【正文】 2氣體保護焊和電渣焊等，一般是根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點、批量、生產(chǎn)條件和經(jīng)濟效益等綜合情況進行選擇。 ? 二、下料、坡口加工和定位焊 ? 熱軋及正火鋼可以采用各種切割方法下料。 ? 坡口加工可采用機械加工，也可采用氣割和碳弧氣刨。對強度級別較高、厚度較大的焊件，經(jīng)過火焰切割或碳弧氣刨的坡口應(yīng)用砂輪仔細打磨，消除氧化皮及凹槽；在坡口兩側(cè) 20～ 30mm范圍內(nèi)清除油污、鐵銹等。 ? 定位焊焊縫應(yīng)有足夠的長度（一般不小于 50mm）以防開裂，對厚度較薄的板材定位焊縫長度應(yīng)不小于 4倍板厚。 ? 定位焊應(yīng)選用與焊縫相同的焊接材料，也可選用強度稍低的焊條或焊絲。焊接順序應(yīng)能防止過大的拘束、允許工件有適當?shù)淖冃?，采用的焊接電流可稍大于焊接時的焊接電流。 ? 三、焊接材料 ? 選擇焊接材料時必須考慮到兩方面的問題： ? 一是保證焊縫不產(chǎn)生裂紋等焊接缺陷； ? 二是能滿足使用性能的要求。 ? 選擇焊接材料的主要依據(jù)是保證焊縫金屬的強度、塑性和韌性等力學(xué)性能與母材相匹配，而不要求與母材成分相同，因此選擇焊接材料應(yīng)考慮以下問題： ? 1．根據(jù)母材的強度級別選用相應(yīng)的焊接材料 ? 按照焊縫與母材等強匹配的原則選擇焊接材料，一般要求焊縫與母材強度相等或略低于母材。 ? 例如適用于焊接 Q420（ 15MnVN）的焊條 E5515，其中 C、 Mn的含量都比母材低，且其中不含沉淀強化元素 V，但用它焊接的焊縫金屬的抗拉強度可達 549～ 608MPa，同時還具有高的塑性和韌性。 ? 2．考慮熔合比和冷卻速度的影響 ? 焊縫的力學(xué)性能取決于它的化學(xué)成分和組織狀態(tài)。焊縫化學(xué)成分不僅取決于焊接材料，而且與母材的熔入量（即熔合比）有很大關(guān)系；而焊縫組織則與冷卻速度有很大關(guān)系。 ? 采用同樣焊接材料，在熔合比和冷卻速度不同時，所得焊縫的性能也會有很大差別。 ? 選擇焊條或焊絲時應(yīng)考慮到板厚和坡口形式的影響，焊接薄板時因熔合比較大，應(yīng)選用強度較低的焊接材料，焊接厚板時則相反。 ? 3．考慮焊后熱處理對焊縫力學(xué)性能的影響 ?焊后熱處理（如消除應(yīng)力退火）會使焊縫的強度有所降低，當焊縫強度余量不大時，焊后熱處理后焊縫強度可能低于母材，因此，對于焊后要求正火處理的焊縫，應(yīng)選擇強度高一些的焊接材料。 ?此外，如果對焊縫金屬的使用性能有特殊要求，應(yīng)同時加以考慮。例如，在焊接16MnCu時，要求焊縫金屬與母材具有相同的耐蝕性能，則需選用含銅的焊條。 ? 四、焊接參數(shù) ? 1．焊接熱輸入 ? 確定焊接熱輸入主要考慮熱影響區(qū)的脆化和冷裂兩個因素。 ? 各類鋼材的脆化傾向和冷裂傾向是不同的，因此對熱輸入的要求也不同。 ? 在焊接碳當量（ Ceq）小于 %熱軋及正火鋼時，如 Q295和Q345，對熱輸入沒有嚴格限制。 ? 焊接碳當量為 %～ %的熱軋及正火鋼時，熱輸入應(yīng)偏大一些比較好。 ? 但最好是采用小熱輸入 +預(yù)熱。恰當控制預(yù)熱溫度，既能避免產(chǎn)生裂紋，又能防止晶粒過熱。 ? 2．預(yù)熱溫度 ? 預(yù)熱的目的是為了防止裂紋，同時還有一定的改善組織和性能的作用。預(yù)熱溫度與鋼材的淬硬性、板厚、拘束度、環(huán)境溫度等因素有關(guān)，工程中必須結(jié)合具體情況經(jīng)試驗后才能確定，推薦的一些預(yù)熱溫度只能作為參考。多層焊時應(yīng)保證道間溫度不低于預(yù)熱溫度，但也要避免道間溫度過高產(chǎn)生的不利影響，如韌性下降等。 ? 常用熱軋及正火鋼推薦的預(yù)熱溫度見表 35 表 35 幾種常用熱軋及正火鋼的預(yù)熱溫度和焊后熱處理參數(shù) 鋼號 預(yù)熱溫度 焊后熱處理規(guī)范 型號 牌號 電弧焊 電渣焊 Q295 09Mn2 09MnNb 09MnV 不預(yù)熱（一般供應(yīng)的板厚 δ ≤16mm ） 不熱處理 Q345 16Mn 14MnNb 100～ 150 （ δ ≥30mm ） 600～ 650℃ 退火 900～ 930℃ 正火 600～ 650℃ 回火 Q390 15MnV 15MnTi 16MnNb 100～ 150 （ δ ≥28mm ） 550℃ 或 650℃ 退火 950～ 980℃ 正火 550℃ 或 650℃ 回火 Q420 15MnVN 14MnVTiRE 100～ 150 （ δ ≥25mm ） 950℃ 正火 650℃ 回火 14MnMoV 18MnMoNb ≥200 600～ 650℃ 退火 950～ 980℃ 正火 600～ 650℃ 回火 ? 3．焊后熱處理 ? 熱軋及正火鋼一般不需要焊后熱處理；但對要求抗應(yīng)力腐蝕的焊接結(jié)構(gòu)、低溫下使用的焊接結(jié)構(gòu)和厚壁高壓容器等，焊后需要進行消除應(yīng)力的高溫回火（ 550～ 650℃ ）。確定回火溫度的原則是： ? 1）不超過母材原來的回火溫度，以免影響母材本身的性能。 ? 2）對有回火脆性的材料，要避開出現(xiàn)回火脆性的溫度區(qū)間。例如，對含 V或 V+Mo的低合金鋼，在回火時要避免在 600℃ 左右的溫度區(qū)間停留較長時間，以防因 V的二次碳化物析出而造成脆化，如Q420（ 15MnVN）的消除應(yīng)力回火的溫度為（ 550〒 25） ℃ 。 ? 另外，對于抗拉強度大于 490MPa的高強度鋼，由于產(chǎn)生延遲裂紋的傾向較大，為了在消除應(yīng)力的同時起到消氫處理的作用，要求焊后立即進行回火處理。如焊后不能及時進行熱處理，應(yīng)立即在 250～ 350℃ 保溫 2～ 6h，以便焊接區(qū)的氫逸出。 ? 能力知識點 4 典型鋼種 Q345的焊接工藝要點 ? 1．焊前準備 ? 氣割或碳弧氣刨下料和加工坡口，切口可直接進行焊接 ? Q345鋼可以順利進行冷彎和機械切割。筒節(jié)冷彎當板厚與直徑之比大于 1/40時，成形后應(yīng)進行600～ 650℃ 的消除應(yīng)力回火，以消除冷作硬化。 ? Q345鋼加熱到 850℃ 以上可以進行各種熱壓成形，經(jīng)熱壓后力學(xué)性能無明顯變化，一般不需再進行熱處理。 Q345鋼也可采用加熱矯正變形。經(jīng)驗表明，火焰矯正的加熱溫度應(yīng)控制在 700～ 800℃ 之間，不宜超過 900℃ 。 ? 2．預(yù)熱 ? Q345鋼的焊接性較好，一般情況下焊接不需預(yù)熱，但當結(jié)構(gòu)剛度較大或在低溫條件下焊接時，應(yīng)進行預(yù)熱，預(yù)熱溫度見表 36 板厚 /mm 預(yù) 熱 溫 度 ＜ 16 不低于 10℃ 不預(yù)熱， 10℃ 以下預(yù)熱 100～ 150℃ 16～ 24 不低于 5℃ 不預(yù)熱， 5℃ 以下預(yù)熱 100～ 150℃ 25～ 40 不低于 0℃ 不預(yù)熱， 0℃ 以下預(yù)熱 100～ 150℃ ＞ 40 均預(yù)熱 100～ 150℃ 表 36 Q345鋼在不同環(huán)境溫度下的預(yù)熱溫度 ? 3．焊條電弧焊工藝 ? 可采用 I形、 V形或 X 形坡口。 ? 一般選用 E50〓〓 型的焊條。 ? 重要結(jié)構(gòu)（如壓力容器）應(yīng)選用堿性焊條（ E5015015）； ? 對厚度小、坡口角度小或強度要求不高的產(chǎn)品也可選用 E43〓〓 型的焊條（ E431 E4315）。 ? 焊條應(yīng)嚴格按要求進行烘干：如堿性焊條必須經(jīng)350～ 400℃ 烘干 2h。焊接參數(shù)見表 37。 表 37 Q345鋼平對接焊條電弧焊工藝參數(shù) 坡口 形式 焊件厚度 或焊腳尺寸/mm 第一層焊縫 其他各層焊縫 封底焊縫 焊條直徑/mm 焊接電流 /A 焊條直徑/mm 焊接電流 /A 焊條直徑/mm 焊接電流 /A I形 2 50～ 60 55～ 60 ～ 4 90～ 120 90～ 120 4～ 5 100～ 130 100～ 130 4 160～ 200 4 160～ 120 V形 5～ 6 100～ 130 100～ 130 4 160～ 210 4 180～ 210 ≥6 100～ 130 4 160～ 210 4 180～ 210 4 160～ 210 5 220～ 280 5 220～ 260 X形 ≥12 4 160～ 210 4 160～ 210 5 220～ 280 ? 5． CO2氣體保護焊的工藝參數(shù) ? CO2氣體保護焊焊絲按表 34選用，目前應(yīng)用較多的是 H08Mn2SiA。 Q345鋼 CO2氣體保護焊工藝參數(shù)見表 39。 表 39 Q345鋼 CO2氣體保護焊的工藝參數(shù) 焊接 焊絲直徑/mm 保護氣體 氣體流量/L?min1 預(yù)熱或道間溫度 /℃ 焊接參數(shù) 焊接電流/A 焊接電壓/V 焊接速度/cm?min1 單焊道 CO2 8～ 15 不預(yù)熱或≤ 100 100～ 150 21～ 24 12～ 18 多焊道 8～ 15 160～ 240 22～ 26 14～ 22 單焊道 CO2 10～ 18 300～ 360 33～ 35 20～ 26 多焊道 10～ 18 280～ 340 30～ 32 18～ 24 綜合知識模塊三 低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接 ?屈服點大于 490MPa的高強鋼必須采用調(diào)質(zhì)處理，通過組織強化獲得很高的綜合力學(xué)性能。 ?低碳調(diào)質(zhì)鋼屬于熱處理強化鋼。 ?這類鋼既有較高的強度，又有良好的塑性和韌性，在工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用日益廣泛。 ?能力知識點 1 低碳調(diào)質(zhì)鋼的成分與性能 ? 為了保證良好的綜合性能和焊接性，低碳調(diào)質(zhì)鋼要求鋼中碳的質(zhì)量分數(shù)不大于 %（實際上一般 wc≤% ），此外添加一些合金元素如 Mn、Cr、 Ni、 Mo、 V、 Nb、 B、 Cu等，目的是為了提高鋼的淬透性和馬氏體的回火穩(wěn)定性。這類鋼由于含碳量低，淬火后得到低碳馬氏體，而且會發(fā)生 “ 自回火 ” ，脆性小，具有良好的焊接性。 ? 部分低碳調(diào)質(zhì)鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能見表 310和 311。（教材 P43和 P44） ? 抗拉強度 600Mpa、 700MPa的低碳調(diào)質(zhì)鋼（ HQ60、HQ70）主要用于工程機械、動力設(shè)備、交通運輸機械和橋梁等，這類鋼可在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接，焊后不再進行調(diào)質(zhì)處理，必要時可進行消除應(yīng)力處理。 ? 抗拉強度 800MPa的低碳調(diào)質(zhì)鋼如 14MnMoNbB、 HQ80和 HQ80C也在工程中獲得廣泛應(yīng)用。 ? 為了改善野外施工焊接條件和提高低溫韌性，開發(fā)了一種含碳極低（ wc≤% ）的調(diào)質(zhì)鋼，即焊接無裂紋鋼（簡稱 CF鋼），焊接時采用超低氫焊接材料，在板厚 50mm以下或在 0℃ 都可焊前不預(yù)熱。 ?能力知識點 2 低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性 ?低碳調(diào)質(zhì)鋼主要是作為高強度的焊接結(jié)構(gòu)用鋼，因此其中碳的質(zhì)量分數(shù)限制得較低，在合金成分的設(shè)計上也考慮了焊接性的要求。低碳調(diào)質(zhì)鋼是熱處理強化鋼，是通過調(diào)質(zhì)處理獲得強化效果的，因此焊接時在熱影響區(qū)內(nèi)除會發(fā)生脆化外還有軟化問題，在選擇焊接材料時應(yīng)著重考慮。 ?一、焊接裂紋 ? 1．焊接熱裂紋 ?低碳調(diào)質(zhì)鋼一般含碳量都較低，而含 Mn量較高，且對 S、 P的限制也較嚴格，因此焊縫金屬的結(jié)晶裂紋傾向較小。但對一些高Ni低 Mn類型的低合金高強鋼來講，由于 Ni的作用會增加結(jié)晶裂紋傾向，但只要選擇合適的焊接材料，提高焊縫金屬的含 Mn量，就可以避免產(chǎn)生這種裂紋。 ? 2．焊接冷裂紋 ? 低碳調(diào)質(zhì)鋼在嚴格控制焊縫擴散氫含量的情況下，對冷裂紋不敏感。 ? 一般焊縫組織為馬氏體或貝氏體。 ? 馬氏體雖然屬于淬火組織，但由于含碳量低，仍保持了較高的韌性； ? 而且這類鋼的 Ms點比較高 （ 400℃ ）， 如果焊接時控制在 Ms點附近的冷卻速度比較低，馬氏體形成后可以進行一次 “ 自回火 ” 過程，使韌性得到改善，因此可以避免產(chǎn)生冷裂紋。 ? 低碳調(diào)質(zhì)鋼對擴散氫比較敏感，如果焊縫中擴散氫含量較多時，冷裂紋敏感性還是相當高的。因此，焊接時必須選用低氫或超低氫焊接材料，并嚴格控制焊接區(qū)氫的來源。 ? 3．消除應(yīng)力裂紋 ? 低碳調(diào)質(zhì)鋼中大都含有 Cr、 Ni、 Mo、 V、 Nb、 B等提高消除應(yīng)力裂紋敏感性的元素，其中影響最大的是 V，其次是 Mo，二者共存時情況更嚴重。一般認為 MoV系的鋼，特別是 CrMoV系的鋼對消除應(yīng)力裂紋最敏感； MoB和 CrMo系的鋼也有一定的敏感性。但不同成分的鋼對該裂紋的敏感溫度范圍有所差別，焊接時可通過一定的工藝措施，如控制預(yù)熱和后熱溫度、降低消除應(yīng)力退火溫度等，來防止消除應(yīng)力裂紋的發(fā)生。 ?二、熱影響區(qū)性能變化 熱影響區(qū)脆化 ? 低碳調(diào)質(zhì)鋼熱影響區(qū)脆化的原因和規(guī)律與熱軋及正火鋼都不同。這類鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后的組織是低碳馬氏體或下貝氏體，都有較高的韌性，因此產(chǎn)生正常的淬火組織不是引起脆化的原因。 ? 典型低碳調(diào)質(zhì)鋼連續(xù)冷卻曲線如圖 32所示，可以看出奧氏體向珠光體的轉(zhuǎn)變大大推遲，當冷卻速度較低時，會形成由鐵素體 F、高碳馬氏體 M和高碳貝氏體 B組成的混合組織，這種混合組織是過熱區(qū)嚴重脆化的主要原因。 圖 32 典型低碳調(diào)質(zhì)鋼連續(xù)冷卻曲線 ? 2．熱影響區(qū)軟化 ? 熱影響區(qū)軟化是指其強度和硬度下降的現(xiàn)象，是焊接調(diào)質(zhì)