低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接

1、低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接低碳調(diào)質(zhì)鋼的抗拉強(qiáng)度一般為6001300MPa，屬于熱處理強(qiáng)化鋼。這類鋼既具有較高的強(qiáng)度，又有良好的塑性和韌性。低碳調(diào)質(zhì)鋼的種類、成分及性能一般來(lái)說(shuō)，合金元素對(duì)鋼材塑性和韌性的影響與其強(qiáng)化的作用相反，即強(qiáng)化效果越大，塑性和韌性的降低越明顯。在正火條件下，通過(guò)增加合金元素進(jìn)一步提高強(qiáng)度時(shí)會(huì)引起韌性急劇下降。為了進(jìn)一步提高鋼材的強(qiáng)度需要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。 為了保證良好的綜合性能和焊接性，低碳調(diào)質(zhì)鋼要求鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于0.22%。此外，添加一些合金元素是為了提高鋼的淬透性和馬氏體的回火穩(wěn)定性。這類鋼由于含碳量低，淬火后得到低碳馬氏體，而且會(huì)發(fā)生“自回火”，脆性小，具有良好的焊接性。

2、低碳調(diào)質(zhì)鋼具有較高的強(qiáng)度和良好的塑性、韌性和耐磨性，特別是裂紋敏感性低。根據(jù)使用條件的不同，低碳調(diào)質(zhì)鋼又可分為以下幾種：（1）高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼（600800MPa）主要用于工程焊接結(jié)構(gòu)，焊縫及焊接區(qū)多承受拉伸載荷。（2）高強(qiáng)度耐磨鋼（1000MPa） 主要用于工程結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度耐磨、要求承受沖擊磨損的部位。（3）高強(qiáng)高韌性鋼（700MP） 這類鋼要求在高強(qiáng)度的同時(shí)要具有高韌性，主要用于高強(qiáng)度高韌性焊接結(jié)構(gòu)。抗拉強(qiáng)度600MPa，、700MPa的低碳調(diào)質(zhì)鋼（HQ60、HQ70）主要用于工程機(jī)械、動(dòng)力設(shè)備、交通運(yùn)輸機(jī)械和橋梁等。這類鋼可在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接，焊后不再進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，必要時(shí)可進(jìn)行消除應(yīng)力處理。HQ

3、100和HQ130主要用于高強(qiáng)度焊接結(jié)構(gòu)要求承受沖擊磨損的部位。HQ100不僅強(qiáng)度高、低溫缺口韌性好，而且具有優(yōu)良的焊接性能。HQ130是高強(qiáng)度工程機(jī)械用鋼，含有Cr、Mo、B等多種合金元素，具有高悴透性。這兩種鋼經(jīng)淬火+回火的熱處理后，可獲得綜合性能較好的低碳回火馬氏體，具有高強(qiáng)度、高硬度以及較好的塑性和韌性。低碳調(diào)質(zhì)鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)限制在0.18%以下，為了保證較高的缺口韌性，一般含有較高的Ni和Cr，具有高強(qiáng)度，特別是具有優(yōu)異的低溫缺口韌性。Ni能提高鋼的強(qiáng)度、塑性和韌性，降低鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度。PIi與CR一起加人時(shí)可顯著增加淬透性，得到高的綜合力學(xué)性能。Cr元素在鋼中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從提高悴

4、透性出發(fā)，上限一般約為1.6%，繼續(xù)增加反而對(duì)韌性不利。由于采用了先進(jìn)的冶煉工藝，鋼中氣體含量及S、P等雜質(zhì)明顯降低，氧、氮、氫含量均較低。高純潔度使這類鋼母材和焊接熱影響區(qū)具有優(yōu)異的低溫韌性。這類鋼的熱處理工藝一般為奧氏體化+淬火+回火，回火溫度越低，強(qiáng)度級(jí)別越高，但塑性和韌性有所降低。經(jīng)淬火+回火后的組織是回火低碳馬氏體、下貝氏體或回火索氏體，這類組織可以保證得到高強(qiáng)度、高韌性和低的脆性轉(zhuǎn)變溫度。為了改善焊接施工條件和提高低溫韌性，近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的焊接無(wú)裂紋鋼（簡(jiǎn)稱CF鋼）實(shí)際上是C含量降得很低的微合金化調(diào)質(zhì)鋼。為了提高鋼材的抗冷裂性能和低溫韌性，降低推薦精選C含量是有效措施。但C含量過(guò)低

5、會(huì)犧牲鋼材的強(qiáng)度。通過(guò)加人多種微量元素（特別是像B等對(duì)淬透性有強(qiáng)烈影響的元素）提高淬透性，可彌補(bǔ)強(qiáng)度的損失。與同等強(qiáng)度級(jí)別的低合金高強(qiáng)鋼相比，焊接無(wú)裂紋鋼具有碳當(dāng)量低和裂紋敏感指數(shù)Pcm低的特點(diǎn)，低溫沖擊韌性高。鋼板厚度50mm以下或在0環(huán)境下可不預(yù)熱進(jìn)行焊接，是很有前景的鋼種。低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性分析低碳調(diào)質(zhì)鋼主要是作為高強(qiáng)度的焊接結(jié)構(gòu)用鋼，因此碳含量限制得較低，在合金成分的設(shè)計(jì)上考慮了焊接性的要求。低碳調(diào)質(zhì)鑰碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過(guò)0.18%，焊接性能遠(yuǎn)優(yōu)于中碳調(diào)質(zhì)鋼。由于這類鋼焊接熱影響區(qū)形成的是低碳馬氏體，馬氏體開(kāi)始轉(zhuǎn)變溫度Ms較高，所形成的馬氏體具有“自回火”特性，使得焊接冷裂紋傾向比中碳調(diào)

6、質(zhì)鋼小。1.焊縫強(qiáng)韌性匹配保證接頭區(qū)的強(qiáng)度性能是低碳調(diào)質(zhì)鑰焊接性分析中首先要考慮的問(wèn)題。屈服強(qiáng)度是工程設(shè)計(jì)中確定許用應(yīng)力的主要依據(jù)，而抗拉強(qiáng)度是強(qiáng)度儲(chǔ)備的重要指標(biāo)。屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之比稱為屈強(qiáng)比，是一個(gè)選擇材料的重要參數(shù)，對(duì)不同用途的焊接結(jié)構(gòu)有不同的要求。低的屈強(qiáng)比有利于加工成形，高的屈強(qiáng)比使鋼材的強(qiáng)度潛力得以較大的發(fā)揮。焊縫強(qiáng)度匹配系數(shù)，是表征接頭力學(xué)非均質(zhì)性的參數(shù)之一，分為超強(qiáng)匹配、等強(qiáng)匹配和低強(qiáng)匹配。對(duì)于焊縫金屬?gòu)?qiáng)度選擇問(wèn)題，傳統(tǒng)上大多主張焊縫強(qiáng)度等于或大于母材的強(qiáng)度，即所謂等強(qiáng)匹配或超強(qiáng)匹配，認(rèn)為焊縫強(qiáng)度高一些更為安全。但是，焊縫金屬的強(qiáng)度越高，韌性往往越低，甚至低于母材的韌性水平。

7、即使是低強(qiáng)度鋼，采用大熱輸人的焊接方法（如埋弧焊、電渣焊等）時(shí)，焊縫金屬的韌性也常常低于母材，要保持焊縫金屬與母材的強(qiáng)韌性匹配，有時(shí)是比較困難的。隨著高強(qiáng)鋼和超高強(qiáng)鋼的迅速發(fā)展，焊縫強(qiáng)韌性與母材的匹配問(wèn)題，更顯得越來(lái)越突出。 韌性是焊縫金屬性能評(píng)定中的一個(gè)重要指標(biāo)，特別是針對(duì)800MPa級(jí)以上低合金高強(qiáng)鋼的焊接，韌性下降是焊接巾一個(gè)很突出的問(wèn)題。焊縫金屬總是未能達(dá)到母材的韌性水平；與氫弧焊相比，焊條電弧焊更為遜色。而且，隨著屈服強(qiáng)度，。的提高，要求鋼材安全工作的斷裂韌度KIC也要相應(yīng)提高，而鋼材實(shí)際具有的韌性水平卻隨著屈服強(qiáng)度提高而降低。這是現(xiàn)實(shí)存在的矛盾。對(duì)于較低強(qiáng)度的鋼，無(wú)論是母材或焊縫都

8、有較高的韌性儲(chǔ)備，所以按等強(qiáng)匹配選用焊接材料，既可保證接頭區(qū)具有較高的強(qiáng)度，也不會(huì)損害焊縫的韌性。但對(duì)于高強(qiáng)鋼，特別是超高強(qiáng)鋼，焊縫韌性儲(chǔ)備是不高的。因此，對(duì)于抗拉強(qiáng)度800MPa的高強(qiáng)鋼，除考慮強(qiáng)度外，還必須考慮焊接區(qū)韌性和裂紋敏感性。就焊縫金屬而言，強(qiáng)度越高，可達(dá)到的韌性水平越低?？估瓘?qiáng)度大于800MPa的高強(qiáng)鋼，如果要求焊縫金屬與母材等強(qiáng)，焊縫的韌性儲(chǔ)備不夠；若為超強(qiáng)的情況，韌性儲(chǔ)備更低，甚至可能低到安全限以下。所以，即使焊縫與母材等強(qiáng)，但韌性低于安全限以下，卻是極不安全的因素。此時(shí)，少許犧牲焊縫強(qiáng)度而使韌性儲(chǔ)備提高，對(duì)接頭綜合性能有利。特別是承受動(dòng)載荷、重載荷和低溫工作條件的高強(qiáng)鋼焊接

9、接頭，除強(qiáng)度性能外，還要求有較高的韌性。推薦精選“低強(qiáng)匹配”焊材并不意味著接頭強(qiáng)度一定低于母材。按名義強(qiáng)度選用的低強(qiáng)焊接材料，實(shí)際施焊所得的焊縫強(qiáng)度未必低強(qiáng)。再考慮冶金因素、熔合比和力學(xué)上的拘束強(qiáng)化效果，實(shí)際焊縫的強(qiáng)度可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出熔敷金屬的名義保證值。因此，選用“低強(qiáng)匹配”的焊材，焊接接頭實(shí)際強(qiáng)度未必低強(qiáng)，可能等強(qiáng)，甚至還稍許超強(qiáng)；而按“等強(qiáng)匹配”選擇焊材則可能造成超強(qiáng)的效果，造成焊縫金屬塑韌性和抗裂性的下降。對(duì)于承受壓應(yīng)力的焊縫“低強(qiáng)匹配”焊材可以滿足使用要求。但對(duì)于承受拉應(yīng)力的焊縫，這方面的研究結(jié)果還分歧很大。分歧焦點(diǎn)主要集中于不同強(qiáng)度級(jí)別和不同使用要求的鋼材，“低強(qiáng)匹配”焊縫金屬的強(qiáng)、韌

10、性界限值究竟多大才能滿足工程要求。采用“等強(qiáng)匹配“焊條（E11016-G）時(shí)，含氫量為2.9mL/100g，為防止裂紋的預(yù)熱溫度為125。而在相同含氫量條件下采用“低強(qiáng)匹配”焊條（E9016-G）只需預(yù)熱100。若采用“低強(qiáng)匹配”更低氫的抗潮型焊條（含氫量1.7mL/100g），預(yù)熱溫度僅70即可防止裂紋。降低預(yù)熱溫度，能明顯改善生產(chǎn)條件，同時(shí)也降低了能耗，有良好的經(jīng)濟(jì)效益。高強(qiáng)鋼焊接采用“低強(qiáng)匹配”能提高焊接區(qū)的抗裂性。特別是對(duì)于抗拉強(qiáng)度800MPa的高強(qiáng)鋼，以采用低強(qiáng)匹配為宜，因?yàn)樗苡行У胤乐沽鸭y。但焊縫強(qiáng)度與母材強(qiáng)度不能相差太大。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，抗拉強(qiáng)度800900MPa的高強(qiáng)鋼，“低強(qiáng)

11、匹配”焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度不應(yīng)低于600MPa（韌性明顯提高）。只要焊縫金屬的強(qiáng)度不低于母材強(qiáng)度的80%仍可保證焊接接頭的強(qiáng)度性能。實(shí)際上，即使是低強(qiáng)度鋼，提高焊縫金屬的韌性儲(chǔ)備也比過(guò)分提高強(qiáng)度更為有利。2.冷裂紋低碳調(diào)質(zhì)鋼的合金化原則是在低碳基礎(chǔ)上通過(guò)加人多種提高淬透性的合金元素，來(lái)保證獲得強(qiáng)度高、韌性好的低碳“自回火”馬氏體和部分下貝氏體的混合組織。這類鋼由于淬硬性大，在焊接熱影響區(qū)粗晶區(qū)有產(chǎn)生冷裂紋和韌性下降的傾向。但熱影響區(qū)淬硬組織為MS點(diǎn)較高的低碳馬氏體，具有一定韌性，裂紋敏感性小。對(duì)于含碳量小于0.12%的低合金鋼，熱影響區(qū)最高硬度可為400HV。預(yù)熱溫度和t8/5對(duì)HQ80C焊接裂

12、紋的影響，從HQ80C的焊接連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變可以看到，它的過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性很高，尤其是在高沮轉(zhuǎn)變區(qū)，使曲線大大地向右移。這類鋼的淬硬傾向相當(dāng)大，本應(yīng)有很大的冷裂紋傾向，但由于這類鋼的特點(diǎn)是馬氏體中的碳含量很低，所以它的開(kāi)始轉(zhuǎn)變溫度M，點(diǎn)較高。如果在該溫度下冷卻較慢，生成的馬氏體來(lái)得及進(jìn)行一次“自回火處理，因而實(shí)際冷裂紋傾向并不大。也就是說(shuō)，在馬氏體形成后如果能從工藝上提供一個(gè)“自回火”處理的條件，即保證馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)的冷卻速度較慢，得到強(qiáng)度和韌性都較高的回火馬氏體和回火貝氏體，焊接冷裂紋是可以避免的：如果馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)的冷卻速度很快，得不到“自回火”效果，冷裂紋傾向就會(huì)增大。此外，限制焊縫含氫量在超

13、低氫水平對(duì)子防止低碳調(diào)質(zhì)鋼焊接冷裂紋十分重要。鋼材強(qiáng)度級(jí)別越高，冷裂傾向越大，對(duì)低氫焊接條件的要求越嚴(yán)格。3.熱裂紋及消除應(yīng)力裂紋推薦精選低碳調(diào)質(zhì)鋼C含量較低、Mn含量較高，而且對(duì)SP的控制也較嚴(yán)格，因此熱裂紋傾向較小。但對(duì)高Ni低Mn類型的鋼種有一定的熱裂紋敏感性，主要產(chǎn)生于熱影響區(qū)過(guò)熱區(qū)（稱為液化裂紋）。避免熱裂紋或液化裂紋的關(guān)鍵在于控制C和S含量，保證高的Mn、S比，尤其是當(dāng)Ni含量高時(shí)，要求更為嚴(yán)格。工藝因素對(duì)焊接區(qū)液化裂紋的形成也有很大的影響。焊接熱輸人越大，熱影響區(qū)晶粒越粗大，晶界熔化越嚴(yán)重，晶粒之間的液態(tài)晶間層存在的時(shí)間也越長(zhǎng)，液化裂紋產(chǎn)生的傾向就越大。因此，為了防止液化裂紋的產(chǎn)

14、生，從工藝上應(yīng)采用小熱輸人的焊接方法，并注意控制熔池形狀、減小熔合區(qū)凹度等。V對(duì)消除應(yīng)力裂紋的影響最大，Mo次之，而當(dāng)V和Mo同時(shí)加人時(shí)就更為敏感。一般認(rèn)為Mn- V鋼，特別是Cr-Mo-V鋼對(duì)消除應(yīng)力裂紋較敏感，Mo-B鋼也有一定的消除應(yīng)力裂紋傾向。含Nb的14MnMoNiB對(duì)消除應(yīng)力裂紋較敏感。此外，焊接Cr-Ni-Mo、Cr-Ni-Mo-V和Ni-Mo-V等類型鋼時(shí)，都要注意消除應(yīng)力裂紋的問(wèn)題。4.熱影響區(qū)性能變化低碳調(diào)質(zhì)鋼熱影響區(qū)是組織性能不均勻的部位，突出的特點(diǎn)是同時(shí)存在脆化（即韌性下降）和軟化現(xiàn)象。即使低碳調(diào)質(zhì)鋼母材本身具有較高的韌性，結(jié)構(gòu)運(yùn)行中微裂紋也易在熱影響區(qū)脆化部位產(chǎn)生和發(fā)

15、展，存在接頭區(qū)域出現(xiàn)脆性斷裂的可能性。受焊接熱循環(huán)影響，低碳調(diào)質(zhì)鋼熱影響這可能存在強(qiáng)化效果的損失現(xiàn)象（稱為軟化或失強(qiáng)），焊前母材強(qiáng)化程度越大，焊后熱影響區(qū)的軟化程度越大。(1)調(diào)質(zhì)鋼熱影響區(qū)組織特征低碳調(diào)質(zhì)鋼熱影響區(qū)由于經(jīng)歷了焊接熱循環(huán)作用，不可避免地會(huì)發(fā)生復(fù)雜的二次組織轉(zhuǎn)變。而且，調(diào)質(zhì)鋼熱影響區(qū)組織是一個(gè)連續(xù)變化并具有陡峭組織梯度的區(qū)域，這種顯微組織不均勻性將導(dǎo)致力學(xué)性能的不均勻，使接頭區(qū)的強(qiáng)韌性下降。焊接過(guò)程中，低碳調(diào)質(zhì)鋼熱影響區(qū)從快冷時(shí)的低碳馬氏體（ML）組織向慢冷時(shí)的鐵素體（F）十上貝氏體（BU）組織變化時(shí)，因有效晶粒直徑變化引起V形缺口韌脆轉(zhuǎn)變溫度變化。韌脆轉(zhuǎn)變溫度與有效晶粒尺寸呈線

16、性關(guān)系，晶粒直徑越小，韌脆轉(zhuǎn)變溫度越低。以980MPa為分界，可連成兩條直線：下方的直線對(duì)應(yīng)于快冷時(shí)（小熱輸人）近縫區(qū)附近強(qiáng)度較高的低溫轉(zhuǎn)變組織（ML或ML+B，）；上方的直線對(duì)應(yīng)于慢冷時(shí)形成的強(qiáng)度較低的高溫轉(zhuǎn)變組織（BU或F+ BU）。兩直線之間VTRS的差值表明，BU組織所表現(xiàn)的脆化不單純是由于有效晶粒尺寸的粗化，還與上貝氏體組織的結(jié)構(gòu)因素有關(guān)。低碳調(diào)質(zhì)鋼中，ML板條束寬度對(duì)韌性的影響與非調(diào)質(zhì)鋼中晶粒大小的作用相似。單一ML組織中板條束的交界屬于大甭度晶界，阻礙解理裂紋的擴(kuò)展。但是，調(diào)質(zhì)鋼中存在復(fù)相組織時(shí)，晶粒尺寸對(duì)韌性的影響就變得復(fù)雜了。低合金高強(qiáng)鋼焊接熱影響區(qū)的主要組織類型有：馬氏體、

17、貝氏體鐵素體和珠光體。低碳調(diào)質(zhì)鋼熱影響區(qū)獲得較細(xì)小的低碳馬氏體組織或下貝氏體組織時(shí)，韌性良好，而韌性最佳的組織為ML與低溫轉(zhuǎn)變貝氏體（BL）的混合組織；隨著上貝氏體組織的增加韌性急劇下降。其原因是：板條馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，約10個(gè)以上相鄰板條大致具有同一結(jié)晶方位，形成一束板條，有效晶粒直徑較大。下貝氏體的板條間結(jié)晶位向差較大，有效晶粒直徑取決于其板條寬度，比較微細(xì)，韌性良好。當(dāng)ML與BL混合生成時(shí)，原奧氏體晶粒被先析出的BL有效地分割，促使推薦精選ML有更多的形核位里，且限制了ML的生長(zhǎng)，因此ML+ BL混合組織的有效晶粒最為細(xì)小。與單一低碳馬氏體組織相比，混合組織中有更多的大角度晶界，裂紋擴(kuò)展在M

18、L板條束界或ML與BL邊界處受阻而轉(zhuǎn)向。由于一單位裂紋擴(kuò)展的長(zhǎng)度變短，韌性明顯提高。相反，上貝氏體由于板條寬度大，且板條間結(jié)晶位相差很小，板條幾乎平行生長(zhǎng)貫穿原奧氏體晶粒，形成粗大的'-'L板條束。解理裂紋在Bu組織中可連續(xù)貫穿一束板條，對(duì)應(yīng)著較低的解理斷裂應(yīng)力，因而韌性較低。低碳調(diào)質(zhì)鋼熱影響區(qū)韌性的變化還與貝氏體（也稱為中間組織）板條寬度、板條界碳化物析出形態(tài)以及島狀MA組元的生成等有關(guān)。由于Bu和Bg組織對(duì)高強(qiáng)鋼熱影響區(qū)韌性影響很大，又是高強(qiáng)鋼焊接中經(jīng)常遇到的問(wèn)題，故深人分析由貝氏體組織引起的脆化現(xiàn)象十分重要。（2）熱影響區(qū)脆化 在焊接熱循環(huán)作用下，t8/5繼續(xù)增加時(shí)低碳調(diào)

19、質(zhì)鋼熱影響區(qū)過(guò)熱區(qū)易發(fā)生脆化，即沖擊韌性明顯降低。熱影響區(qū)脆化的原因除了奧氏體晶粒粗化的原因外，更主要的是由于上貝氏體和M-A組元的形成。M-A組元一般在中等冷速下形成，是奧氏體中碳含量升高的結(jié)果。在相變過(guò)程中，碳原子不斷向未轉(zhuǎn)變的奧氏體擴(kuò)散，在/界面形成峰值。相變溫度較高和冷速緩慢時(shí)，碳的擴(kuò)散速度快，有充足的時(shí)間擴(kuò)散，/界面積累不起碳的含量峰值，如圖3-25曲線1所示。在相變溫度低和冷速較大時(shí)，/界面形成局部高碳區(qū)（如圖3-25曲線3所示），界面處析出碳化物，也不會(huì)形成較大的富碳奧氏體區(qū)。但在相變溫度和冷速適中時(shí)，/界面形成碳含量較高的區(qū)域，碳含量峰值約為0.8%1.0%，有利于形成M-A組

20、元。一旦出現(xiàn)M-A組元，脆性傾向顯著增加。M-A組元形成條件與上貝氏體相似，故上貝氏體形成常伴隨M-A組元。上貝氏體在500450溫度范圍形成，長(zhǎng)大速度很快，而碳的擴(kuò)散較慢，由條狀鐵素體包圍著的島狀富碳奧氏體區(qū)一部分轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，另一部分保留下來(lái)成為殘余奧氏體，即形成M-A組元。M-A組元的韌性低是由于殘余奧氏體增碳后易于形成孿晶馬氏體，夾雜于貝氏體與鐵素體板條之間，在界面上產(chǎn)生微裂紋并沿M-A組元的邊界擴(kuò)展。因此，M-A組元的存在導(dǎo)致脆化，M-A組元數(shù)量越多脆化越嚴(yán)重。M-A組元實(shí)質(zhì)上成為潛在的裂紋源，起了應(yīng)力集中的作用。因此M-A組元的產(chǎn)生，對(duì)低碳調(diào)質(zhì)鋼熱影響區(qū)韌性有不利的影響。M-A組元

21、一般只在一定的冷卻速度時(shí)形成，調(diào)整工藝參數(shù)可以控制熱影響區(qū)M-A組元的產(chǎn)生?？刂坪附訜嵊淙撕筒捎枚鄬佣嗟篮腹に?，使低碳調(diào)質(zhì)鋼熱影響區(qū)避免出現(xiàn)高硬度的馬氏體或M-A混合組織，可改善抗脆能力，對(duì)提高熱影響區(qū)韌性有利。（3）熱影響區(qū)軟化 低碳調(diào)質(zhì)鋼熱影響區(qū)峰值溫度高于母材回火溫度至Ac1的區(qū)域會(huì)出現(xiàn)軟化（強(qiáng)度、硬度降低）。熱影響區(qū)峰值溫度s直接影響奧氏體晶粒度、碳化物溶解以及冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變。低碳調(diào)質(zhì)鋼熱影響區(qū)軟化最明顯的部位是峰值溫度接近Ac1的區(qū)域，這與該區(qū)域組織轉(zhuǎn)變及碳化物的沉淀和聚集長(zhǎng)大有關(guān)。從強(qiáng)度考慮，熱影響區(qū)軟化區(qū)是焊接接頭中的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，對(duì)焊后不再進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理的調(diào)質(zhì)鋼來(lái)說(shuō)尤為重要。焊

22、前母材強(qiáng)化程度越高（母材調(diào)質(zhì)處理的回火溫度越低），焊后熱影響區(qū)的軟化或稱失強(qiáng)率）越嚴(yán)重。推薦精選熱影響區(qū)軟化區(qū)的顯微組織包括鐵素體和低碳奧氏體的分解產(chǎn)物.這種組織對(duì)塑性變形的抗力小，造成該區(qū)的強(qiáng)度和硬度較低。母材原始組織中碳化物彌散度越大，促使熱影響區(qū)軟化的臨界溫度越高。低碳調(diào)質(zhì)鋼熱影響區(qū)軟化的實(shí)質(zhì)是母材的強(qiáng)化特性，只能通過(guò)一定的工藝手段防止軟化。減小焊接熱輸人有利于縮小軟化區(qū)寬度，軟化程度也有所降低。低碳調(diào)質(zhì)鋼的強(qiáng)度級(jí)別越高，母材焊前調(diào)質(zhì)處理的回火溫度越低（即強(qiáng)化程度越大），熱影響區(qū)軟化區(qū)的范圍越寬，焊后熱影響區(qū)的軟化問(wèn)題越突出。軟化區(qū)的寬度與軟化程度與焊接方法和熱輸人有很大關(guān)系，減小焊接熱

23、輸入可使其熱影響區(qū)軟化風(fēng)寬度減小。熱影響區(qū)軟化區(qū)寬度（b）與板厚h）之比m，對(duì)軟化程度影響很大。軟化區(qū)是一種“硬夾軟”狀態(tài)，軟夾層小到一定程度后可產(chǎn)生“約束強(qiáng)化”效應(yīng)，即軟夾層的塑性應(yīng)變受相鄰強(qiáng)硬部分約束產(chǎn)生應(yīng)變強(qiáng)化效果。軟夾層越窄，約束強(qiáng)化越顯著，失強(qiáng)率越小。相對(duì)寬度減小，即軟化區(qū)寬度減小，接頭強(qiáng)度可提高。也就是說(shuō)，板厚越小接頭軟化越突出，因而更需要限制焊接熱輸人和預(yù)熱溫度；板厚增大，軟化的影響將減弱。利用焊接傳熱學(xué)公式可計(jì)算出位于Ac1至峰值溫度幾之間的熱影響區(qū)軟化區(qū)寬度。軟化區(qū)寬度一定時(shí)，板厚越大，焊接熱輸人越小，初始預(yù)熱溫度越低，焊接接頭的強(qiáng)度就可以越高一些，也即失強(qiáng)率越小。焊接中只要

24、設(shè)法減小軟化區(qū)的寬度，即可將焊接熱影響區(qū)軟化的危害降到最低程度。因此，低碳調(diào)質(zhì)鋼焊接時(shí)不宜采用大的焊接熱輸人或較高的預(yù)熱溫度，特別是薄板，采用大熱輸人或預(yù)熱是不適宜的。低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接工藝特點(diǎn)這類鋼的特點(diǎn)是碳含量低，基體組織是強(qiáng)度和韌性都較高的低碳馬氏體+下貝氏體，這對(duì)焊接有利。但是，調(diào)質(zhì)狀態(tài)下的鋼材。只要加熱溫度超過(guò)它的回火溫度，性能就會(huì)發(fā)生變化。焊接時(shí)由于熱循環(huán)的作用使熱影響區(qū)強(qiáng)度和韌性的下降幾乎是不可避免的。因此，低碳調(diào)質(zhì)鋼焊接時(shí)要注意兩個(gè)基本間題：要求馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)的冷卻速度不能太快，使馬氏體有“自回火”作用，以防止冷裂紋的產(chǎn)生；要求在800500之間的冷卻速度大于產(chǎn)生脆性混合組織的臨界

25、速度。這兩個(gè)問(wèn)題是制定低碳調(diào)質(zhì)鋼焊接參數(shù)的主要依據(jù)。此外，在選擇焊接材料和制定焊接參數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮焊縫及熱影響區(qū)組織狀態(tài)對(duì)焊接接頭強(qiáng)韌性的影響。1.焊接方法和焊接材料的選擇低碳調(diào)質(zhì)鋼焊接要解決的問(wèn)題：一是防止裂紋；二是在保證滿足高強(qiáng)度要求的同時(shí)，提高焊縫金屬及熱影響區(qū)的韌性。為了消除裂紋和提高焊接效率，一般采用熔化極氣體保護(hù)焊或活性氣體保護(hù)焊等自動(dòng)化或半自動(dòng)機(jī)械化焊接方法。對(duì)于調(diào)質(zhì)鋼焊后熱影響區(qū)強(qiáng)度和韌性下降的向題，可以焊后重新調(diào)質(zhì)處理。對(duì)于焊后不能再進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理的，要限制焊接過(guò)程中熱量對(duì)母材的作用。低碳調(diào)質(zhì)鋼常用的焊接方法有焊條電弧焊、CO2焊和Ar +CO2混合氣體保護(hù)焊等。焊接屈服強(qiáng)度98

26、0MPa的低碳調(diào)質(zhì)鋼，采用鎢極缸弧焊、電子束焊等焊接方法可以獲得最好的焊接質(zhì)量；對(duì)于屈服強(qiáng)度980MPa的低碳調(diào)質(zhì)鋼，焊條電弧焊、埋弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊和鎢極缸弧焊等都能采用：但對(duì)于屈服強(qiáng)度推薦精選686MPa的低碳調(diào)質(zhì)鋼，熔化極氣體保護(hù)焊是最合適的工藝方法。如果采用多絲埋弧焊和電喳焊等熱量輸人大、冷卻速度慢的焊接方法時(shí)，焊后必須重新進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。低碳調(diào)質(zhì)鋼焊后一般不再進(jìn)行熱處理，在選擇焊接材料時(shí)要求焊縫金屬在焊態(tài)下應(yīng)接近母材的力學(xué)性能。特殊條件下，如結(jié)構(gòu)的剛度很大，冷裂紋很難避免時(shí)，應(yīng)選擇比母材強(qiáng)度稍低一些的材料作為填充金屬。高強(qiáng)高韌性鋼用于重要的焊接結(jié)構(gòu)，包括低溫和承受動(dòng)載荷的結(jié)構(gòu)，對(duì)焊

27、接熱影響區(qū)韌性要求較高。不宜采用大熱輸人的焊接方法，應(yīng)盡可能采用熱量集中的氣體保護(hù)焊或焊條電孤焊進(jìn)行焊接。采用焊條電弧焊時(shí)要使用超低氫焊條。這類鋼母材中Ni含量較高，配套焊材也應(yīng)選擇Ni含量較高的焊條或焊絲。保證高強(qiáng)度和良好的塑韌性，包括較高的低溫韌性、較低的脆性轉(zhuǎn)變溫度。強(qiáng)度級(jí)別不同的兩種低碳調(diào)質(zhì)鋼焊接時(shí)的淬硬性很大，有產(chǎn)生焊接裂紋的傾向。采用“低強(qiáng)匹配”焊材和CO2或Ar + CO2氣體保護(hù)焊，控制焊縫擴(kuò)散氫含量在超低氫水平，可實(shí)現(xiàn)在不預(yù)熱條件下的焊接。 2.焊接參數(shù)的選擇不預(yù)熱條件下焊接低碳調(diào)質(zhì)鋼。焊接工藝對(duì)熱影響區(qū)組織性能影響很大，其中控制焊接熱輸人是保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。（1）焊接熱輸

28、人的確定焊接熱輸人。熱輸人增大使熱影響區(qū)晶粒粗化，同時(shí)也促使形成上貝氏體.甚至形成M-A組元，使韌性降低。當(dāng)熱輸人過(guò)小時(shí)，熱影響區(qū)的淬硬性明顯增強(qiáng)，也使韌性下降。焊接熱輸人E的確定以抗裂性和對(duì)熱影響區(qū)韌性要求為依據(jù)。從防止冷裂紋出發(fā)，要求冷卻速度慢為佳，但對(duì)防止脆化來(lái)說(shuō)，卻要求冷卻快較好，因此應(yīng)兼顧兩者的冷卻速度范圍。這個(gè)范圍的上限取決于不產(chǎn)生冷裂紋，下限取決于熱影響區(qū)不出現(xiàn)脆化的混合組織。因此，所選的焊接熱輸人應(yīng)保證熱影響區(qū)過(guò)熱區(qū)的冷卻速度剛好在該區(qū)城內(nèi)。對(duì)于低合金高強(qiáng)鋼，一般認(rèn)為0.18%是形成低碳馬氏體的界限，高于0.18%時(shí)將出現(xiàn)高碳馬氏體，對(duì)韌性不利，此時(shí)不應(yīng)提高冷卻速度，小于0.1

29、8%時(shí)可以提高冷卻速度。也就是說(shuō)，對(duì)于含碳量低的低合金鋼，提高冷卻速度（減小熱愉人）以形成低碳馬氏體，對(duì)保證韌性有利。換句話說(shuō)，焊接熱輸人適當(dāng)小時(shí)，得到BL+ ML混合組織時(shí)，可以獲得最佳的韌性效果。但是在焊接厚板時(shí)，即使采用了大的熱輸人，冷卻速度還是超過(guò)了它的上限，這就必須通過(guò)預(yù)熱來(lái)使冷卻速度降到低于不出現(xiàn)裂紋的極限值。在保證不出現(xiàn)裂紋和滿足熱影響區(qū)韌性的條件下，熱輸人應(yīng)盡可能選擇得大一些。通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定每種鋼的焊接熱輸人的最大允許值，然后根據(jù)最大熱輸人時(shí)的冷裂紋傾向再來(lái)考慮是否需要采取預(yù)熱和預(yù)熱溫度的大小。為了限制過(guò)大的焊接熱輸人，低碳調(diào)質(zhì)鋼不宜采用大直徑的焊條或焊絲施焊，應(yīng)盡量采用多層多道焊工藝，采