常用金属材料的焊接(调质钢)

20  试述低碳调质钢的焊接性。

碳的质量分数不超过0.21%，加入适量的合金元素Si、Mn、Cr、Ni、Mo、Cu，经过奥氏体化-淬火-回火热处理的钢称为低碳调质钢，常用牌号有WCF60、62、HQ70A、B、15MnMoVN、15MnMoVNRE和14MnMoNbB等，其化学成分见表13。

表13  低碳调质钢的化学成分（质量分数）  （%）

低碳调质钢具有高的屈服点（490～980MPa）、良好的塑性、韧性、耐磨及耐腐蚀性。

低碳调质钢由于含碳量不高，虽含有一定量的合金元素，但焊接性较好，主要特点是：在焊接热影响区，特别是焊接热影响区的粗晶区有一定的冷裂倾向并有韧性下降的现象；在焊接热影响区受热时未完全奥氏体化的区域，以及受热时其*温度低于Ac1、高于钢调质处理时的回火温度的那个区域有软化或脆化的倾向。

21  试述低碳调质钢的焊接工艺。

常用的各种熔焊方法，都可以适用于焊接低碳调质钢。其焊接工艺如下：

⑴焊前预热  当板厚较小或接头拘束度也较小时，焊前可不进行预热，如15MnMoVN、14MnMoNbB钢。当板厚小于13mm时，通常采用不预热施焊。随着板厚的增加，为了防止产生冷裂纹，必须进行预热，但是必须严格控制预热温度，因为过高的预热温度会使热影响区的冷却速度过于缓慢，使热影响区强度下降，韧性变坏。

几种低碳调质钢的*预热温度，见表14。允许的*预热温度与表中*值相比，不得大于65℃。若有可能，可采用低温预热加后热或不预热，只采用后热的方法来防止低碳调质钢产生冷裂纹，可以减轻或消除过高的预热温度对热影响区韧性的损害。

表14  低碳调质钢的*预热温度     （℃）

⑵焊接材料  为防止产生冷裂纹，因此必须严格控制焊接材料中的含氢量，要求所使用的焊条必须是低氢型或超低氢型的，焊前应严格按规定进行烘干、贮存。用于CO₂气体保护焊的CO₂气体应符合GB6052—85中规定的Ⅰ级气体或Ⅱ级1类气体的要求。

焊接低碳调质钢推荐用的焊接材料，见表15。

表15  焊接低碳调质钢推荐用的焊接材料

⑶焊接技术  为避免过度损伤热影响区的韧性，应避免使用过大的线能量，因此，不推荐使用大直径的焊条或焊丝。只要可能，应采用多层小焊道焊缝，*采用窄焊道，而不采用横向摆动的运条技术。

⑷焊后热处理  大多数低碳调质钢的焊接构件都是在焊态下使用，只有在下述条件下才进行焊后热处理。

1）焊后或冷加工后的韧性过低。

2）焊后需进行高精度加工，要求保证结构尺寸的稳定性。

3）焊接结构承受应力腐蚀。

焊后热处理的温度必须低于母材调质处理的回火温度。

22  试述中碳调质钢的焊接性。

碳的质量分数量较高（含碳量0.25%～0.5%），并加入适量的合金元素（Mn 、Si、Cr、Ni、B、Mo、W、V、Ti等）以保证钢的淬透性，再通过调质处理以获得综合性能较好的高强钢称为中碳调质钢，常用牌号有30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A、40CrMnSiMoVA、35CrMoA、35CrMoVA、34CrNi13MoA、40CrNiMoA等。

中碳调质钢的屈服点可达到880～1176MPa，但焊接性较差，主要表现在：

⑴焊接热影响区的脆化和软化  首先，由于中碳调质钢的含碳量高、合金元素多，钢的淬硬倾向大，在热影响区的淬火区会产生大量的马氏体，导致严重脆化。其次，热影响区被加热到超过调质处理时回火温度的区域，将出现强度、硬度低于母材的软化区。

⑵裂纹倾向严重  中碳调质钢的淬硬倾向大，热影响区产生的马氏体组织，增大了焊接接头的冷裂倾向。

此外，中碳调质钢的碳及合金元素含量高，熔池的结晶温度区间大，偏析严重，因而具有较大的热裂纹敏感性。

23  试述中碳调质钢的焊接工艺。

常用的各种熔焊方法，都可以适用于焊接中碳调质钢。

⑴预热及后热  除了拘束度小、构造简单的薄壳结构不用预热外，中碳调质钢都应采取焊前预热和后热措施，预热温度约为200～350℃后热温度为300℃左右。

如果焊后不能及时进行调质处理，则必需在焊后及时进行中间热处理，即在等于或高于预热温度下进行保温一段时间的热处理，如低温回火或650～680℃高温回火。若焊件焊前处于调质状态，其预热温度、层间温度及热处理温度都应比母材淬火后的回火温度低50℃。进行局部预热时，应在焊缝两侧各100mm范围内均匀加热。

⑵焊接材料  为了防止产生热裂纹，要求采用低碳焊丝，焊丝中的碳的质量分数应控制在0.15%以内，*不超过0.25%，并且控制硫、磷的质量分数应小于0.03%～0.035%。

焊接中碳调质钢焊条的选用，见表16。表中HTJ-1及HTJ-4焊条涂料只起稳弧作用，焊缝金属的力学性能和抗裂性能较差，只适用于受力小、待焊处可达性不好及要求变形小的30CrMnSiA钢薄板的焊接。

⑶焊接线能量  中碳调质钢宜用小线能量焊接，以有利于减少淬火区的高温停留时间，降低奥氏体的晶粒长大，从而降低淬火区的脆化程度。

表16  焊接中碳调质钢的焊条选用

注：“HT”——航空焊条、“J”——结构钢焊条、“G”——高温合金焊条、“A”——不锈钢焊条及A5××焊条——焊缝中的铬的质量分数（含铬量）为16%，镍的质量分数（含镍量）为25%。