5A合金鋼的簡(jiǎn)介？有什么樣的力學(xué)性能？有無(wú)磁性？相對(duì)應(yīng)牌號(hào)?有什么樣的用途？3A不銹鋼的狀態(tài)是什么樣的？

【專(zhuān)家解說(shuō)】：低合金鋼的焊接工藝分析 參考文獻(xiàn)： 焊接冶金學(xué)-材料焊接性 機(jī)械工業(yè)出版社 李亞江 金屬焊接性基礎(chǔ) 化學(xué)工業(yè)出版社 孟慶森 金屬學(xué)與惹出了 機(jī)械工業(yè)出版社 崔忠圻 覃耀春 金屬工藝學(xué) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 邢忠文 張學(xué)仁 金屬材料焊接工藝 機(jī)械工業(yè)出版社 李榮雪 金屬材料焊接工藝 化學(xué)工業(yè)出版社 雷玉成 結(jié)構(gòu)鋼的焊接 冶金工業(yè)出版社 荊洪陽(yáng)（譯） 1．低合金鋼的發(fā)展和應(yīng)用 隨著科學(xué)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)日趨向高參數(shù)、輕量化及大型化發(fā)展，對(duì)鋼材的性能提出可越來(lái)越高的要求。低合金鋼由于性能優(yōu)異和經(jīng)濟(jì)效益顯著，在焊接結(jié)構(gòu)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 低合金鋼的發(fā)展大體經(jīng)歷了三個(gè)階段。20世紀(jì)20年代以前，工程上鋼結(jié)構(gòu)的制造主要采用鉚接，設(shè)計(jì)參數(shù)主要是抗拉強(qiáng)度。鋼的強(qiáng)化主要是靠碳以及單一合金元素，如Mn、Si、Cr等，總質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到2%~3%,甚至更高一些。20世紀(jì)20~60年代，鋼結(jié)構(gòu)制造中逐步采取了焊接技術(shù)，設(shè)計(jì)參數(shù)要考慮材料的屈服強(qiáng)度、韌性、和焊接性要求。為了防止焊接裂紋，剛的化學(xué)成分低碳多合金化發(fā)展方向，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在0.2%一下，含2~4個(gè)有利于焊接性的合金元素并鋪以熱處理強(qiáng)化等工藝措施。20世紀(jì)70年代以后，低合金高強(qiáng)度鋼得到快速發(fā)展，鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低到0.1%一下，有的鋼向超低碳含量方向發(fā)展。Ti、V、Nb等合金微量元素逐步引起關(guān)注，而且像多元復(fù)合合金化方向發(fā)展。 現(xiàn)代低合金鋼的重大進(jìn)展，自20世紀(jì)70年代以來(lái)，世界范圍內(nèi)低合金高強(qiáng)度鋼的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)全新時(shí)期，以控制軋制技術(shù)和微合金化的冶金學(xué)為基礎(chǔ)，形成了現(xiàn)代低合金高強(qiáng)度鋼即微合金化鋼的新概念。進(jìn)入80年代，一個(gè)涉及廣泛工業(yè)領(lǐng)域和專(zhuān)用材料門(mén)類(lèi)的品種開(kāi)發(fā)，借助于冶金工藝技術(shù)方面的成就達(dá)到了頂峰。在鋼的化學(xué)成分—工藝—組織—性能的四位一體的關(guān)系中，第一次突出了鋼的組織和微觀精細(xì)結(jié)構(gòu)的主導(dǎo)地位，也表明低合金鋼的基礎(chǔ)研究已趨于成熟，以前所未有的新的概念進(jìn)行合金設(shè)計(jì)。 低合金鋼的應(yīng)用，低合金鋼在建筑、橋梁。工程機(jī)械等產(chǎn)業(yè)不能得到廣泛的應(yīng)用。當(dāng)合金鋼用于橋梁、海上建筑和起重機(jī)械等重要焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的最低溫度提出沖擊韌度的要求。對(duì)于在大氣環(huán)境下工作的低合金結(jié)構(gòu)鋼，沖擊吸收功（0℃、V形缺口沖擊試樣）至少應(yīng)達(dá)到27J的最對(duì)要求。 對(duì)于車(chē)輛、船舶、工程機(jī)械的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，減輕自重可以節(jié)約能源，提出運(yùn)載能力和工業(yè)效率。因此采用焊接性好的低碳調(diào)質(zhì)鋼可以促進(jìn)工程結(jié)構(gòu)向大量化、輕量化和高效能方向發(fā)展。由于壁厚減薄，重量減輕，從而減少了焊接工作量，為野外施工，吊裝創(chuàng)造了條件。這類(lèi)鋼強(qiáng)韌性和綜合性能好，可以大大提高設(shè)備的耐用性，延長(zhǎng)期使用壽命。WCF-80鋼是我國(guó)繼WCF-62之后開(kāi)發(fā)的焊接裂紋敏感性小的高強(qiáng)度焊接結(jié)構(gòu)鋼，這種鋼具有很高的抗冷裂紋和低溫韌性，主要用于大型水電站、石化和露天煤礦等。 抗拉強(qiáng)度700MPa的低碳調(diào)質(zhì)鋼又較好的缺口沖擊韌度，可用于低溫下服役的焊接結(jié)構(gòu)，如露天煤礦的大型挖掘機(jī)及電動(dòng)輪自卸車(chē)等。抗拉強(qiáng)度800MPa低碳調(diào)質(zhì)鋼主要用于工程機(jī)械、礦山機(jī)械的制造中，如推土機(jī)、工程起重機(jī)、重型汽車(chē)和牙輪鉆機(jī)等?？估瓘?qiáng)度10000MPa以上的低碳調(diào)質(zhì)鋼主要用于工程機(jī)械高強(qiáng)耐磨件、核動(dòng)力裝置及航海航天裝備上。 2．低碳鋼簡(jiǎn)介 低合金鋼是在碳素鋼的基礎(chǔ)上添加一定量的合金化元素而成，其合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般不超過(guò)5%，用以提高鋼的強(qiáng)度并保證其具有一定的塑性和韌性，或使鋼具有某些特殊性能，如耐低溫、耐高溫或耐腐蝕等。常用來(lái)制作焊接結(jié)構(gòu)的低合金鋼可分為高強(qiáng)度鋼、低溫用鋼、耐腐蝕用鋼及珠光體耐熱鋼四種。其中高強(qiáng)度鋼應(yīng)用最廣泛，按鋼材的屈服強(qiáng)度及使用時(shí)的熱處理狀態(tài)又可分以下三種： a. 在熱軋、控冷控軋及正火（或正火加回火）狀態(tài)下焊接和使用，屈服強(qiáng)度為295～490MPa的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。 b. 在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接和使用的，屈服強(qiáng)度為490～980Mpa的低碳低合金調(diào)質(zhì)鋼。 c. w（C）為0.25～0.50％，屈服強(qiáng)度為880～1176Mpa的中碳調(diào)質(zhì)鋼。 標(biāo)準(zhǔn)中鋼的分類(lèi)是按照鋼的力學(xué)性能劃分的。鋼的牌號(hào)由代表屈服點(diǎn)的漢語(yǔ)拼音字母Q、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)三個(gè)部分按順序排序排列。按照鋼的屈服強(qiáng)度，低合金高強(qiáng)度鋼分5個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，分別是295MPa、345MPa、390MPa、420MPa及460MPa。每個(gè)強(qiáng)度等級(jí)又根據(jù)沖擊吸收功要求分成A、B、C、D、E、5個(gè)質(zhì)量等級(jí)，分別代表不同的沖擊韌性要求。 低合金高強(qiáng)鋼中W（c）一般控制在0.20%以下，為了確保鋼的強(qiáng)度和韌性，通過(guò)添加適量的Mn、Mo等合金元素及V、Nb、Ti、Al、等微合金化元素，配合適當(dāng)?shù)能堉乒に嚮驘崽幚砉に噥?lái)保證鋼材具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。由于低合金高強(qiáng)度鋼具有良好的焊接性、優(yōu)良的可成形性及較低的制造成本，因此，被廣泛地用于壓力容器、車(chē)輛、橋梁、建筑、機(jī)械、海洋結(jié)構(gòu)、船舶等制造中，已成為大型焊接結(jié)構(gòu)中最主要的結(jié)構(gòu)材料之一。 低合金高強(qiáng)鋼的強(qiáng)化機(jī)理與碳素鋼不同，碳素鋼主要通過(guò)鋼中的碳含量形成珠光體、貝氏體和馬氏體來(lái)達(dá)到強(qiáng)化；而低合金高強(qiáng)鋼的強(qiáng)化主要是通過(guò)晶粒細(xì)化、沉淀硬化及亞結(jié)構(gòu)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)。 屈服強(qiáng)度為295～390MPa的低合金鋼大多屬于熱軋鋼，是靠合金元素錳的固溶強(qiáng)化獲得高強(qiáng)度。如Q345，當(dāng)Q345鋼作為低溫壓力容器用鋼或厚板結(jié)構(gòu)時(shí)，為改善低溫韌性，也可在正火處理后使用。Q345、Q390等微合金化低合金鋼是在Q345鋼基礎(chǔ)上，加入少量可細(xì)化晶粒和沉淀強(qiáng)化的Nb（0.015%~0.06%）或V（0.02%~0.20%）。這些鋼在熱軋狀態(tài)下性能不穩(wěn)定，正火處理使其晶粒細(xì)化和碳化物均勻彌散析出，從而獲得高的塑性和韌性。所以Q345、Q390鋼在正火狀態(tài)下使用更為合理。 屈服強(qiáng)度大于390MPa的低合金鋼一般需要在正火或正火加回火狀態(tài)下使用，如Q420等。正火處理后形成的碳、氮化合物以細(xì)小質(zhì)點(diǎn)從固溶體沉淀析出，在提高鋼材強(qiáng)度的同時(shí)，保證具有一定的塑性和韌性。隨著鋼材強(qiáng)度的進(jìn)一步提高，鋼中需要加入一定量Mo，Mo不僅可以細(xì)化組織、提高強(qiáng)度，而且還可提高鋼材的中溫性能。 低合金高強(qiáng)度鋼按其用途還可分為：鍋爐用鋼、管線用鋼、容器用鋼、造船用鋼及橋梁用鋼等，此外，在正火鋼中，還有具有良好的抗層狀撕裂性能Z向鋼，主要用于海上采油平臺(tái)、核反應(yīng)堆及潛艇等大型厚板結(jié)構(gòu)。 3． 下面主要介紹低合金高強(qiáng)度鋼的焊接性 低合金高強(qiáng)度鋼含有一定量的合金元素及微合金化元素，其焊接性與碳鋼有差別，主要是焊接熱影響區(qū)組織與性能的變化對(duì)焊接熱輸入較敏感，熱影響區(qū)淬硬傾向增大，對(duì)氫致裂紋敏感性較大，含有碳、氮化合物形成元素的低合金高強(qiáng)度鋼還存在再熱裂紋的危險(xiǎn)等。只有在掌握各種不同低合金高強(qiáng)度鋼焊接性特點(diǎn)和規(guī)律的基礎(chǔ)上，才能制訂正確的焊接工藝，保證低合金高強(qiáng)度鋼的焊接質(zhì)量。 1）焊接熱影響區(qū)組織和性能 依據(jù)焊接熱影響區(qū)被加熱的峰值溫度不同，焊接熱影響區(qū)可分為熔合區(qū)（1350～1450℃）、粗晶區(qū)（1000～1300℃）、細(xì)晶區(qū)（800～1000℃）、不完全相變區(qū)（700～800℃）及回火區(qū)（500～700℃）。不同部位熱影響區(qū)組織與性能取決于鋼的化學(xué)成分和焊接時(shí)加熱和冷卻的速度。對(duì)于某些低合金高強(qiáng)鋼，如果焊接冷卻速度控制不當(dāng)，焊接熱影響區(qū)局部區(qū)域?qū)a(chǎn)生淬硬或脆性組織，導(dǎo)致抗裂性或韌性降低。 低合金高強(qiáng)度鋼焊接時(shí)，熱影響區(qū)中被加熱到1100℃以上的粗晶區(qū)及加熱溫度為700～800℃的不完全相變區(qū)是焊接接頭的兩個(gè)薄弱區(qū)。熱軋鋼焊接時(shí)，如果焊接熱輸入過(guò)大，粗晶區(qū)將因晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大或出現(xiàn)魏氏組織等而降低韌性；如果焊接熱輸入過(guò)小，由于粗晶區(qū)組織中馬氏體比例增大而降低韌性。正火鋼焊接時(shí)，粗晶區(qū)組織性能受焊接熱輸入的影響更為顯著。焊接熱影響區(qū)的不完全相變區(qū)，在焊接加熱時(shí)，該區(qū)域內(nèi)只有部分富碳組元發(fā)生奧氏體轉(zhuǎn)變，在隨后的焊接冷卻過(guò)程中，這部分富碳奧氏體將轉(zhuǎn)變成高碳孿晶馬氏體，而且這種高碳馬氏體的轉(zhuǎn)變終了溫度（Mf）低于室溫，相當(dāng)一部分奧氏體殘留在馬氏體島的周?chē)?，形成所謂的M－A組元。M－A組元的形成是該區(qū)域的組織脆化的主要原因。防止不完全相變區(qū)組織脆化的措施是控制焊接冷卻速度，避免脆硬的馬氏體產(chǎn)生。 焊接熱影響區(qū)軟化是控軋控冷鋼焊接時(shí)遇到的主要問(wèn)題，當(dāng)采用埋弧焊、電渣焊及閃光對(duì)焊等高熱輸入焊接工藝方法時(shí)，控軋控冷鋼焊接熱影響區(qū)軟化問(wèn)題變得非常突出。焊接熱影響區(qū)的軟化使焊接接頭強(qiáng)度明顯低于母材，給焊接接頭的疲勞性能帶來(lái)?yè)p害。另外，焊接熱輸入還影響控軋控冷鋼熱影響區(qū)的組織和韌性，當(dāng)采用較小的熱輸入焊接時(shí)，由于焊接冷卻速度較快，焊接熱影響區(qū)獲得下貝氏體組織，具有較優(yōu)良的韌性，而隨著焊接熱輸入的增加，焊接冷卻速度降低，焊接熱影響區(qū)獲得上貝氏體或側(cè)板條鐵素體組織，韌性顯著降低。 2）熱應(yīng)變脆化 在自由氮含量較高的C－Mn系低合金鋼中，焊接接頭熔合區(qū)及最高加熱溫度低于Ac1的亞臨界熱影響區(qū)，常常有熱應(yīng)變脆化現(xiàn)象。一般認(rèn)為，這種脆化是由于氮、碳原子聚集在位錯(cuò)周?chē)?，?duì)位錯(cuò)造成釘扎作用所造成的。熱應(yīng)變脆化容易在最高加熱溫度范圍200～400℃的亞臨界熱影響區(qū)產(chǎn)生。如有缺口效應(yīng)，則熱應(yīng)變脆化更為嚴(yán)重，熔合區(qū)常常存在缺口性質(zhì)的缺陷，當(dāng)缺陷周?chē)艿竭B續(xù)的焊接熱應(yīng)變作用后，由于存在應(yīng)變集中和不利組織，熱應(yīng)變脆化傾向就更大，所以熱應(yīng)變脆化也容易發(fā)生在熔合區(qū)。在《國(guó)產(chǎn)低合金結(jié)構(gòu)鋼Q345和Q420焊接區(qū)熱應(yīng)變脆化研究》論文中分析了Q345和Q420鋼的熱應(yīng)變脆化，發(fā)現(xiàn)Q345鋼具有較大的熱應(yīng)變脆化傾向。分析認(rèn)為，Q420鋼中的V與N形成氮化物，從而降低熱應(yīng)變脆化傾向，而Q345鋼中不含有氮化物形成元素。試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，有熱應(yīng)變脆化的Q345鋼經(jīng)600℃×1h退火處理后，韌性得到很大恢復(fù)。 3）冷裂紋敏感性 焊接氫致裂紋（通常稱(chēng)焊接冷裂紋或延遲裂紋）是低合金高強(qiáng)度鋼焊接時(shí)最容易產(chǎn)生，而且是危害最為嚴(yán)重的工藝缺陷，它常常是焊接結(jié)構(gòu)失效破壞的主要原因。低合金高強(qiáng)度鋼焊接時(shí)產(chǎn)生的氫致裂紋主要發(fā)生在焊接熱影響區(qū)，有時(shí)也出現(xiàn)在焊縫金屬中。根據(jù)鋼種的類(lèi)型、焊接區(qū)氫含量及應(yīng)力水平的不同，氫致裂紋可能在焊后200℃以下立即產(chǎn)生，或在焊后一段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生。 大量研究表明，當(dāng)?shù)秃辖鸶邚?qiáng)度鋼焊接熱影響區(qū)中產(chǎn)生淬硬的M或M＋B＋F組織時(shí)，對(duì)氫致裂紋敏感；而產(chǎn)生B或B＋F組織時(shí)，對(duì)氫致裂紋不敏感。熱影響區(qū)最高硬度可被用來(lái)粗略的評(píng)定焊接氫致裂紋敏感性。對(duì)一般低合金高強(qiáng)度鋼，為防止氫致裂紋的產(chǎn)生，焊接熱影響區(qū)硬度應(yīng)控制在350HV以下。熱影響區(qū)淬硬傾向可以采用碳當(dāng)量公式加以評(píng)定。 強(qiáng)度級(jí)別較低的熱扎鋼，由于其合金元素含量少，鋼的淬硬傾向比低碳鋼稍大。如Q345鋼、15MnV鋼焊接時(shí)，快速冷卻可能出現(xiàn)淬硬的馬氏體組織，冷裂傾向增大。但由于熱軋鋼的碳當(dāng)量比較低，通常冷裂傾向不大。但在環(huán)境溫度很低或鋼板厚度大時(shí)應(yīng)采取措施防止冷裂紋的產(chǎn)生。 控軋控冷鋼碳含量和碳當(dāng)量都很低，其冷裂紋敏感性較低。除超厚焊接結(jié)構(gòu)外，490MPa級(jí)的控軋控冷鋼焊接，一般不需要預(yù)熱。 正火鋼合金元素含量較高，焊接熱影響區(qū)的淬硬傾向有所增加。對(duì)強(qiáng)度級(jí)別及碳當(dāng)量較低的正火鋼，冷裂傾向不大。但隨著強(qiáng)度級(jí)別及板厚的增加，其淬硬性及冷裂傾向都隨之增大，需要采取控制焊接熱輸入、降低含氫量、預(yù)熱和及時(shí)后熱等措施，以防止冷裂紋的產(chǎn)生。 4）熱裂紋敏感性 與碳素鋼相比，低合金高強(qiáng)度鋼的w（C）、w（S）較低，且w（Mn）較高，其熱裂紋傾向較小。但有時(shí)也會(huì)在焊縫中出現(xiàn)熱裂紋，如厚壁壓力容器焊接生產(chǎn)中，在多層多道埋弧焊焊縫的根部焊道或靠近坡口邊緣的高稀釋率焊道中易出現(xiàn)焊縫金屬熱裂紋；電渣焊時(shí)，如母材含碳量偏高并含Nb時(shí)，電渣焊焊縫可能出現(xiàn)八字形分布的熱裂紋。另外，焊接熱裂紋也常常在低碳的控軋控冷管線鋼根部焊縫中出現(xiàn)，這種熱裂紋產(chǎn)生的原因與根部焊縫基材的稀釋率大及焊接速度較快有關(guān)。采用Mn：Si含量較高的焊接材料，減小焊接熱輸入，減少母材在焊縫中的熔合比，增大焊縫成形系數(shù)（即焊縫寬度與高度之比），有利于防止焊縫金屬的熱裂紋。 5）再熱裂紋敏感性 低合金鋼焊接接頭中的再熱裂紋亦稱(chēng)消除應(yīng)力裂紋，出現(xiàn)在焊后消除應(yīng)力熱處理過(guò)程中。再熱裂紋屬于沿晶斷裂，一般都出現(xiàn)在熱影響區(qū)的粗晶區(qū)，有時(shí)也在焊縫金屬中出現(xiàn)。其生產(chǎn)與雜質(zhì)元素P、Sn、Sb、As在初生奧氏體晶界的偏聚導(dǎo)致的晶界脆化有關(guān)，也與V、Nb等元素的化合物強(qiáng)化晶內(nèi)有關(guān)。 6）層狀撕裂傾向 大型厚板焊接結(jié)構(gòu)（海洋工程、核反應(yīng)堆及船舶等）焊接時(shí)，如在鋼材厚度方向承受較大的拉伸應(yīng)力，可能沿鋼材軋制方向發(fā)生階梯狀的層狀撕裂。這種裂紋常出現(xiàn)于要求熔透的角接接頭或丁字接頭中。選用抗層狀撕裂鋼；改善接頭型式以減緩鋼板Z向的應(yīng)力應(yīng)變；在滿足產(chǎn)品使用要求的前提下，選用強(qiáng)度級(jí)別較低的焊接材料或采用低強(qiáng)焊材預(yù)堆邊；采用預(yù)熱及降氫等措施都有利于防止層狀撕裂。 4．具體焊接工藝，主要是Q345鋼焊接工藝介紹 一、材料介紹 （1）材料化學(xué)成分和力學(xué)性能分析 表1Q345(16Mn)的材料化學(xué)成分 鋼號(hào) 化學(xué)成分 備注 C Si Mn S P Cr Mo V Ni Q345 ≤0.2 ≤0.55 1.00～1.60 ≤0.045 ≤0.045 _ _ 0.02～ 0.15 _ 表2 Q345(16Mn)的材料力學(xué)性能[2] 鋼號(hào) 力學(xué)性能 備注 δb/MPa δs/MPa δ(%) AKV /J Q345A 470～630 345 21 _ GB/T1S91—94 （2）Q345鋼的焊接特點(diǎn) 碳當(dāng)量(Ceq)的計(jì)算： Ceq=C+Mn/6+Ni/15+Cu/15+Cr/5+Mo/5+V/5 計(jì)算Ceq=0.49%，大于0.45%，可見(jiàn)Q345鋼焊接性能不是很好，需要在焊接時(shí)制定嚴(yán)格的工藝措施。 （3）Q345鋼在焊接時(shí)易出現(xiàn)的問(wèn)題 1. Q345鋼在焊接冷卻過(guò)程中，熱影響區(qū)容易形成淬火組織-馬氏體，使近縫區(qū)的硬度提高，塑性下降。結(jié)果導(dǎo)致焊后發(fā)生裂紋。 2. Q345鋼的焊接裂紋主要是冷裂紋。 二、焊接施工流程 坡口準(zhǔn)備→點(diǎn)固焊→預(yù)熱→里口施焊→背部清根（碳弧氣刨）→外口施焊 →里口施焊→自檢/專(zhuān)檢→焊后熱處理→無(wú)損檢驗(yàn)（焊縫質(zhì)量一級(jí)合格） 三、焊接工藝參數(shù)的選擇 通過(guò)對(duì)Q345鋼的焊接性分析，制定措施如下： 1. 焊接材料的選用： 根據(jù)產(chǎn)品對(duì)焊縫性能要求選擇焊接材料，低合金高強(qiáng)度鋼焊接材料的選擇首先應(yīng)保證焊縫金屬的強(qiáng)度、塑性、韌性達(dá)到產(chǎn)品的技術(shù)要求，同時(shí)還應(yīng)該考慮抗裂性及焊接生產(chǎn)效率等。由于低合金高強(qiáng)度氫致裂紋敏感性較強(qiáng)，因此，選擇焊接材料時(shí)應(yīng)優(yōu)先采用低氫焊條和堿度適中的埋弧焊焊劑。焊條、焊劑使用前應(yīng)按制造廠或工藝規(guī)程規(guī)定進(jìn)行烘干。焊縫金屬?gòu)?qiáng)度過(guò)高，將導(dǎo)致焊縫韌性、塑性以致抗裂性能的下降，從而降低焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)及使用的安全性，這對(duì)與焊接接頭的韌性要求高，且基材的抗裂性差的低合金鋼結(jié)構(gòu)的焊接尤為重要。為了保證焊接接頭具有與母材相當(dāng)?shù)臎_擊韌性，正火鋼與控軋控冷鋼焊接材料優(yōu)先選用高韌性焊材，配以正確的焊接工藝以保證焊縫金屬和熱影響區(qū)具有優(yōu)良的沖擊韌性。海洋工程、超高強(qiáng)鋼殼體及壓力容器選用的焊接材料，還應(yīng)保證焊縫金屬具有相應(yīng)的低溫、高溫及耐蝕等特殊性能。由于Q345鋼的冷裂紋傾向較大，應(yīng)選用低氫型的焊接材料，同時(shí)考慮到焊接接頭應(yīng)與母材等強(qiáng)的原則，選用E5015 （J507）型電焊條。 2. 坡口形式： 采用同一焊接材料焊同一鋼種時(shí)，如過(guò)坡口形式不同，則焊縫性能各異。如用HJ431焊劑進(jìn)行Q345鋼埋弧焊不開(kāi)坡口直邊對(duì)接焊時(shí)，由于母材溶入焊縫金屬較多，此時(shí)采用合金成分較低的H08A焊絲配合HJ431，即可滿足焊縫力學(xué)性能要求；但如焊接Q345鋼厚板開(kāi)坡口對(duì)接接頭時(shí)，如仍用 H08—HJ431組合，則因母材熔合比小，而使焊縫強(qiáng)度偏低，此時(shí)應(yīng)采用合金成分較高的H08MnA、H10Mn2等焊絲與HJ431組合。角接接頭焊接時(shí)冷卻速度要大于對(duì)接接頭，因此Q345鋼角接時(shí)，應(yīng)采用合金成分較低的H08A焊絲與HJ431焊劑組合，以獲得綜合力學(xué)性能較好的焊縫金屬；如采用合金成分偏高的H08MnA或H10Mn2焊絲，則該角焊縫的塑性偏低。 3.焊接方法的選擇： 低合金高強(qiáng)度鋼可采用焊條電弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊、埋弧焊、鎢極氬弧焊、氣電立焊、電渣焊等所有常用的熔焊及壓焊方法焊接。具體選用何種焊接方法取決于所焊產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、板厚、堆性能的要求及生產(chǎn)條件等。其中焊條電弧焊、埋弧焊、實(shí)心焊絲及藥芯焊絲氣體保護(hù)電弧焊是常用的焊接方法。對(duì)于氫致裂紋敏感性較強(qiáng)的低合金高強(qiáng)度鋼的焊接，無(wú)論采用那種焊接工藝，都應(yīng)采取低氫的工藝措施。厚度大于100mm低合金高強(qiáng)度鋼結(jié)構(gòu)的環(huán)形和長(zhǎng)直線焊縫，常常采用單絲或雙絲載間隙埋弧焊。當(dāng)采用高熱輸入的焊接工藝方法，如電渣焊、氣電立焊及多絲埋弧焊焊接低合金高強(qiáng)度鋼時(shí)，在使用前應(yīng)對(duì)焊縫金屬和熱影響區(qū)的韌性能夠滿足使用要求。Q345鋼焊接時(shí)可采用電弧焊、CO 氣體保護(hù)焊和電渣焊，但本次設(shè)計(jì)采用手工電弧焊。 4．焊接熱輸入的控制： 焊接熱輸入的變化將改變焊接冷卻速度，從而影響焊縫金屬及熱影響區(qū)的組織組成，并最終影響焊接接頭的力學(xué)性能及抗裂性。屈服強(qiáng)度不超過(guò)500MPa的低合金高強(qiáng)度鋼焊縫金屬，如能獲得細(xì)小均勻針狀鐵素體組織，其焊縫金屬則具有優(yōu)良的強(qiáng)韌性。而針狀鐵素體組織的形成需要控制焊接冷卻速度。因此為了確保焊縫金屬的韌性，不宜采用過(guò)大的焊接熱輸入。焊接操作上盡量不用橫向擺動(dòng)和挑弧焊接，推薦采用多層窄焊道焊接。 熱輸入對(duì)焊接熱影響區(qū)的抗裂性及韌性也有顯著的影響。低合金高強(qiáng)度熱影響區(qū)組織的脆化或軟化都與焊接冷卻速度有關(guān)。由于低合金高強(qiáng)度鋼的強(qiáng)度及板厚范圍都較寬，合金體系及合金含量差別較大，焊接時(shí)鋼材的狀態(tài)各不相同，很難對(duì)焊接熱輸入作出統(tǒng)一的規(guī)定。各種低合金高強(qiáng)度鋼焊接時(shí)應(yīng)根據(jù)其自身的焊接性特點(diǎn)，結(jié)合具體的結(jié)構(gòu)形式及板厚，選擇合適的焊接熱輸入。與正火或正火加回火鋼及控軋控冷鋼相比，熱軋鋼可以適應(yīng)較大的焊接熱輸入。含碳量較低的熱軋鋼（09Mn2、09MnNb等）以及含碳量偏下限的16Mn鋼焊接時(shí)，焊接熱輸入沒(méi)有嚴(yán)格的限制。因?yàn)檫@些鋼焊接熱影響區(qū)的脆化及冷裂紋傾向較小。但是，當(dāng)焊接含碳量偏上限的16Mn鋼時(shí)，為降低淬硬傾向，防止冷裂紋的產(chǎn)生，焊接熱輸入應(yīng)偏大一些。 碳及合金元素含量較高、屈服強(qiáng)度為490MPa的正火鋼，如18MnMoNb等。選擇熱輸入時(shí)既要考慮鋼種的淬硬傾向，同時(shí)也要兼顧熱影響區(qū)粗晶區(qū)的過(guò)熱傾向。一般為了確保熱影響區(qū)的韌性，應(yīng)選擇較小的熱輸入，同時(shí)采用低氫焊接方法配合適當(dāng)?shù)念A(yù)熱或及時(shí)的焊后消氫處理來(lái)防止焊接冷裂紋的產(chǎn)生。Q345鋼的含碳量和碳當(dāng)量均較低，對(duì)氫致裂紋不敏感，為了防止焊接熱影響區(qū)的軟化，提高熱影響區(qū)韌性，應(yīng)采用較小的熱輸入焊接，使焊接冷卻時(shí)間t8/5控制在10s以內(nèi)為佳。 5．焊接接頭的力學(xué)性能 焊縫金屬和熱影響區(qū)的力學(xué)性能是影響街頭使用可靠性的基本性能，而其中強(qiáng)度與韌性又是關(guān)鍵的考核因素，特別是對(duì)合金結(jié)構(gòu)鋼街頭更為重要，幾種典型熱軋及正火鋼焊接接頭的力學(xué)性能見(jiàn)下表。 鋼種 焊接工藝 焊縫金屬性能 過(guò)熱區(qū) /MPa /MPa （%） ψ （%） /J.cm -20℃ -40℃ -20℃ -40℃ Q345 埋弧焊（δ=16mm，V形對(duì)接）H08MnA+HJ250焊態(tài) 504 351 30.2 65.3 166 121 175 埋弧焊（δ=12mm，I形對(duì)接）H08MnA+HJ431焊態(tài) 576 400 30.7 67 84 33q 73 CO 氣體保護(hù)焊H08Mn2SiA焊態(tài) 540 390 24 61 78 6．焊接電流： 為了避免焊縫組織粗大，造成沖擊韌性下降，必須采用小規(guī)范焊接。具體措施為：選用小直徑焊條、窄焊道、薄焊層、多層多道的焊接工藝（焊接順序如圖一所示）。焊道的寬度不大于焊條的3倍，焊層厚度不大于5mm。第一層至第三層采用Ф3.2電焊條，焊接電流100-130A；第四層至第六層采用Ф4.0的電焊條，焊接電流120-180A。 7．預(yù)熱溫度：預(yù)熱及焊道層間溫度: 1）預(yù)熱溫度 預(yù)熱可以控制焊接冷卻速度，減少或避免熱影響區(qū)中淬硬馬氏體的產(chǎn)生，降低熱影響區(qū)硬度，同時(shí)預(yù)熱還可以降低焊接應(yīng)力，并有助于氫從焊接接頭的逸出。因此，預(yù)熱是防止低合金高強(qiáng)度鋼焊接氫致裂紋產(chǎn)生的有效措施。但預(yù)熱常常惡化勞動(dòng)條件，使生產(chǎn)工藝復(fù)雜化，不合理的、過(guò)高的預(yù)熱和焊道間溫度還會(huì)損害焊接接頭的性能。因此，焊前是否需要預(yù)熱及合理的預(yù)熱溫度，都需要認(rèn)真考慮或通過(guò)試驗(yàn)確定。 預(yù)熱溫度的確定取決于鋼材的成分（碳當(dāng)量）、板厚、焊件結(jié)構(gòu)形狀和拘束度、環(huán)境溫度以及所采用的焊接材料的含量等。隨著鋼材碳當(dāng)量、板厚、結(jié)構(gòu)拘束度、焊接材料的含氫量的增加和環(huán)境溫度的降低，焊前預(yù)熱溫度要相應(yīng)提高。對(duì)于厚板多道多層焊，為了促進(jìn)焊接區(qū)氫的逸出，防止焊接過(guò)程中氫致裂紋的產(chǎn)生，應(yīng)控制焊道間溫度不低于預(yù)熱溫度和進(jìn)行必要的中間消氫熱處理。因此下圖標(biāo)為Q345的預(yù)熱條件 板厚（mm） 不同氣溫條件下的預(yù)熱溫度 ≤10 不低于－26 oC不預(yù)熱 10～16 不低于－10oC不預(yù)熱，低于－10oC預(yù)熱100oC～150oC 16～14 不低于－5oC不預(yù)熱，低于－5oC預(yù)熱100oC～150oC 25～40 不低于0oC不預(yù)熱，低于0oC預(yù)熱100oC～150oC ≥40 均預(yù)熱100oC～150oC 2）層間溫度 層間溫度過(guò)高會(huì)引起熱影響區(qū)晶粒粗大，使焊縫強(qiáng)度及低溫沖擊韌性下降。如低于預(yù)熱溫度則可能在焊接過(guò)程中產(chǎn)生裂紋。因此規(guī)定道間溫度不得低于預(yù)熱溫度，最高不得大于某一界線的溫度。而對(duì)于Q345的層間溫度則選用：Ti≤400℃。 8．焊后熱處理參數(shù): 除了電渣焊由于接頭區(qū)嚴(yán)重過(guò)熱而需要進(jìn)行正火處理外，其他焊接條件應(yīng)根據(jù)使用要求來(lái)判斷是佛需要焊后熱處理。低碳合金高強(qiáng)度鋼中熱軋鋼和正火鋼不需要焊后熱處理，但對(duì)要求抗應(yīng)力腐蝕的焊接機(jī)構(gòu)、低溫下使用的焊接結(jié)構(gòu)和板厚結(jié)構(gòu)等，焊后需要進(jìn)行消除應(yīng)力的高溫回火。確定焊后回火溫度的原則： 1） 不要超過(guò)木材原來(lái)的回火溫度，以免影響母材本身的性能。 2） 對(duì)于回火脆性材料，要避開(kāi)出現(xiàn)回火脆性的溫度區(qū)間。例如，對(duì)含V或V+Mo的低合金鋼，回火時(shí)應(yīng)提高冷卻速度，避免在600℃左右的溫度區(qū)間停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，以免因V的二次碳化物析出而造成脆化； 如焊后不能及時(shí)進(jìn)行熱處理，應(yīng)立即在200~350℃保溫2~6h，以便焊接區(qū)的氫擴(kuò)散逸出。為了消除焊接應(yīng)力，焊后應(yīng)立即輕輕錘擊焊縫金屬表面，但這不是用于塑性較差的鋼件。強(qiáng)度級(jí)別較高或重要的焊接結(jié)構(gòu)件，應(yīng)用機(jī)械方法修正焊縫外形，使其平滑過(guò)渡到母材，較小應(yīng)力集中。Q345焊后熱處理工藝參數(shù)見(jiàn)下表： 強(qiáng)度級(jí)別 δs/MPa 典型鋼種 預(yù)熱溫度/℃ 焊后處理工藝 電弧焊 電渣焊 345 Q345 100~150 δ≥16mm 一般不進(jìn)行 或600~650℃回火 900~930℃正火 600~650℃回火 當(dāng)我們懸著電弧焊時(shí)，為了降低焊接殘余應(yīng)力，減小焊縫中的氫含量，改善焊縫的金屬組織和性能，在焊后應(yīng)對(duì)焊縫進(jìn)行熱處理。熱處理溫度為：600-640℃，恒溫時(shí)間為2小時(shí)（板厚40mm時(shí)），升降溫速度為125℃/h 。 9．焊接過(guò)程： 1）焊前預(yù)熱 在翼緣板焊接前，首先對(duì)翼緣板進(jìn)行預(yù)熱，恒溫30分鐘后開(kāi)始焊接。 焊接的預(yù)熱、層間溫度、熱處理由熱處理控溫柜自動(dòng)控制，采用遠(yuǎn)紅外履帶式加熱爐片，微電腦自動(dòng)設(shè)定曲線和記錄曲線，熱電偶測(cè)量溫度。預(yù)熱時(shí)熱電偶的測(cè)點(diǎn)距離坡口邊緣15mm-20mm。 2）焊接 ①為了防止焊接變形，每個(gè)柱接頭采用二人對(duì)稱(chēng)施焊，焊接方向由中間向兩邊施焊。在焊接里口時(shí)（里口為靠近腹板的坡口），第一層至第三層必須使用小規(guī)范操作，因?yàn)樗暮附邮怯绊懞附幼冃蔚闹饕?。在焊接一至三層結(jié)束后，背面進(jìn)行清根。在使用碳弧氣刨清根結(jié)束后，必須對(duì)焊縫進(jìn)行機(jī)械打磨，清理焊縫表面滲碳，露出金屬光澤，防止表層碳化嚴(yán)重造成裂紋。外口焊接應(yīng)一次焊完，最后再焊接里口的剩余部分。 ② 當(dāng)焊接第二層時(shí)，焊接方向應(yīng)與第一層方向相反，以此類(lèi)推。每層焊接接頭應(yīng)錯(cuò)開(kāi)15-20mm。 ③ 兩名焊工在焊接時(shí)的焊接電流、焊接速度和焊接層數(shù)應(yīng)保持一致。 ④ 在焊接中應(yīng)從引弧板開(kāi)始施焊，收弧板上結(jié)束。焊接完成后割掉并打磨干凈。 5．總結(jié) 通過(guò)對(duì)低碳鋼的了解以及對(duì)Q345鋼焊接工藝的研究，對(duì)其焊接工藝大體的認(rèn)識(shí)，所以經(jīng)過(guò)上面的敘述，對(duì)Q345的焊接工藝進(jìn)行總結(jié)，如下表： 接頭形式 焊件厚度/mm 焊縫次序（層次） 焊絲直徑/mm 焊接電流/A 焊接電壓/mm 焊機(jī)速度/ 焊絲加焊劑 不開(kāi)破口(雙面焊) 8 正 反 4.0 550~580 600~650 34~36 34.5 H08A+HJ431 10~12 正 反 4.0 620~680 680~700 36~38 32 H08A+HJ431 V形坡口（雙面焊）α=60°~70° 14~16 正 反 4.0 600~640 620~680 34~36 29.5 H08A+HJ431 18~20 正 反 4.0 680~700 700~720 36~38 27.5 H08MnA+HJ431 22~25 正 反 4.0 700~720 720~740 36~38 21.5 H08MnA+HJ431 T形接頭不開(kāi)坡口（雙面焊） 16~18 （2） 4.0 600~650 680~720 32~34 36~38 34~38 24~29 H08A+HJ431 20~25 （2） 4.0 600~700 720~760 32~34 36~36 30~36 21~26 H08A+HJ431