，它对焊接方法无特殊要求，热轧及正火钢可以用各种焊接方法焊接，不同的焊接方法对产品质量无显著影响。通常是根据产品的结构特点、批量、生产条件及经济效益等综合效果选择焊接方法。生产中常用的焊接方法有焊条电弧焊、埋弧焊、 CO2气体保护焊、电渣焊、窄间隙焊等。
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6. 1热轧及正火钢的焊接
热轧及正火钢可以用各种切割方法下料，如气割、电弧气刨、等离子弧切割等。强度级别较高的钢，虽然在热切割边缘会形成淬硬层，但在后续的焊接时可熔入焊缝而不会影响焊接质量。因此，切割前一般不需预热，割后可直接焊接而不必加工。
3.焊接材料的选择
热轧及正火钢主要用于制造受力构件，要求焊接接头具有足够的强度，适当的屈强比、足够的韧性和低的时效敏感性，即具有与产品技术条件相适应的力学性能。因此选择焊接材料时必须保证焊缝金属的强度、塑性、韧性等力学性能指标不低于母材，同时还要满足产品的一些特殊要求如中温强度、耐大气腐蚀等，并不要求焊缝金属的合金系统或化学成分与母材相同。
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6. 1热轧及正火钢的焊接
热轧及正火钢常用焊接材料选择示例见表6 -2。
4.焊接参数的选择
(1)焊接热输入
焊接热输入主要取决于过热区的脆化和冷裂两个因素。各类钢的脆化倾向和冷裂倾向是不同的，因此对热输入的要求也不同。焊接含碳量很低的一些热轧钢，如Q295以及含碳偏下限的Q345 (16Mn)时，对热输入基本没有严格的限制。但若要提高过热区的塑性、韧性，热输入偏小一些有利。当焊接含碳量偏高的Q345钢时，由于淬硬倾向加大，马氏体的含碳量也提高，小的热输入时冷裂倾向就会增大，过热区的脆化也变得严重，所以在这种情况下热输入偏大一些比较好。
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6. 1热轧及正火钢的焊接
对于一些含Nb、V 、Ti的正火钢来说，为了避免由于沉淀相的溶入以及晶粒过热所引起的脆化，选择热输入应该偏小一些，如Q420 (15 MnVN。但对淬硬倾向大、含碳量和合金元素量较高的正火钢(如18MnMoNb)来说，随着热输入减小，过热区韧性降低，容易产生延迟裂纹。因而一般焊接这类钢时，热输入偏大一些较好。但在加大热输入、降低冷却速度的同时，会引起过热的加剧(一般来说，加大热输入对冷却速度的降低较有限，但对过热的影响较明显)。因此在这种情况下采用大热输入的效果不如采用小热输入+预热更合理。预热温度控制恰当时，既能确保避免裂纹，又能防止晶粒的过热。
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6. 1热轧及正火钢的焊接
(2)预热温度
焊前预热可以控制焊接冷却速度，减少或避免热影响区淬硬马氏体的产生，降低热影响区硬度，降低焊接应力，并有助于氢从焊接接头中逸出。但预热常常恶化劳动条件，使生产工艺复杂化，尤其是不合理的、过高的预热还会损害焊接接头的性能。预热温度受母材成分、焊件厚度与结构、焊条类型、拘束度以及环境温度等因素的影响。因此，焊前是否需要预热以及合理的预热温度，都需要认真考虑或通过实验确定。
表6 -3为几种常用热轧及正火钢的预热温度。当接头板厚很大或施工温度较低时，应适当提高预热温度;结构比较复杂、接头拘束度较大时，亦应提高预热温度。
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6. 1热轧及正火钢的焊接
而采用大热输入的焊接方法时(如电渣焊)，预热温度应相应降低或不进行预热。
由于影响预热温度的因素很多，因此表6-3中推荐的一些预热温度只能作为参考，工程上应用时还必须结合具体情况经试验后才能确定。此外，在多层焊时应保持层间温度不低于预热温度，但也要避免层间温度过高引起的不利影响，如冲击韧度下降等。
(3)焊后热处理
除电渣焊由于严重过热而需进行正火处理外，在其他焊接条件下，均应根据使用要求来考虑是否需要采取焊后热处理以及热处理工艺。
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6. 1热轧及正火钢的焊接
一般情况下，热轧钢及正火钢焊后是不需要热处理的;但对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等，焊后都需进行消除应力的高温回火。确定回火温度的原则是:
①不要超过母材原来的回火温度，以免影响母材本身的性能。
②对于一些有回火脆性的材料，要避开出现脆性的温度区间。例如，对一些含钒，特别是含(钒+钼)的低合金钢，在回火时要避开600℃左右的温度区间，以免因钒的二次碳化物析出而造成脆化，如Q420 (15 MnVN)的消除应力处理的温度为(550±25) ℃ 。
另外，对于σs>490MP。的高强度钢，由于产生延迟裂纹的倾向较大，为了在消除应力处理的同时起到除氢处理的作用，因此要求焊后能及时进行回火处理。
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6. 2低碳调质钢的焊接
6.2.1概述
为了进一步大幅度地提高钢的强度，仅靠增加合金元素和正火是达不到理想结果的。因为一般来说，合金元素在强化的同时，对钢材塑性和韧性的影响是比较复杂的，固溶强化的同时，往往会引起塑性和韧性的下降，只有少数一些元素(如Mn和Ni等)在一定含量的范围内，能在强化的同时对韧性也有所改善，而沉淀强化往往会伴随着韧性和塑性的较大损失。所以，一般来说，合金元素对塑性和韧性的影响大体上与其强化的作用相反，即强化效果越大，塑性和韧性的降低就越多。当合金元素的含量超出一定范围后，会出现韧性大幅度下降。
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6. 2低碳调质钢的焊接
因此，热轧及正火钢的强度受到限制，必须通过热处理强化才能保证在足够韧性与塑性的前提下进一步提高强度，一般来说,σs≥490MPa的高强度钢都是热处理强化钢。
低碳低合金调质钢的屈服强度一般为440~980MPa，属于热处理强化钢。通过淬火可获得低碳马氏体，再进行高温或低温回火后得到低碳索氏体或回火马氏体。低碳低合金调质钢的含碳量是由强度要求决定的。为了保证良好的综合性能，要求碳含量小于0. 25%，一般不超过0. 22%，加入合金元素主要是为了保证淬透性，提高钢的抗回火性，
还应使马氏体转变温度降低得最少，以减少淬火裂纹和焊接裂纹。低碳低合金调质钢中加入Cr、Ni、Mn、Mo、V、Nb、Ti、B等多种合金元素。
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6. 2低碳调质钢的焊接
6.2.2低碳调质钢的焊接性
低碳调质钢主要用于高强度的焊接结构制造，因此含碳量限制得较低，在合金成分的设计上也都考虑到了焊接性的要求。所以焊接这类钢时的主要问题和工艺要求基本上与正火钢类似。但这类钢属于热处理强化钢，对加热反应灵敏，因此在焊接中需要采取的防止焊接缺陷及热影响区性能变化的措施，都比热轧及正火钢复杂些，具体见表6 -4。
6.2.3低碳调质钢的焊接工艺
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6. 2低碳调质钢的焊接
前面已经讲过，这类钢的特点是含碳量低，因此淬火后的组织是强度和韧性都较高的低碳马氏体+贝氏体，这对焊接是一个非常有利的因素，使有可能在一般电弧焊的条件下，获得性能与母材相近的热影响区。在焊接这类钢时要注意两个基本问题:一是要求在马氏体转变时的冷却速度不能太快，使马氏体有一“自回火”作用，以免冷裂纹的产生;二是要使800~500℃之间的冷却速度大于产生脆性混合组织的临界速度。这两个问题是制定低碳低合金调质钢焊接工艺的主要依据。至于热影响区的软化问题，在采用小热输入焊接后就可基本解决。
1.焊前准备
对于 σs≥ 600 MPa的低碳低合金调质钢，焊缝布置与接头的应力集中程度都对接头质量有明显的影响。
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6. 2低碳调质钢的焊接
合理的接头设计应使应力集中系数尽可能小，且具有好的焊接可达性，并便于焊后检验。为此，应避免将焊缝布置在断面突然变化的部位，并要考虑施焊方便。一般来说，对接焊缝比角焊缝更为合理，因为后者应力集中系数大，并有明显的缺口效应;同时，对接焊缝更便于进行射线或超声波探伤。坡口形式以U形或V形为佳，单边V形或J形坡口也可采用，但必须在工艺规程中注明要求两个坡口面必须完全焊透。为了降低焊接应力，可采用双V形或双U形坡口。强度较高的低碳低合金调质钢在焊缝成形不良时，在焊趾处将产生严重的应力集中。因此，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。
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6. 2低碳调质钢的焊接
低碳调质钢的坡口可以用气割切制，但切割边缘有硬化层，应通过加热或机械加工消除之。板厚<100 mm时，切割前不需预热。板厚≥100 mm时，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。
2.焊接方法的选择
调质状态下的钢材，只要加热温度超过了它的回火温度后，性能就会发生变化。因此，焊接时由于热的作用使热影响区强度和韧性的下降几乎是不可避免的。这个问题随着材料强度级别的提高，显得越来越突出。
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6. 2低碳调质钢的焊接
解决的办法:一是采用焊后重新调质处理;二是焊后不再进行调质处理，而是尽量限制焊接过程中热量对母材的作用。按规定，在焊
接σs≥ 980MPa的调质钢时，必须采用钨极氩弧焊或电子束焊之类的焊接方法。对σs低于980 MPa的低碳低合金调质钢来说，焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护焊和钨极氩弧焊等都能采用。但对σs≥ 686MPa的钢来说，熔化极气体保护焊是最合适的工艺方法。
此外，如果一定要采用多丝埋弧焊和电渣焊等热输入很大、冷却速度很低的焊接方法时，就必须进行焊后的调质处理。
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6. 2低碳调质钢的焊接
3.焊接材料的选择
低碳低合金调质钢焊后一般不再进行热处理，因此在选择焊接材料时，要求所得到的焊缝金属在焊态下应具有接近于母材的力学性能。在特殊情况下，如结构的刚度很大、冷裂纹很难避免时，必须选择比母材强度稍低一些的材料作为填充金属。常见低碳调质钢的焊接材料见表6-5。
焊接低碳调质钢时，氢的危害严重，必须严加控制。随着母材强度的提高，焊条药皮中允许的含水量降低。如焊接σb≥850Mpa的钢所用的焊条，药皮中允许的含水量≤0. 2 %，而焊接σb≥980Mpa的钢，规定含水量不超过0. 1 %。因此，一般低氢型焊条在焊前必须按规定进行烘焙，烘干后放置在保温筒内。
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6. 2低碳调质钢的焊接
4.焊接参数的确定
(1)焊接热输入
从保证不出现裂纹的角度出发，在满足热影响区韧性的条件下，热输入应尽可能选择得大一些。一般先通过实践确定每种钢的热输入最大允许值，然后再根据最大热输入时的冷裂倾向来考虑是否需要预热和预热温度的大小。
(2)预热温度
预热的目的主要是防止冷裂，对改善组织没有明显作用。为了防止高温时冷却速度过低而产生脆性组织，预热温度不宜过高，一般不超过200℃。预热温度过高，将使韧性下降。
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6. 2低碳调质钢的焊接
(3)焊后热处理
实践证明，为了防止焊件脆断而进行的消除应力处理对这类钢来说是没有必要的。而且缺口韧性试验结果表明，在510 ~690℃范围内进行热处理，会损害焊缝和热影响区的韧性。消除应力处理时的冷却速度越低，损害韧性的程度越严重。另外，这类钢材中有的还具有再热裂纹的倾向。因此，一般情况下不采取消除应力处理，只有在要求耐应力腐蚀的焊件中才采用。为了保证材料的强度，消除应力处理的温度应该比钢材原来的回火温度低30℃左右。
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6. 3中碳调质钢的焊接
6.3.1概述
中碳调质钢中，通常碳含量介于0. 25% ~ 0. 50%之间，由于提高了碳的含量，屈服强度有了明显提高。但随着含碳量的增加，韧性和塑性急剧降低。为此，一般将碳的质量分数控制在0. 30%~0. 40%的范围内。中碳调质钢的屈服强度可达900~1200 Mpa，合金元素含量不高，合金系统比某些低碳低合金调质钢还要简单些。
由于中碳调质钢随着含碳量的增加，使其淬硬性和热处理强化效果均高于低碳调质钢，但韧性则比低碳调质钢要差。高的碳当量和淬硬倾向也给焊接造成较大困难，故一般不推荐用于焊接结构，除非是一些高负载、大截面重要机械零件和需要减轻自重的高强度结构，如汽轮机、喷气涡轮机叶轮，主轴、火箭壳体和飞机起落架等的制造。
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6. 3中碳调质钢的焊接
中碳调质钢大致可以归纳为下列几种类型:
(1)Cr钢
40Cr是一种Cr钢，Cr含量<1. 5%时能有效地提高钢的淬透性，继续增加含Cr量无实际意义。Cr含量≈1%时，对钢的塑性、韧性略有提高。Cr含量大于约2%时，对塑性影响不大，但会略使冲击韧度下降。Cr能增加低温或高温的回火稳定性，Cr钢有回火脆性。40Cr是一种广泛应用的Cr调质钢。它具有良好的综合力学性能和较高的淬透性，
具有较高的疲劳强度，常用于制造较重要的、在交变载荷下工作的零件，如焊接中遇到较多的齿轮和轴类。
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6. 3中碳调质钢的焊接
(2)Cr-Mo钢
35CrMoA和35CrMoVA钢都属于Cr-Mo钢系统，它是在Cr钢基础上发展起来的一些中碳调质钢，具有良好的强度与韧性匹配。Cr钢中加入少量Mo ( Mo含量为0.15 %~0.25 %，可以消除铬钢的回火脆性，提高淬透性，并使钢具有较好的强度与韧性匹配，同时Mo还能提高钢的高温强度。V可以细化晶粒，提高强度、塑性和韧性，增加高温回火稳定性。这类钢一般在动力设备中，用于制造一些承受负荷较高、截面较大的重要零部件，如汽轮机叶轮、主轴和发电机转子等。由于这类钢的含碳量较高，淬透性较大，因此焊接性较差，一般要求焊前预热、焊后热处理等。
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6. 3中碳调质钢的焊接
(3)Cr-Mn-Si钢
30CrMnSiA是一种典型的Cr-Mn-Si系统的中碳调质钢，因它不含贵重的Ni，在我国得到了较为广泛的应用。这种钢退火状态下的组织是铁素体和珠光体，调质状态下的组织为回火索氏体(或统称回火马氏体)。 Cr-Mn-Si系钢具有回火脆性的缺点，在300~450℃内出现第一类回火脆性，因此回火时必须避开该温度范围。此外，这类钢还具有
第二类回火脆性，因此高温回火时必须采取快冷的办法，否则冲击韧度会显著降低。这类钢除了在调质状态下应用外，有时在损失一定韧性的情况下，为了提高钢的强度，减轻结构重量，采用200 ~250℃低温回火，以便得到具有很高强度的低温回火马氏体组织(σb为1666~1715 MPa )。
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6. 3中碳调质钢的焊接
当截面尺寸小于25 mm时，可采用等温淬火来处理，使它得到下贝
氏体组织，此时强度与塑性、韧性得到良好的配合。因此，这种钢在飞机制造中用得较为普遍。30CrMnSiNi2A钢是在Cr-Mn-Si系统基础上发展起来的，其特点主要是增加Ni，大大提高了钢的淬透性，因此与30CrMnSiA相比，调质后的强度有较大提高，并保持了良好的韧性。但它的焊接性较差，比30CrMnSiA具有较大的冷裂倾向。40CrMnSiMoVA钢属于一种较新的低Cr无Ni中碳调质高强度钢，其中加入了淬透性强的Mo，与30CrMnSiNi2A相比，因含碳量高且不含Ni，焊接性要差一些，可用来代替30CrMnSiNi2A制造飞机上的一些构件。
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6. 3中碳调质钢的焊接
(4)Cr-Ni-Mo钢
40CrNiMoA ,34 CrNi3 MoA及美国的4340钢都是属于Cr-Ni-Mo系统的调质钢，由于加入了Ni和Mo，显著地提高了淬透性和抗回火软化的能力，对改善钢的韧性也有好处，使钢具有良好的综合性能，如强度高、韧性好、淬透性大等优点。主要用于高负荷、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、喷气式客机的起落架及火箭发动机外壳等。
(5)超高强度钢
H-11是在Cr含量为5%和Mo含量为1.5%的热加工工具钢的基础上发展起来的一种超高强度钢。
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6. 3中碳调质钢的焊接
经500℃以上回火后，由于特殊碳化物的弥散析出，其强度可达1960MPa，并具有较高的耐热性。为了保证钢材的韧性，应采取严格的真空熔炼和严格的热处理制度。该钢可用作超音速喷气机机体材料。
6.3.2中碳调质钢的焊接性
中碳调质钢都是在淬火+回火调质状态下使用。淬火后得到马氏体组织，经过不同温度的回火后，得到回火索氏体或回火马氏体。与低碳低合金调质钢的差别是，由于含碳量提高，马氏体的形态由板条状转变为片状，属于硬脆组织。
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6. 3中碳调质钢的焊接
中碳调质钢的纯度对焊接性的影响特别重要，一般钢中S、P含量不大于0. 04%即可，但在这些钢中S,P甚至降到0. 02%时还会有裂纹产生。S增加热裂敏感性;P降低塑性和韧性，提高冷裂敏感性。当钢材热处理到很高强度水平时(例如作为火箭发动机外壳，强度约1380Mpa)，规定S、P的极限低于0. 015%。为了达到高纯度的要求，基本金属和填充金属均需采用真空熔炼。
该类钢的具体焊接缺陷及防止措施见表6-6。
6.3.3中碳调质钢的焊接工艺
中碳调质钢与低碳低合金调质钢不同，中碳调质钢焊后的淬火组织是硬脆的高碳马氏体，不仅冷裂的敏感性大，而且焊后若不经热处理时，热影响区性能达不到原来基本金属的性能。
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6. 3中碳调质钢的焊接
因此，这类钢一般是在退火状态下进行焊接，焊后通过整体调质处理才能获得性能满足要求的均匀的焊接接头。但有时必须在调质后进行焊接，这时热影响区性能的恶化是很难解决的。对中碳调质钢的焊接来说，焊前所处的状态是非常重要的，它决定了焊接时出现的问题性质和所需采取的工艺措施。
1.退火状态下焊接时的工艺特点
(1)焊接方法的选择
大多数情况下中碳调质钢都是在退火(或正火)状态下进行焊接，焊后再进行整体调质，这是焊接调质钢的一种比较合理的工艺方案。
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6. 3中碳调质钢的焊接
焊接时所要解决的问题主要就是裂纹，热影响区的性能可以通过焊后的调质处理来保证。因此在这种情况下对选择焊接工艺方法几乎没有限制，常用的一些焊接方法都能采用。例如焊接30CrMnSiA时可以采用各种焊接方法，但气焊时容易产生裂纹，所以目前一些薄板焊接已逐步被CO2气体保护焊、钨极氩弧焊和微束等离子弧焊等取代。
(2)焊接材料的选择
在选择焊接材料时，除了要求不产生冷、热裂纹外，还有一些特殊的要求，即焊缝金属的调质处理规范应与母材的一致，以保证调质后的接头性能也与母材相同。
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6. 3中碳调质钢的焊接
因此，焊缝金属的主要合金组成应尽量与母材相似，但对能引起焊缝热裂倾向和促使金属脆化的元素(如C、Si、S、P等)应加以严格控制。几种常用钢种的焊接材料选择示例列于表6-7。
(3)焊接参数的确定
在焊后调质的情况下，确定焊接参数的出发点主要是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(200~350℃)和层间温度。另外，在很多情况下焊后往往来不及立即进行调质处理，所以为了保证冷却到室温后，在调质处理前不致产生延迟裂纹，还必须在焊后及时地进行一次中间热处理。
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6. 3中碳调质钢的焊接
这种热处理一般是焊后在等于或高于预热温度下保持一段时间，其目的是为了从两个方面来防止延迟裂纹的产生:一是起到扩散除氢的作用;二是使组织转变为对冷裂敏感性低的组织。另外，当处理温度高时，还有消除应力的作用。例如在退火状态下焊接厚度大于3mm的30CrMnSiA时，为了防止冷裂纹，应将焊件预热到230 ~250 ℃ ，并在整个焊接过程中保持该温度;如采用局部预热时，预热范围离焊缝两侧应不小于100 mm;焊后若不能及时调质处理，应进行680℃回火处理。假如产品结构复杂和有大量焊缝时，焊完一定数量的焊缝后应及时进行中间回火处理，这样就能避免等到焊完后再进行热处理时先焊的部位已经出现延迟裂纹。
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6. 3中碳调质钢的焊接
中间回火的次数，要根据焊缝的多少和产品结构的复杂程度来决定。对于淬硬倾向更大的30CrMnSiNi2A来说，为了防止冷裂纹的产生，焊后必须立即(焊缝处的金属不能冷到低于250℃)入炉加热到(650 ±10)℃或680℃回火，最后按规定进行调质处理。
2.调质状态下焊接时的工艺特点
当必须在调质状态下进行焊接时，除了裂纹外，热影响区的主要问题是:高碳马氏体引起的硬化和脆化;高温回火区软化引起的强度降低。高碳马氏体引起的硬化和脆化是可以通过焊后的回火处理来解决的。
但对高温回火区软化引起的强度下降，在焊后不能调质处理的情况下是无法挽救的。
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6. 3中碳调质钢的焊接
所以在确定调质状态下的焊接参数时，主要应从防止冷裂纹和避免软化出发。
为了消除过热区的淬硬组织和防止延迟裂纹的产生，必须正确选定预热温度，并应焊后及时进行回火处理。在焊接调质状态的钢材时必须注意预热、层间温度和焊后热处理的温度，一定要控制在比母材淬火后的回火温度低50℃。
为了减少热影响区的软化，从焊接方法考虑应采用热量集中、能量密度大的方法，而且焊接热输入越小越好，这一点与低碳低合金调质钢的焊接是一致的。因此，气焊在这种情况下是最不合适的，气体保护焊比较好，特别是钨极氩弧焊，它的热量比较容易控制，焊接质量容易保证，因此经常用它来焊接一些焊接性很差的高强度钢。
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6. 3中碳调质钢的焊接
另外，脉冲氩弧焊、等离子弧焊和电子束焊等一些新的工艺方法，用于这类钢的焊接是很有前途的。从经济性和方便性考虑，目前在焊接这类钢时，焊条电弧焊还是用得最为普遍。
由于焊后不再进行调质处理，因此选择焊接材料时没有必要考虑成分和热处理规范要与母材相匹配的问题。从防止冷裂纹的要求出发，经常采用纯奥氏体的铬镍钢焊条或镍基焊条。这时在工艺上应注意到异种钢焊接时的一些特点。
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6. 3中碳调质钢的焊接
例如在调质状态下焊接30CrMnSiA和30CrMnSiNi2A时采用镍基焊条HT-4 ( HGH41或HGH30焊芯)，焊后可采用约2500C ,2h或更长时间的低温回火处理。在焊接如30CrMnSiNi2A这种淬硬倾向很大的钢材时，除焊后低温回火外，还要采取一定的预热措施，此时预热温度应低于母材淬火后的回火温度，一般采用的预热和层间温度为240 ~260℃。
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表6-1热轧及正火钢的焊接缺陷及防止措施
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表6-1热轧及正火钢的焊接缺陷及防止措施
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表6-2热轧及正火钢常用焊接材料选择示例
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表6-2热轧及正火钢常用焊接材料选择示例
表6-3几种常用热轧及正火钢的预热温度和焊后热处理参数
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表6-3几种常用热轧及正火钢的预热温度和焊后热处理参数
表6-4低碳调质钢的焊接缺陷及防止措施
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表6-4低碳调质钢的焊接缺陷及防止措施
表6-5低碳低合金调质钢的焊接材料选择示例
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表6-6中碳调质钢的焊接缺陷及防止措施
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表6-6中碳调质钢的焊接缺陷及防止措施
表6-7中碳调质钢焊接材料选择示例
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表6-7中碳调质钢焊接材料选择示例

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