【文章內(nèi)容簡介】 紋傾向也有關，狹而深的焊縫使偏析集中于焊縫的中心部分，熱裂傾向大，易形成中心線裂紋。寬而淺的焊縫使偏析物浮于焊縫表面，熱裂傾向小。三焊件的殘余應力主要決定于焊件的剛性、裝配和焊接工藝、焊件剛性大、裝配和焊接時造成的殘余應力大時，易造成熱裂紋。被加熱到1200℃以上的熱影響區(qū)可能產(chǎn)生粗晶區(qū)脆化，韌性明顯降低。這是由于熱軋鋼焊接時，采用過大的焊接線能量，粗晶區(qū)將因晶粒長大或出現(xiàn)魏氏組織等而降低韌性；線能量過小，會由于粗晶區(qū)中馬氏體組織的比例增大，而降低韌性，這在焊接含碳量偏高的熱軋鋼時較明顯。對于含碳量較少的熱軋鋼，應選用較小的焊接線能量；對含碳量偏高的熱軋鋼，焊接線能量要適中；對于含碳、氮化物形成元素的正火鋼，應選用較小的焊接線能量。熱應變脆化產(chǎn)生在焊接熔合區(qū)及最高加熱溫度低于Ac1的亞臨界熱影響區(qū)。對于CMn系熱軋鋼及含氮量較高的鋼，一般認為熱應變脆化是由于氮、碳原子聚集在位錯周圍，對位錯造成釘軋作用造成的。如有缺口效應，會使亞臨界熱影響區(qū)的熱應變脆化更為嚴重。熔合區(qū)易于產(chǎn)生熱應變脆化與此區(qū)域常存在缺口性質(zhì)的缺陷和不利組織有關。在鋼中加入氮化物形成元素，可以降低熱應變脆化傾向，如16Mn比15MnVN的熱應變脆化傾向大；退火處理也可大幅度地恢復韌性，降低熱應變脆化，如16Mn經(jīng)600℃1h退火處理后，脆性轉(zhuǎn)變溫度大幅度提高。層狀撕裂發(fā)生在具有角接接頭或丁字接頭的厚板焊接結(jié)構(gòu)。在鋼材厚度方向承受較大的拉伸應力時，可能沿鋼材軋制方向發(fā)生階梯狀的層狀撕裂。合理選擇層狀撕裂敏感性小的鋼材、改善接頭形式以減輕鋼板Z向所承受的應力應變、在滿足產(chǎn)品使用要求的前提下選用強度級別低的焊接材料或采用預熱及降氫等措施，有利于防止層狀撕裂的發(fā)生。 20MnMoNb的化學成分和力學性能20MnMoNb是一種低合金高強鋼，屬于細品粒熱處理強化鋼，供貨狀態(tài)為調(diào)質(zhì)處理，即在870℃水淬后，630℃進行高溫回火。低合金高強度鋼具有高的屈服強度與良好的塑性和韌性，有良好的焊接性能，具有一定的耐蝕性，熱加工性能和低碳鋼相近。目前，我國生產(chǎn)的低合金高強鋼品種較多，由于產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高和生產(chǎn)成本降低，使其在橋梁，船舶，車輛，起重機和農(nóng)機等領域得到了廣泛的應用。 20MnMoNb的化學成分 （質(zhì)量分數(shù)%）CSiMnMoNbCrSPNiCu～～～～～≤≤≤≤≤ 20MnMoNb的力學性能公稱厚度(mm)熱處理狀態(tài)回火溫度（℃）σb（MP）σs（MP)δ5(%)Akv(J)HB≤300調(diào)質(zhì)630620～790≥470≥16≥41185～235＞300～500調(diào)質(zhì)630610～780≥460≥16≥41180～233 合金元素對20MnMoNb性能的影響20MnMoNb的化學成分為：C %～%，Si %～%，Mn %～%,Mo %～，Nb %～。各種合金元素對低合金鋼組織和性能的影響是很復雜的。 C的影響鋼中含碳量增加，屈服點和抗拉強度升高，但塑性和沖擊性降低，%超過時，鋼的焊接性能變壞，因此用于焊接的低合金結(jié)構(gòu)鋼，%。碳量高還會降低鋼的耐大氣腐蝕能力，在露天料場的高碳鋼就易銹蝕；此外，碳能增加鋼的冷脆性和時效敏感性。 Si的影響在煉鋼過程中加硅作為還原劑和脫氧劑，－%的硅。%,硅就算合金元素。硅能顯著提高鋼的彈性極限，屈服點和抗拉強度，故廣泛用于作彈簧鋼。－%的硅，強度可提高15－20%。硅和鉬、鎢、鉻等結(jié)合，有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用，可制造耐熱鋼。含硅1－4%的低碳鋼，具有極高的導磁率，用于電器工業(yè)做矽鋼片。硅量增加，會降低鋼的焊接性能。 Mn的影響在煉鋼過程中，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，－%。%以上時就算“錳鋼”，較一般鋼量的鋼不但有足夠的韌性，且有較高的強度和硬度，提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能，如16Mn鋼比A3屈服點高40%。含錳11－14%的鋼有極高的耐磨性，用于挖土機鏟斗，球磨機襯板等。錳量增高，減弱鋼的抗腐蝕能力，降低焊接性能。 Mo的影響鉬能使鋼的晶粒細化，提高淬透性和熱強性能，在高溫時保持足夠的強度和抗蠕變能力(長期在高溫下受到應力，發(fā)生變形，稱蠕變)。結(jié)構(gòu)鋼中加入鉬，能提高機械性能。還可以抑制合金鋼由于火而引起的脆性。在工具鋼中可提高紅性。 Nb的影響鈮能細化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性，提高強度，但塑性和韌性有所下降。在普通低合金鋼中加鈮，可提高抗大氣腐蝕及高溫下抗氫、氮、氨腐蝕能力。鈮可改善焊接性能。在奧氏體不銹鋼中加鈮，可防止晶間腐蝕現(xiàn)象。 20MnMoNb的焊接性分析鋼的焊接性主要取決于化學成分，鋼種元素對焊接性影響最大的是C，20MnMoNb屬于低合金高強化鋼，C及合金元素的含量比較高，故20MnMoNb的冷裂大，焊接性差。由于20MnMoNb鋼母材的性能，以及其成分焊接的影響，便決定留在實際的焊接過程中焊接的問題主要來自兩個方面：焊接裂紋和熱影響區(qū)母材性能的下降。 熱軋及正火鋼的含碳量比較低，并且含有一定的錳，Mn/S比值一般可以達到防止結(jié)晶裂紋的要求，20MnMoNb鋼的焊接時若碳和硫同時居上限或存在嚴重的偏析，則有產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的可能。在這種情況下，應采取必要的防治措施。、硫和錳對結(jié)晶裂紋的影響曲線可知，為了防止結(jié)晶裂紋，應在提高焊接錳量的同時降低碳、硫的含量。具體措施可選用脫硫能力較強的低氫型焊條，埋弧焊時選用超低碳焊絲配合高錳高硅焊劑，并從工藝上降低融合比。 C、S、Mn對焊接接頭結(jié)晶裂紋的影響防止結(jié)晶裂紋的措施主要從冶金和工藝兩個方面著手，其中冶金方面更重要一些。(1) 控制焊縫中的硫、磷、碳等有害元素的含量(2) 對熔池進行變質(zhì)處理 可細化晶粒，可提高力學性能和抗結(jié)晶能力(3) 調(diào)整熔渣的堿度 堿度越高，熔池中的脫硫、脫氧越完全(4) 調(diào)節(jié)焊接參數(shù)以得到抗裂能力較強的焊縫成形系數(shù)(5) 調(diào)整冷卻速度(6) 調(diào)整焊接順序，降低拘束應力 焊接冷裂紋國際焊接學會（ⅡW）碳當量計算公式：CE=C+Mn/6+(Cr+Mn+V)/5 +(Cr+Ni)/15(％)％說明有一定的冷裂傾向，需要采取必要的工藝措施。生成冷裂紋的三個基本因素如下：（1） 氫的影響 導致接頭產(chǎn)生冷裂紋的氫主要是擴散氫。實驗證明，隨著焊縫中擴散氫含量的增加，冷裂紋率提高。例如，用含有較多有機物的焊條（如氧化鈦纖維素型）進行焊接，出現(xiàn)了大量的焊道下裂紋；而用低氫型焊條焊接時，則出現(xiàn)或很少出現(xiàn)焊道裂紋。，焊道下裂紋率也隨著焊氫量的增加而上升。 電弧氣氛中含氫量對焊道下裂紋率的影響 a）試件尺寸 b）裂紋率與氣氛中的含碳量（2） 鋼的淬透性 一般來說鋼的淬硬傾向越大，則接頭中出現(xiàn)馬氏體的可能性越大越易產(chǎn)生冷裂紋。特別是合金鋼含有較多的合金元素增加了鋼的淬透性，在焊接后冷速很大的時候易產(chǎn)生馬氏體，可以看出，冷卻速度提使馬氏體含量增加，導致裂紋率上升。這個規(guī)律對各種鋼都是適用的，只是鋼種的化學成分不同時，因馬氏體的形態(tài)不同而產(chǎn)生冷裂紋的臨界馬氏體含量不同?？傊?，鋼種的淬硬傾向決定了接頭中硬脆組織的數(shù)量，是促使冷裂紋形成的又一重要因素。（3）焊接接頭的拘束應力 焊接接頭的拘束應力包括接頭在焊接過程中因加熱不均勻所承受的熱應力、相變力、結(jié)構(gòu)自身幾何因素所決定的內(nèi)應力。上述三方面的應力都是不可避免，由于都與拘束條件有關而統(tǒng)稱為拘束應力，拘束應力也是形成冷裂紋的重要因素之一。上述三個要素的作用是相互聯(lián)系，相互制約的，不同條件下起主要作用的因素不同。錯誤！未指定書簽。 馬氏體含量與冷卻速度的關系及其對熱影響區(qū)冷率的影響RF—拘束度 消除應力裂紋消除應力裂紋又稱為再熱裂紋。經(jīng)研究確認，消除應力裂紋的產(chǎn)生是由于晶界優(yōu)先滑動而導致微裂紋發(fā)生并擴展所致。即焊后再熱時，在殘余應力松弛過程中，粗晶區(qū)應力集中部位的晶界滑動變形量超過了該部位的塑性變形量超過了該部位的塑性變形能力，就會產(chǎn)生消除應力裂紋。理論上消除應力裂紋產(chǎn)生的條件可用下式表示 e＞e0式中 e—粗晶區(qū)局部晶界的實際塑性應變；e0—粗晶區(qū)局部晶界的塑性變形能力，即不產(chǎn)生開裂的臨界應變量。防止消除應力裂紋的措施：（1） 選用對消除應力裂紋敏感性低的母材；（2） 選用低強高塑性的焊接材料；（3） 控制結(jié)構(gòu)剛性與焊接殘余應力；（4） 工藝方面的措施； 1）預熱 預熱可減少馬氏體的冷卻速度，減少馬氏體裂紋的產(chǎn)生。2）焊后及時進行后熱處理 適當減低焊縫的冷卻速度，改善焊縫的組織性能，減低裂紋產(chǎn)生的可能性。3)控制線能量 選用小的線能量可降低裂的概率。 低碳鋼中大都含有Cr、Mo、V、Nb、Ti、B等提高消除應力裂紋敏感性的元素，其中作用最大的是V，其次是Mo，因而二者共存時情況最嚴重。一般認為MoV鋼，特別是CrMoV鋼對消除應力裂紋的敏感性最高，MoB鋼、CrV鋼也有一定的敏感性。不同成分的鋼對消除應力裂紋敏感的溫度不盡相同，焊接時可通過降低退火溫度、進行適當預熱或后熱等措施，防止消除應力裂紋。 層狀撕裂層狀撕裂產(chǎn)生的根本原因是鋼中存在夾雜物。鋼在軋制過程中夾雜物被軋成片狀，平行于鋼板表面眼軋制方向分布。這種片狀夾雜物的存在，大大削弱鋼板在厚度方向的力學性能，特別是斷面收縮率（Ak）大大降低。防止層狀撕裂的措施(1)控制夾雜物，特別是硫化物 薄片狀夾雜物相當于金屬內(nèi)部尖銳的缺口，使鋼板的Z向力學性能大大降低，經(jīng)實驗證明，當鋼種含硫量極低時，各個方向的 塑性指標均有提高，層狀撕裂敏感性隨之降低。（2）防止母材脆化 焊接中發(fā)生過熱區(qū)粗晶脆化、應變時效脆化及氫脆等，母材層狀撕裂的敏感性明顯增加，在焊接中應采取預熱、保溫緩冷、控制層間溫度等降低冷卻速度。（3）設計和工藝上的措施 1）盡量采用雙側(cè)焊縫，避免單側(cè)焊縫?？梢跃徍秃缚p根部的應力分布并減小應力集中。 2）在強度允許的條件下，盡量采用焊接量小的對稱角焊縫來代替焊接量大的全焊透焊縫，以減小應力。3）對于T形接頭可在橫板上預堆焊一層強度低的金屬，以防止出現(xiàn)焊根裂紋，可緩解作用在橫板上Z向應力。熱軋及正火鋼焊接時，熱影響區(qū)性能的主要變化是過熱區(qū)脆化和可能發(fā)生的熱應變脆化。 過熱區(qū)的加熱溫度在1200℃～固相溫度范圍內(nèi)，高的加熱溫度造成奧氏體晶粒嚴重粗化及難熔質(zhì)點（氮化物、碳化物）溶入固溶體，在這些都將明顯影響過熱區(qū)的性能。具體變化則隨鋼種成分不同而異，而且與焊接工藝（主要是線能量）有密切關系。 正火鋼的過熱區(qū)催化的原因與魏氏組織無關，除晶粒粗化外，主要是由于在1200℃的高溫下，起沉淀強化作用的碳化物、氮化物質(zhì)點分解并溶解于奧氏體中，而在隨后的冷卻過程中來不及在析出而固溶在基體中，結(jié)果使鐵素體的硬度上升，韌性下降。所以正火鋼過熱區(qū)的韌性隨線能量的增加而下降，并與沉淀強化元素的含量有關。其實質(zhì)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。當然，在鋼中若含有較多的碳和合金元素時（如20MnMoNb鋼），也應注意快冷時發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變而造成的脆化。 熱應變脆化是焊接過程中在熱和應變同時作用下產(chǎn)生的一種應變時效，它是由于固溶的氮所引起的。它的形成機理雖有很多的論述，但至今尚未有明確、一致的結(jié)論，多數(shù)人認為，是碳、氮原子集聚在位錯附近對位錯產(chǎn)生釘扎作用而引起的。一般認為在200～400℃是最為明顯，消除應變脆化的有效措施是進行焊后熱處理，經(jīng)600℃左右的消除應力退火后，材料的韌性可恢復到原來的水平。