低碳调质钢的焊接工艺
低碳调质钢焊接性能研究(终稿)
摘要本文介绍了金属焊接性以及焊接裂纹的概念，主要介绍冷裂纹的形成与影响因素、金属焊接性的试验研究方法，论述了低碳调质钢的焊接性及焊接工艺特点。
在总结大量资料和焊接实验的基础上，通过低碳调质钢18MnMoNb钢斜Y型焊接裂纹试验，即小铁研试验、18MnMoNb焊接热影响区组织性能试验、18MnMoNb 焊接裂纹断口的扫描电镜分析，分析低碳调质钢的焊接性及产生冷裂纹的原因，并讨论了预热对焊接冷裂纹倾向的减小作用；并对18MnMoNb焊接热影响区组织进行了金相分析和性能研究，最后对18MnMoNb焊接热影响区的显微硬度进行了测试。
完成了低碳调质钢18MnMoNb钢的可焊性研究。
关键词：可焊性；焊接接头；热影响区；焊接裂纹AbstractThis paper introduces the concepts of metal welding and welding cracks，mainly on the formation and cold crack factors，and experimental methods of metal weldable capability，discussed the welding and welding technology features of low-carbon-quality steel．On the base of investigation and weld experiments，through low-carbon-quality steel of 18MnMoNb Y-Silt Type Cracking Test，structure and performance test of 18MnMoNb weld heat affected zone，the scanning electron microscope analysis of 18MnMoNb welding crack fracture，and analysis the welding of low-carbon-quality steel and the reasons of the cold crack and summarize the influence of preheat on cold cracking；and the study completed Metallographic analysis and properties of the metal materials 18MnMoNb weld heat affected zone．Finally，micro-rigidity of 18MnMoNb weld heat affected zone was tested．The metal weldable capability of 18MnMoNb was completed．Key words：weldable；welding joint；HAZ；welding crack目录第1章焊接技术概述 (1)第2章低碳调质钢的焊接基础理论 (3)2.1 焊接冶金过程特点 (3)2.2 焊接接头的组织与性能 (4)2.3 低碳调质钢热影响区的组织分析 (7)2.4 低碳调质钢的焊接性理论分析 (7)2.5 低碳调质钢常用焊接方法 (12)第3章低碳调质钢焊接性能研究试验基础 (14)3.1 低碳调质钢常用焊接工艺 (14)3.2 低碳调质钢的焊接工艺特点研究 (17)3.3 低碳调质钢焊接性试验及分类 (19)3.4 斜Y形坡口焊接裂纹试验法 (20)3.5 渗透探伤法在焊接检测中的应用 (22)3.6 焊接接头金相试样的制备 (23)3.7 焊接裂纹的断裂形式及断口形态 (24)第4章18MnMoNb钢的焊接性试验及分析 (25)4.1 焊接试验准备 (25)4.2 低碳调质钢18MnMoNb斜Y型焊接裂纹试验 (26)4.3 低碳调质钢18MnMoNb焊接裂纹断口扫描电子显微镜分析 (30)4.4 18MnMoNb焊接热影响区组织及性能试验 (31)4.5 18MnMoNb焊接接头的硬度试验 (32)结论 (35)参考文献 (36)致谢 (37)第1章焊接技术概述焊接技术，又称连接工程，是一种重要的材料加工工艺。
20CrNiMnMoV焊接工艺
20CrNiMnMoVTi钢焊接冶金课程设计学院：机械工程学院学生姓名：X X专业班级：材料成型及控制工程指导老师：[摘要]此文主要针对低碳合金钢20CrNiMnMoVTi进行焊接性分析。
[关键词]化学成分、主要合金元素、力学性能、SHCCT图、焊接行性分析、焊接工艺。
20CrNiMnMoVTi是一种低碳调质钢，屈服强度为490~980MPa，在淬火-回火的调质状态下供货使用，属于热处理强化钢。
这类钢的特点是含碳量较低（一般碳的质量分数为0.22%以下），既有高的强度，又兼有良好的塑性和韧性，可直接在调质状态下焊接，焊后不需进行调质处理。
其化学成分比例如下表1所示。
一、材料的成分、力学性能及其SHCCT。
1.1化学成分表1：20CrNiMnMoVTi化学成分组成(%)1.2主要合金元素的作用20CrNiMnMoVTi主要化学元素除了C以外有Cr、Ni、Mn、Mo、Si等和少量的S、P等元素，每种元素在钢中的作用不同，除了S、P元素以外大部分可以提高20CrNiMnMoVTi钢的性能。
C 主要作用是保证钢的硬度、强度与韧性，钢中含碳量增加屈服点和抗拉强度升高，但其塑性和冲击性降低，当含碳量超过0.23%时其焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢含碳量一般不超过0.2%。
Si 在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，当硅溶解于铁素体和奥氏体中提高此钢的硬度和强度起作用仅次于磷，硅还可以提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比以及疲劳强度和疲劳比等，含硅的钢在氧化气氛中加热时，表面会形成一层SiO2薄膜，从而提高钢在高温下的抗氧化性。
但硅会降低钢的焊接性，而且硅与氧的亲和力比硅与铁的强，再焊接时容易生成低熔点的硅酸盐，增加熔渣和融化金属的流动性，引起喷溅，影响焊接质量。
所以硅在此钢中的含量在0.3%左右。
Mn 在炼钢中锰是很好的脱氧剂和脱硫剂，能消除和减弱由于硫引起的热脆性，提高钢的淬性，改善20CrNiMnMoVT钢的热加工性能。
3-1热轧及正火钢焊接性
（3） 冷裂纹 低碳调质钢是通过加入提高 淬透性的合金元素，保证 获得强度高、塑性和韧性好的低碳马氏体和部分下贝氏体。 若马氏体转变时冷却速度较快，得不到“自回火”效果， 冷裂倾向就会增大。
（4） 再热裂纹 加入的合金元素Cr、Mo、V、Ti、Nb、B等，大多数 都能引起再热裂纹．其中V的影响最大，Mo的影响次之。 Cr-Mo-V钢对再热裂纹较敏感；
（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。
（2）焊接材料 低碳调质钢焊后一般不再进行热处理，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。 2、焊接工艺参数的选择 主要考虑冷裂纹和脆化两方面。 （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。 （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。预热温度一般低于200℃ 。
2 焊接性分析 2.1 对热裂纹的敏感性 （1）含碳量都较低而含锰量都较高，具有较好的抗热裂 性能。 （2）但当材料成分不合格，或因严重偏析使局部碳、硫 含量偏高时Mn/S比就可能低于要求而出现热裂纹。 2.2 对冷裂纹的敏感性 热轧钢：一般情况下其裂纹倾向都不大。 正火钢：碳当量不超过0.5％时，淬硬倾向比热轧钢大，但 不算严重，焊接性尚可，但对于厚板往往需要进行预热。
Cr-Mo 钢、Mo-B钢有一定的再热裂纹倾向。
调质钢的焊接性
低碳调质钢的焊接性---资料来源<焊接工艺500问>碳的质量分数不超过％，加入适量的合金元素Si、Mn、Cr、Ni、Mo、Cu ,通过奥氏体化—淬火—回火热处置的钢称为低碳调质钢，经常使用牌号有WCF60、6二、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、及耐侵蚀性。
低碳调质钢由于含碳量不高，虽含有必然量的合金元素，但焊接性较好，要紧特点是：在焊接热阻碍区、专门是焊接热阻碍区的粗晶区有必然的冷裂偏向并有韧性下降的现象；在焊接热阻碍区受热时未完全奥氏体化的区域，和受热时其最高温度低于Ac一、高于钢调质处置的回火温度的那个区域有软化或脆化的偏向。
经常使用的各类熔焊方式,都能够适用焊接低碳调质钢。
(1)焊前预热—当板厚较小或接头拘谨度也较小时,焊前可不进行预热。
15MnMoVN、14MnMoNbB钢。
当板厚小于13mm 时，通常采纳不预热施焊。
随着板厚的增加，为了避免产生冷裂纹，必需进行预热，可是必需严格操纵预热温度，因为太高的预热温度会使热阻碍区的冷却速度过于缓慢,使热阻碍区强度下降，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 50-100 100-15016-19 100-150 150-20019-22 100-150 150-20022-25 150-200 200-25025-35 150-200 200-250许诺的最高预热温度与表中最低值相较,不得大于65C。
假设有可能，可采纳低温预热加后热或不预热，只采纳后热的方式来避免低碳调质钢产生冷裂纹，能够减轻或排除太高的预热温度对热阻碍区韧性的损害。
(2)焊接材料—为避免产生冷裂纹,因此必需严格操纵焊接材料的含氢量,要求所利用的焊条必需是低氢型或超低氢型的,焊前应严格按规定进行烘干、贮存。
焊接技术作业及部分答案
第二章1、简述焊接电弧的引燃方法。
（一）接触引弧应用场合：焊条电弧焊熔化极气体保护焊（二）非接触引弧应用场合:钨极氩弧焊和等离子弧焊。
2、说明焊接电弧的结构，说明焊接电弧的静特性及影响电弧静特性的因素并举例说明焊接电弧静特性的应用。
结构:三个区域：阳极区阴极区弧柱区焊接电弧静特性: 在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定燃烧时，焊接电流和电弧电压变化的关系，又称伏安特性。
影响电弧静特性的因素：主要有：电弧长度、周围气体种类焊接电弧静特性的应用对于不同的焊接方法，应用的电弧静特性曲线段、有所不同。
静特性下降段电弧燃烧不稳定而很少采用。
焊条电弧焊、埋弧焊多半工作在静特性水平段。
焊条电弧焊、埋弧焊多半工作在静特性水平段。
熔化极气体保护焊、微束等离子弧焊、等离子弧焊也多半工作在水平段，当焊接电流很大时才工作在上升段。
熔化极气体保护焊和水下焊接基本上工作在上升段。
3、简述交流电弧连续燃烧的条件。
二、交流电弧连续燃烧的条件纯电阻电路电感性电路4、简述影响交流电弧稳定燃烧的因素和提高电弧稳定性的措施。
（一）影响交流电弧稳定燃烧的因素1．空载电压愈高，电弧就愈稳定。
2．引燃电压所需的愈高，电弧愈不稳定，引燃愈困难。
3．电路参数增大电感L或减小电阻R可使电弧趋向稳定地连续燃烧。
4．电弧电流电弧电流愈大，电离程度愈高，电弧的稳定性愈高。
5．电源频率f提高有利于提高电弧的稳定性。
6．电极的热物理性能和尺寸发射电子的能力，尖端形状等；如钨极。
（二）提高交流电弧稳定性的措施1．提高弧焊电源频率2．提高电源的空载电压3．改善电弧电流的波形4．叠加高压电5、简述空载电压的选用原则，常用的弧焊电源空载电压规定。
空载电压含义：当弧焊电源接通电网而焊接回路为开路时，弧焊电源输出端电压选择原则：为保证引弧容易，则需要较高的空载电压。
为保证焊工人身安全，空载电压低些为好。
降低制造成本，空载电压不宜高。
空载电压要适当，一般不大于100V.6、焊接时，对弧焊电源的基本要求是什么？对弧焊电源的具体要求是：①引弧容易。
几种低碳钢的调质工艺
《金属热处理》1998 年第 2 期
43
碳等化学热处理有关 ,但在液压挖掘机和工业推土机中 ,有许
按照 GB 7659 —87 所述 ,ZG2302450 H 是一种焊接结构用
多零件采用了具有良好焊接工艺性能和力学性能的低碳合金 碳素铸钢 ,同相应的一般工程用铸造碳素钢 ZG2302450 相比 ,
～ ～ 710 830
0. 040 0. 040 0. 30
0. 24 0. 40 1. 20
1. 40 0. 30
该零件有效厚度高达 80mm ,硬度要求较高 ,为 (35～42) HRC。按手册推荐 ,20CrMnMo 钢应在 860 ℃淬油 ,因为零件 的硬度要求较高 ,我们采用 900 ℃淬油 ,淬火后硬度只有 (26 ～32) HRC。由于零件已加工完毕 ,形状又比较复杂 ,水淬恐 有开裂的危险 ,最终采用了水淬油冷的双液淬火工艺 :880 ℃ 加热保温 ,水冷 (8～10) s 入油冷至室温 ,经 350 ℃回火后空 冷 ,检测其硬度为 (35～40) HRC。
工艺改进
几种低碳钢的调质工艺
一拖集团公司工程机械公司技术科 (洛阳 471004) 张国梁
Hardening and Tempering Processes f or
Several Lo w Carbon Steels
Zhang Guoliang
在各类热处理手册中 ,低碳钢和低碳合金钢往往被归纳 于渗碳钢或碳氮共渗钢 ,所涉及的热处理工艺参数也多与渗
参考文献 1 肖纪美. 高速钢的金属学问题. 北京 :冶金工业出版社 ,1976 2 宋余九等. 金属材料的强度与研究. 北京 :科学技术文献出版社 ,
1984 3 金属机械性能 修订本. 北京 :机械工业出版社 ,1982 4 李冬贵. 金属热处理 ,1978 (1) :32～36 (收稿日期 :1997 年 8 月 26 日)
低碳低合金焊高强度钢(调制钢)焊接简要工艺方案1
低碳低合金焊高强度钢（调制钢）焊接简要工艺方案1范围本焊接工艺方案规定了XXXXX您司钢制结构件生产现场组装及焊接的基本规则和要求；本焊接工艺方案适用丁XXXXX松司碳素结构钢、普通低合金结构钢、低合金调质钢的焊接；本通用焊接工艺方案适用丁XXXXX松司各产品零部件的焊条电弧焊、气体保护焊、氯弧焊。
2引用标准下歹0方案所包含的条文，通过在本标准中的引用而构成为本标准的条文。
本标准发布时，所示版本均为有效。
所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准的最新版本的可能性。
JB-T 9186 二氧化碳气体保护焊工艺规程GB/T324 焊接符号的表示方法GB/T 324 焊缝符号表示法GB/T 985 气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式和尺寸GB/T 8110 碳钢、低合金钢气体保护焊焊丝GB9448 焊接与切割安全3基本要求3.1对操作者的要求3.1.1焊工必须经过焊接理论学习和实作培训，经考核合格取得相应证书后方可上岗从事相应的焊接工作。
严禁实习生对产品进行焊接操作。
3.1.2操作者应按照工艺文件的要求进行操作，同时操作者应熟知自己所施焊的工件材料、焊接材料及焊接规范。
32对焊接设备及附属装置的要求—3.2.1对焊机及附届设备进行日常检查，应确保电路、水路、气路及机械装置的正常运行。
3.2.2对焊接机要求：1、逆变全数字式焊机2、拥有稳定可靠的焊接性3、焊接条件调节范围宽广、高速焊接性优良、飞溅发生量少4、拥有焊接参数存储功能（推荐OTCCPVM-500/XDS-500 焊机）3.2.3焊接设备仪表装置应准确可靠，应定期进行检修及维护；当设备出现异常时应立即停机，禁止使用，同时通知设备维修人员进行维修。
3.2.4对保温桶的使用要求：烘干后的低氢碱性焊条须放置在保温桶中，随取随用；取出焊条后，应将保温桶盖盖好，并通电保温。
3.3对焊接材料及原材料的要求3.3.1焊接材料包括焊条、焊丝和保护气体。
矿用汽车中低合金调质钢的焊接
64焊工之友焊接技术第42卷第2期2013年2月文章编号：1002—025X(2013)02-0064—02矿用汽车中低合金调质钢的焊接王庆超1，闰素兰1，刘锐锋1，穆天源1，薛广智2(1．内蒙古北方重型汽车股份有限公司，内蒙古包头014030；2．内蒙古霍煤鸿骏铝电有限责任公司，内蒙古霍林郭勒029200)摘要：低合金调质钢凭借自身良好的力学性能在矿用汽车中应用越来越广泛，但作为调质钢对焊接热输入量要求很高。
通过控制预热温度、道间温度和焊接参数的大小，避免了其焊接热影响区的脆化或软化，使其焊缝能够达到设计要求。
关键词：海底管道i干式高压焊接；超深水；完全遥控中图分类号：T G457．1文献标志码：BO前言考虑到矿山工况条件的恶劣以及客户利益最大化，非公路矿用汽车行业的发展趋于大型化、轻量化、高参数化。
因此，越来越多的低合金调质钢应用到非公路矿用汽车的焊接结构上．该类钢不但具有较高强度，同时还具有良好的塑性、韧性和耐磨性。
但是，这类材料是通过调质热处理获得强化的，因此．在焊接结构上应用会给产品焊接质量的控制带来一些新问题．主要是焊接热影响区的脆化或软化问题。
本公司某车型的车架纵梁腹板材料为武钢集团生产的12m m厚的H G70E钢．该钢为低合金调质钢应用在矿用车型的关键件车架上．必须解决热影响区的脆化和软化的问题，否则，这个区域就成为了焊接接头最薄弱的环节，在矿用车承载着几百吨的矿石运行时，这个区域就会出现问题。
以下即为笔者对该问题的详细解决方案。
1焊接工艺编制的总体思路由于H G70E属于低碳低合金调质钢，焊接性和抗裂性良好，因此，焊接工艺的编制主要考虑如何防止H G70E钢在焊接过程中出现的脆化或软化这2个问题即可。
收穑日期：2012—05—281．1脆化或软化产生原因分析(1)脆化问题原因：热输入过大时，焊缝冷却速度过慢，导致热影响区出现上贝氏体、M—A组元等组织而脆化。
(2)软化问题原因：作为调质钢，焊接过程的温度过高必然会使热影响区被加热到超过调质处理回火温度的区域，从而导致此区域软化。
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低碳调质钢的焊接工艺。
常用的各种熔焊方法，都可以适用于焊接低碳调质钢。
其焊接工艺如下：
⑴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，如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。
几种低碳调质钢的最低预热温度，见表14。
允许的最高
预热温度与表中最低值相比，不得大于65℃。
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。
表14 低碳调质钢的最低预热温度（℃）
焊件厚度（mm）15MnMoVN 14MnMoNbB
＜13 13～16 16～19 19～22 22～25 25～35
不预热
50～100
100～150
100～150
150～200
150～200
不预热
100～150
150～200
150～200
200～250
200～250
⑵焊接材料为防止产生冷裂纹，因此必须严格控制焊接材料中的含氢量，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，见表15。
表15 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（体积分
数）（%）
HQ70A HQ70B
15MnMoVN 15MnMoVNRE E7015 H08Mn2Ni2Mo
CO2
或
Ar+CO220
或
Ar+O21～2
15MnMoVNRE （QJ-70）
14MnMoNbB E7515
E8515
H08Mn2Ni2Mo
Ar+CO220
Ar+O21～2
⑶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。
⑷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。