低碳调质钢的焊接工艺

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。

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。

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。

焊接20 试述低碳调质钢的焊接性。

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、B、15MnMoVN、15MnMoVNRE和14MnMoNbB等，其化学成分见表13。

表13 低碳调质钢的化学成分（质量分数）（%）钢号CSiMnCrWCF60、62HQ70AHQ70B15MnMoVN15MnMoVNRE14MnMoNbB＜0.090.09～0.120.11～0.180.12～0.20≤0.180.12～0.18 0.15～0.35 0.15～0.40 0.15～0.40 0.20～0.50 0.20～0.600.15～0.351.10～1.50 0.60～1.200.80～1.201.30～1.70 1.20～1.70 1.30～1.80 ≤0.300.30～0.60 0.40～0.80 ———钢号NiMoCu其它WCF60、62 HQ70AHQ70B15MnMoVN 15MnMoVNRE 14MnMoNbB ≤0.500.30～1.0 0.70～1.20 ———≤0.300.20～0.40 0.20～0.40 0.40～0.60 0.35～0.60 0.45～0.70 —0.15～0.500.15～0.50——≤0.40V0.02～0.06V+Nb≤0.10B0.0005～0.003V+Nb0.05～0.10B≤0.003V0.10～0.20N0.01～0.02N0.02～0.03(加入)RE0.10～0.20(加入)Nb0.02～0.07B0.0005～0.003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、高于钢调质处理时的回火温度的那个区域有软化或脆化的倾向。

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。

合工大金属熔焊性考试要点（题库）第一章金属的焊接性1.金属焊接性概念：指金属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。

含义：一是金属在焊接加工中是否容易形成缺陷；二是焊成的接头在一定的使用条件下可靠运行的能力。

2.影响焊接性的因素1）材料因素材料是指用于制造结构的金属材料及焊接材料。

2）设计因素焊接方法、焊接工艺3）工艺因素结构形式、接头形式4）使用因素工况环境、负载等条件3．如何分析金属的焊接性1）从金属的特性分析焊接性化学成分a碳当量法;b焊接冷裂纹敏感系数利用物理性能分析金属的熔点、导热系数、密度、线胀系数、热容量等因素、都对热循环、熔化、结晶、相变等过程产生影响利用化学性能分析铝、钛合金与氧的亲和力较强，在焊接高温下极易氧化因而需要采取较可靠的保护方法，如：惰性气体保护焊，真空中焊接等利用合金相图分析主要是分析热裂纹倾向。

依照成分范围，查找相图，可知道结晶范围，脆性温度区间的大小，是否形成低熔点共晶物，形成何组织等利用CCT图或SHCCT图分析2）从焊接工艺条件分析焊接性热源特点保护方法热循环的控制正确选择焊接工艺规范控制焊接热循环预热、缓冷、层间温度改变焊接性其它工艺因素彻底清理坡口及其附近焊接材料处理、烘干、除锈、保护气体要提纯、去杂质后使用合理安排焊接顺序正确制定焊接规范4.焊接性试验1)焊接性试验的内容焊缝金属抵抗产生热裂的能力:压板对接（FISCO)焊接裂纹试验;可调拘束裂纹试验法。

焊缝及热影响区金属抵抗产生冷裂纹的能力:斜Y坡口对接裂纹试验;插销试验。

焊接接头金属抵抗脆性转变能力；焊接接头的使用能力。

2)试验方法的选用原则：针对性可靠性经济性第二章结构钢的焊接第一节合金结构钢合金结构钢：在碳素钢基础上加入一定的合金元素来达到所需要求的钢种称为合金结构钢。

包括：强度用钢（热扎正火钢、低碳调质钢、中碳调质钢）和特殊用钢（珠光体耐热钢、低温钢、低合金耐气候腐蚀钢）应用范围：机械零件、工程机械、交通运输工具、桥梁、建筑结构、管道等新发展：微合金控扎钢（热机轧制细晶粒钢）焊接无裂纹钢抗层状撕裂钢焊接大线能量第二节热轧正火钢的焊接热轧钢强化方式：主要是固溶强化；合金系：C-Mn或Mn-SiQ295Q345Q390；正火钢强化方式：固溶强化＋沉淀强化或细化晶粒，；合金系：C-Mn或Mn-Si加：V、Nb、Ti、Mo Q390 Q420 Q460。

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 50-100 100-15016-19 100-150 150-20019-22 100-150 150-20022-25 150-200 200-25025-35 150-200 200-250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。