用于制造工程構(gòu)件和機(jī)器零件的鋼統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)鋼

  概述

1. 合金結(jié)構(gòu)鋼分為高強(qiáng)度鋼（GB/T13304—1991規(guī)定屈服點(diǎn)δs≥195Mpa ,抗拉強(qiáng)度δb≥390Mpa的鋼均為高強(qiáng)度鋼）和專業(yè)用鋼兩大類。

2. 高強(qiáng)度鋼按鋼材供貨的熱處理狀態(tài)分為熱扎及正火鋼、低碳調(diào)質(zhì)鋼和中碳調(diào)質(zhì)鋼。

1） 熱扎及正火鋼 ：這類鋼的屈服點(diǎn)295≤δs≥490Mpa，屬于非熱處理強(qiáng)化鋼，主要包括GB/T1591—1994《低合金結(jié)構(gòu)鋼》中的Q295—Q460鋼。特點(diǎn)：冶煉工藝比較簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，綜合力學(xué)性能良好，具有良好的焊接性

2） 低碳調(diào)質(zhì)鋼：這類鋼屈服點(diǎn)441≤δs≥980Mpa，屬于熱處理強(qiáng)化鋼，特點(diǎn)：具有較高的強(qiáng)度、優(yōu)良的塑性和韌性。生產(chǎn)工藝復(fù)雜、成本高、進(jìn)行熱加工時(shí)對(duì)工藝參數(shù)較嚴(yán)格。

3） 中碳調(diào)質(zhì)鋼：含碳量高Wc>0.3%，880≤δs ≥980Mpa，屬于熱處理強(qiáng)化鋼。一般在退火狀態(tài)下進(jìn)行焊接，焊后需進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。主要用于制造大型機(jī)器上的零件和要求強(qiáng)度而自重小的構(gòu)件

3. 專業(yè)用鋼：按用途分為珠光體耐熱鋼、低溫用鋼和低合金耐熱鋼

     1）珠光體耐熱鋼：用于制造在500—600度范圍內(nèi)的設(shè)備，具有一定的高溫強(qiáng)度和抗氧化能力。

     2）低溫用鋼：用于制造在-20——196度低溫工作的設(shè)備韌脆性轉(zhuǎn)變溫度低良好的低溫韌性

     3）低合金耐蝕鋼：用于制造在大氣、海水、石油、化工產(chǎn)品等腐蝕介質(zhì)中工作的各種設(shè)備。

合金結(jié)構(gòu)鋼焊接性分析：

1熱影響區(qū)的脆化是焊后產(chǎn)生裂紋，造成脆性破壞的主要原因之一。

1） 熱軋綱過(guò)熱區(qū)脆化的原因：過(guò)熱去晶粒嚴(yán)重粗化，冷卻時(shí)生成魏氏組織及 馬氏體組織，正火鋼熱影響區(qū)脆化是由于焊接熱源的高溫作用，使母材焊前的正火效果消失的結(jié)果。

2） 低碳調(diào)質(zhì)鋼的過(guò)熱區(qū)脆化是過(guò)熱區(qū)產(chǎn)生由鐵素體、高碳馬氏體和高碳貝氏體組成的混合組織而造成的。防止過(guò)熱區(qū)脆化的關(guān)鍵在于冷卻速度的控制，在焊接時(shí)應(yīng)采用較小的熱輸入。

3） 中碳調(diào)質(zhì)鋼的過(guò)熱區(qū)容易得到硬脆的淬火組織—高碳馬氏體，為此一般需采用預(yù)熱緩冷等措施與適當(dāng)?shù)臒彷斎肱浜?，并在退火狀態(tài)下焊接，焊后整體調(diào)質(zhì)處理

2焊接接頭的冷裂紋：

產(chǎn)生的原因：焊接接頭產(chǎn)生淬硬組織，接頭內(nèi)含氫量多，殘余應(yīng)力較大。

防止措施：盡量避免在焊接接頭中形成硬脆組織，可以通過(guò)工藝措施和冷卻速度來(lái)達(dá)到。還課題通過(guò)控制熱影響區(qū)的最高硬度來(lái)防止冷裂紋。

3焊接接頭的熱裂紋：

選用低氫型焊條或超低碳焊絲配合高錳高硅焊劑進(jìn)行埋弧焊，在提高焊縫含錳的同時(shí)，降低碳硫的含量，均時(shí)防止結(jié)晶裂紋的有效措施。

合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接工藝

1焊材的選擇

最重要的選材原則：確保焊縫的金屬力學(xué)性能，使之滿足產(chǎn)品的技術(shù)要求保證產(chǎn)品在使用中正常運(yùn)行。

熱軋及正火鋼主要用于制造受力結(jié)構(gòu)，要求焊接接頭有足夠的強(qiáng)度適當(dāng)?shù)那鼜?qiáng)比足夠的韌性和較低的時(shí)效敏感性。

低碳調(diào)質(zhì)鋼焊接時(shí)，焊接材料的選用原則依母材的熱處理狀態(tài)的不同而異。

中碳調(diào)質(zhì)鋼焊接時(shí)，焊接材料應(yīng)保證熔敷金屬的成分與母材基本一致。

2焊接方法的選擇

目前低合金鋼的焊接方法可分為兩類：1）焊接熱輸入大的焊接法

2）焊接熱輸入小的焊接法

熱軋及正火鋼可以用各種方法進(jìn)行焊接，一般焊接方法對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)顯著影響。

低碳調(diào)質(zhì)鋼狀態(tài)下焊接，為了使回火區(qū)的軟化降到最低程度應(yīng)采用比較集中的熱源δs <980Mpa的鋼，可用焊條電弧焊、埋弧焊、鎢極或熔化極氣體保護(hù)焊δs >980Mpa的鋼必須用鎢極氬弧焊或電子束焊。

中碳調(diào)質(zhì)鋼在焊接方法選擇上，由于不強(qiáng)調(diào)熱輸入對(duì)接頭性能的影響，所以一般焊接方法都可以采用。

3焊前準(zhǔn)備

1、 接頭形式及坡口備制

在設(shè)計(jì)坡口時(shí)，首先應(yīng)避免采用易產(chǎn)生未焊透的坡口形式因?yàn)楹缚p根部缺口往往是各種裂紋的起源區(qū)，其次應(yīng)盡量減少焊縫的橫截面積，以降低接頭的殘余應(yīng)力，同時(shí)也可以減少焊接材料的消耗量，提高生產(chǎn)效率。

應(yīng)根據(jù)因坡口形式和接頭形式而改變的熔合比和冷卻速度的變化來(lái)選擇相應(yīng)的焊接材料，才能獲得綜合力學(xué)性能優(yōu)良的焊縫與接頭。

合金結(jié)構(gòu)鋼在坡口時(shí)，為了防止產(chǎn)生切割裂紋，屈強(qiáng)點(diǎn)超過(guò)500Mpa或合金總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于3%的低合金結(jié)構(gòu)鋼，當(dāng)板厚δ>50mm時(shí)，切割前應(yīng)將鋼板切割區(qū)預(yù)熱到100度以上，切割后，采用磁粉探傷對(duì)切割表面裂紋檢查。低合金結(jié)構(gòu)鋼接頭坡口背面采用碳弧氣刨清根時(shí)，氣刨前應(yīng)對(duì)工件進(jìn)行預(yù)熱。

2、 焊接區(qū)的清理

合金結(jié)構(gòu)鋼接頭焊接區(qū)的清理是為了建立低氫環(huán)境的主要環(huán)節(jié)之一，鋼的脆硬傾向越大，對(duì)焊接區(qū)清理的要求更高。

焊條電弧焊接頭的打磨區(qū)要求每側(cè)為20mm，埋弧焊為30mm，電渣焊為40mm。

3、 焊接材料的焊前處理P120（書）表9-8

常用低合金鋼焊條和焊劑烘干溫度

4焊接工藝參數(shù)的選擇P120（書）9-9

5焊后熱處理

1） 消除應(yīng)力退火處理

焊后是否需要熱處理，要根據(jù)鋼板的化學(xué)成分、厚度、結(jié)構(gòu)性能、焊接方法及使用條件等因素進(jìn)行考慮，

在下列情況下，要求合金結(jié)構(gòu)鋼進(jìn)行消除應(yīng)力退火處理。

1、 母材屈服點(diǎn)≥490Mpa，為了防止延遲裂紋，焊后進(jìn)行退火處理。

2、 對(duì)厚壁壓力容器，為防止三局應(yīng)力場(chǎng)所造成的脆性破壞，焊后應(yīng)進(jìn)行退火處理。

3、 對(duì)可能發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂或要求尺寸穩(wěn)定的產(chǎn)品，焊后進(jìn)行退火處理，低碳調(diào)質(zhì)鋼一般不必進(jìn)行退火處理，只有屬于下列情況之一者，才需要進(jìn)行退火處理。1>鋼材在焊后或冷變形加工后，韌性達(dá)不到要求。2>結(jié)構(gòu)要求尺寸穩(wěn)定。3>鋼材對(duì)應(yīng)力腐蝕敏感。

2） 正火+回火熱處理

合金結(jié)構(gòu)鋼厚板，在電渣焊之后，或者熱校，熱變形之后需作正火熱畜力，以細(xì)化電渣焊接頭晶粒，調(diào)整高溫?zé)岢尚蔚哪覆暮秃缚p金屬性能。

合金成分較高的合金結(jié)構(gòu)鋼正火處理后，只有經(jīng)過(guò)回火處理后才能達(dá)到符合要求的綜合性能，回火處理的目的是改善鋼材和接頭的組織和性能

3） 淬火+回火熱處理

當(dāng)鋼材的屈服點(diǎn)δs≥50MPs時(shí)，在正火狀態(tài)下的韌性會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定，采用淬火+回火熱處理的方法，可以提高鋼材的強(qiáng)度，同時(shí)改善性能。

6焊后檢驗(yàn)

合金鋼的焊接接頭的焊后檢驗(yàn)比普通的碳鋼接頭要嚴(yán)格。在低合金結(jié)構(gòu)鋼焊后檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)考慮這種剛的焊接特點(diǎn)，制定合理的檢查規(guī)程。對(duì)于具有延遲裂紋傾向的焊接接頭，應(yīng)規(guī)定在焊接工作全部結(jié)束后48h后再進(jìn)行焊縫無(wú)損探傷。由于表面裂紋對(duì)結(jié)構(gòu)的安全構(gòu)成極大威脅，故在低合金結(jié)構(gòu)鋼焊縫及熱影響區(qū)表面都應(yīng)作表面磁粉探傷。低合金結(jié)構(gòu)鋼的接頭的強(qiáng)度越高，裂紋敏感性越大，無(wú)損檢測(cè)，包括磁粉探傷的檢查幾率也應(yīng)相應(yīng)提高。

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