用于制造工程構件和機器零件的鋼統(tǒng)稱為結構鋼

  概述

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

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

1） 熱扎及正火鋼 ：這類鋼的屈服點295≤δs≥490Mpa，屬于非熱處理強化鋼，主要包括GB/T1591—1994《低合金結構鋼》中的Q295—Q460鋼。特點：冶煉工藝比較簡單，價格低廉，綜合力學性能良好，具有良好的焊接性

2） 低碳調質鋼：這類鋼屈服點441≤δs≥980Mpa，屬于熱處理強化鋼，特點：具有較高的強度、優(yōu)良的塑性和韌性。生產(chǎn)工藝復雜、成本高、進行熱加工時對工藝參數(shù)較嚴格。

3） 中碳調質鋼：含碳量高Wc>0.3%，880≤δs ≥980Mpa，屬于熱處理強化鋼。一般在退火狀態(tài)下進行焊接，焊后需進行調質處理。主要用于制造大型機器上的零件和要求強度而自重小的構件

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度范圍內的設備，具有一定的高溫強度和抗氧化能力。

     2）低溫用鋼：用于制造在-20——196度低溫工作的設備韌脆性轉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)品等腐蝕介質中工作的各種設備。

合金結構鋼焊接性分析：

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） 熱軋綱過熱區(qū)脆化的原因：過熱去晶粒嚴重粗化，冷卻時生成魏氏組織及 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果。

2） 低碳調質鋼的過熱區(qū)脆化是過熱區(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。防止過熱區(qū)脆化的關鍵在于冷卻速度的控制，在焊接時應采用較小的熱輸入。

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

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，接頭內含氫量多，殘余應力較大。

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

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行埋弧焊，在提高焊縫含錳的同時，降低碳硫的含量，均時防止結晶裂紋的有效措施。

合金結構鋼的焊接工藝

1焊材的選擇

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

熱軋及正火鋼主要用于制造受力結構，要求焊接接頭有足夠的強度適當?shù)那鼜姳茸銐虻捻g性和較低的時效敏感性。

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

中碳調質鋼焊接時，焊接材料應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行焊接，一般焊接方法對產(chǎn)品質量無顯著影響。

低碳調質鋼狀態(tài)下焊接，為了使回火區(qū)的軟化降到最低程度應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焊δs >980Mpa的鋼必須用鎢極氬弧焊或電子束焊。

中碳調質鋼在焊接方法選擇上，由于不強調熱輸入對接頭性能的影響，所以一般焊接方法都可以采用。

3焊前準備

1、 接頭形式及坡口備制

在設計坡口時，首先應避免采用易產(chǎn)生未焊透的坡口形式因為焊縫根部缺口往往是各種裂紋的起源區(qū)，其次應盡量減少焊縫的橫截面積，以降低接頭的殘余應力，同時也可以減少焊接材料的消耗量，提高生產(chǎn)效率。

應根據(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選擇相應的焊接材料，才能獲得綜合力學性能優(yōu)良的焊縫與接頭。

合金結構鋼在坡口時，為了防止產(chǎn)生切割裂紋，屈強點超過500Mpa或合金總的質量分數(shù)大于3%的低合金結構鋼，當板厚δ>50mm時，切割前應將鋼板切割區(qū)預熱到100度以上，切割后，采用磁粉探傷對切割表面裂紋檢查。低合金結構鋼接頭坡口背面采用碳弧氣刨清根時，氣刨前應對工件進行預熱。

2、 焊接區(qū)的清理

合金結構鋼接頭焊接區(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） 消除應力退火處理

焊后是否需要熱處理，要根據(jù)鋼板的化學成分、厚度、結構性能、焊接方法及使用條件等因素進行考慮，

在下列情況下，要求合金結構鋼進行消除應力退火處理。

1、 母材屈服點≥490Mpa，為了防止延遲裂紋，焊后進行退火處理。

2、 對厚壁壓力容器，為防止三局應力場所造成的脆性破壞，焊后應進行退火處理。

3、 對可能發(fā)生應力腐蝕開裂或要求尺寸穩(wěn)定的產(chǎn)品，焊后進行退火處理，低碳調質鋼一般不必進行退火處理，只有屬于下列情況之一者，才需要進行退火處理。1>鋼材在焊后或冷變形加工后，韌性達不到要求。2>結構要求尺寸穩(wěn)定。3>鋼材對應力腐蝕敏感。

2） 正火+回火熱處理

合金結構鋼厚板，在電渣焊之后，或者熱校，熱變形之后需作正火熱畜力，以細化電渣焊接頭晶粒，調整高溫熱成形的母材和焊縫金屬性能。

合金成分較高的合金結構鋼正火處理后，只有經(jīng)過回火處理后才能達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

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

6焊后檢驗

合金鋼的焊接接頭的焊后檢驗比普通的碳鋼接頭要嚴格。在低合金結構鋼焊后檢驗時，應考慮這種剛的焊接特點，制定合理的檢查規(guī)程。對于具有延遲裂紋傾向的焊接接頭，應規(guī)定在焊接工作全部結束后48h后再進行焊縫無損探傷。由于表面裂紋對結構的安全構成極大威脅，故在低合金結構鋼焊縫及熱影響區(qū)表面都應作表面磁粉探傷。低合金結構鋼的接頭的強度越高，裂紋敏感性越大，無損檢測，包括磁粉探傷的檢查幾率也應相應提高。

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