金屬焊接性及其試驗方法合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接

1、第一章 金屬焊接性及其試驗方法金屬材料在焊接時，要經(jīng)受加熱、熔化、化學(xué)反應(yīng)、結(jié)晶、冷卻、相變等一系列復(fù)雜的過程。這些過程又都是在溫度、成分、應(yīng)力極不平衡的條件下進行的，所以往往在焊接區(qū)造成缺陷，或者使金屬的性能下降而不能滿足使用要求。例如：二戰(zhàn)期間，美國為了應(yīng)對戰(zhàn)爭的需要，制造了4700艘海輪（焊接結(jié)構(gòu)），約有1000艘船體發(fā)生了脆性破壞事故，其中190艘的事故是極其嚴(yán)重的，有的甚至裂成兩段。因此，單從金屬材料本身的性能，不能直接說明它在焊接時可能出現(xiàn)的問題以及在焊后能否滿足使用要求。這就要求從焊接角度出發(fā)來研究金屬的某些特定性能，從而就提出了焊接性的概念。第一節(jié) 金屬焊接性概念一、金屬焊接性

2、1定義：在GB/T3375-1994焊接術(shù)語中下的定義是：焊接性是指材料在限定的焊接施工條件下，焊接成規(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。內(nèi)涵：a.結(jié)合性能：材料焊接時對缺陷的敏感性。 b.使用性能：焊成的接頭在指定的使用條件下可靠運行的能力。研究焊接性的目的：查明一定的材料在指定的焊接工藝條件下可能出現(xiàn)的問題，以確定焊接工藝的合理性或材料的改進方向。說的通俗些，焊接性就是指金屬材料“好焊不好焊”以及焊成的接頭“好用不好用”。如果金屬焊接工藝過程簡單而接頭質(zhì)量高，性能好時，就稱作焊接性好。反之，就稱作焊接性差。2影響金屬焊接性

3、的因素焊接性是金屬材料的一種工藝性能，影響因素頗多，但大體可歸結(jié)為材料、工藝、結(jié)構(gòu)及服役等四個方面。（1）材料因素母材本身的理化性能對其焊接性有著決定性的作用。例如鋁的性質(zhì)很活潑，容易氧化，所以它的焊接比鋼困難得多。又如，鋼材為較復(fù)雜的合金系，并通過熱處理、變形加工等方式獲得強化，則不易獲得與母材完全匹配的焊縫金屬，以至整個接頭。如果兩種以上金屬材料的焊接，則和它們各自的性能有關(guān)，一般而言，晶體結(jié)構(gòu)、理化性能接近的金屬材料比較容易實現(xiàn)焊接。母材的性質(zhì)除影響到焊縫外，還影響到HAZ。如低C 鋼的焊接性好，它的HAZ組織對焊接熱輸入不敏感，可采用各種方法焊接。而中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性較差，其HAZ組織

4、對焊接熱輸入敏感，過小的熱輸入可造成HAZ的冷裂紋和淬硬脆化，過大的熱輸入，可造成HAZ的過熱脆化和軟化，所以不僅要控制焊接熱輸入，還要采取預(yù)熱、緩冷等其它工藝措施。焊接材料也直接參與了焊接過程的一系列化學(xué)冶金反應(yīng)，影響著焊縫金屬的成分、組織和缺陷的形成，所以對母材的焊接性有很大的影響。通過調(diào)整焊接材料的成分和熔合比，可以在一定程度上改善其焊接性。如用普通低C鋼焊絲CO2焊時，易產(chǎn)生大量CO氣孔，而用含Si、Mn較高的焊絲則可避免。（2） 工藝因素工藝因素包括焊接方法、焊接規(guī)范、預(yù)熱、后熱等。它對焊接性的影響主要體現(xiàn)在能量密度、冶金條件。焊接熱源的特點、功率密度、熱輸入等工藝參數(shù)，直接決定著接

5、頭的溫度場和熱循環(huán)，所以對HAZ的大小、組織變化、產(chǎn)生缺陷的敏感性都有顯著的影響。另外，焊接區(qū)的保護方式和冶金條件也是受工藝因素決定的。例如，等離子弧焊與氣焊相比，可以大大減小HAZ寬度，從而減少各種HAZ焊接缺陷。采用Ar弧焊可使焊接區(qū)保護嚴(yán)密，使Al、Ti等活性金屬的焊接變得容易。采用預(yù)熱、緩冷可降低接頭的冷卻速度，從而降低接頭的淬硬傾向和冷裂敏感性。（3）結(jié)構(gòu)因素影響焊接時是否發(fā)生缺陷（裂紋）影響焊后接頭的承載能力焊接接頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計，直接影響它的剛度，拘束應(yīng)力大小及分布。而這些又影響接頭的性能和產(chǎn)生缺陷的敏感性。所以，減小接頭剛度，避免應(yīng)力集中是改善焊接性的重要因素。（4）使用條件接頭所

6、承受載荷的性質(zhì)、溫度的高低、工作介質(zhì)的腐蝕性等，實際上是對焊接性提出了不同的要求，因而也影響著對焊接性的評價。例如在低溫下工作的接頭要考慮低溫韌性的要求，在高溫下工作的接頭要考慮合金元素擴散和結(jié)構(gòu)蠕變的問題。綜上所述，焊接性與材料、工藝、結(jié)構(gòu)和使用條件等因素密切相關(guān)，不能單從材料本身來評價金屬的焊接性，只能通過多方面的研究對其進行綜合評定。二、金屬焊接性的分析金屬的焊接性除可用直接焊接試驗方法確定之外，還可通過分析金屬的化學(xué)成分、物理特性、化學(xué)性能、相圖、CCT圖或SHCCT圖、熱處理狀態(tài)、焊接工藝條件和措施等，可在某種程度上評價金屬的焊接性。（一）從金屬的特性分析焊接性1利用化學(xué)成分分析（1

7、）碳當(dāng)量法：鋼材的化學(xué)成分對焊接HAZ的淬硬及冷裂傾向有直接影響，因此可以用化學(xué)成分來分析其冷裂敏感性。而在各種合金元素中，C是對冷裂敏感性影響最顯著的一個。因而，人們就把各種元素按相當(dāng)于若干含C量折合并疊加起來求得所謂C當(dāng)量（CE，Ceq），用CE或Ceq來估算冷裂傾向的大小。CE（Ceq）計算公式：IIW采用： (%).(1)JIS采用： Ceq= (%)(2)（1）式適用于中、高強度的非調(diào)質(zhì)低合金高強鋼；CE0.45時，焊接厚度25mm的板可不預(yù)熱。CE0.41且含C0.207時，焊按厚度37mm的板可以不預(yù)熱。（2）式主要適用于低合金調(diào)質(zhì)鋼?；瘜W(xué)成分范圈：C0.2或0.18；si0.5

8、5；Mn1.5；Cu0.5；Ni2.5；Cr1.25； Mo0.7；V0.1B0.006。當(dāng)板厚25mm，手孤焊熱輸入17kJ/cm時，預(yù)熱范圍大致如下：圖1-1 焊接性與Ceq的關(guān)系鋼材b500MPa，Ceq0.46時，可不預(yù)熱鋼材b700MPa，Ceq0.52時，預(yù)熱75鋼材b600MPa，Ceq0.52時，預(yù)熱100鋼材b800MPa，Ceq0.62時，預(yù)熱150。美國焊接學(xué)會的Ceq計算公式及判據(jù)。Ceq= (%)適用的化學(xué)成分范圍見P2。結(jié)果歸于圖1-1和表1-1。表1-1 不同條件下的預(yù)熱要求焊接性用普通酸性焊條用低氫焊條消除應(yīng)力敲擊處理.優(yōu)良不需預(yù)熱不需預(yù)熱不需不需.較好預(yù)熱40

9、100-10以上不需預(yù)熱任意任意.尚可預(yù)熱150預(yù)熱40100希望希望.可以預(yù)熱150200預(yù)熱100必要希望上述公式中Ceq的數(shù)值越高，被焊鋼材的淬硬傾向越大，冷裂敏感性越大。一般對于20mm，CE0.4%時，鋼材的淬硬傾向不大，焊接性良好，不需預(yù)熱，當(dāng)CE0.40.6%時，特別是大于0.5時鋼材易于淬硬，焊接時需預(yù)熱才能防止裂紋。用CE(Ceq )估計鋼的焊接性是比較粗略的。因為公式中只包含了幾種元素，而鋼中還有其它元素；而且在不同合金系統(tǒng)中，元素作用的大小也可能不相同。所以，CE（Ceq）只能用于對鋼材焊接性從理論上初步分析。（2）焊接冷裂紋敏感指數(shù)碳當(dāng)量法另考慮了鋼材的化學(xué)成分，而忽略

10、了板厚、焊縫含H量等重要因素。為此，日本人用200多種鋼材進行了大量實際試驗工作，求得了焊接冷裂紋敏感指數(shù)Pc。 (%)式中 板厚度（mm） 1950 mm H焊縫中擴散H含量(ml/100g) H=15ml/100g適用的成分范圍：C0.070.22，Si0.60%,Mn0.401.40，Cu0.5%,Ni1.2%Cr1.2%,Mo0.7%,V0.12%,Nb0.04%,Ti0.05%,B0.005%求得Pc后，用下式即可求得斜Y坡口對接裂紋試驗條件下，為防止冷裂所需的最低預(yù)熱溫度T0( )T0=1440Pc392( )2利用物理性能分析金屬的熔點、導(dǎo)熱系數(shù)、線脹系數(shù)、密度、熱容量等因素都對

11、熱循環(huán)、溫度場、熔化、結(jié)晶等過程產(chǎn)生影響，從而影響焊接性。Exp.(1) 紫銅，導(dǎo)熱系數(shù)大、熱散失快， HAZ大，坡口不易熔化，焊接時需大功率熱源。否則產(chǎn)生未熔透缺陷。Exp.(2) Al及其合金導(dǎo)熱系數(shù)高、結(jié)晶快、密度小，熔池中的氣泡及夾雜物不易上浮，在焊接中易產(chǎn)生氣孔、夾雜。Exp.(3) S.S.導(dǎo)熱系數(shù)小，線脹系數(shù)大，焊接時溫度梯度陡，殘余應(yīng)力高，變形大，且高溫停留時間長，HAZ晶粒長大，對接頭性能不利。3利用化學(xué)性能分析與O親合力強的金屬（Al、Ti），在高溫下極易氧化，要采取可靠的保護方法（隋性氣體、真空）甚至背面也需保護。對化學(xué)性活潑的金屬，要嚴(yán)格控制有害元素對焊接區(qū)的污染。4利

12、用合金相圖分析可利用材料的合金相圖分析焊接性問題。例如，共晶相圖，固相線與液相線溫度區(qū)間的大小，會影響結(jié)晶時的成分偏析、脆性溫度區(qū)間大小，這對分析熱裂紋有重要的參考意義。若結(jié)晶時形成單相組織，則焊縫晶粒易粗大，易形成熱裂。5利用CCT圖或SHCCT圖分析對于低合金鋼，利用CCT圖或SHCCT圖，可以大體分析在不同的焊接熱循環(huán)條件下將獲得什么樣的組織和硬度，估計有無冷裂的危險，以確定適當(dāng)?shù)暮附庸に嚄l件。除以上各項外，在分析焊接性時，還應(yīng)考慮金屬焊前的熱處理狀態(tài)。如調(diào)質(zhì)處理的高強鋼，焊后HAZ會出現(xiàn)軟化區(qū)。（二）從焊接工藝條件分析焊接性1熱源特點 不同的焊接方法在熱源功率、能量密度、加熱的最高溫度

13、等方面有很大差別，從而影響金屬的焊接性。Exp.(1) 電渣焊功率大、密度低、最高加熱溫度不高，加熱慢，高溫停留時時間長，使得HAZ晶粒大，ak值顯著降低，須正火后方可使用。Exp.(2) 電子束焊、激光焊則與之相反，HAZ小，無晶粒長大危險。2保護方法 熔焊時對焊接區(qū)的保護有渣、氣和真空等幾種，這些方法分別適用于不同的金屬或合金。Exp.一般鋼材焊接時，多以渣保護為主，有時也采用氣保護。對Al、Mg、Ti等有色金屬則以惰性氣體保護焊為主。而真空保護時不宜用于含Zn、Li、Mn等高蒸氣壓成分較高的合金。保護方法選擇是否適當(dāng)也會影響金屬的焊接性。3熱循環(huán)控制 對熱循環(huán)的控制除正確選擇焊接工藝規(guī)范

14、外，也可用預(yù)熱、緩冷、層間溫度加以調(diào)整。4其它工藝因素（1）徹底清理坡口及其附近（2）嚴(yán)格按規(guī)定處理焊接材料（3）合理安排焊接順序（4）正確制定焊接規(guī)范第二節(jié) 焊接性試驗一、焊接性試驗的內(nèi)容1.工藝焊接性試驗 目的：考察金屬材料的結(jié)合性能 （1）焊接裂紋敏感性試驗 a 焊接冷裂紋敏感性試驗 b 焊接熱裂紋敏感性試驗 c 焊接再熱裂紋敏感性試驗 d 層狀撕裂敏感性試驗等（2） 析因理化試驗 a 焊接材料熔敷金屬擴散氫試驗 b 焊縫和母材化學(xué)成分分析試驗 c 焊接接頭金相試驗 d 焊接接頭硬度試驗等2.使用焊接性試驗 目的：考察焊接接頭的使用性能 （1） 焊接接頭力學(xué)性能試驗 如：拉伸試驗、彎曲試

15、驗、沖擊試驗等。 （2）其它特殊性能試驗 如：焊接接頭抗脆斷試驗、耐腐蝕性試驗、高溫性能試驗等。 （3） 析因理化試驗 如：焊接斷口試驗，焊接金相試驗等。 二、焊接性試驗方法分類1.按試驗者與研究對象的關(guān)系分類 （1）間接試驗：以推理或模擬為主要特征； （2）直接試驗：以焊接試件為主要特征。2.按照金屬焊接性的內(nèi)涵分類 （1）工藝焊接性試驗：評定結(jié)合性能； （2）使用焊接性試驗：評定使用性能三、焊接性試驗方法的選用原則1.盡可能地接近產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)條件和使用條件（良好的針對性） 焊接接頭型式相對應(yīng)； 試件略大于焊件的拘束度RF。 RF=K1=E/L 式中：K1拘束系數(shù)； 板厚； E彈性模量； L拘

16、束長度。2.具有較好的再現(xiàn)性和試驗精度（較好的再現(xiàn)性）3.經(jīng)濟簡便（一定的經(jīng)濟性）。第三節(jié) 常用焊接性試驗方法焊接性試驗得內(nèi)容和方法種類繁多，但由于裂紋是焊接接頭中最常見而又最重要的焊接缺陷，所以焊接裂紋試驗成為最重要的焊接性試驗。曾經(jīng)納入國家標(biāo)準(zhǔn)的裂紋試驗方法有斜Y形坡口裂紋試驗方法、搭接接頭（CTS）焊接裂紋試驗方法、T形接頭焊接裂紋試驗方法、壓板對接（FISCO）焊接裂紋試驗方法、焊接用插銷冷裂紋試驗方法等五種。一、斜Y形坡口焊接裂紋試驗法（GB4675.1）這種方法也稱“小鐵研”試驗，主要用于評定碳鋼和低合金高強鋼焊接HAZ的冷裂紋敏感性，也可作為焊條與母材組合的裂紋試驗。1.試件尺寸

17、及制備坡口只準(zhǔn)用機加工，拘束焊縫用45mm低H型焊條對稱焊接。2. 焊接試驗試驗焊縫采用手弧焊和自動送進焊條裝置焊接時，按圖14進行。為了比較不同鋼材的冷裂紋傾向，推薦采用的工藝參數(shù)為：45mm， 170A±10A， 24±2V， 150±10mm/min。3. 裂紋檢測試驗焊縫可在不同的溫度下施焊，焊后48h進行裂紋檢測和解剖。表面裂紋用肉眼或磁粉滲透檢測等檢查，斷面裂紋應(yīng)先用機械方法制取斷面試樣，研磨腐蝕后用2030倍放大鏡檢查。裂紋長度或高度按圖15檢測。裂紋為曲線形狀時，按直線長度檢測，裂紋重疊時不必分別計算。表面裂紋率 Cf×100根部裂紋率

18、Cr×100斷面裂紋率 Cs×100式中表面裂紋長度之和（mm） L試驗焊縫長度（mm） 根部裂紋長度之和（mm） 五個斷面上裂紋深度之和（mm） 五個斷面焊縫最小厚度之和（mm）4.應(yīng)用準(zhǔn)則由于這種接頭形式的拘束度極大，應(yīng)力集中明顯，試驗條件比較苛刻，所以一般認為表面裂紋率小于20，無根部裂紋時，用于生產(chǎn)就是安全的。二、插銷試驗方法（Implant Test） 該方法是測定低合金鋼焊接熱影響區(qū)冷裂紋敏感性的一種定量試驗方法。這種方法因消耗材料少、試驗結(jié)果穩(wěn)定，所以應(yīng)用較廣泛。1) 試樣制備 將被焊鋼材加工成圓柱形的插銷試棒，沿軋制方向取樣并注明插銷在厚度方向的位置。插銷試

19、棒的形狀如圖1-8所示，各部位尺寸見表1-2。試棒上端附近有環(huán)形或螺形缺口。將插銷試棒插入底板相應(yīng)的孔中，使帶缺口一端與底板表面平齊，如圖1-7所示。 圖1-7 插銷試棒、底板及熔敷焊道a) 環(huán)形缺口插銷 b) 螺形缺口插銷圖1-8 插銷試棒的形狀a) 環(huán)形缺口插銷 b) 螺形缺口插銷對于環(huán)形缺口的插銷試棒，缺口與端面的距離a應(yīng)使焊道熔深與缺口根部所截平面相切或相交，但缺口根部圓周被熔透的部分不得超過20%，如圖2-16所示。對于低合金鋼，a值在焊接熱輸入E=15kJ/cm時為2mm。根據(jù)焊接熱輸入的變化，缺口與端面的距離a可按表1-3作適當(dāng)調(diào)整 。表1-2 插銷試棒的尺寸表1-3 缺口位置a

20、與焊接熱輸入E的關(guān)系圖2-16 熔透比的計算 圖1-9 底板的形狀及尺寸 2) 試驗過程 按選定的焊接方法和嚴(yán)格控制的工藝參數(shù)，在底板上熔敷一層堆焊焊道，焊道中心線通過試棒的中心，其熔深應(yīng)使缺口尖端位于熱影響區(qū)的粗晶區(qū)。焊道長度L約100-150mm。施焊時應(yīng)測定800-500的冷卻時間t8/5值。不預(yù)熱焊接時，焊后冷卻至100-150時加載；焊前預(yù)熱時，應(yīng)在高于預(yù)熱溫度50-70時加載。載荷應(yīng)在1min之內(nèi)且在冷卻至100或高于預(yù)熱溫度50-70之前施加完畢。如有后熱，應(yīng)在后熱之前加載。為了獲得焊接熱循環(huán)的有關(guān)參數(shù)（t8/5、t100等），可將熱電偶焊在底板焊道下的盲孔中（見圖1-9），盲孔

21、直徑3mm，深度與插銷試棒的缺口處一致。測點的最高溫度應(yīng)不低于1100。當(dāng)加載試棒時，插銷可能在載荷持續(xù)時間內(nèi)發(fā)生斷裂，記下承載時間。在不預(yù)熱條件下，載荷保持16h而試棒未斷裂即可卸載。預(yù)熱條件下，載荷保持至少24h才可卸載?？捎媒鹣嗷蜓趸确椒z測缺口根部是否存在斷裂。經(jīng)多次改變載荷，可求出在試驗條件下不出現(xiàn)斷裂的臨界應(yīng)力cr。臨界應(yīng)力cr可以用啟裂準(zhǔn)則，也可以用斷裂準(zhǔn)則，但應(yīng)注明。根據(jù)臨界應(yīng)力cr的大小可相對比較材料抵抗產(chǎn)生冷裂紋的能力。 三、壓板對接（FISCO）焊接裂紋試驗（GB4675.484）用于評定低合金高強鋼、A不銹鋼、鋁合金的焊縫金屬熱裂紋敏感性。也可做材料與焊條匹配性的試驗

22、。1. 試件制備試件形式尺寸如圖。試件坡口為I形厚板可用正Y形，用機械加工。2. 試驗程序 安裝試件。將試件安裝在C形夾具中，在試件坡口兩端按試驗要求裝入相應(yīng)的塞片，保證坡口間隙（06mm）。先將水平方向的4個螺栓緊固，頂緊試件，再把垂直方向的14個螺栓用測力扳手以120N.m的扭距緊固。圖1-10 壓板對接（FISCO）試驗裝置1C形拘束框架 2試板 3緊固螺栓 4齒形底座 5定位塞片 6調(diào)節(jié)板 焊接。然后按生產(chǎn)上使用的工藝參數(shù)依次焊接長約40mm、間距10mm的4條焊縫，弧坑不填滿。 檢測。焊后約10min取下試件，待冷卻后將試件沿焊縫縱向彎斷，觀測有無裂紋，并測量長度。裂紋率按下式計算：

23、CR=×100式中 4條試驗焊縫上裂紋長度之和（mm） 4條試驗焊縫長度之和（mm）四、可調(diào)拘束裂紋試驗主要用于評定低合金鋼各種熱裂紋（結(jié)晶裂紋、液化裂紋等）敏感性。這種方法的原理是在焊縫凝固后期施加一定的應(yīng)變來研究產(chǎn)生裂紋的規(guī)律。當(dāng)外加應(yīng)變值在某一溫度區(qū)間超過焊縫或熱影響區(qū)金屬的塑性變形能力時，就會出現(xiàn)熱裂紋，以此來評定產(chǎn)生焊接熱裂紋的敏感性。根據(jù)試驗?zāi)康牟煌煞譃榭v向和橫向兩種試驗方法。如圖1-13所示。（a）（b）圖1-13 可調(diào)拘束裂紋試驗示意圖 a)縱向試驗法 b)橫向試驗法兩者可在同一臺試驗機上進行。試驗過程基本相同，僅焊縫所承受的應(yīng)變方向不同。試驗時只需將焊接方向扭轉(zhuǎn)

24、90°。用工具顯微鏡檢測裂紋的總長度和裂紋數(shù)量?？烧{(diào)拘束裂紋試驗時，加載變形可有快速和慢速兩種形式。慢速變形時，采用支點彎曲的方式，應(yīng)變量由壓頭下降弧形距離S控制，其應(yīng)變速度約為每秒0.30.7。SR0/180式中 S加載壓頭下降的弧形位移(mm)； R0加載壓頭的旋轉(zhuǎn)半徑(mm)； 試板的彎曲角(rad)?？焖僮冃螘r，應(yīng)變量由可更換的弧形模塊的曲率半徑控制，該應(yīng)變量可用下式計算：=(/2R)×100試板尺寸為：(516)mm×(5080)mm×(300350)mm。焊條按規(guī)定烘干，再以規(guī)定的工藝參數(shù)進行施焊(焊條直徑4mm，焊接電流l70A，電弧電壓2

25、426V，焊接速度150mm/min)。由A點焊至C點后熄弧，焊接到達B點時，加載壓頭突然加力F下壓，使試板發(fā)生強制變形而與模塊貼緊。變更模塊的R即可變更應(yīng)變量，而達到一定數(shù)值時就會在焊縫或熱影響區(qū)發(fā)生熱裂紋。隨著增大，裂紋的數(shù)目及長度總和也都增加，從而可以獲得一定的規(guī)律。圖1-15剛性固定對接裂紋試驗試件橫向可調(diào)拘束裂紋試驗主要用于測試焊縫中央的結(jié)晶裂紋和高溫失塑裂紋；縱向可調(diào)拘束裂紋試驗則主要用于測試結(jié)晶裂紋和液化裂紋。五、其它焊接性試驗方法簡介（一）拉伸拘束裂紋試驗（Tensile Restraint Cracking Test, 即TRC試驗）基本原理是模擬焊接接頭承受的平均拘束應(yīng)力，

26、在一定坡口形狀和一定尺寸的試板間施焊后，冷卻到規(guī)定溫度時在焊縫橫向施加一拉伸載荷并保持恒定，直到產(chǎn)生裂紋或斷裂。 調(diào)整載荷，可以求得加載24h而不發(fā)生開裂的臨界應(yīng)力。根據(jù)臨界應(yīng)力的大小，即可評定冷裂敏感性。此法設(shè)備較大而復(fù)雜，所需試板的尺寸也很大。試驗結(jié)果常與插銷試驗一致。（二）剛性拘束裂紋試驗（Rigid Restrain Cracking Test，即RRC試驗）基本原理是模擬焊接接頭承受外部拘束，由于接頭冷卻時金屬收縮所產(chǎn)生的應(yīng)力而引起裂紋。其簡化原理圖如圖1-14所示。圖a為設(shè)想的情況，圖b為實際試驗機上安裝試件的情況?？傊囼炛幸３志惺嚯xl固定不變（即所謂剛性拘束)。拘束距離l

27、增大時，拘束度就減小，焊縫處的拘束應(yīng)力便降低，產(chǎn)生裂紋所需時間也延長。當(dāng)l增大到一定數(shù)值后便不再發(fā)生裂紋，此時的拘束應(yīng)力便是臨界應(yīng)力，可以用作評價冷裂敏感性的尺度。此試驗比TRC試驗的恒載拉伸更接近實際焊接情況。（三）剛性固定對接裂紋試驗（Restrained Butt Joint Cracking Test）這種試驗方法主要用于測定焊縫的冷裂紋和熱裂紋傾向，也可以測定熱影響區(qū)的冷裂紋傾向，適用于低合金鋼焊條電弧焊、埋弧焊、氣體保護焊等。試件形狀、尺寸見圖1-l5。四周固定焊縫的焊腳K12mm，若板厚12mm，則K。試驗焊縫按實際生產(chǎn)時的工藝參數(shù)施焊。焊后在室溫下放置24h后檢查焊縫表面有無裂

28、紋，再橫切焊縫取兩塊磨片檢查有無裂紋，一般即以有無裂紋為評定標(biāo)準(zhǔn)。（四）窗形拘束裂紋試驗（Window Type Restraint Cracking Test）主要用于測定低合金鋼多層焊時，焊縫橫向冷裂紋及熱裂紋的敏感性，為選擇焊接材料和確定工藝條件提供試驗依據(jù)。圖1-17 Z 向拉伸試驗a)取樣部位 b) 試棒示意圖見圖1-16。圖中a為窗口及試板；圖b為焊后解剖試板檢查裂紋的方式。事先將試板焊在窗口部位，然后從兩面填滿坡口完成試驗焊縫。焊后放置24h再檢查，一般以有無裂紋為準(zhǔn)則也可以裂紋率為相對比較。圖1-16窗形拘束裂紋試驗（五）Z向拉伸試驗（Z-direction Tensile T

29、est）它是利用鋼板厚度方向（即Z向）的斷面收縮率來評定鋼材的層狀撕裂敏感性。對于25mm的板可直接沿厚度方向截取小型拉伸試棒；如25mm或需制備常規(guī)拉伸試棒時，則可按圖1-17加工試棒。試棒拉伸破壞后，以Z向斷面收縮率Z為層狀撕裂敏感性的判斷。目前我國沒有試驗標(biāo)準(zhǔn)，對于低合金鋼可參照日本有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)z5%時，層狀撕裂敏感性就很嚴(yán)重；z25%時，才能較好地抵抗層狀撕裂?？箤訝钏毫褬?biāo)準(zhǔn)分類該判據(jù)不是絕對的，要看原材料其它方向的Z值。該法比較簡單，在工程上應(yīng)用廣泛。（六）Z 向窗口試驗（Z-Direction Window Type Test） 也是一種測試層狀撕裂敏感性的試驗方法，試件的形狀及尺

30、寸如圖1-18所示。在大拘束板（300mm×350mm×30mm）的中心開一“窗口”（圖a），將試驗板插入此窗口（圖b），按圖c所示的順序焊4條角焊縫，其中1、2為拘束焊縫，3、4為試驗焊縫。裝配時應(yīng)將未加工的表面放在試驗焊縫一側(cè)，焊后在室溫下放置24h后再切取試樣檢查裂紋率。裂紋率CR按下式計算，即：式中 l各截面上撕裂長度總和（mm）； L各截面上焊縫厚度總和（mm）圖1-18 Z 向窗口試驗a) 拘束板 b) 試驗板的位置 c) 焊接順序 第二章 合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接第一節(jié) 合金結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼：用來制造機械零件和工程結(jié)構(gòu)的鋼，分碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼。合金結(jié)構(gòu)鋼：就是在碳素

31、結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上添加一定量的合金元素來達到所需要求的一些鋼。通過加入合金元素，使鋼材獲得了高的強度，并有一定的塑性和韌性，或者其它特殊性能（如耐低溫、腐蝕性等）且具有良好的加工工藝性。合金結(jié)構(gòu)鋼種類繁多，其合金系統(tǒng)、使用環(huán)境也不相同，因此有不同的分類方法。對焊接生產(chǎn)來說，綜合考慮了它們的性能和用途，將其分為強度用鋼和專用鋼兩類。強度用鋼主要應(yīng)用在常規(guī)條件下要求其力學(xué)性能的機械零件和工程結(jié)構(gòu)，其合金化的主要目的是提高鋼材的強度，并保證鋼材有足夠的塑性和韌性。專用鋼具有特殊使用性能，除了力學(xué)性能外，還必須適應(yīng)特殊環(huán)境下工作要求。一、強度用鋼這類鋼即常說的高強鋼，其屈服點在294MPa以上。它的應(yīng)用面

32、寬，常用來制造常溫下工作的受力構(gòu)件。如壓力容器、動力設(shè)備、工程機械、運輸機械、橋梁建筑結(jié)構(gòu)和管道等。根據(jù)屈服點高低及熱處理狀態(tài)，這類鋼又可分為熱軋及正火鋼、低碳調(diào)質(zhì)鋼、中碳調(diào)質(zhì)鋼三類。1.熱軋及正火鋼是一種非熱處理強化鋼，一般在熱軋及正火狀態(tài)下供貨，故稱為熱軋鋼或正火鋼。因其合金元素含量低（總量不大于3），屈服點為294490Mpa，所以又稱為低合金高強鋼。在我國得到了很大的發(fā)展。近二十年來，由于大型壓力容器、寒冷地區(qū)輸油管線、大跨度全焊橋梁等工程的需要，在這類鋼件中又開發(fā)出了一些新分支，如微合金化控軋鋼，其本質(zhì)與正火鋼相似；Z向鋼（抗層狀撕裂鋼）在冶煉中使用了Ca（或Re）處理和真空除氣等特

33、殊措施后，使之具有低S（0.005），低氣體含量和高的Z向斷面收縮率（35）等特點，它也是一種s 343MPa的正火鋼；還有一種焊接大熱輸入鋼，也是這類鋼中的一類，它是在其中加入了微量的Ti，利用TiN質(zhì)點來抑制加熱時的晶粒長大，改善HAZ韌性。2.低碳調(diào)質(zhì)鋼s =441980MPa(大部分書中為490980MPa)，是一種熱處理強化鋼，在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下供貨。其特點是含C量低（0.25以下），強度高，且有良好的塑性及韌性?？芍苯釉谡{(diào)質(zhì)狀態(tài)下進行焊接，且焊后不須進行調(diào)質(zhì)處理，必要時可采用消除應(yīng)力處理，不足之處是焊后會在HAZ造成軟化帶。在s =441490MPa的低合金鋼中有調(diào)質(zhì)和非調(diào)質(zhì)兩大類。正火

34、鋼和低碳調(diào)質(zhì)鋼強化方式的比較：正火鋼是靠加入的合金元素，在正火條件下通過沉淀強化和細化晶粒來提高強度和保證韌性的。強度越高，所加入的合金元素越多，當(dāng)合金元素的含量超過一定值后，、aK就會嚴(yán)重惡化，所以正火鋼所能達到的最高s就是490MPa左右。調(diào)質(zhì)鋼是通過調(diào)質(zhì)處理，充分發(fā)揮了合金元素的作用，只要添加少量的合金元素，就能通過淬火回火來獲得回火M或B，既提高了強度又保證了韌性。所以達到同一強度水平，調(diào)質(zhì)鋼所需的合金元素含量要比正火鋼少。因而同一級別的調(diào)質(zhì)鋼和正火鋼，通常前者的韌性和焊接性好，HAZ淬硬傾向小，冷裂敏感性低。s490MPa的CF鋼就是含C量極低的微合金化調(diào)質(zhì)鋼。3.中碳調(diào)質(zhì)鋼s高達8

35、801176MPa以上，也是熱處理強化鋼。與低碳調(diào)質(zhì)鋼相比，其含C量高（0.3），所以淬硬性強，熱處理后達到很高的強度和硬度，而韌性較低。所以給焊接工作帶來了很大困難，一般要在退火狀態(tài)下焊接，焊后再進行整體熱處理以達到所需的強度和硬度，主要用于制造大型機械零件和要求減輕自重的高強結(jié)構(gòu)，如火箭發(fā)動機殼體、飛機起落架等。二、專用鋼1.珠光體耐熱鋼這類鋼主要用于最高工作溫度為500600的高溫設(shè)備，如熱動力設(shè)備和化工設(shè)備。其特點是具有較好的高溫強度和高溫抗氧化性。它是一種以Cr、Mo為基礎(chǔ)的低中合金鋼。隨使用溫度提高，鋼中往往加入V、W、Nb、B等合金元素，這種鋼根據(jù)使用要求可以進行各種熱處理（包括

36、調(diào)質(zhì)處理）。但焊后一般不進行調(diào)質(zhì)處理，主要進行高溫回火處理。2.低溫用鋼其特點是具有非常好的低溫韌性，這是與低合金高強鋼的主要區(qū)別，對強度無特殊要求。它適用于低溫（40 196）下工作的各種低溫裝置、工程結(jié)構(gòu)（如嚴(yán)寒地區(qū)的橋梁、管線），如用它制造的容器可用于液化石油氣（45 ）和液化天然氣（162）的貯運。這類鋼大部分是一些含Ni的低C低合金鋼。一般都在正火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用，選用時，主要根據(jù)不同的低溫韌性要求來考慮。3.低合金耐蝕鋼主要用在大氣、海水、石油、化工等腐蝕介質(zhì)中工作的機械設(shè)備和結(jié)構(gòu)。因此，除要求有一定的力學(xué)性能外，還需有耐蝕能力。由于所處介質(zhì)不同，耐蝕鋼的類型和成分也不同，而應(yīng)用最

37、廣的是耐大氣和海水腐蝕用鋼。第二節(jié) 熱軋、正火鋼的焊接一、熱軋及正火鋼的成分與性能1.熱軋鋼這類鋼的價格便宜，且具有良好的綜合力學(xué)性能和工藝性能。因此，在各國均得到了普遍應(yīng)用，如我國的16Mn,15MnV, 日本的SM50等，其屈服點為294343MPa，均屬于C-Mn或Mn-Si系的鋼種。主要用Mn、Si兩元素的固溶強化作用，其成分為C0.2%，Mn1.6%，Si0.55。Si>0.6對ak 不利，C>0.3%，Mn>1.6后，焊接時常出現(xiàn)裂紋及脆性B體組織，有時也可以用V、Nb代替部分Mn。Mn、Si是固溶強化元素，用以保證強度；V、Nb用以細化晶粒，也有少許沉淀強化作用

38、，需指出的是，為保證這類鋼的焊接性和缺口韌性，其s一般限制在343MPa水平。在我國的低合金高強系列中，只有15MnV鋼在熱軋狀態(tài)下s 達到392MPa。它是在16Mn基礎(chǔ)上少量V（0.040.12）而形成的，加V的目的在于細化晶粒和沉淀強化。這種鋼雖能在熱軋狀態(tài)下使用，但性能很不穩(wěn)定，板厚增加時更為嚴(yán)重。所以它應(yīng)在正火狀態(tài)下使用更為合理，因為正火能使其晶粒細化和VC均勻彌散分布，從而獲得高的和ak。幾種熱軋鋼的成分、性能見P18表21。462.正火鋼正火鋼是在熱軋鋼的基礎(chǔ)上進一步沉淀強化和細化晶粒而形成的，即在C-Mn，Mn-Si系的基礎(chǔ)上再添加一些C化物，N化物形成元素，如V、Nb、Ti、

39、Mo等。正火的目的，是為了使C、N化合物以細小的質(zhì)點從固溶體中沉淀析出，并起到晶粒細化的作用，使在提高強度的同時，鋼材的和aK也得到適當(dāng)改善，以達到最佳的綜合性能。這類鋼的s一般在343490 MPa之間。對于一些含Mo鋼來說，正火后還必須回火才能保證其良好的和aK。因此，正火鋼又分兩種：（1）正火狀態(tài)下使用的鋼這類鋼除了15MnTi外，主要是含V、Nb的鋼。V、Nb的作用在于形成C、N化合物，起到沉淀強化和細化晶粒的作用，以提高強度、改善韌性和塑性。另外，由于Nb、V的加入，鋼的強度提高，所以可以適當(dāng)降低含C量，這對提高韌性、改善焊接性也有益處。這類鋼的特點是屈強比高，因此，從提高抗拉強度和

40、降低屈強比出發(fā)，一般將V、Nb正火鋼中的含C量限制在0.150.20之間。我國的15MnV和美國的A225A（Mn-V）、美國的A737B（Mn-Nb）、我國的15MnVN、美國的A737C和德國的FG39（Mn-V-N）都屬此類。在這類鋼中加入N后形成VN，其沉淀作用強，使MnV鋼的s由392MPa提高到441MPa。為了提高韌性，可在這類鋼中加入少量Ni，如德國的FG43（Mn-Ni-V-N）。（2）正火回火狀態(tài)下使用的含Mo鋼Mn-Mo系鋼，鋼中加入0.5Mo，可細化晶粒，提高強度，以及鋼的中溫性能。因此，一般適用制造中溫厚壁壓力容器。但含Mo鋼在較高的正火溫度或較大的連續(xù)冷卻速度下，得

41、到的組織為上貝氏體和少量鐵素體，必須經(jīng)回火才能具有良好的和ak，才能保證獲得良好的綜合性能。屬于這類的鋼有：18MnMoNb、14MnMoV、A302B（美）等。加入少量Nb，使s增加，同時使鋼的熱強性增加。另外鋼中加入0.40.7Ni成為Mn-Ni-Mo鋼，如A302C，改善了鋼的低溫韌性。3. 微合金化控軋鋼是70年代發(fā)展起來的一個新鋼種，是熱軋和正火鋼的一個重要分支。它是以微合金化（加入微量的Nb、V、Ti）及爐外精煉、控軋、控冷等工藝獲得細晶等軸F基體及高度彌散的C化物的鋼種。主要用于制造石油和天然氣的輸送管線，如X60、X65、X70、X80等。加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%左右對鋼的組織性

42、能有顯著或特殊影響的微量合金元素的鋼，稱為微合金鋼。多種微合金元素（如Nb、Ti、Mo、V、B、RE）的共同作用稱為多元微合金化，微合金鋼單一微合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常在0.25%以下。通過細晶強化可進一步降低低合金高強鋼的碳含量，減少固溶的合金元素，使其沖擊韌性得到進一步提高。 微合金控軋鋼是熱軋及正火鋼中的一個重要的分支，是近年來發(fā)展起來的一類新鋼種。它采用微合金化（加入微量Nb、V、Ti）和控制軋制等技術(shù)達到細化晶粒和沉淀強化相結(jié)合的效果。在冶煉工藝上采取了降C、降S、改變夾雜物形態(tài)、提高鋼的純凈度等措施，使鋼材具有均勻的細晶粒等軸晶鐵素體基體。微合金化鋼就其本質(zhì)來講與正火鋼類似，它是在低

43、碳的C-Mn鋼基礎(chǔ)上通過V、Nb、Ti微合金化及爐外精煉、控軋、控冷等工藝，獲得細化晶粒和綜合力學(xué)性能良好的微合金鋼。 控軋鋼具有高強度、高韌性和良好的焊接性等優(yōu)點。控軋鋼的晶粒比一般正火鋼的晶粒細，強度和韌性也高一些，因為正火鋼的奧氏體化溫度一般為900，而控軋時的終軋溫度約為850。但控軋鋼的板厚受到一定限制，因為板厚增加時晶粒細化和沉淀強化的效果會受到影響。鋼的晶粒尺寸在50m以下的鋼種稱為細晶粒鋼，細化晶?？墒逛摣@得強韌性匹配良好的綜合力學(xué)性能。細化晶粒所采取的主要工藝為控軋或控冷。控軋主要是控制鋼材的變形溫度和變形量，利用位錯強化來韌化鋼材；控冷主要是控制鋼材的開始形變溫度和終了形變

44、溫度，以及隨后的冷卻速度。與控軋相比，控冷對鋼材晶粒細化的效果更顯著?？剀埡罅⒓醇铀倮鋮s所制造的鋼，稱為TMCP（Thermo-Mechanical Control Process）鋼。 TMCP鋼通過控軋控冷技術(shù)的應(yīng)用，晶粒尺寸可小于50m，最小可達到10m。超細晶粒鋼可使晶粒尺寸達到0.110m。TMCP鋼具有良好的加工性和焊接性，滿足了石油和天然氣等工業(yè)的需要，這類鋼還將在更多的鋼結(jié)構(gòu)中得到應(yīng)用。 控軋管線鋼焊接的主要問題是過熱區(qū)晶粒粗大使抗沖擊性能下降，改善措施是在鋼中加入沉淀強化元素（形成TiO2、TiN）防止晶粒長大，優(yōu)化焊接工藝及規(guī)范。二、熱軋及正火鋼的焊接性分析鋼材的焊接性主要

45、取決于化學(xué)成分。焊接性通常表現(xiàn)為兩方面的問題：一是焊接過程中造成的各種冶金缺陷，對這類鋼主要是各類裂紋，二是焊接時HAZ內(nèi)母材性能的變化，對這類鋼主要是脆化問題。（一）焊縫中的熱裂紋結(jié)晶裂紋三大因素：1.脆性溫度區(qū)間的大小 2.在脆性溫度區(qū)間內(nèi)金屬的塑性 3.在脆性溫度區(qū)間內(nèi)隨溫度降低變形增長率在這類鋼中，熱裂紋的形成主要是S在晶間形成低熔點的S化物及其共晶體所引起的，所以S是直接有害元素。而C、Si、Ni等能促使它的有害作用，Mn則能抵消它的有害作用。Mn能與S形成MnS,使S化物形態(tài)分布發(fā)生變化。所以為了防止熱裂紋，鋼中的Mn/S要達到一定要求。而Mn/S值又受含C量的影響。從熱軋及正火鋼

46、的成分來看，一般含C量都較低，而含Mn量都較高，因此它們的Mn/S比都能達到要求，抗熱裂性是比較好的，正常情況下焊縫中不會出現(xiàn)熱裂紋。但當(dāng)材料成分不合格，或局部C、S偏析，含量過高時，也可能出現(xiàn)熱裂紋。在這種情況下，應(yīng)從工藝上減少熔合比，采用低C高Mn的焊接材料，以降低焊縫中的C含量，提高Mn含量。（二）冷裂紋冷裂紋是焊接這類鋼的一個主要問題。引起冷裂紋的原因有三個：一定的含氫量，一定的拘束度，及對裂紋敏感的淬硬組織。其中前兩個因素取決于工藝（包括焊接材料的選擇）和結(jié)構(gòu)。后一因素則與被焊材料本身有關(guān)。因此，焊接時是否形成對H致裂紋敏感的淬硬組織是評定材料焊接性的一個重要指標(biāo)。1. 淬硬傾向與冷

47、裂紋敏感性的關(guān)系鋼材的冷裂紋敏感性主要取決于它們的淬硬傾向。所以它可通過SHCCT曲線來進行分析比較。若無此曲線，也可借用一般的連續(xù)冷卻曲線（CCT）和恒溫轉(zhuǎn)變曲線（TTT）。因此這三種曲線都反映了鋼材冷卻過程中的組織轉(zhuǎn)變特點。只是由于冷卻條件不同，曲線的右移程度不同。例如CCT曲線比TTT曲線右移增加1.5倍以上，而SHCCT曲線右移更多，也就是CCT的淬火臨界冷卻速度比TTT曲線所得的小1.5倍，而SHCCT更小。因此它們之間存在著一定的對應(yīng)關(guān)系，但比較兩種鋼的淬硬傾向時，必須用同一種曲線，而且還必須注意鋼材加熱前的原始組織，A化溫度和時間，因為它們都會影響冷卻過程中A的穩(wěn)定。（1）熱軋鋼

48、的淬硬傾向與冷裂敏感性熱軋鋼的C含量雖不高，但含有少量的Me，因此，淬硬傾向比低C鋼大。隨鋼材強度級別的提高，Me量增加，淬硬傾向逐漸增大。以16Mn與低C鋼相比：16Mn在連續(xù)冷卻時，P轉(zhuǎn)變右移較多，快速冷卻過程中F析出后，剩下的富碳A來不及轉(zhuǎn)變?yōu)镻，而轉(zhuǎn)變?yōu)锽和M。得到全部M的臨界冷卻速度比低C鋼小，所以淬硬傾向大，冷裂敏感性大?？筛鶕?jù)圖中R10、NO4冷卻曲線估計出厚板手弧焊時HAZ過熱區(qū)的組織狀態(tài)。16Mn為少量F、B和大量M；低C鋼為F,少量P和大量B，冷卻速度不大時，二者是相近的。圖2-1（2）正火鋼的淬硬傾向與冷裂敏感性強度級別較高，Me含量較高，與低C鋼相比，焊接性差別較大。冷

49、裂紋敏感性一般隨強度級別的提高而增加，s為392MPa的15MnV和15MnTi，從合金元素含量來看，基本上與s為343MPa的熱軋鋼16Mn相似，淬硬傾向稍有增加，而s達490MPa的正火鋼18MnMoNb，則接近于調(diào)質(zhì)鋼的類型。圖2-2，比較15MnVN和18MnMoNb的SHCCT曲線可看出，后者過冷A非常穩(wěn)定，轉(zhuǎn)變曲線比15MnVN靠右很多，冷卻時很容易得到B、M，所以淬硬傾向大，冷卻敏感性也大。a）15MnVN b）18MnMoNb圖2-2 15MnVN和18MnMoNb的SHCCT曲線2.碳當(dāng)量與冷裂敏感性的關(guān)系淬硬傾向越大，冷裂敏感性越大。而淬硬傾向取決于鋼材的化學(xué)成分，其中以C

50、的作用最為明顯。因此可以用經(jīng)驗性的C當(dāng)量來粗略估計和對比不同鋼材的冷裂敏感性。碳當(dāng)量越高，冷裂敏感性越大。IIW和JIS公式前已述及。另外，日本人又給出了合金元素的裂紋敏感指數(shù)計算公式：但該式無判據(jù)。應(yīng)用這些公式時要注意其適應(yīng)范圍。在實際中，CE公式用得普遍。一般認為CE0.4，焊接時無裂紋，焊接性良好（熱軋鋼都屬于這類），除鋼板厚度很大和環(huán)境溫度很低外，不需預(yù)熱和控制焊接熱輸入。正火鋼的CE在0.40.6之間，屬有淬硬傾向鋼，CE0.5時，淬硬傾向不明顯，焊接性尚可，但隨板厚增加，往往要采取預(yù)熱措施，如15MnVN；當(dāng)CE0.5時，淬硬傾向明顯，冷裂傾向較大，為避免裂紋產(chǎn)生需采取嚴(yán)格的工藝措

51、施，如預(yù)熱、焊后熱處理、嚴(yán)格控制熱輸入等，18MnMoNb就是如此。3. HAZ最高硬度值與冷裂敏感性的關(guān)系為了控制淬硬組織，采取一種簡便的辦法，即將HAZ最高硬度值控制在低于某一剛好不出現(xiàn)冷裂紋的臨界值最高硬度值以下。過去曾規(guī)定Hmax350HV，但隨各種低合金高強度鋼的大量出現(xiàn)，強度級別不斷提高，鋼材正常的硬度值也在提高。顯然Hmax350就不適合了。日本焊協(xié)和高壓力技術(shù)協(xié)會給出了幾種焊接結(jié)構(gòu)用高強度鋼的Hmax（表2-2）。最高硬度允許值不僅與鋼材的強度級別有關(guān)，而且與它的具體成分有關(guān)。所以所列數(shù)據(jù)只能作為參考。完全用它來評定焊接性和確定焊接規(guī)范、預(yù)熱溫度是不可靠的。如16Mn和15Mn

52、VN分別相對于表中HW36和HW45，但試驗結(jié)果（表2-3與表2-4）說明，不出現(xiàn)裂紋的最高硬度都低于表中值。（三） 再熱裂紋焊后焊件在一定溫度范圍內(nèi)再次加熱（消除應(yīng)力熱處理或其它加熱過程）而產(chǎn)生的裂紋稱為再熱裂紋。它的特點為：產(chǎn)生于近縫區(qū)的粗晶粒區(qū)，且屬晶間斷裂。產(chǎn)生于再熱的升溫過程中，并且存在一個敏感的溫度范圍(低合金高強鋼，耐熱鋼在500700)。出現(xiàn)在能產(chǎn)生沉淀強化的金屬材料中。必須有較大的焊接殘余應(yīng)力。對于C-Mn、Mn-Si系的熱軋鋼，由于不含強碳化物形成元素，所以對再熱裂紋不敏感。而對一些含有強碳化物形成元素的正火鋼也不一定會產(chǎn)生再熱裂紋，這主要與合金系統(tǒng)有關(guān)。如15MnVN鋼，

53、含有V，但對再熱裂紋不敏感。如18MnMoNb、14MnMoV則有輕微的再熱裂紋敏感性，可采取提高預(yù)熱溫度或焊后立即后熱等措施來防止。例如18MnMoNb預(yù)熱230或預(yù)熱180180×2h焊后等溫處理，14MnMoV預(yù)熱300或預(yù)熱180250×2h焊后等溫處理，就可防止再熱裂紋。（四）層狀撕裂層狀撕裂主要是由于材料本身內(nèi)的夾雜物較多，Z向塑性低和Z向拘束應(yīng)力大造成的。就材料本身來說，主要取決于冶煉條件，鋼中的片狀S化物，層狀硅酸鹽，以及成片存在于同一平面內(nèi)的其它夾雜物等都能導(dǎo)致Z向塑性的降低和層狀撕裂的產(chǎn)生。其中以片狀S化物的影響尤為嚴(yán)重。從Z向拘束應(yīng)力考慮，撕裂與板厚有

54、關(guān)。 一般板厚大時才可出現(xiàn)，板厚在16mm以下時就不易產(chǎn)生層狀撕裂。因此，一般認為，S含量和Z向斷面收縮率是評定鋼材層狀撕裂敏感性的主要指標(biāo)。另外，還可采用測試層狀撕裂敏感性的試驗方法（如Z向窗口試驗，Z向拉伸試驗）來進一步考慮。為了防止層狀撕裂，應(yīng)選用對層狀撕裂敏感性小的材料，如專用的Z向鋼D36（S=0.003%）,減少Z向拘束應(yīng)力（改變接頭形式，預(yù)堆軟焊道過渡層，采用低強焊縫、預(yù)熱等）。（五）HAZ的性能變化HAZ的性能變化，與所焊鋼材的類型和合金系統(tǒng)都有很大關(guān)系，焊接熱軋及正火鋼時，HAZ的主要性能變化是過熱區(qū)的脆化問題。另外，在一些合金元素低的鋼中還可能出現(xiàn)熱應(yīng)變脆化。1.過熱脆化區(qū)

55、過熱區(qū)是指熔合線附近加熱到1100以上到熔點以下的溫度區(qū)域。由于該區(qū)溫度很高，所以發(fā)生了A晶粒的顯著長大和一些難熔質(zhì)點（如C化物和N化物）的溶入過程，這些過程的產(chǎn)生直接影響到過熱區(qū)性能的變化。例如：過熱的粗大A晶粒增加了它的穩(wěn)定性，在冷卻過程中隨鋼材成分不同以及所有的焊接熱輸入不同，可能發(fā)生一系列不利的組織轉(zhuǎn)變，如W以及塑性很低的混合組織（F、高CM、B）和MA組元等；難溶質(zhì)點溶入后往往在冷卻過程中來不及析出而使材料變脆。但是過熱區(qū)性能變化不僅取決于影響高溫停留時間和冷卻速度的焊接熱輸入，而且與鋼材本身的類型和合金系統(tǒng)有著密切的關(guān)系。（1）熱軋鋼。C-Mn、Mn-Si系的熱軋鋼，主要靠固溶強化，合金元素在全部固溶條件下能保證良好的綜合性能。因此它對焊接熱的敏感性不大。如圖2-3，0.17C1.1Mn鋼，在0時，熱輸入對過熱區(qū)斷裂韌度幾乎沒有影響，在-40時出現(xiàn)了低熱輸入和高熱輸入一側(cè)韌性下降的問題。有關(guān)分析證明，低熱輸入時韌性下降的主要原因是M比例增加，而高熱輸入時脆化的主要原因由于A晶粒長大嚴(yán)重，冷卻時形成了低塑混合組織。近年來對16Mn鋼的研究也是如此，如慢冷時，由于B、F加M-A組元數(shù)量的增加和M-A組元寬度的增加，使得16Mn鋼的低溫斷裂