热轧18MNMONB钢的焊接性.docx

目录前言 1第一章焊接技术概述 2第二章 低合金结构钢的类别、应用及焊接特点 5第三章热轧18MNMONB钢化学成分、基本性能、应用•••• 9第四章热轧18MNM0NB钢的焊接性 11第五章 热轧 18MNMONB 钢的焊接工艺性 •••••••••• 14第六章 防止热轧 18MNMONB 钢焊接裂纹的措施 ••••••• 17第七章 热轧 18MNMONB 钢焊接质量检验方法 •••••••• 20致谢 ••••••••••••••••••••••••• 26参考文献 ••••••••••••••••••••••• 27前言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 形成及影响因素、金属焊接性的研究方法，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试验的基础上，通过热轧 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 测试完成了热轧18MnMoNb钢的可焊性及焊接工艺的研究 关键词：可焊性；焊接接头；热影响区；焊接裂纹第一章 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所谓焊 接就是把两中或两种以上的材料（同种或异种），通过加热或加压或 两种并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子间的结合 而形成永久性连接的工艺过程焊接与其他连接方式不同，不仅在宏 观上形成了永久的接头，而且在微观上建立了组织上的内在联系由于焊接方法具有节省金属，生产效率高，产品质量好和大大改 善劳动条件等优点，在半个世纪内得到飞速发展近代焊接技术，从 1882 年出现碳弧焊开始直到本世纪 30 年代，在生产上只是应用气焊 和手工电弧焊等简单的焊接方法尤其是四十年代，出现了优质电焊 条，使焊接技术得到了一次飞跃以后随着埋弧焊和电阻焊的应用， 使焊接过程的机械化和自动化成为实现后来又出现电渣焊，各种气 体保护焊，直到六十年代发展起来的等离子弧焊、电子束焊、激光焊 等先进的焊接方法的涌现，使焊接技术达到了一个先进的水平近年 来又在研究能量束焊接，例如太阳能焊接、冷压焊接等新的焊接方法。

可以说焊接方法层出不穷金属材料在焊接时要经受加热、熔化、化学反应、结晶、冷却、 固态相变等一系列复杂的过程，这些过程又都在温度、成分及应力极 不平衡的条件下发生的，有时可能在焊接区造成缺陷，或者使金属的 性能下降而不能满足使用时的要求金属本身的物理性能、化学性能 和力学性能，都不足以直接说明它在焊接时可能出现什么问题或焊接 后能否满足使用要求金属焊接性就是金属是否能适应焊接加工而形成完整的、具备一 定使用性能的焊接接头的特性金属焊接性包括两大方面内容，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这说明，焊接性不仅包括结合性能，而且包 括结合后的使用性能从理论上分析，只要在融化状态下能够相互形成溶液或共晶的任 意两种金属或合金都可以经过熔焊形成接头同种金属或合金之间当 然是可以形成焊接接头的许多异种金属或合金之间也是可以形成焊 接接头的只是有时是需要通过中间过渡层的因此，可以认为上述几 种情况都可以看做是“具有一定的焊接性的”差别在于有的工艺过 程很简单，有的工艺过程很复杂；有的接头质量高、性能好、有的接 头质量低、性能差所以，金属焊接工艺过程简单有接头质量高、性 能好时，就称作焊接性好；反之，就称焊接性差。

所谓工艺焊接性，是指在一定焊接工艺条件下，能否获得优质、 无缺陷的焊接接头的能力对于一般熔焊来讲，焊接都要经过加热熔 化、冶金反应和和随后冷却过程因此，工艺焊接性又分为“热焊接 性”和“冶金焊接性”热焊接性是指焊接热过程中，对焊接热影响区组织性能及产生的 缺陷的影响程度，它用于评定被焊金属对热作用的敏感性；冶金焊接 性是指冶金反应对焊缝性能和产生缺陷的影响程度所谓使用焊接性是指焊接接头或整体结构满足各种使用性能的 程度，其中包括力学性能、低温韧性、抗脆断性能、高温蠕变、疲劳 性能、持久强度，以及抗腐蚀性能和耐腐蚀性能等焊接性的提出为判断材料能否适应焊接加工，提供了可抗的依 据现阶段，用来判断可焊性的方法很多，如可以直接采用焊接试验， 也可以通过分析金属的化学成分、物理特性、与各种气体的亲和力、 相图特点，CCT图或SCCT图、热处理状态、焊接工艺条件、保护方 式、工艺措施等来评价焊接性在本论文中将简单介绍焊接性及其试 验方法，对低碳调质钢的焊接性能及焊接工艺进行研究低碳调质钢的O S 一般为441〜980MPa，在调质态供货和使用 其特点是含碳量更低，淬火组织为低碳马氏体，不仅强度高，并且兼 有良好的塑性和韧性，可以直接在调制状态下进行焊接，焊后也不需 要进行调质处理。

必要时可采取消除应力处理这类钢由于强度高， 主要用于高压设备这类钢为了保证良好的综合性能和焊接性，要求 CW0.22%,实际上含碳量都在0.18%以下O S441〜490MPa的低合金 高强度钢中有调质和正火（正火+回火）两类调质钢的韧性和焊接性 通常都比同一强度等级的正火钢好;热影响区的淬硬倾向小，冷裂纹 敏感性低焊接裂纹是金属焊接时产生的主要缺陷，在焊缝中的应力大该部 分的塑性变形（即延伸性）小的情况下产生的焊缝裂纹产生的主要 元婴，通常随发生场所、发生时期及其形态的不同可有冷裂纹和热裂 纹两种焊接金属裂纹主要由焊接金属凝固时的收缩应力所引起评定母材焊接性优劣程度的试验称为焊接性试验其主要内容 有：焊接热裂纹试验、焊接冷裂纹试验焊接冷裂纹和层状撕裂试验、 焊接热影响区缺口脆性试验和焊接接头的使用性能试验在本论文中，对低碳调质钢 18MnMoNb 进行了斜 Y 型焊接冷裂纹 实验研究并用扫描电镜对裂纹断口进行观察，判断出裂纹的断裂形 式，对 18MnMoNb 钢焊接热影响区组织性能进行了研究，并对其焊接 接头组织进行了金相分析及显微硬度分析随着人社会对物质文明的追求、各种新型材料的不断发展，焊接 技术已经成为一门独立的科学。

它广泛地应用于石油化工、电力、航 天航空、海洋工程、核动力工程、微电子技术，桥梁、船舶舰艇，以 及各种金属结构等工业部门而可焊性是焊接的首要条件，可以预料， 随着焊接工业的发展，焊接将会向着更加髙效、环保、新型的方向发 展第二章 低合金结构钢的类别、应用及焊接特点钢的分类方法很多，一般是根据不同需要采用不同的分类方法参照国家标准ISO制定的新的国家标准GB/T13304-1991《钢分类》 中包括了“钢按化学成分分类”和“钢按主要质量等级和主要性能及 使用特性分类”两部分按化学成分，钢分为非合金钢、低合金钢和 合金钢三类非合金钢按质量等级又分为普通质量、优质与特殊质量 三类，每一类又按主要特性分为若干小类研究焊接结构钢用合金结 构钢的焊接性和焊接工艺时，在综合考虑成分、性能、用途等因素的 基础上，分为高强度钢和专业用钢两大类这种分类方法的优点是， 同一类的钢使用条件基本相同，主要质量要求一致，因而在编制焊接 工艺时，为保证质量所依据的原则（选用焊接材料的原则、确定焊接 参数的原则等）有较多的共同之处凡是可以制造工程结构和机器零件的钢统称为结构钢合金结构 钢是在碳素钢的基础上加入一种或几种合金元素冶炼而成。

加入合金 元素的目的，使在保证足够的塑性和韧性的基础上获得较高的满足结 构工作条件提出的某些特殊要求，如耐蚀性、高温强度等焊接结构 制造中，合金结构钢主要用于制造压力容器、桥梁、船舶、大型金属 构架及矿山冶金设备上的大型零部件按GB/T13304-1991规定，屈服点oS$295MPa、抗拉强度390MPa 的钢，均称为高强度钢这类钢主要用来制造一些在常规条 件下承受静载荷或动载荷的零件或结构对材料的主要的使用要求是 保证产品在预定的工作条件下的力学性能低合金高强度钢与含碳量相同的碳素钢相比，不仅强度明显提 高，而且具有较好的耐蚀性而与强度相同的碳素钢相比，具有较高 的塑性、韧性和较低的韧脆转变温度，并且焊接性良好部分低合金高强度钢的冶炼工艺比较简单，轧制工艺与普通碳素 钢相近近年来，对某些强度较高的钢种采用了控制轧制工艺，把轧 钢与热处理结合起来，获得良好的综合性能高强度钢常用的热处理 工艺比较简单，一般为正火或正火+回火；有些强度较高的钢则采用 调质（淬火+回火）处理1994年我国对GB1591《低合金结构钢》进行了一次修订，在修 订后的 GB/T1591-1994 中对钢的牌号、质量等级作了新的规定。

钢的 牌号冠以汉语拼音字母Q （表示屈服点），后缀表示钢的最小屈服点的三位数字每个钢种按质量还可以分为若干等级高强度钢的种类很多，强度差别也很大，在讨论焊接性时，按照 钢材供货的热处理状态将其分为热轧及正火钢、低碳调质钢和中碳调 质钢三类采用这样的分类方法，是因为钢的热处理供货状态是由其 合金系统、强化方式、显微组织所决定的，而这些因素又直接影响钢 的焊接性与力学性能，所以同一类的钢焊接性是比较接近的以热轧或正火状态供货和使用的钢称为热轧及正火钢这类钢的295〜490MPa，通过合金元素的固溶强化和沉淀强化而提高强度，S 属于非热处理强化钢热轧及正火钢的冶炼工艺较简单，几个较低， 综合力学性能良好，且具有良好的焊接性，因而得到广泛的应用70年代以以来发展的微合金化控制轧钢，340MPa的低裂纹S敏感性钢（CF）,超低硫抗层状撕裂的Z向钢种等新钢种，实质上都 属于新发展的正火钢分支.因此，热轧及正火钢是焊接结构制造中最 广泛的一大类钢，也是品种与质量发展最快的一类钢但热轧及正火钢的强度受到强化方式的限制，只有通过热处理强 化，才能在保证综合力学性能的基础上进一步提高强度低碳调质钢的S=441〜980MPa，3cW0.25%，在调质状态下供货和使用，属于热处理强化钢。

这类钢不仅强度高，而且具有优良的 塑性和韧性，可直接在调质状态下焊接，焊后不需再进行调质处理 在焊接结构制造中，低碳调质钢越来越受到重视，是具有广阔发展前 途的一类刚低碳调质钢中合金元素的主要作用是提高钢的淬透性，通过调质 处理得到低碳马氏体或贝氏体，不但提高了强度，而且保证了塑性和 韧性对同一强度级别的刚来说，调制钢比正火钢的合金元素含量低， 从而具有更好的韧性和焊接性新发展的oS$490MPa的CF钢，就 属于含碳量极低（sc=0.04%〜0.09%）的微合金化调质钢低碳调质钢的缺点是：生产工艺复杂，成本高，进行热加工（成 形、焊接等）时对工艺参数限制比较严格这类钢由于含碳量较高（3c〉0.3%）, os=880〜1170MPa,也是 热处理强化钢与低碳调质钢相比，其合金系统比较简单含碳量高 可有效地提高了调质处理后的强度，但韧性、塑性相应下降，而且恶 化了焊接性一般需要在退火状态下进行焊接，焊后进行调质处理 这类钢主要用于制造大型机器上的零件和要求强度较高而自重较小 的构件这类钢的特点是含碳量低，因此淬火后的组织是强度和韧性都较 高的低碳马氏体+贝氏体，使有可能在一般的电弧焊的条件下，获得 性能与母材相近的热影响区。

在焊接这类钢时要注意两个基本问题： 一是在马氏体转变时的冷却速度不能太快，使马氏体有一“自回火” 作用，以免冷裂纹的产生；二是在800〜500°C之间的冷却速度大于 产生脆性混合组织的临界速度这两个问题是制定低碳调质钢焊接工 。