调质钢焊接资料讲解
第17讲合金结构钢的焊接
▪ 一般都采用较低的预热温度(≤200℃)，若预热温度过高，
会使800~500℃的冷却速度过于缓慢，出现脆性混合组
织而脆化。
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⑶ 焊后热处理 ▪ 低碳调质钢在正常焊接条件下焊缝及热影响区可以获得
高强度和韧性，焊后一般不需进行热处理。 ▪ 只有在下列情况下才进行焊接热处理：
①焊后使焊缝或热影响区严重脆化或软化区失强过大， 需进行重新调质热处理。
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⑵ 焊接热影响区的软化 ▪ 热影响区出现软化是因为在调质状态下焊接时，热影响
区上凡是加热温度高于母材回火温度至Ac1的区域，由 于碳化物的积聚长大而使钢材软化。强度级别越高，这 一问题越突出。 ▪ 软化程度和软化区的宽度与焊接工艺有很大关系，因此 在制订这类钢焊接工艺时须加以控制。
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2、焊接材料的选择 ▪ 低碳调质钢焊后一般不再进行热处理，在选择焊接材料
时要求焊缝金属在焊态下具有接近母材的力学性能。 ▪ 在特殊情况下，如结构的刚度或拘束度很大，冷裂纹难
以避免时，必须选择熔敷金属强度比母材稍低的焊接材 料作填充金属。
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3、焊接工艺参数的选择 ▪ 快速冷却对防止脆化有利，但对防止冷裂纹不利。反之，
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二、低碳调质钢的焊接性
▪ 低碳调质钢在合金成分设计上己考虑到焊接性的要求， 其含碳量限制得较低，要求w(C)≤0.25％，实际都在0.18 ％以下。
▪ 焊接时发生的问题与正火钢基本类似。 不同点在于：通过调质热处理获得强化，焊后在热影响 区上除发生脆化外，还有软化问题。
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1、焊缝中的热裂纹 ▪ 一般含C量都较低含Mn量又较高，而且S、P杂质控制
中碳调质钢焊接工艺资料
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调质（quenching and high temperature tempering）即淬火和高温回火的综合热处
理工艺。 调质件大都在比较大的动载荷作用下工作，它们承受着拉伸、压缩、 弯曲、扭转或剪切的作用，有的表面还具有摩擦，要求有一定的耐磨性等等。总之， 零件处在各种复合应力下工作。这类零件主要为各种机器和机构的结构件，如轴类、 连杆、螺栓、齿轮等，在机床、汽车和拖拉机等制造工业中用得很普遍。尤其是对于 重型机器制造中的大型部件，调质处理用得更多．因此，调质处理在热处理中占有很 重要的位置。 在机械产品中的调质件，因其受力条件不同，对其所要求的性能 也就不完全一样。一般说来，各种调质件都应具有优良的综合力学性能，即高强度和
（670±10）℃×2h，随炉升温，（710±10）℃×2h，再随炉降温，
（670±10）℃×2h，随炉升温, （710±10）℃×2h，随炉降温,共3个
循环，再降温至550℃，出炉空冷。处理后硬度153HBS。
【调质处理规范】 淬火温度850℃ ±10℃，油冷；回火温度
520℃±10℃，水、油空冷。
第二次淬火加热温度（℃）：回火加热温度（℃）：520；冷却剂：水、油
抗拉强度（σb/MPa）：≧980
屈服点（σs/MPa）：≧785 断后伸长率（δ5/%）：≧9 断面收缩率（ψ/%）：≧45
冲击吸收功（Aku2/J）：≧47 布氏硬度（HBS100/3000）（退火或高温回火状态）：≦207 40Cr调质硬度
意大利UNI标准钢号41Cr4、比利时NBN标准钢号42Cr4、瑞典SS标准
钢号2245、美国AISI/SAE/ASTM标准钢号5140、日本JIS标准钢号
SCr440(H)/SCr440、美国AISI/SAE/ASTM标准钢号5140、国际标准化
中碳调质钢的焊接资料
中碳调质钢的焊接中碳调质钢中的碳和其他合金元素含量较高，通过调质处理（悴火+回火）可获得较高的强度性能。
中碳调质钢合金元素的加人主要是起保证淬透性和提高抗回火性能的作用，而其强度性能主要还是取决于含碳量。
但随着碳含童的提高，钢的焊接性明显变差，焊接难度增大。
中碳调质钢的屈服强度达880~1176MPa以上。
钢中的含碳量较高，并加人合金元素〔如MN、Si、Cr、V、B及Mo、 W、V、Ti等），以保证钢的淬透性，消除回火脆性，再通过调质处理获得综合性能较好的高强钢。
中碳调质钢的主要特点是高的比蹋度和高硬度（例如可用作火箭外壳和装甲锅等），中碳调质钢的淬硬性比低碳调质钢高很多，热处理后达到很高的强度和硬度，但韧性相对较低，给焊接带来了很大的困难。
中碳调质钢的合金系统可以归纳为以下几种类型：（1）40Cr 是一种广泛应用的含Cr中碳调质钢，钢中加人Cr＜1.5%时能有效地提高钢的淬透性，继续增加Cr含量无实际意义。
1%时对钢的塑性、韧性略有提高，超过2%时对塑性影响不大，但略使冲击韧性下降。
Cr能增加低温或高温的回火稳定性，但有回火脆性。
40Cr钢具有良好的综合力学性能、较高的淬透性和较高的疲劳强度，可用于制造较重要的在交变载荷下工作的机器零件。
如用于制造齿轮和轴类等。
（2）35CrMoA和35CrMoVA 属于Cr-Mo系统，是在Cr钢基础上发展起来的中碳调质钢。
加人少量Mn可以消除Cr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较高负荷、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。
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。
（3） 30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A和40CrMnSiMoVA 属于Cr-Mn-Si系统，以及在该基础上发展起来的含Ni钢。
42CrMo钢的介绍及焊接
42CrMo齿轮轴焊补工艺1 42CrMo钢焊接性能分析42CrMo钢系中碳调质高强钢，钢的Ceq值高达0.893%，可焊性较差。
由于母材金属中含碳量高，在焊接过程中，母材金属的一部分要熔化到焊缝金属中去，致使焊层金属含碳量增高，焊缝凝固结晶时，结晶温度区间大，偏析倾向也较大，加之含硫杂质和气孔的影响，容易在焊层金属中引起热裂纹。
特别是在收尾处，裂纹更为敏感。
热裂纹的特征是裂纹垂直于焊缝鱼鳞状波纹，呈现不明显的锯齿形，但也有沿焊缝金属与基体金属交界处发展产生。
为防止产生热裂纹，要求采用低碳钢焊丝，一般焊丝中含碳量在0.15%以下。
42CrMo钢淬硬倾向性大，母材金属热影响区容易产生低塑性的淬硬组织，Ms点又低，因而在淬火区产生大量脆硬的马氏体，导致严重脆化，工件愈厚，则淬硬倾向愈大。
该焊件刚性大，若焊条或焊接工艺选用不当，在焊件冷却至300℃以下时，容易沿热影响区的淬硬区产生冷裂纹。
42CrMo钢的焊接冷裂纹一般是在焊后冷却过程中，在Ms点附近或200～300℃的温度区间产生的。
冷裂纹的起源多发生在具有缺口效应焊接热影响区或有物理化学不均匀的氢聚集的局部地带。
冷裂纹有时焊后立即出现，有时经过一段时间才出现。
而延迟裂纹的危害性更为严重，实践证明，钢种的淬硬倾向、焊接接头的氢含量及其分布，以及焊接接头的拘束应力状态是产生延迟裂纹的三大主要因素。
焊接接头的淬硬倾向主要取决于钢种的化学成分，其次是结构形式，焊接工艺和冷却条件等。
可以采取焊后后热和缓冷等办法来调整冷却时间。
适当延长临界冷却时间C′f ，可降低钢的淬硬倾向。
2焊接工艺2.1 焊接材料的选择高强钢焊接接头的含氢量越高，则裂纹倾向越大。
当局部地区的含氢量达到某一临界值时，开始出现裂纹；之后随含氢量的增加，裂纹尺寸和数量也在不断增加。
产生延迟裂纹时的临界含氢量与预热温度、刚度条件以及冷却条件等有关。
焊接时，焊接材料中的水分，焊件坡口表面的油污、铁锈、以及空气湿度等都是焊缝金属中富氢的主要原因。
(完整版)低碳调质钢的焊接
低碳调质钢的焊接低碳调质钢的抗拉强度一般为600~1300MPa，属于热处理强化钢。
这类钢既具有较高的强度，又有良好的塑性和韧性。
低碳调质钢的种类、成分及性能一般来说，合金元素对钢材塑性和韧性的影响与其强化的作用相反，即强化效果越大，塑性和韧性的降低越明显。
在正火条件下，通过增加合金元素进一步提高强度时会引起韧性急剧下降。
为了进一步提高钢材的强度需要进行调质处理。
为了保证良好的综合性能和焊接性，低碳调质钢要求钢中碳的质量分数不大于0.22%。
此外，添加一些合金元素是为了提高钢的淬透性和马氏体的回火稳定性。
这类钢由于含碳量低，淬火后得到低碳马氏体，而且会发生“自回火”，脆性小，具有良好的焊接性。
低碳调质钢具有较高的强度和良好的塑性、韧性和耐磨性，特别是裂纹敏感性低。
根据使用条件的不同，低碳调质钢又可分为以下几种：（1）高强度结构钢（600~800MPa）主要用于工程焊接结构，焊缝及焊接区多承受拉伸载荷。
（2）高强度耐磨钢（≥1000MPa）主要用于工程结构高强度耐磨、要求承受冲击磨损的部位。
（3）高强高韧性钢（≥700MP）这类钢要求在高强度的同时要具有高韧性，主要用于高强度高韧性焊接结构。
抗拉强度600MPa，、700MPa的低碳调质钢（HQ60、HQ70）主要用于工程机械、动力设备、交通运输机械和桥梁等。
这类钢可在调质状态下焊接，焊后不再进行调质处理，必要时可进行消除应力处理。
HQ100和HQ130主要用于高强度焊接结构要求承受冲击磨损的部位。
HQ100不仅强度高、低温缺口韧性好，而且具有优良的焊接性能。
HQ130是高强度工程机械用钢，含有Cr、Mo、B等多种合金元素，具有高悴透性。
这两种钢经淬火+回火的热处理后，可获得综合性能较好的低碳回火马氏体，具有高强度、高硬度以及较好的塑性和韧性。
低碳调质钢碳的质量分数应限制在0.18%以下，为了保证较高的缺口韧性，一般含有较高的Ni和Cr，具有高强度，特别是具有优异的低温缺口韧性。
42CrMo的焊接工艺
42CrMo焊接工艺1 42CrMo钢焊接性能分析42CrMo钢系中碳调质高强钢，钢的Ceq值高达 0。
893%,可焊性较差。
由于母材金属中含碳量高,在焊接过程中,母材金属的一部分要熔化到焊缝金属中去，致使焊层金属含碳量增高，焊缝凝固结晶时,结晶温度区间大，偏析倾向也较大，加之含硫杂质和气孔的影响，容易在焊层金属中引起热裂纹。
特别是在收尾处,裂纹更为敏感。
热裂纹的特征是裂纹垂直于焊缝鱼鳞状波纹,呈现不明显的锯齿形，但也有沿焊缝金属与基体金属交界处发展产生。
为防止产生热裂纹，要求采用低碳钢焊丝，一般焊丝中含碳量在0.15％以下.42CrMo钢淬硬倾向性大，母材金属热影响区容易产生低塑性的淬硬组织，Ms点又低，因而在淬火区产生大量脆硬的马氏体，导致严重脆化，工件愈厚，则淬硬倾向愈大。
该焊件刚性大，若焊条或焊接工艺选用不当，在焊件冷却至300℃以下时,容易沿热影响区的淬硬区产生冷裂纹。
42CrMo钢的焊接冷裂纹一般是在焊后冷却过程中,在Ms点附近或200～300℃的温度区间产生的。
冷裂纹的起源多发生在具有缺口效应焊接热影响区或有物理化学不均匀的氢聚集的局部地带。
冷裂纹有时焊后立即出现，有时经过一段时间才出现。
而延迟裂纹的危害性更为严重，实践证明，钢种的淬硬倾向、焊接接头的氢含量及其分布，以及焊接接头的拘束应力状态是产生延迟裂纹的三大主要因素.焊接接头的淬硬倾向主要取决于钢种的化学成分，其次是结构形式，焊接工艺和冷却条件等。
可以采取焊后后热和缓冷等办法来调整冷却时间。
适当延长临界冷却时间C′f ,可降低钢的淬硬倾向。
2焊接工艺2.1 焊接材料的选择高强钢焊接接头的含氢量越高，则裂纹倾向越大。
当局部地区的含氢量达到某一临界值时，开始出现裂纹；之后随含氢量的增加，裂纹尺寸和数量也在不断增加.产生延迟裂纹时的临界含氢量与预热温度、刚度条件以及冷却条件等有关。
焊接时，焊接材料中的水分，焊件坡口表面的油污、铁锈、以及空气湿度等都是焊缝金属中富氢的主要原因.一般情况下母材和焊丝中氢量极少,可以忽略不计。
低碳调质钢的焊接
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、V2.700Mpa 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。
调质钢焊接
典型： 40CrNiMoA、34 CrNiMoA ，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
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。
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。
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
过热区脆化 HAZ软化 裂纹
上一级
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。
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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。
§3—2 低碳调质钢焊接
低碳调质钢 碳含量：在0.09-0.23%，大部分0.16-0.18% 强化机理：相变强化（调质处理〕 屈服强度：为490MPa ～980MPa 合金系 ：低C、Mn-Ni-Cr-Mo系 主合金化元素： Mn、Ni、Cr（<1.6%）、Mo 辅合金化元素：V、Nb、Ti、B、Cu 热处理状态：淬火＋回火，低碳马氏体或下贝氏体， 综 合机械性能好 典型钢种：14MnMoVN、HT60~HT80、HY80～ 2H020Y/5/16 30
尽量采用多层多道焊。
2020/5/6
2020/5/6
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。
上一级
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
过热区脆化 HAZ软化 裂纹
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上一级
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；
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低碳调质化
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
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
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。
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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。
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
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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。
2020/5/6
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二、低碳调质钢焊接工艺
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
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
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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。
2020/5/6
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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
成分：
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焊接线能量：在E为17—25kJ／cm时韧性最高；超过25kJ／cm，且低 于17 kJ／cm时，韧性下降幅度不大，超过50 kJ／cm时，则韧性明显下 降。因此，最佳线能量为17—25 kJ／cm，允许线能量为10一40 kJ／ 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δ>36 mm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、20焊20/5后/6 及时进行200℃ x（0.5-1）h后热。