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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 一、鋼的碳當(dāng)量計算及其在焊接中的應(yīng)用   發(fā)布日期：2008-7-6 [ ] 曹良裕　魏戰(zhàn)江 摘　要　 介紹了目前世界各國常用的碳當(dāng)量公式及其適用的鋼種、強度級別、化學(xué)成分范圍及應(yīng)用判據(jù)。 關(guān)鍵詞　 碳當(dāng)量　焊接裂紋　低合金高強度鋼 　　鋼的碳當(dāng)量就是把鋼中包括碳在內(nèi)的對淬硬、冷裂紋及脆化等有影響的合金元素含量換算成碳的相當(dāng)含量。通過對鋼的碳當(dāng)量和冷裂敏感指數(shù)的估算，可以初步衡量低合金高強度鋼冷裂敏感性的高低，這對焊接工藝條件如預(yù)熱、焊后熱處理、線能量等的確定具有重要的指導(dǎo)作用。 　　 50年代初，當(dāng)時鋼的強化主要采用碳錳，在預(yù)測

2、鋼的焊接性時，應(yīng)用較廣泛的碳當(dāng)量公式主要有國際焊接學(xué)會(IIW)所推薦的公式和日本JIS標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的公式。 　　 60年代以后，人們?yōu)楦倪M鋼的性能和焊接性，大力發(fā)展了低碳微量多合金之類的低合金高強度鋼，同時又提出了許多新的碳當(dāng)量計算公式。 　　由于各國所采用的試驗方法和鋼材的合金體系不盡相同，所以應(yīng)搞清楚各國所使用的碳當(dāng)量公式的來源、用途及應(yīng)用范圍等，以免應(yīng)用不當(dāng)。 1　國際焊接學(xué)會推薦的碳當(dāng)量公式CE(IIW)：［1］ 　CE(IIW)=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15(%)　　　　　　　(1) 　　(式中的元素符號均表示該元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同。) 　　 該

3、式主要適用于中、高強度的非調(diào)質(zhì)低合金高強度鋼(σb=500～900 MPa。當(dāng)板厚小于20 mm，CE(IIW)＜0.40%時，鋼材淬硬傾向不大，焊接性良好，不需預(yù)熱；CE(IIW)=0.40%～0.60%，特別當(dāng)大于0.5%時，鋼材易于淬硬，焊接前需預(yù)熱。 2　日本推薦的碳當(dāng)量公式 2.1　日本JIS和WES標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的碳當(dāng)量公式：［2］ Ceq(JIS)=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14(%)　　　　　　　　(2) 　　該式主要適用于低碳調(diào)質(zhì)的低合金高強度鋼(σb=500～1000 MPa)。 　　 當(dāng)板厚小于25 mm，手工焊線能量為17 kJ/c

4、m時，確定的預(yù)熱溫度大致如下： 鋼材σb=500 MPa,　Ceq(JIS)≈0.46%,　不預(yù)熱 　　 σb=600 MPa,　Ceq(JIS)≈0.52%,　預(yù)熱75 ℃ 　　 σb=700 MPa,　Ceq(JIS)≈0.52%,　預(yù)熱100 ℃ 　　 σb=800 MPa,　Ceq(JIS)≈0.62%,　預(yù)熱150 ℃ 　　 (1)、(2)式均適用于含碳量偏高的鋼種(C≥0.18%)，即C≤0.20%;Si≤0.55%;Mn≤1.5%;Cu≤0.50%;Ni≤2.5%;Cr≤1.25%;Mo≤0.70%;V≤0.1%;B≤0.006%。 2.2　Pcm公式 　　 日本伊藤等

5、人進行了大量試驗后，提出了冷裂敏感指數(shù)(Pcm)的計算公式： Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B(%)　　　　　(3) 　　該式適用于C=0.07%～0.22%,σb=400～1000 MPa的低合金高強度鋼。 　　 適用化學(xué)成分范圍：C 0.07%～0.22%;Si 0～0.60%;Mn 0.40%～1.40%;Cu 0～0.50%;Ni 0～1.20%;Cr 0～1.20%;Mo 0～0.70%;V 0～0.12%;Nb 0～0.04%;Ti 0～0.05%;B 0～0.005%。 　　伊藤等又根據(jù)Pcm、板厚h或拘束度(R)，建

6、立了冷裂敏感性(Pw)、冷裂敏感指數(shù)(Pcm)及防止冷裂所需要的預(yù)熱溫度的計算公式： Pw=Pcm+［H］/60+h/600　　　　　　　　　　(3-1) 或Pw=Pcm+［H］/60+R/40000　　　　　　　　　(3-2) 式中，?。跦］熔敷金屬中擴散氫含量(ml/100g，甘油法) 　　　　　 R接縫拉伸拘束度(kg/mm．mm) 　　　　　 h板厚(mm) 　　　　　 Pcm冷裂敏感指數(shù) 　　當(dāng)Pw＞0時，即有產(chǎn)生裂紋的可能性。 　　利用(3-1)、(3-2)兩公式可以計算出無裂紋焊縫所需預(yù)熱溫度： T0=1440Pw-392　(℃) 　　(3-1)、(3-2)兩式

7、適用條件：擴散氫含量［H］為1.0～5.0 ml/100g；板厚為19～50 mm；線能量為17～30 kJ/cm；化學(xué)成分范圍同(3)式。 　　 (3-1)、(3-2)兩式不僅考慮了鋼中化學(xué)成分的影響，還考慮到鋼板厚度或拘束度，以及熔敷金屬中含氫量，利用這兩式可以計算出防止冷裂紋所需的預(yù)熱溫度。 3　美國推薦的碳當(dāng)量公式 3.1　計算預(yù)熱溫度的碳當(dāng)量公式 　　美國金屬學(xué)會提出的用于計算預(yù)熱溫度的碳當(dāng)量CE經(jīng)驗公式：［3］  CE=C+Mn/6+Ni/15+Mo/4+Cr/4+Cu/13　(%)　　　　　　　　　　　(5) 　　當(dāng)CE＜0.45%時，可不預(yù)熱；當(dāng)CE在0.

8、45%～0.60%之間時，預(yù)熱100～200 ℃；當(dāng)CE＞0.60%時，預(yù)熱200～370℃。 　　該式適用于碳鋼和低合金高強度鋼。  3.2　評定焊接性的碳當(dāng)量公式 　　美國金屬學(xué)會提出的用于評定淬火碳鋼和低合金鋼的焊接性的碳當(dāng)量公式： CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Si+Ni+Cu)/15　(%)　　　　　　　　　　　(6) 　　該式考慮了鋼中Si的影響，當(dāng)CE＜0.35%時，通常不需預(yù)熱和后熱；當(dāng)CE在0.35%～0.55%之間時，一般需預(yù)熱；當(dāng)CE＞0.55%時，可能既要預(yù)熱，又要后熱。 3.3　美國焊接學(xué)會(AWS)提出的碳當(dāng)量公式：［4］ CE

9、=C+Mn/6+Si/24+Ni/15+Cr/5+Mo/4+Cu/13+P/2　(%)　　　　　　　　(7) 　　該式適用于碳鋼和低合金鋼，適用的化學(xué)成分范圍如下：C＜0.60%;Mn＜1.6%;Ni＜3.3%;Cr＜1.0%;Mo＜0.6%;Cu 0.50%～1.0%;P 0.05%～0.15%(當(dāng)Cu＜0.50%和P＜0.05%時可不計)。 　　碳當(dāng)量及所對應(yīng)的板厚的焊接性和施焊條件分別見圖3和表2。 表2　鋼的焊接性與施焊條件 焊接性分類 普通酸性焊條 低氫焊條 消除應(yīng)力 敲擊處理 Ⅰ優(yōu)良 不需預(yù)熱 不需預(yù)熱 不需 不需 Ⅱ較好 預(yù)熱40～100 ℃ -10

10、 ℃以上不需預(yù)熱 任意 任意 Ⅲ尚好 預(yù)熱150 ℃ 預(yù)熱40～100 ℃ 希望 希望 Ⅳ難焊 預(yù)熱150～200 ℃ 預(yù)熱100 ℃ 必要 希望 圖3　焊接性與板厚、碳當(dāng)量的關(guān)系 　　由圖3可查得Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類鋼的最佳施焊條件。 二、各種鋼材焊接知識要點(一)   發(fā)布日期：2010-5-1 [ ] 1  什么是焊接性？試述碳鋼的焊接性。 焊接性是指材料在限定的施工條件下焊接成按規(guī)定設(shè)計要求的構(gòu)件，并滿足預(yù)定服役要求的能力。焊接性受材料、焊接方法、構(gòu)件類型及使用要求四個因素的影響。 碳鋼是以鐵元素為基礎(chǔ)的，鐵碳合金，

11、碳為合金元素，其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過1%，此外，錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過1.2%，硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過0.5%，后兩者皆不作為合金元素。其它元素如Ni、Cr、Cu等均控制在殘余量的限度以內(nèi)，更不作為合金元素。雜質(zhì)元素如S、P、O、N等，根據(jù)鋼材品種和等級的不同，均有嚴(yán)格限制。因此，碳鋼的焊接性主要取決于含碳量，隨著含碳量的增加，焊接性逐漸變差，其中以低碳鋼的焊接性最好，見表1。 表1  碳鋼焊接性與含碳量的關(guān)系 名  稱 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%） 典型硬度 典型用途 焊接性 低碳鋼 ≤0.15 60HRB 特殊板材和型材薄板、帶材、焊絲 優(yōu)

12、0.15～0.25 90HRB 結(jié)構(gòu)用型材、板材、棒材 良 中碳鋼 0.25～0.60 25HRC 機器部件和工具   中（需預(yù)熱、后熱，推薦使用低氫焊接方法） 高碳鋼 ≥0.60 40HRC 彈簧，模具，鋼軌   劣（需預(yù)熱、后熱，必需使用低氫焊接方法） 2  什么是碳當(dāng)量？碳鋼的碳當(dāng)量如何計算？ 把鋼中合金元素（包括碳）的含量按其作用換自成碳的相當(dāng)含量，稱為該種鋼材的碳當(dāng)量，可作為評定鋼材焊接性的一種參考指標(biāo)。 碳鋼中的元素除C外，主要是Mn和Si，它們的含量增加，焊接性變差，但其作用不及碳強烈。

13、國際焊接學(xué)會推薦的碳當(dāng)量公式為    　CE(IIW)=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15(%) 隨著碳當(dāng)量值的增加，鋼材的焊接性會變差。當(dāng)CE值大于0.4%～0.6%時，冷裂紋的敏感性將增大，焊接時需要采取預(yù)熱、后熱及用低氫型焊接材料施焊等一系列工藝措施。 3  利用碳當(dāng)量值評價鋼材焊接性有何局限性？ 碳當(dāng)量值只能在一定范圍內(nèi)，對鋼材概括地、相對地評價其焊接性，這是因為： 1）如果兩種鋼材的碳當(dāng)量值相等，但是含碳量不等，含碳量較高的鋼材在施焊過程中容易產(chǎn)生淬硬組織，其裂紋傾向顯然比含碳量較低的鋼材來得大，焊接性

14、較差。因此，當(dāng)鋼材的碳當(dāng)量值相等時，不能看成焊接性就完全相同。 2）碳當(dāng)量計算值只表達(dá)了化學(xué)成分對焊接性的影響，沒有考慮到冷卻速度不同，可以得到不同的組織，冷卻速度快時，容易產(chǎn)生淬硬組織，焊接性就會變差。 3）影響焊縫金屬組織從而影響焊接性的因素，除了化學(xué)成分和冷卻速度外，還有焊接循環(huán)中的最高加熱溫度和在高溫停留時間等參數(shù)，在碳當(dāng)量值計算公式中均沒有表示出來。 因此，碳當(dāng)量值的計算公式只能在一定的鋼種范圍內(nèi)，概括地、相對地評價鋼材的焊接性，不能作為準(zhǔn)確的評定指標(biāo)。 4  試述低碳鋼的焊接性。 由于低碳鋼含碳量低，錳、硅含量也少，所以，通常情況下不會因焊接而產(chǎn)生嚴(yán)重

15、硬化組織或淬火組織。低碳鋼焊后的接頭塑性和沖擊韌度良好，焊接時，一般不需預(yù)熱、控制層間溫度和后熱，焊后也不必采用熱處理改善組織，整個焊接過程不必采取特殊的工藝措施，焊接性優(yōu)良 。 但在少數(shù)情況下，焊接時也會出現(xiàn)困難： 1）采用舊冶煉方法生產(chǎn)的轉(zhuǎn)爐鋼含氮量高，雜質(zhì)含量多，從而冷脆性大，時效敏感性增加，焊接接頭質(zhì)量降低，焊接性變差。 2）沸騰鋼脫氧不完全，含氧量較高，P等雜質(zhì)分布不均，局部地區(qū)含量會超標(biāo)，時效敏感性及冷脆敏感性大，熱裂紋傾向也增大。 3）采用質(zhì)量不符合要求的焊條，使焊縫金屬中的碳、硫含量過高，會導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋。如某廠采用酸性焊條焊接Q235－A鋼時，因焊條藥皮中錳鐵的

16、含碳量過高，會引起焊縫產(chǎn)生熱裂紋。 4）某些焊接方法會降低低碳鋼焊接接頭的質(zhì)量。如電渣焊，由于線能量大，會使焊接熱影響區(qū)的粗晶區(qū)晶粒長得十分粗大，引起沖擊韌度的嚴(yán)重下降，焊后必需進行細(xì)化晶粒的正火處理，以提高沖擊韌度。 總之，低碳鋼是屬于焊接性最好、最容易焊接的鋼種，所有焊接方法都能適用于低碳鋼的焊接。 5  低碳鋼焊接時，如何正確地選用焊接材料？ ⑴手弧焊焊條的選用  常用低碳鋼Q235的抗拉強度平均值為417.5MPa，根據(jù)等強度原則，與之匹配的焊條應(yīng)為E43系列。幾種不同鋼號的低碳鋼手弧焊時焊條的選用，見表2。 表2  低碳鋼手弧焊時焊條

17、的選用 鋼    號 一般結(jié)構(gòu)選用的 焊條型號 動載荷、復(fù)雜、厚板結(jié)構(gòu)，鍋爐受壓容器，低溫焊接 選用的焊條型號 施  焊  條  件 Q235 E4313，E4303，E4301，E4320，E4311 E4316，E4315 （E5016，E5015） 一般不預(yù)熱 Q255 一般不預(yù)熱 Q275 E4316，E4315 E5016，E5015 厚板結(jié)構(gòu)預(yù)熱 150℃ 以上 08、10、15、20 E4303，E4301，E4320，E4311 E4316

18、，E4315 （E5016，E5015） 一般不預(yù)熱 25 E4316，E4315 E5016，E5015 厚板結(jié)構(gòu)預(yù)熱 150℃ 以上 20g ， 22g E4303，E4301 E4316，E4315 （E5016，E5015） 厚板結(jié)構(gòu)預(yù)熱100～150℃ 20R E4303，E4301 E4316，E4315 （E5016，E5015） 一般不預(yù)熱 注：表中括弧內(nèi)的焊條型號表示可以代用。 ⑵埋弧焊焊絲和焊劑的匹配選用  低碳鋼埋弧焊時焊絲和焊劑的匹配選用，見表3。 表3  低碳鋼埋弧焊焊絲與

19、焊劑的匹配選用 鋼   號 焊                  絲 焊    劑 Q234 H 08A HJ430 HJ431 Q255 H 08A Q275 H08MnA 15、20 H 08A ，H08MnA HJ430 HJ431 HJ330 25 H08MnA，H10Mn2 20g ， 22g

20、 H08MnA，H08MnSi，h10Mn2 20R H08MnA ⑶CO2焊絲的選用  實芯焊絲選用牌號為H08Mn2Si和H08Mn2SiA兩種，焊后熔敷金屬強度偏高。藥芯焊絲選用牌號為YJ502-1、YJ506-2、YJ506-3、YJ506-4。 ⑷電渣焊焊絲和焊劑的匹配選用  電渣焊熔池溫度比埋弧焊低，所以焊劑中的硅、錳還原作用弱，應(yīng)選用含錳、含硅量較高的焊絲。常選用H10Mn2、H10MnSi焊絲配合焊劑HJ360或H10MnSi焊絲配合焊劑HJ431。 6  低碳鋼在低溫下如何施焊？ 嚴(yán)冬條件下焊接低碳鋼結(jié)構(gòu)時，由于焊接接

21、頭的冷卻速度快，使裂紋傾向增大，特別是厚大結(jié)構(gòu)的第一道焊縫容易開裂，為此必需采取如下工藝措施： 1）焊前預(yù)熱，焊接過程中嚴(yán)格保持層間溫度不應(yīng)低于預(yù)熱溫度。 2）采用低氫或超低氫焊接材料。 3）定位焊時加大焊接電流，減慢焊接速度，適當(dāng)增加定位焊縫的截面積和長度，必要時進行預(yù)熱。 4）整條焊縫應(yīng)盡量連續(xù)焊完，避免中斷。 5）不應(yīng)坡口面以外的母材上進行引弧，熄弧時需填滿弧坑。 6）盡可能不在低溫條件下進行彎板、矯正和裝配焊件。 各種金屬結(jié)構(gòu)低溫焊接時的預(yù)熱溫度見表4。管道、壓力容器低溫焊接時的預(yù)熱溫度見表5。 表4  低碳鋼金屬結(jié)構(gòu)低溫焊接的預(yù)熱溫度 焊

22、件厚度（mm） 在各種氣溫下的預(yù)熱溫度 ＜30 31～50 51～70 不低于－ 30℃ 時不預(yù)熱；低于－ 30℃ 時預(yù)熱100～150℃ 不低于－ 10℃ 時不預(yù)熱；低于－ 10℃ 時預(yù)熱100～150℃ 不低于 0℃ 時不預(yù)熱；低于 0℃ 時預(yù)熱100～150℃ 表5  低碳鋼管道、壓力容器低溫焊接的預(yù)熱溫度 焊件厚度（mm） 在各種氣溫下的預(yù)熱溫度 ＜16 17～30 31～40 41～50 不低于－ 30℃ 時不預(yù)熱；低于－ 30℃ 時預(yù)熱100～150℃ 不低于－ 20℃ 時不預(yù)熱；低于－ 20℃ 時預(yù)熱100

23、～150℃ 不低于－ 10℃ 時不預(yù)熱；低于－ 10℃ 時預(yù)熱100～150℃ 不低于 0℃ 時不預(yù)熱；低于 0℃ 時預(yù)熱100～150℃ 7  試述中碳鋼的焊接性。 中碳鋼的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%～0.60%。當(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)接近0.25%而含錳量不高時，焊接性良好。隨著含碳量的增加，焊接性逐漸變差。如果碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.45%左右而仍按焊接低碳鋼常用的工藝施焊時，在熱影響區(qū)可能會產(chǎn)生硬脆的馬氏體組織，易于開裂，即形成冷裂紋。 焊接時，相當(dāng)數(shù)量的母材被熔化進入焊縫，使焊縫的含碳量增高，促使在焊縫中產(chǎn)生熱裂紋，特別是當(dāng)硫的雜質(zhì)控制不嚴(yán)時，更易出現(xiàn)。這種裂紋在弧坑處

24、更為敏感，分布在焊縫中的熱裂紋于是與焊縫的魚鱗狀波紋線相垂直，見圖1。 8  中碳鋼焊接時，如何正確地選用焊條？ 中碳鋼的焊接目前大都采用手弧焊。為提高焊接接頭的抗裂性，應(yīng)選用低氫型焊條。個別情況下，也可采用鈦鈣型和鈦鐵礦型酸性焊條，但此時應(yīng)采取嚴(yán)格的工藝措施，如焊前預(yù)熱、減少熔合比（降低焊縫含碳量）等。 中碳鋼手弧焊時焊條的選用，見表6。 表6  中碳鋼手弧焊時焊條的選用 鋼  號 焊件含碳量（%） 焊接件 焊件力學(xué)性能（≥） 選用焊條型號 σs （MPa） σb （MPa） δ （%） ф

25、 （%） αK （J） 不要求等強度 要求等強度 35 ZG270～500 0.32～ 0.40 0.31～0.40 一般 一般 315 270 530 500 20 18 45 25 55 22 E4303，E4301 E4316，E4315 E5016， E5015 45 ZG310～570 0.42～0.50 0.41～0.50 較差 較差 355 310 600 570 16 15 40 21 39 15 E4303，E

26、4301 E4316，E4315 E5016，E5015 E5016， E5015 55 ZG340～340 0.52～0.60 0.51～0.60 很差 很差 380 340 645 640 13 10 35 18 — 10 E4303，E4301 E4316，E4315 E5016，E5015 E5016， E5015 特殊情況下，中碳鋼焊接時可采用鉻鎳不銹鋼焊條，如E0- 19-10-16 （A102）、E0-19-10-5（A107）、E1-23-13-16（A302）、E1-23-

27、13-15（A307）、E2-26-21-16（A402）、E2-26-21-15（A407）等，因奧氏體焊縫金屬的塑性良好，可以減小焊接接頭應(yīng)力，即使焊件焊前不預(yù)熱，也可避免熱影響區(qū)產(chǎn)生冷裂紋。 9  試述中碳鋼的焊接工藝要點。 ⑴預(yù)熱  預(yù)熱有利于減低中碳鋼熱影響區(qū)的最高硬度，防止產(chǎn)生冷裂紋，這是焊接中碳鋼的主要工藝措施，預(yù)熱還能改善接頭塑性，減小焊后殘余應(yīng)力。通常，35和45鋼的預(yù)熱溫度為150～250℃含碳量再高或者因厚度和剛度很大，裂紋傾向大時，可將預(yù)熱溫度提高至250～400℃。 若焊件太大，整體預(yù)熱有困難時，可進行局部預(yù)熱，局部預(yù)熱的加熱范圍為焊口

28、兩側(cè)各150～200mm。 ⑵焊條  條件許可時優(yōu)先選用堿性焊條。 ⑶坡口形式  將焊件盡量開成U形坡口式進行焊接。如果是鑄件缺陷，鏟挖出的坡口外形應(yīng)圓滑，其目的是減少母材熔入焊縫金屬中的比例，以降低焊縫中的含碳量，防止裂紋產(chǎn)生。 ⑷焊接工藝參數(shù)  由于母材熔化到第一層焊縫金屬中的比例最高達(dá)30%左右，所以第一層焊縫焊接時，應(yīng)盡量采用小電流、慢焊接速度，以減小母材的熔深。 ⑸焊后熱處理  焊后最好對焊件立即進行消除應(yīng)力熱處理，特別是對于大厚度焊件、高剛性結(jié)構(gòu)件以及嚴(yán)厲條件下（動載荷或沖擊載荷）工作的焊件更應(yīng)如此。消除應(yīng)力的回火溫度為600

29、～650℃。 若焊后不能進行消除應(yīng)力熱處理，應(yīng)立即進行后熱處理。 10  試述高碳鋼的焊接工藝要點。 ⑴焊接性  當(dāng)高碳鋼的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.60%時，焊后的硬化、裂紋敏感傾向更大，因此焊接性極差，不能用于制造焊接結(jié)構(gòu)。常用于制造需要更硬度或耐磨的部件和零件，其焊接工作主要是焊補修復(fù)。 ⑵焊條選用  由于高碳鋼的抗拉強度大都在675MPa以上，所以常用的焊條型號為E7015、E6015，對構(gòu)件結(jié)構(gòu)要求不高時可選用E5016、E5015焊條。此外，亦可采用鉻鎳奧氏體鋼焊條進行焊接。 ⑶焊接工藝 1）由于高碳鋼零件為了獲得高硬度和耐磨性，材料

30、本身都需經(jīng)過熱處理，所以焊前應(yīng)先進行退火，才能進行焊接。 2）焊件焊前應(yīng)進行預(yù)熱，預(yù)熱溫度一般為250～ 350℃ 以上，焊接過程中必需保持層間溫度不低于預(yù)熱溫度。 3）焊后焊件必需保溫緩冷，并立即送入爐中在 650℃ 進行消除應(yīng)力熱處理。 11  低合金高強鋼的碳當(dāng)量如何計算？ 低合金高強鋼碳當(dāng)量的計算公式目前以國際焊接學(xué)會（IIW）所推薦的CE和日本JIS標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的Ceq應(yīng)用最為廣泛，其計算公式為 Mn       Cr+Mo+v      Cu+N

31、i         CE（IIW）=C + ──　+　───── + ─── （質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%） 6           5          15                

32、0;         Mn       Si       Ni       Cr        Mo         V          Ceq（JIS）

33、=C + ─── + ─── + ─── + ─── + ─── + ─── （質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）                           6       24       40     

34、0;  5        4        14 式中，化學(xué)元素都表示該元素在鋼中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，計算時，元素含量均取其成分范圍的上限。CE主要適用于文藝報非調(diào)質(zhì)量低合金高強鋼（σb=500～900MPa）焊接性的估算；Ceq主要適用于低碳鋼調(diào)質(zhì)鋼和低合金高強鋼（σb=500～1000MPa），但均適用于含碳量偏高的鋼種（C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥0.18%），這類鋼化學(xué)成分的范圍如下 C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為≤0.2%、Si≤0.55%、Mn≤1.5%、Cu≤0

35、.5%、Ni≤2.5%、Cr≤1.25%、Mo≤0.7%、V≤0.1%和B≤0.006%。 12  試述低合金高強鋼的焊接性。 強度級別較低的低合金高強鋼，如300～400MPa級，由于鋼中合金元素含量較少，其焊接性良好，接近于低碳鋼。隨著鋼中合金元素的增加，強度級別提高，鋼的焊接性也逐漸變差，出現(xiàn)的主要問題是： ⑴熱影響區(qū)的淬硬傾向  含碳時較少、強度級別較低的鋼種，如09Mn2、09Mn2Si、09MnV鋼等，淬硬傾向很小。隨著強度級別的提高，淬硬傾向也開始加大，如16Mn、15MnV鋼焊接時，快速度冷卻會導(dǎo)致在熱影響區(qū)出現(xiàn)馬氏體組織。 ⑵冷裂紋

36、0; 低合金高強鋼焊接時，熱影響區(qū)的冷裂紋傾向加大，并且這種冷裂紋往往具有延遲的性質(zhì)，危害性很大。例如，材料為18MnMoNb鋼壁厚 115mm 的一大型容器，由于預(yù)熱溫度不夠，焊后在熱影響區(qū)形成大量冷裂紋。 低合金高強鋼的定位焊縫很容易開裂，其原因是由于焊縫尺寸小、長度短、冷卻速度快，這種開裂屬于冷裂紋性質(zhì)。 ⑶熱裂紋  一般情況下，強度等級為294～392MPa的熱軋、正火鋼，熱裂傾向較小，但在厚壁壓力容器的高稀釋率焊道（如根部焊道或靠近坡口邊緣的多層埋弧焊焊道）中也會出現(xiàn)熱裂紋。電渣焊時，若母材的含碳量偏高并含鎳時，電渣焊縫中可能會出現(xiàn)呈八字形分布的熱裂紋。 強度等

37、級為800～1176MPa的中碳調(diào)質(zhì)鋼（如30CrMnSiA鋼），焊接時熱裂的敏感性較大。 ⑷粗晶區(qū)脆化  熱影響區(qū)中被加熱至 1100℃ 以上的粗晶區(qū)，當(dāng)焊接線能量過大時，粗晶區(qū)的晶粒將迅速長大或出現(xiàn)魏氏組織而使韌性下降，出現(xiàn)脆化段。 13  試述低合金高強鋼焊接時的主要工藝措施。 ⑴預(yù)熱  預(yù)熱是防止裂紋的有效措施，并且還有助于改善接頭性能。但預(yù)熱會惡化勞動條件，使生產(chǎn)工藝復(fù)雜化，過高的預(yù)熱溫度還會降低接頭韌性。因此，焊前是否需要預(yù)熱以及預(yù)熱溫度的確定應(yīng)根據(jù)鋼材的成分（碳當(dāng)量）、板厚、結(jié)構(gòu)形狀、剛度大小以及環(huán)境溫度等決定。 ⑵焊接線能量的選擇&

38、#160; 含碳低的熱軋鋼（09Mn2、09MnNb鋼等）以及含碳量偏下限的16Mn鋼焊接時，因為這些鋼的冷裂淬硬、脆化等傾向小，所以對焊接線能量沒有嚴(yán)格的限制。焊接含碳量偏高的16Mn鋼時，為降低淬硬傾向，焊接線能量應(yīng)偏大一點。對于含V、Nb、Ti的鋼種，為降低熱影響區(qū)粗晶脆化所造成的不利影響，應(yīng)選擇較小的焊接線能量。如15MnVN鋼的焊接線能量應(yīng)控制在40～45kJ/cm以下。 對于碳及合金元素含量較高而屈服點為490MPa的正火鋼（如18MnMoNb鋼等），因淬硬傾向大，應(yīng)選擇較大的焊接線能量，但當(dāng)采用焊前預(yù)熱時，為了避免過熱傾向，可以適當(dāng)?shù)販p少線能量。 ⑶后熱及焊后熱處理

39、60; 后熱是指焊接結(jié)束或焊完一條焊縫后，將焊件立即加熱至150～250℃范圍內(nèi)，并保溫一段時間，使接頭中的氫擴散逸出，防止延遲裂紋產(chǎn)生。 對于厚壁容器、高剛性的焊接結(jié)構(gòu)以及一些在低溫、耐蝕條件下工作的構(gòu)件，焊后應(yīng)及時進行消除應(yīng)力的高溫回火，其目的是消除焊接殘余應(yīng)力，改善組織。 焊后立即進行高溫回火的焊件，無需再進行后熱處理。 14  低合金高強鋼焊接時，如何正確地選用焊接材料？ 總的原則是根據(jù)等強度的要求，即熔敷金屬的強度等級應(yīng)與母材在同一檔次來選用焊接材料，具體選用，見表7。 表7  低合金高強鋼焊接材料的選用 鋼  號 強度級別

40、 （MPa） 手弧焊 埋  弧  焊 電  渣  焊 CO2焊焊絲 焊條 焊劑 焊絲 焊劑 焊絲 09Mn2 09Mn2Si 09MnV 294 E43 HJ430 HJ431 SJ301 H 08A H08MnA     H10MnSi H08Mn2Si H08Mn2SiA 16Mn 16MnCu 14MnNb 343 E50 SJ501 薄板：H 08A    H08MnA HJ43

41、1 HJ360 H08MnMoA H08Mn2Si H08Mn2SiA YJ502-1 YJ502-3 YJ506-4 HJ431 HJ430 SJ301 中板開坡口對接 開I形坡口對接 H08MnA H10Mn2 HJ350 厚板深坡口 H10Mn2 H08MnMoA 15MnV 15MnVCu 16MnNb 392 E50 E55 HJ430 HJ431 開I形坡口對接 H08MnA 中板開坡口對接 H10Mn2 H10MnSi HJ431 HJ360 H

42、10MnMo H08Mn2MoVA H08Mn2Si H08Mn2SiA HJ250 HJ350 SJ101 厚板深坡口 H08MnMoA 15MnVN 15MnVNCu 15MnVTiRe 441 E55 E60 SJ431 H10Mn2 HJ431 HJ360 H10MnMo H08Mn2MoVA H08Mn2Si H08Mn2SiA HJ350 HJ250 SJ101 H08MnMoA H08Mn2MoA 18MnMoNb 14MnMoV 14MnMoVCu 490

43、 E60 E70 HJ250 HJ350 SJ101 H08Mn2MoA H08Mn2MoVA H08Mn2NiMo HJ431 HJ360 H10Mn2MoA H10Mn2MoVA H10Mn2NiMoA H08Mn2SiMoA 15  試述16Mn鋼的焊接工藝。 16Mn鋼屬于碳錳鋼，碳當(dāng)量為0.345%～0.491%，屈服點等于343MPa（強度級別屬于343MPa級）。16Mn鋼的合金含量較少，焊接性良好，焊前一般不必預(yù)熱。但由于16Mn鋼的淬硬傾向比低碳鋼稍大，所以在低溫下（如冬季露天作業(yè)）或在大剛性、大厚度結(jié)

44、構(gòu)上焊接時，為防止出現(xiàn)冷裂紋，需采取預(yù)熱措施。不同板厚及不同環(huán)境溫度下16Mn鋼的預(yù)熱溫度，見表8。 16Mn鋼手弧焊時應(yīng)選用E50型焊條，如堿性焊條E5015、E5016，對于不重要的結(jié)構(gòu)，也可選用酸性焊條E5003、E5001。對厚度小、坡口窄的焊件，可選用E4315、E4316焊條。 表8  焊接16Mn鋼的預(yù)熱溫度 焊件厚度  （mm） 不同氣溫下的預(yù)熱溫度計（℃） 16以上 16～24 25～40 40以上 不低于－ 10℃ 不預(yù)熱，－ 10℃ 以下預(yù)熱100～150℃ 不低于－ 5℃ 不預(yù)熱，－ 5℃ 以下預(yù)熱100～15

45、0℃ 不低于 0℃ 不預(yù)熱， 0℃ 以下預(yù)熱100～150℃ 均預(yù)熱100～150℃ 16Mn鋼埋弧焊時H08MnA焊絲配合焊劑HJ431（開I形坡口對接）或H10Mn2焊絲配合焊劑HJ431（中板開坡口對接），當(dāng)需焊接厚板深坡口焊縫時，應(yīng)選用H08MnMoA焊絲配合焊劑HJ431。 16Mn鋼是目前我國應(yīng)用最廣的低合金鋼，用于制造焊接結(jié)構(gòu)的16Mn鋼均為16MnR和16Mng鋼。 16  試述18MnMoNb鋼的焊接工藝。 18MnMoNb鋼的屈服點等于490MPa（屬于490MPa級鋼），由于碳及合金鋼元素的含量都較高，所以淬火硬傾向及冷裂傾向均比16Mn

46、鋼大。焊接工藝要點： 1）除電渣焊外，焊前對焊件應(yīng)采取預(yù)熱措施，預(yù)熱溫度控制在150～ 180℃ 。對于剛度較大的接頭，預(yù)熱溫度應(yīng)提高至180～ 230℃ 。焊后或中斷焊接時，應(yīng)立即進行250～ 350℃ 的后熱處理。 2）焊接材料的選用，見表7。 3）為保證接頭性能和質(zhì)量，應(yīng)適當(dāng)控制焊接線能量，如手弧焊時，焊接線能量應(yīng)控制在24kJ/cm以下；埋弧焊時，焊接線能量應(yīng)控制在35kJ/cm以下。但焊接線能量不能過小，否則焊接接頭易出現(xiàn)淬硬組織和降低韌性。同時，層間溫度應(yīng)控制在預(yù)熱溫度和 300℃ 之間。 4）焊后應(yīng)進行熱處理。電渣焊接頭熱處理的方式是900～ 980℃ 正火加63

47、0～ 670℃ 回火。手弧焊及埋弧焊接頭進行消除焊接殘余應(yīng)力的高溫回火處理，回火溫度比一般鋼材回火溫度低 30℃ 左右。 17  試述低溫用鋼的焊接工藝。 工作溫度等于或低于－ 20℃ 的低碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金鋼稱為低溫用鋼，其牌號及成分，見表9。對低溫用鋼的主要要求是應(yīng)保證在使用溫度下具有足夠的塑性及抵抗脆性破壞的能力。 表9  低溫容器用鋼的牌號及成分 鋼    號 化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%） C Mn Si V Ti 16MnDR 09MnTiCuREDR 09Mn2VDR 06MnN

48、bDR ≤0.20 ≤0.12 ≤0.12 ≤0.07 1.20～1.60 1.40～1.70 1.40～1.70 1.20～1.60 0.20～0.60 ≤0.40 0.20～0.05 0.17～0.37 0.04～0.10 0.03～0.08 鋼    號 化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%） Cu Nb RE S P ≤ 16MnDR 09MnTiCuREDR 09Mn2VDR 06MnNbDR 0.20～0.40 0.02～0.05 0.15(加入量)

49、 0.035 0.035 0.035 0.030 0.035 0.035 0.035 0.030 低溫用鋼由于含碳量低,淬硬傾向和冷裂傾向小，所以焊接性良好。焊接時，為避免焊縫金屬及熱影響區(qū)形成粗晶組織而降低低溫韌性，要求采用小的焊接線能量，焊接電流不宜過大，宜用快速多道焊以減輕焊道過熱，并通過多層焊的重?zé)嶙饔眉?xì)化晶粒，多道焊時要控制層間溫度不得過高，如焊接06MnNbDR低溫用鋼時，層間溫度不得大于 300℃ 。 焊接低溫用鋼的焊條，見表10。 表10  焊接低溫用鋼焊條 焊 條 牌 號 焊條型號 主  

50、要   用   途 J 506G J507GR W707 W707Ni W907Ni W107Ni E 5016G E 5015G TW70-7Cu E 5515C 1 E 5515C 2 TW10-7Cu 焊接－ 40℃ 工作的16MnDR 鋼 焊接－ 70℃ 工作的09Mn2V及09MnTiCuRe鋼 焊接－ 70℃ 工作的低溫鋼及2.5%Ni鋼 焊接－ 90℃ 工作的3.5%Ni鋼 焊接－ 100℃ 工作的06MnNb、06AINbCuN及3.5%Ni鋼 低溫用鋼焊后可進行消除

51、應(yīng)力熱處理，以降低焊接結(jié)構(gòu)的脆斷傾向。 18  試述珠光體耐熱鋼的焊接工藝。 高溫下具有足夠的強度和抗氧化性的鋼稱為耐熱鋼，以Cr、Mo為主要合金元素的低合金耐熱鋼，基體組織是珠光體（或珠光體+鐵素體）稱為珠光體耐熱鋼，常用鋼號有15CrMo、12CrMoV、12Cr2MoWVTiB、14MnMov、18MnMoNb、13MnNiMoNb。 由于珠光體耐熱鋼中含有一定量的Cr、Mo和其它一些合金元素，所以熱影響區(qū)會產(chǎn)生硬脆的馬氏體組織，低溫焊接或焊接剛性較大的結(jié)構(gòu)時，易形成冷裂紋。因此在焊接時應(yīng)采取以下幾項工藝措施： ⑴預(yù)熱  預(yù)熱是焊接珠光體耐熱鋼的重要工

52、藝措施。為了確保焊接質(zhì)量，不論在定位焊或正式施焊過程中，焊件都應(yīng)預(yù)熱并保持為80～150℃用氬弧焊打底和CO2氣體保護焊時，可以降低預(yù)熱溫度或不預(yù)熱。 ⑵焊后緩冷  焊后應(yīng)立即用石棉布覆蓋焊縫及熱影響區(qū)，使其緩慢冷卻。 ⑶焊后熱處理  焊后應(yīng)立即進行高溫回火，防止產(chǎn)生延遲裂紋、消除應(yīng)力和改善組織。焊后熱處理溫度應(yīng)避免在350～500℃溫度區(qū)間內(nèi)進行，因珠光體耐熱鋼在該溫度區(qū)間內(nèi)有強烈的加火脆性現(xiàn)象。幾種常用珠光體耐熱鋼的焊后熱處理溫度見表11。 表11  珠光體耐熱鋼焊后熱處理溫度 鋼      號

53、 需熱處理厚度（mm） 焊后高溫回火溫度（℃） 15CrMo 12Cr1MoV 20CrMo 12Cr2MoWVB 12Cr3MoVSiTiB ＞10 ＞6 任何厚度 任何厚度 任何厚度 680～700 720～760 720～760 760～780 740～780 19  珠光體耐熱鋼焊接時，如何正確地選用焊接材料？ 總的原則是根據(jù)化學(xué)成分的要求，即熔敷金屬的化學(xué)成分應(yīng)與母材相當(dāng)來選用焊接材料。具體選用，見表12。 表12  珠光體耐熱鋼焊接材料的選用 鋼   

54、; 號 手    弧    焊 埋  弧  焊 氣體保護焊 焊條牌號 焊條型號 焊絲與焊劑匹配 焊絲牌號 15CrMo R307 E5515-B2 H08CrMoA+IIJ350 H08CrMnSiMo 12CrMoV R317 E5515-B2-V H08CrMoV+HJ350 H08CrMnSiMoV Cr2Mo R407 E6015-B3 H08Cr3MoMnA+hJ350 H08Cr3MoMnSi 12CrMoWV-

55、TiB R347 E5515-B3-VWB H08Cr2MoWVNbB+HJ250 H08Cr2MnWVNbB 14MnMoV 18MnMoNb J606 J607 E6016-D1 E6015-D1 H08Mn2MoA+HJ350 H08Mn2SiMo 13MnNiMoNb J607Ni E 6015G H08Mn2NiMo+HJ350 H08Mn2NiMoSi 原則上，各種金屬都能進行焊接，但金屬本身固有的基本性能，還不能直接表明它在焊接時會出現(xiàn)什么問題以及焊接后接頭性能是否能滿足使用要求，所以，金屬材料對焊接加工的適

56、應(yīng)性用焊接性來衡量。 1．焊接性概念     金屬的焊接性是指在一定的焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。其內(nèi)容包括兩個方面：一是金屬在經(jīng)受焊接加工時對缺陷的敏感性，即工藝焊接性；二是焊成的接頭在使用條件下可靠運行的能力，即使用焊接性。 1）工藝焊接性     工藝焊接性是一個相對的概念，如果一種金屬可以在很簡單的工藝條件下焊接而獲得完好的接頭，能夠滿足使用要求，就可以說是焊接性良好。反之，如果必須保證很復(fù)雜的工藝條件，如高溫預(yù)熱、焊后復(fù)雜熱處理等，或所焊的接頭在性能上不能很好地滿足要求，就可以認(rèn)為焊接性差。工藝焊接性就是指金

57、屬在一定的工藝條件下，能得到優(yōu)質(zhì)焊接接頭的能力。它不是金屬本身固有的性能，而是隨焊接條件的變化而變化。 2）使用焊接性     使用焊接性是指整個焊接接頭或整體結(jié)構(gòu)滿足技術(shù)條件規(guī)定的使用性能的程度。包括力學(xué)性能、缺口敏感性、耐腐蝕性等。 2．焊接性試驗方法 金屬材料的可焊性是指被焊金屬在采用一定的焊接方法、焊接材料、工藝參數(shù)及結(jié)構(gòu)型式條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。  鋼材可焊性的主要因素是化學(xué)成分。在各種元素中，碳的影響最明顯，其它元素的影響可折合成碳的影響，因此可用碳當(dāng)量方法來估算被焊鋼材的可焊性。硫、磷對鋼材焊接性能影響也很大，在各種合格

58、鋼材中，硫、磷都要受到嚴(yán)格限制。  鋼材塑性良好，淬硬傾向不明顯，可焊性良好。 鋼材塑性下降，淬硬傾向明顯，可焊性較差。 鋼材塑性較低，淬硬傾向很強，可焊性不好。  常用鋼材的可焊性一般為低碳及低合金鋼較好，中碳及中合金鋼較差，高碳及高合金鋼最差 鑄鐵含碳量高，組織不均勻，塑性很低，屬于可焊性很差的金屬材料，因此不應(yīng)該考慮鑄鐵的焊接構(gòu)件。鑄鐵的焊接主要是焊補工作。鑄鐵焊補時熔合區(qū)易產(chǎn)生白口組織，易產(chǎn)生裂縫，易產(chǎn)生氣孔。  焊前將鑄鐵工件整體或局部預(yù)熱到600～ 700℃ ，焊后緩慢冷卻的工藝稱為熱焊法。  焊補之前，工件不預(yù)熱

59、或只進行 400℃ 以下低溫預(yù)熱的焊補方法稱為冷焊法。冷焊法一般是用手工電弧焊進行焊補  鋼芯鑄鐵焊條焊絲為低碳鋼，一種是藥皮有強氧化性成分能使熔池中的硅、碳大量燒損，以獲得塑性較好的低碳鋼焊縫。另一種是在藥皮中加入大量釩鐵，能使焊縫金屬成為高釩鋼，因此具有較好的抗裂性及加工性，可用于高強度鑄鐵及球墨鑄鐵的補焊。  鎳基鑄鐵焊條焊絲是純鎳或鎳銅合金，焊補后，焊縫為塑性好的鎳基合金。  銅基鑄鐵焊條用銅絲作焊芯或用銅芯鐵皮焊芯，外涂低氫型涂料。 有色金屬可焊性較差，一般用氬弧焊方法焊接。 異種金屬焊接性也較差，通過增加過渡層金屬和堆焊隔離層的方法

60、解決熔合和母材金屬稀釋問題 研究在熔化焊接過程中所發(fā)生的“氣體- 熔渣- 金屬”之間的物理、化學(xué)變化，熔化金屬的結(jié)晶凝固，以及由于焊接熱循環(huán)造成的焊接熱影響區(qū)內(nèi)金屬的組織和性能的變化。運用冶金學(xué)的知識研究焊接過程，促進了焊接的發(fā)展；同時焊接冶金的發(fā)展也促使出現(xiàn)了新的冶金工藝──二次重熔。 　　焊接化學(xué)冶金 焊接化學(xué)冶金反應(yīng)的特點是溫度高而時間短促；相間反應(yīng)界面的比表面積大；因此，反應(yīng)極為激烈。焊接化學(xué)冶金過程是分區(qū)域（或階段）連續(xù)進行的；以手工電弧焊為例，可分為藥皮反應(yīng)區(qū)、熔滴反應(yīng)區(qū)和熔池反應(yīng)區(qū)（圖1）。 　　焊接熔渣是在焊接過程中，主要由焊條藥皮或焊劑形成的，起冶金處理、機械保

61、護金屬和改善焊接工藝性能的作用。焊接熔渣的主要組成是各種氧化物，還有氟化物、氯化物和硼酸鹽類。氧化物有酸性的、中性的和堿性的。衡量熔渣的堿性強弱采用堿度，最常用和簡便的計算方法是堿性氧化物的重量總和同酸性氧化物的重量總和之比（見爐渣）。堿度大于 1.3的焊渣稱為堿性渣，反之稱為酸性渣。焊渣堿度對焊接冶金過程有很大影響。采用堿性焊渣時，焊縫金屬具有較好的綜合機械性能，抗裂性能提高，同時焊縫的脫氧及脫硫也較好。 　　完善的脫氧可提高焊縫金屬（如鋼）的綜合機械性能。焊接時的脫氧過程可分為兩類：①先期脫氧，即焊條藥皮或焊劑中的脫氧劑(Mn、Si、Al、Ti等)與高價氧化物和碳酸鹽類在焊接的熔池中早期

62、發(fā)生還原反應(yīng)。②沉淀脫氧，溶于液態(tài)金屬（如鋼液）中的脫氧劑直接與金屬液體中的FeO發(fā)生脫氧反應(yīng)；各種鋼焊接時,利用Si、Mn聯(lián)合脫氧能取得較好的脫氧效果。沉淀脫氧在脫氧過程中起最后的決定性作用。 　　焊縫金屬的凝固 焊接熔池的凝固條件不同于一般鑄錠。焊接熔池體積小、溫度高而不均勻，中心溫度近于沸點，而周圍都是未熔化的被焊接金屬（母材），因此溫度梯度大、冷卻速度快。焊縫凝固結(jié)晶始于熔池邊緣的最低溫度處，以半熔化的母材金屬晶粒為非自發(fā)晶核，開始結(jié)晶生長，即所謂“聯(lián)生結(jié)晶”。另一特點為由于冷卻速度快，所以結(jié)晶從半熔化的晶粒表面開始后，沿著與散熱相反的方向，以柱狀晶的形態(tài)向熔池中心迅速生長，直到柱狀

63、晶互相接觸為止。同時，由于柱狀晶的生長速度很快，熔池中即使存在著難熔質(zhì)點，也很難作為晶核長大成等軸晶粒。這樣，焊縫就具有柱狀晶特征（圖2）。 　　焊接熱作用特點 焊接熱源的局部集中，導(dǎo)致不均勻的溫度場。離焊縫越遠(yuǎn)，被加熱達(dá)到的峰值溫度越低，如圖3所示。不均勻的溫度場將引起不均勻的應(yīng)力和變形，并造成不均勻的組織和性能變化。此外，焊接熱源始終處于運動狀態(tài)之中，焊接區(qū)中任何一點的溫度變化都是準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)，熱源移近時迅速升溫，熱源移開時則迅速降溫。這就決定了焊接過程中所發(fā)生的各種冶金學(xué)變化都無法達(dá)到平衡狀態(tài)。 　　焊接熱循環(huán)特性 焊接區(qū)某點的溫度隨時間的變化過程稱為焊接熱循環(huán)。圖4為單道焊接

64、的熱循環(huán)特性。溫度很快地升高到峰值溫度(Tmax，例如低合金鋼手弧焊時在4秒內(nèi)即可升到 1100℃ 。而高溫停留時間tH很短,例如在Ac3（見鐵碳平衡圖）以上只有幾秒到十幾秒鐘。冷卻速度ωc相當(dāng)大，往往會引起淬火。決定焊接熱循環(huán)特性的主要因素是材料的熱物理性能、焊件尺寸、焊件初始溫度以及焊接工藝參數(shù)。 　　多道焊時，其焊接熱循環(huán)具有更為復(fù)雜的特點。后一焊道對前一焊道起后熱作用，產(chǎn)生熱處理效果；而前一焊道對后一焊道具有預(yù)熱的作用。 　　焊接熱影響區(qū)的范圍和組織變化 加熱峰值溫度低于材料的熔化溫度(Ts)而又高于材料能發(fā)生組織變化的臨界溫度(Tcr)的母材區(qū)域,即為熱影響區(qū)。對大多數(shù)非調(diào)質(zhì)

65、鋼常取其Ac1為其Tcr；而對調(diào)質(zhì)鋼，其實際回火溫度即為其Tcr。在焊接熱循環(huán)的作用下,熱影響區(qū)內(nèi)實質(zhì)上在進行著一種特殊形式的熱處理，其結(jié)果往往是使焊前的熱處理效果受到破壞，在不同的局部位置會產(chǎn)生種種組織變化，從而引起硬化、軟化以及脆化現(xiàn)象，甚至還會產(chǎn)生焊接裂紋。 　　一般說來，對調(diào)質(zhì)鋼而言,凡超過Ac1的部位可能產(chǎn)生淬火組織,而溫度介于Ac1和原始溫度之間的部位將進行回火過程。對非調(diào)質(zhì)鋼而言,在超過Ac1的部位由于發(fā)生相變,隨溫度不同而使其晶粒粗細(xì)差別很大。例如圖5為正火處理的15MnVNb鋼埋弧自動焊時的熱影響區(qū)組織變化特征。 　　對于沉淀強化合金，在熱影響區(qū)內(nèi)將產(chǎn)生相的溶解和析出

66、過程，常可見到粗晶粒的局部固溶區(qū)和由于過時效而產(chǎn)生的軟化。對于冷作強化的金屬，在熱影響區(qū)內(nèi)由于發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶過程，而可出現(xiàn)軟化區(qū)域。 第四節(jié)　常用金屬材料的焊接 　　金屬材料的焊接性，俗稱可焊性，是指金屬材料對焊接加工的適應(yīng)性。主要指在一定的焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。 　　焊接奧氏體不銹鋼時，很容易獲得無缺陷的焊接接頭，即接合性能好。 　　金屬材料的焊接性主要決定于焊接接頭的組織及其性能。一般說來，焊接同種金屬材料時，接頭組織與焊件相同或相近，焊接性較好；焊接異種金屬材料時，接頭組織至少與某一焊件不同，焊接性較差。無論采用何種材料焊接，如果焊接接頭中形成又脆又硬的組織，

67、則焊接性就差。 　　一般說來，鑄造要產(chǎn)生鑄造熱應(yīng)力，鍛造要產(chǎn)生形變應(yīng)力，熱處理要產(chǎn)生組織應(yīng)力。熔焊和釬焊的焊縫金屬可以近似看成是經(jīng)歷了鑄造過程；壓焊接頭可以近似看成是經(jīng)歷了鍛造過程。焊接時局部加熱后冷卻可以近似看成是焊接接頭經(jīng)歷了熱處理過程。因此，焊接過程中焊件內(nèi)將產(chǎn)生熱應(yīng)力、形變應(yīng)力和組織應(yīng)力，它們的矢量和就是焊接應(yīng)力。焊接應(yīng)力將導(dǎo)致焊接接頭產(chǎn)生裂紋的傾向和焊件的變形。如果被焊材料具有良好的塑性，將可能通過塑性變形減緩應(yīng)力，從而減少熱裂紋、冷裂紋產(chǎn)生的傾向性。因此，材料的塑性也是影響其焊接性的一個重要因素。 一、金屬材料的焊接性 　　鋼材焊接性評定的最簡便方法就是碳當(dāng)量法。在鋼材的成分中，影

68、響最大的是碳。其次是錳、鉻、釩等，通常把鋼中合金元素（包括碳）的含量按其作用換算成碳的相當(dāng)含量，稱為碳當(dāng)量，用符號CE來表示。碳當(dāng)量可作為評定鋼材焊接性的一種參考指標(biāo)。國際焊接學(xué)會推薦碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼按下面公式計算其碳當(dāng)量。 　　式中化學(xué)元素符號表示該元素在鋼中質(zhì)量分?jǐn)?shù)的上限。實踐證明，碳當(dāng)量越大，鋼材的焊接性就越差。 　　根據(jù)經(jīng)驗，當(dāng)： 　　CE＜0.4%時，鋼材的淬硬傾向小，焊接性良好，焊接這類材　料時一般不需預(yù)熱。只有在工件厚大或低溫下焊接時才考慮焊前預(yù)熱。 　　CE＝0.4%-0.6%時，鋼材的淬硬傾向較大，焊接性較差，需要采用適當(dāng)?shù)念A(yù)熱、緩冷等工藝措施。 　　CE＞0.

69、6%時，鋼材的淬硬傾向嚴(yán)重，焊接性差，需要進行較高溫度的預(yù)熱和采取嚴(yán)格的工藝措施。 　　利用碳當(dāng)量法只能簡便粗略地評定鋼材的焊接性，因為鋼材的焊接性還要受許多因素的影響。鋼材的實際焊接性，還應(yīng)根據(jù)焊件的具體情況通過試驗確定。 二、常用金屬材料的焊接 （一）非合金鋼及合金鋼的焊接性 　　1、低碳鋼的焊接由于低碳鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于 　　0.25%，有良好的塑性，也沒有淬硬傾向，所以，焊接性良好。 　　幾乎所有的焊接方法都可適用于焊接低碳鋼，并能保證焊接接頭質(zhì)量。應(yīng)用最多的方法是焊條電弧焊、埋弧、自動焊、電渣焊、氣體保護焊和電阻焊。 　?。?、中高碳鋼的焊接由于中碳鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.25%-

70、　　0.6%之間，含碳量比較高，淬硬性比較嚴(yán)重，焊接接頭易形成淬硬組織、氣孔和裂紋，因此，焊接性比較差。 　　對于碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.6%的高碳鋼，其焊接性更差，有著與中碳鋼相似的焊接特點，這類鋼一般不用于制造焊接結(jié)構(gòu)件，有時只用來修補工件。　　　　　 3、低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的焊接　在焊接生產(chǎn)中，由于低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的含碳量屬于低碳鋼范圍，因此，應(yīng)用較廣。但由于合金元素的種類和含量不同，其焊接性也有所不同，當(dāng)碳當(dāng)量越高，焊接性就越差。 　　4、奧氏體不銹鋼的焊接性在不銹鋼焊接材料中，應(yīng)用最廣泛的是奧氏體不銹鋼，其焊接時，一般不需采用特殊的工藝措施，焊接性能良好。 奧氏體不銹鋼常用焊條電弧

71、焊和鎢極氬弧焊或埋弧自動焊進行焊接，焊條電弧焊時，焊條的化學(xué)成分必須與母材相同；氬弧焊和埋弧自動焊時，應(yīng)選用能保證焊縫化學(xué)成分與母材相同的焊絲。 第三節(jié) 低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接 一、低碳調(diào)質(zhì)鋼典型鋼種成分及性能 熱扎和正火條件下，鋼中通過增加合金元素的含量來提高強度，其結(jié)果是塑性和韌性降低，而且隨著強度提高越多，塑性和韌性降低越多。當(dāng)鋼中合金元素含量超過一定范圍后會出現(xiàn)韌性的大幅度下降。因此，抗拉強度大于600MPa的高強鋼一般都需要調(diào)質(zhì)處理。 因此低碳調(diào)質(zhì)鋼提高強度不單純通過合金強化，還要通過熱處理——調(diào)質(zhì)強化處理。鋼中一般加入Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Ti等元素，目的是保證足夠的淬透性和馬氏體回火穩(wěn)定性，使珠光體和貝氏體轉(zhuǎn)變推遲，使馬氏體轉(zhuǎn)變的臨界冷卻速度下降大。常用的低碳調(diào)質(zhì)鋼為了獲得良好的綜合性能和焊接性，一般含碳量不大于0.18％，這樣通過淬火和回火(即調(diào)質(zhì)處理)得到回火索氏體和回火馬氏體組織，使之具有較高的強度和良好的塑性。另外，除了取決于化學(xué)成分外，還要執(zhí)行正確的熱處理制度。一般為奧氏體化—淬火—回火，也有少數(shù)鋼采用奧氏