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1、第一节 合金结构钢的分类和性能,第二节 热轧及正火钢的焊接,第三章 合金结构钢的焊接,第三节 低碳调质钢的焊接,第四节 珠光体耐热钢的焊接,第五节 低温钢的焊接,1 合金结构钢的分类和性能,合金结构钢是在碳素钢的基础上有目的地加入一种或几种合金元素的钢。常用的合金元素有：锰、硅、铬、镍、钼、钨、钒、钛、硼等。加入合金元素可使钢的性能产生预期的变化，如提高其强度，改善其韧性，或使其具有特殊的物理、化学性能，如耐热性和耐蚀性等。,1.按合金元素总含量的多少分：1）低合合钢，一般w(Me)5；2）中合金钢，w(Me)=510;3）高合金钢，w(Me)10。2.按用途和性能分：强度用钢和低中合金特殊用
2、钢,1.1 合金结构钢的分类,强度用钢,即高强结构钢，主要性能是力学性能，合金元素的加入是为了保证足够的塑性和韧性的前提下，获得不同的强度等级。,低中合金特殊用钢,主要用于一些特定条件下工作的机械零件和工程结构。除了要满足常规力学性能外，还必须适应特殊环境下工作的要求。,1.2 合金结构钢的基本性质,化学成分：低合金结构钢是在低碳钢基础上（低碳钢的化学成分为：wC=0.10%0.25%，wSi0.3%，wMn=0.5%0.8%）添加一定量的合金元素构成的。低合金钢加入的元素有Mn、Si、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Cu等，杂质元素P、S的含量要限制在较低的程度。,C：控制钢材强度、硬度的重
3、要元素，每1C可增加抗拉强度约980MPa。Si：也是增大强度、硬度的元素，每1Si可增加抗拉强度约98MPa。Mn：增加淬透性，提高韧性，降低 S 的危害等。Al：细化钢材组织，控制冷轧钢板退火织构。Nb：细化钢材组织，增加强度、韧性等。V：细化钢材组织，增加强度、韧性等。Cr：增加强度、硬度、耐腐蚀性能。,用于焊接结构的低中合金钢合金元素总的质量分数一般10%。各种元素对合金结构钢下临界点温度的综合影响可用下述公式表示：A1=720+28wSi+5wCr+6wCo+3wTi 5wMn 10wNi 3wV，（3-1）由上述公式可见：Si、Cr、Co和Ti等元素能提高下临界点A1的温度（缩小区
4、），而Mn、Ni和V则降低A1点温度（扩大区）。,化学成分：,以Ni元素为代表（Ni组元素，扩大区）：Ni、Mn、Co以Cr元素为代表（Cr组元素，缩小区）：Cr、Si、P、Al、Ti、V、Mo、W。,合金元素的影响程度不仅取决于它的含量，还取决于同时存在的其它合金元素的性质和含量。,加入合金元素能细化晶粒，而且各种合金元素在不同程度上改变了钢的奥氏体转变动力学，直接影响钢的淬硬倾向。如C、Mn、Cr、Mo、V、W、Ni和Si等元素能提高钢的淬硬倾向，而Ti、Nb、Ta等碳化物形成元素则降低钢的淬硬倾向。（图3-1）,各元素对钢的性能的影响,合金元素对低合金钢屈服强度和抗拉强度的综合影响，可按
5、下列经验公式进行计算：,s=122+274wC+82wMn+55wSi+54wCr+44wNi+78wCu+353wV+755wTi+540wP+30-2(h-5),MPa b=230+686wC+78wMn+90wSi+73wCr+33wNi+56wCu+314wV+529wTi+450wP+21-1.4(h-5),MPa式中 h为板厚（mm）。,N 元素对钢的性能的影响,氮在钢中的作用与碳相似，当它溶解在铁中时，将扩大区。氮能与钢中的其他合金元素形成稳定的氮化物，这些氮化物往往以弥散的微粒分布，从而细化晶粒，提高钢的屈服点和抗脆断能力。氮的影响既决定于其含量，也决定于在钢中存在的其他合金元
6、素的种类和数量。Al、Ti和V等合金元素对氮具有较高的亲和力，并能形成较稳定的氮化物。因此，为了充分发挥氮作为合金元素的作用，钢中必须同时加入Al、V和Ti等氮化物形成元素。,合金元素的作用,合金元素或者与Fe形成固溶体，或者形成碳化物（除Ti、Nb和Ta外），都产生了延迟奥氏体分解的作用并由此提高了钢的淬硬倾向。各种元素对钢的力学性能和工艺性能的影响，取决于它的含量和同时存在的其他合金元素。添加一些合金元素，如Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Cu等，主要是为了提高钢的淬透性和马氏体的回火稳定性。这些元素可以推迟珠光体和贝氏体的转变，使产生马氏体转变的临界冷却速率降低。低合金调质高强钢由
7、于含碳量低，所以淬火后得到低碳马氏体，而且发生“自回火”现象，脆性小，具有良好的焊接性。,强度(strength)：在外力作用下，材料抵抗塑性变形和断裂的能力。屈强比：屈服强度与抗拉强度之比（s/b）说明：钢材的强度越高，屈强比增大，屈服强度与抗拉强度之差越小。不同温度下，钢材的强度不同。（图3-2）低碳钢的屈强比约为0.7左右，控轧钢板的屈强比约为0.700.85，800MPa级高强钢的屈强比约为0.95。,2.力学性能强度,说明：试验（GB/T 229-2007）：取10mm10mm 55mm的长方形试样，在试样中央开深度2mm的V形缺口，尖端半径为0.25mm。将摆锤置于一定的高度释放，
8、冲断试件，然后刹车，读出试件冲断时消耗的功。不同温度，Ak值不同。,2.力学性能韧性,韧性（toughness）：表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。冲击韧性(impact toughness)：材料冲击载荷作用下的断裂时的冲击吸收功Ak，Ak 与试样缺口底部处横截面积之比为冲击韧度。,合金结构钢具有较高的强度和良好的塑性和韧性，采用不同的合金成分和热处理工艺，可以获得具有不同综合性能的低中合金结构钢。1.Mn的固溶强化作用很显著，wMn1.7%时可提高韧性、降低脆性转变温度 2.Si虽然显著固溶强化但降低塑性、韧性，一般wSi0.6%；3.Ni是惟一既固溶强化又同时提高韧性且大幅度
9、降低脆性转变温度的元素，常用于低温钢。4.V、Ti、Nb强烈形成碳化物，Al、V、Ti、Nb形成氮化物，析出的微小VC、TiC、NbC及AlN、VN、TiN、Nb（C、N）产生明显的沉淀强化作用，在固溶强化的基础上屈服强度提高50100MPa，并保持了韧性。（微量加入）5.微合金化元素还有B，主要作用是在晶界上阻止先共析铁素体生成及长大，从而改善韧性。,3.显微组织,低合金钢热影响区中的显微组织主要是低碳马氏体、贝氏体、M-A组元和珠光体类组织，导致具有不同的硬度、强度性能、塑性和韧性。几种典型组织（特别是贝氏体组织）对低合金钢强度和韧性的影响如图3-3所示。,低合金结构钢为了获得满意的强度和
10、韧性的组合，晶粒尺寸必须细小、均匀，而且应是等轴晶。经调质处理后的钢材具有较高的强度、韧性和良好焊接性，裂纹敏感性小，热影响区组织性能稳定。,1.热轧及正火钢的成分和性能,第二节 热轧及正火钢的焊接,2.热轧及正火钢的焊接性,3.热轧及正火钢的焊接工艺,1.热轧及正火钢的成分和性能,微合金控轧钢是热轧及正火钢中的一个分支，是近年来发展起来的一类新钢种。采用微合金化（加入微量Nb、V、Ti）和控制轧制等技术达到细化晶粒和沉淀强化相结合的效果。在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晶铁素体基体。微合金化钢就其本质来讲与正火钢类似，它是在低碳的
11、C-Mn钢基础上通过V、Nb、Ti微合金化及炉外精炼、控轧、控冷等工艺，获得细化晶粒和综合力学性能良好的微合金钢。控轧钢具有高强度、高韧性和良好的焊接性等优点。,微合金控轧钢,2.热轧及正火钢的焊接性,2.1 冷裂及影响因素,低合金钢的焊接性主要取决于它的化学成分和组织状态。随着钢材强度级别的提高和合金元素含量的增加，焊接性也随之发生变化。,（1）碳当量（Ceq）淬硬倾向主要取决于钢的化学成分，其中以碳的作用最明显。可以通过碳当量公式来大致估算不同钢种的冷裂敏感性。通常碳当量越高，冷裂敏感性越大。,，(IIW公式：wt%),Ceq0.4%时，淬硬倾向不明显，焊件一般不会产生裂缝，但对厚大工件或
12、低温下焊接时应考虑预热。Ceq=0.4%0.6%时，钢材塑性下降，淬硬倾向明显，焊性较差。焊前预热，焊后缓冷，Ceq0.6%时，钢材塑性较低，淬硬倾向很强，焊接区易产生冷裂，焊接性不好。焊前须较高温度预热到，焊接时要采取减少焊接应力和防止开裂的工艺措施，焊后要进行适当的热处理，才能保证焊接接头质量。,2.1 冷裂及影响因素,(2)淬硬倾向：焊接热影响区产生淬硬的M或M+B+F混合组织时，对氢致裂纹敏感；而产生B或B+F组织时，对氢致裂纹不敏感。淬硬倾向可以通过HAZ的SHCCT或母材的CCT图来进行分析（图3-4）。结论：Q345与低碳钢比较：,2.1 冷裂及影响因素,16Mn 的SHCCT图
13、,当冷却速度VVc时，F析出后剩下的富碳A来不及转变为P，直接转变为高碳B和M，硬度增加，淬硬倾向增加。,少量F+大量B+大量M,低碳钢SHCCT图,大量F+少量P+部分B,（3）热影响区最高硬度 HAZ最高硬度允许值就是刚好不出现冷裂纹的临界硬度值。即若实际HAZ的硬度高于HAZ最高硬度允许值，那么这个接头有可能产生冷裂纹；若在最高硬度允许值内，一般认为此接头不会产生冷裂。HAZ最高硬度值与材料的强度、成分、工艺都有关。,2.1 冷裂及影响因素,1.Ceq越高，热影响区最高硬度越大，HAZ淬硬倾向越大，图3-7,2.冷却速度越大，热影响区最高硬度越大，HAZ淬硬倾向越大，图3-8，3-9,2
14、.2 热裂和再热裂纹,（1）热裂 热轧及正火钢一般碳含量较低、而Mn含量较高，因此这类钢的Mn/S比能达到要求，具有较好的抗热裂性能，焊接过程中的热裂纹倾向较小。但是若钢中C、S、P等元素含量偏高或偏析严重，导致Mn/S低于要求，也可能出现裂纹。P56页：C：影响结晶裂纹的主要元素。由FeC相图，C含量增加，初生相可由相转为相，而S、P在相中的溶解度比在相中低很多，析出的S、P就会富集在晶界，增加结晶裂纹倾向。所以C加剧了S，P的危害。Mn：脱S：FeO-FeS熔点940，纯MnS熔点1610，FeO-MnS熔点1164Si：是相形成元素，有利于消除结晶裂纹；但是含量超过0.4%，易形成硅酸盐
15、夹杂，增加裂纹倾向。,2.2 热裂和再热裂纹,（2）再热裂 原因：焊后热处理时，残余应力松弛过程中，粗晶区应力集中部位的晶界滑动变形量超过该部分的塑性变形能力，就会产生再热裂纹。较大的焊接残余应力。特点：粗晶区沿晶开裂，遇细晶裂纹停止扩展；存在残余应力且应力集中；存在温度敏感区（A不锈钢700-900；沉淀强化的低合金钢500-700）；含一定沉淀强化元素的材料才具有SR敏感性，碳素和固溶强化钢不会产生SR（一次焊接热时，合金元素固溶，冷后未充分析出，再热时，在晶界写出，脆化晶界）。Mo、Cr元素及含量对SR倾向的影响见3-10图（随Mo、Cr，SR倾向性）预防工艺措施：提高预热温度、焊后立即
16、热处理等措施来防止再热裂纹的产生。,2.3 层状撕裂,原因：轧制钢材内部存在不同程度的分层夹杂物（硫化物和氧化物），在焊接时产生垂直于钢板表面的拉应力，致使热影响区附近或稍远的部位，沿轧制方向产生呈“台阶”形的层状开裂，并可穿晶扩展。位置：主要发生于要求熔透的角接接头或T形接头的厚板结构中（图3-16）。说明：（1）层状撕裂的产生不受钢材种类和强度级别的限制，与板厚有关，板厚在16mm以下一般不会产生层状撕裂。（2）从本质来说，主要取决于钢的冶炼质量，钢中的片状硫化物与层状硅酸盐或大量成片地密集于同一平面内的氧化物夹杂都使Z 向塑性降低，导致层状撕裂的产生，其中层片状硫化物的影响最为严重。（3
17、）硫含量和Z向断面收缩率是评定钢材层状撕裂敏感性的主要指标。,2.4 焊缝组织及韧性,韧性是表征金属对脆性裂纹产生和扩展难易程度的性能。影响因素：显微组织、夹杂和析出物等。低合金高强钢焊缝金属的组织主要包括：先共析铁素体PF、侧板条铁素体FSP、针状铁素体AF、上贝氏体Bu、珠光体P等，马氏体较少。焊缝韧性取决于针状铁素体(AF)和先共析铁素体(PF)组织所占的比例。焊缝中针状铁素体组织比例高时，韧性显著升高，韧脆转变温度（vTrs）降低，如图3-11a所示（针状铁素体晶粒细小，晶粒边界交角大且相互交叉，每个晶界都对裂纹的扩展起阻碍作用）焊缝中先共析铁素体组织比例增多则韧性下降，韧脆转变温度上
18、升，如图3-11b所示（先共析铁素体沿晶界分布，裂纹易于萌生、也易于扩展，导致韧性较差）。,2.4 焊缝组织及韧性,以AF为主的焊缝金属，屈强比(s/b)一般大于0.8；以PF组织为主的焊缝金属，屈强比多在0.8以下；焊缝金属中有上贝氏体存在时，屈强比小于0.7。焊缝金属中AF越多，韧性越好；合金化程度越高，韧性越低 Eg-Mn、Si 既是氧化元素，又是合金元素（1）Si是铁素体形成元素，焊缝中Si含量增加，将使晶界铁素体增加。Mn是扩大奥氏体区的元素，推迟转变，所以增加焊缝中的Mn含量，将减少先共析铁素体的比例。但Si、Mn含量的增加，都将使焊缝金属的晶粒粗大。（2）当Mn、Si含量较少时，
19、转变形成粗大的先共析铁素体组织，焊缝韧性较低，因为微裂纹扩展的阻力较小。当Mn、Si含量过高时，形成大量平行束状排列的板条状铁素体，这些晶粒的结晶位向很相似，扩展裂纹与这些晶粒边界相遇不会有多大的阻碍，这也使焊缝金属韧性较低。因此，Mn和Si含量过多或过少都使韧性下降。,2.5 HAZ脆化,3.热轧及正火钢的焊接工艺,3.1 坡口加工、装配及定位焊,坡口加工：机械加工（精度高），火焰切割或碳弧气刨。对强度级别较高、厚度较大的钢材，经过火焰切割和碳弧气刨的坡口应用砂轮仔细打磨，清除氧化皮及凹槽；在坡口两侧约50mm范围内，应去除水、油、锈及脏物等。,焊接方法：焊条电弧焊、埋弧自动焊、CO2气体保
20、护焊等,装配间隙：不应过大，尽量避免强力装配，减小焊接应力。为防止定位焊缝开裂，要求定位焊缝应有足够的长度（一般不小于50mm）。定位焊：其顺序应能防止过大的拘束、允许工件有适当的变形，定位焊焊缝应对称均匀分布。,3.2 焊接材料的选择,低合金钢选择焊接材料时必须考虑两方面的问题：一是不能有裂纹等焊接缺陷；二是能满足使用性能要求。选择焊接材料的依据是保证焊缝金属的强度、塑性和韧性等力学性能与母材相匹配。热轧及正火钢焊接一般是根据其强度级别选择焊接材料，而不要求与母材同成分，其要点如下：,(1)等强匹配：选择与母材力学性能匹配的相应级别的焊接材料：要求焊缝的强度性能与母材等强或稍低于母材。焊缝中
21、碳的质量分数不应超过0.14%，焊缝中其他合金元素也要求低于母材中的含量，以防止裂纹及焊缝强度过高。(2)熔合比和冷却速度：焊条或焊丝成分的选择应考虑到板厚和坡口形式对熔合比的影响。薄板焊接时熔合比较大，应选用强度较低的焊接材料，厚板深坡口则相反。冷却速度影响焊缝组织。(3)焊后热处理：焊后需进行正火处理的焊缝，应选择强度高一些的焊接材料。,3.3 焊接工艺参数的确定,(1)焊接热输入：焊接热输入取决于接头区是否出现冷裂纹和热影响区脆化。对于碳当量(Ceq)小于0.40%的热轧及正火钢，如Q295、09Mn2Si和Q345，焊接热输入的选择可适当放宽。碳当量大于0.40%的钢种，随其碳当量和强
22、度级别的提高，所适用的焊接热输入的范围随之变窄。焊接碳当量为0.40%0.60%的热轧及正火钢时，由于淬硬倾向加大，马氏体含量也增加，小热输入时冷裂倾向会增大，过热区的脆化也变得严重，在这种情况下热输入宁可偏大一些比较好。但在加大热输入、降低冷速的同时，会引起接头区过热的加剧（增大线能量对冷速的降低效果有限，但对过热的影响较明显）。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有效。预热温度控制恰当时，既能避免产生裂纹，又能防止晶粒的过热。,(2)预热和焊后热处理 目的防裂，也有一定的改善组织、性能的作用。1)预热：预热温度与钢材的淬硬性、板厚、拘束度和氢含量等因素有关，工程中必须结合具
23、体情况经试验后才能确定：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。见表3-12。,2)焊后热处理：除了电渣焊由于接头区严重过热而需要进行正火处理外，其它热轧及正火钢焊接一般无需焊后热处理。对要求抗应力腐蚀的焊接结构、低温下使用的焊接结构和厚板结构等，焊后需进行消除应力的高温回火：不要超过母材原来的回火温度，以免影响母材本身的性能。对于有回火脆性的材料，要避开出现回火脆性的温度区间。如焊后不能及时进行热处理，应立即在200350保温26h，以便焊接区的氢扩散逸出。为了消除焊接应力，焊后应立即轻轻锤击焊缝金属表面，但这不适用于塑性较差的焊件。,3.3 焊接工艺参数
24、的确定,3.4 力学性能,焊缝金属和热影响区的力学性能是影响接头使用可靠性的基本性能，而其中强度与韧性又是关键的考核要素，特别是对合金结构钢接头更为重要。几种典型热轧及正火钢焊接接头的力学性能见表3-14。,1.低碳调质钢的分类、成分和性能,第三节 低碳调质钢的焊接,2.低碳调质钢的焊接性,3.低碳调质钢的焊接工艺,1.低碳调质钢的成分和性能,低碳调质钢与热轧及正火钢的比较,调质：“淬火+高温回火”金属学和热处理；“淬火+高/中/低温回火”焊接，经过“淬火+回火”热处理的钢称为“调质钢”（QT钢）,1.低碳调质钢的分类,根据使用条件的不同，低碳调质钢又可分为以下几种：,思考：HQ80C，各字母
25、代表什么意思？,1.低碳调质钢的成分和性能,部分低碳调质钢的化学成分和力学性能见表3-15和表3-16。低碳调质钢碳的质量分数限制在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。Ni能提高钢的强度、塑性和韧性，降低钢的脆性转变温度。Ni与Cr一起加入时可显著增加淬透性，得到高的综合力学性能。Cr元素在钢中的质量分数从提高淬透性出发，上限一般约为1.6%，继续增加反而对韧性不利。,热处理工艺：奥氏体化+淬火+回火热处理后的组织：低碳M、下B、回火S 高强高韧低脆,无裂纹钢（CF）：C%0.09%+微合金化+调质处理（Ceq低，Pcm低
26、，低温Ak高）表3-17。,低碳调质钢的总体焊接性分析 低碳调质钢碳的质量分数不超过0.18%，焊接性能远优于中碳调质钢。由于这类钢焊接热影响区形成的是低碳马氏体，马氏体开始转变温度Ms较高，所形成的马氏体具有“自回火”特性，使得焊接冷裂纹倾向比中碳调质钢小。,2.低碳调质钢的焊接性,焊接性分析,焊缝强韧性匹配,冷裂,热裂与再热裂,HAZ的性能转变,说明：由于现代冶炼技术对夹杂物、纯净度控制较好，低碳调质钢的层状撕裂敏感性极低，故其焊接性分析中不讨论层状撕裂。,强度：接头性能首先要考虑的问题。屈服强度(s)：工程设计中确定许用应力的主要依据。抗拉强度（b）：强度储备的指标。屈强比（s/b）：屈
27、服强度与抗拉强度之比焊缝强度匹配系数S(b)w/(b)b：表征接头力学非均质性的参数之一。（s1称为“超强匹配”；s=1称为“等强匹配”；s1称为“低强匹配”。）焊缝强度选择：一般选择s1，焊缝更安全。存在问题：强度，韧性,2.1 焊缝强韧性匹配,对于b800MPa高强钢，除考虑强度外，还必须考虑焊接区韧性和裂纹敏感性。,韧性：低合金高强钢焊接突出问题焊缝韧性低于母材。韧度(KIC)：含裂纹的构件抵抗裂纹失稳扩展的能力。当应力或裂纹尺寸增大到某临界值时，裂纹尖端一定区域内应力超出材料断裂强度裂纹失稳扩展材料断裂。这一临界值即称为断裂韧度KIC。说明：KIC 是材料的力学性能指标之一，反映了材料
28、抵抗裂纹失稳扩展即抵抗脆性断裂的能力。它决定于材料的成分、组织结构等内在因素，而与外加应力及试样尺寸等外在因素 无关。问题：若要求焊缝金属与母材等强，焊缝韧性往往储备不够，高 强钢焊接构件易产生脆性断裂。此时，考虑牺牲少许强度而使韧性储备提高，对接头综合性能是有利的。特别是承受动载荷、重载荷和低温工作条件的焊件。对于高强钢，宜采用“低强匹配”。具体情况具体分析,2.1 焊缝强韧性匹配,2.2 冷裂,低碳调质钢的合金化原则：在低碳基础上通过入多种提高淬透性的合金元素，来保证获得强度高、韧性好的低碳“自回火”M和部分下B的混合组织。这类钢由于淬硬性大，在焊接热HAZ粗晶区有产生冷裂纹和韧性下降的倾
29、向。但HAZ淬硬组织为Ms点较高的低碳M，具有一定韧性，裂纹敏感性小。综合冷裂敏感性较小。例如：Wc0.12%的低合金钢，HAZ最高硬度修正为400HV。此外，H%越高，V冷越大，低碳调质钢焊接冷裂倾向性越大,2.3 热裂与再热裂,1、热裂总体焊接性：C%低、Mn%高，对S、P控制严格，热裂倾向小。但是高Ni低Mn型钢种易产生液化裂纹。,2.3 热裂与再热裂,2、再热裂总体焊接性：低合金调质钢为加强淬透性和抗回火性而加入的合金元素（Cr、Mo、Cu、V、Nb、Ti、B等），大多数都是引起再热裂的元素。其中V的影响最为严重，Mo次之，两者同时加入更严重。Cr的影响与其含量有关（Cr%1%，随Cr
30、的增加，RC倾向增加；Cr%1%，随Cr的增加，RC倾向减小）。原因：Cr、Mo、Cu、V、Nb、Ti、B等元素的碳化物、氮化物，以及Ni基合金的沉淀相（Ni3（Al，Ti），在一次焊接热作用下因受热而固溶，在焊后冷却时不能充分析出，而在二次加热处理过程中，有晶内析出，富集在晶界，从而使晶内强化，晶界脆化，产生RC。,2.4 热影响区性能变化,1、HAZ的组织特点：不均匀性，力学性能不均匀。HAZ的组织：（M、ML）、（BL、Bg、Bu）、F、PV冷大（小热输入）时：近缝区主要ML或ML+BL，强度高，韧性好V冷小（大热输入）时：近缝区主要Bu或F+Bu，强度低，韧性差原因：有效晶粒直径d越小
31、，韧性转变温度T越小：d（ML）d（F+Bu）ML中板条束的交界阻碍解离裂纹的扩展，ML+BL的复相组织效果更好 Ml、BL比Bu、Bg的韧性好。,低碳调质钢HAZ的特点：同时存在脆化和软化现象。低碳调质钢母材本身具有较高的韧性，但是结构运行中微裂纹也易在热影响区脆化部位产生和发展，存在接头区域出现脆性断裂的可能性。受焊接热循环影响，低碳调质钢热影响区可能存在强化效果的损失现象（称为软化或失强），焊前母材强化程度越大，焊后热影响区的软化程度越大。,2、HAZ的脆化：由于低合金高强钢中含较多的固N元素，故HAZ中主要为过热区脆化，,2.4 热影响区性能变化,在焊接热循环作用下（t8/5继续增加时
32、），低碳调质钢热影响区过热区易发生脆化，即冲击韧性明显降低。热影响区脆化的原因除了奥氏体晶粒粗化的原因外，更主要的是由于上贝氏体和M-A组元的形成。M-A组元一般在中等冷速下形成，是奥氏体中碳含量升高的结果，图3-27。M-A组元形成条件与上贝氏体（Bu）相似，故Bu形成常伴随M-A组元。上贝氏体在500450温度范围形成，长大速度很快，而碳的扩散较慢，由条状铁素体包围着的岛状富碳奥氏体区一部分转变为马氏体，另一部分保持为残余奥氏体，即形成M-A组元。M-A组元的韧性低是由于残余奥氏体增碳后易于形成孪晶马氏体，夹杂于贝氏体与铁素体板条之间，在界面上产生微裂纹并沿M-A组元的边界扩展。因此，M-
33、A组元的存在导致脆化，M-A组元数量越多脆化越严重。M-A组元实质上成为潜在的裂纹源，起了应力集中的作用。因此M-A组元的产生对低碳调质钢热影响区韧性有不利的影响,3、HAZ的软化：低碳调质钢热HAZ峰值温度Tp高于母材回火温度至AC1的区域会出现软化（强度、硬度降低）。原因：碳化物的积聚长大使钢材软化，且Tp越接近AC1，软化越严重。焊前母材强化程度越高（母材调质处理的回火温度越低），焊后热影响区的软化（或称失强率）越严重，如图3-28所示。,2.4 热影响区性能变化,热影响区软化必然引起强度降低，失强率（D）可表述为：（3-2）式中 D为失强率（%）；(b)b为母材的抗拉强度（MPa）；(
34、b)h为热影响软化区的抗拉强度（MPa）。,热影响区硬度降低的程度与母材的组织状态有关，图3-29.软化区的显微组织：包括铁素体和低碳奥氏体的分解产物，塑性小，强韧性低。母材原始组织中碳化物弥散度越大，促使热影响区软化的临界温度越高。,低碳调质钢热影响区软化的实质是母材的强化特性，只能通过一定的工艺手段防止软化：减小焊接热输入有利于缩小软化区宽度，软化程度也有所降低。低碳调质钢的强度级别越高，母材焊前调质处理的回火温度越低（即强化程度越大），热影响区软化区的范围越宽，焊后热影响区的软化问题越突出。HAZ软化区相对宽度m（=宽度(b)与板厚(h)之比）增加，接头强度降低。即板厚越小接头软化越突出
35、，见式3-6软化区宽度一定时，板厚(h)越大，焊接热输入(E)越小，初始预热温度(T0)越低，焊接接头的强度越高（也即失强率越小）。即低合金高强钢薄板焊接不宜采用大的热输入和高温预热，见式3-7,3、HAZ的软化：,3.低碳调质钢的焊接工艺,低碳调质钢焊接的基本问题：要求马氏体转变时的冷却速度不能太快，使马氏体有“自回火”作用，以防止冷裂纹的产生（得到回火M和回火B）。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。（近缝区生成ML或ML+BL，图3-23；HAZ脆化小，图3-25）,焊接参数的选取：以上依据焊接材料的选取：冷裂，接头强韧性,3.低碳调质钢的焊接工艺,3.1 焊
36、接方法和焊接材料的选取,防裂，效率高MIG或MAGHAZ的强韧性焊后调质；限制焊接热输入要求。焊条电弧焊，CO2焊，Ar+CO2气保焊。,低强匹配，考虑韧性；气保焊，集中热源,3.2 焊接参数的选择,参数的确定依据抗裂性和HAZ的韧性,3.3 接头的力学性能,对低碳调质钢焊缝金属有害的脆化元素是S、P、N、O、H，必须加以限制。强度级别越高的焊缝，对这些杂质的限制越要严格。铁素体化元素对焊缝韧性有不利影响，除了Mo在很窄的含量范围内（wMo=0.3%0.5%）有较好的作用外，其余铁素体化元素均在强化焊缝的同时恶化韧性，V、Ti、Nb的作用最明显。奥氏体化元素中C对韧性最为不利，Mn、Ni则在相当大的含量范围内有利于改善焊缝韧性。,
