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1、 焊接冶金学课程设计25MnSi2Ni2MoAl的焊接性分析学 院： 专业_ 学 号： 指导 前言焊接冶金学课程设计目的：通过对指定材料母材的焊接性分析，选择适宜的焊接材料，分析焊缝化学成分和HAZ组织要求：1. 掌握焊接性理论分析方法2. 掌握SHCCT图的分析方法3. 初步分析材料的焊接工艺特点内容：1. 查阅材料的成分、力学性能与其SHCCT2. 对母材进行焊接性分析3. 选用焊接材料，以熔合比为0.3计算焊缝的化学成分4. 根据SHCCT图分析HAZ的组织5. 初步探讨材料的焊接工艺的特点目录1.25MnSi2Ni2MoAl的化学成分分析4 1.1.25MnSi2Ni2MoAl的化学成
2、分 4 1.2.合金元素的作用5 1.3.25MnSi2Ni2MoAl的力学性能与其应用范围62.25MnSi2Ni2MoAl钢的焊接性分析72.1.碳当量的计算7 2.2.可能存在的焊接性问题7 2.2.1焊缝中的热裂纹7 2.2.2淬硬性和冷裂纹8 2.2.3 热影响区HAZ的脆化8 2.2.4 热影响区HAZ的软化8 2.3 HCCT分析9 2.4焊接工艺措施103.焊接工艺选择10 3.1 焊接方法和焊接材料的选择10 3.2 焊缝的化学成分计算11 3.3 坡口的选择与参数114.参考文献12 25MnSi2Ni2MoAl(HT-150类)【日】钢的焊接性分析1.25MnSi2Ni2
3、MoAl的化学成分分析1.1.25MnSi2Ni2MoAl的化学成分 25MnSi2Ni2MoAl是一种低合金超高强度钢，屈服强度为1226MPa，是由调质结构钢开展起来的，合金元素总含量小于5%,其作用是保证钢的淬透性，提高马氏体的抗回火稳定性和抑制奥氏体晶粒长大，细化钢的显微组织。常用元素有Ni、Cr、Si、Mn、Mo、V等。通常在淬火和低温回火状态下使用，显微组织为回火板条马氏体，具有较高的强度和韧性。如采用等温淬火工艺，可获得下贝氏体组织或下贝氏体与马氏体的混合组织，也可改善韧性。表1-1：25MnSi2Ni2MoAl化学成分【1】 化学成分% C(%) Si%Mn%S%P%Cr%Ni
4、%Mo%Cu%AL%0.251.761.320.0050.0100.101.860.360.110.241.2.合金元素的作用硅Si：在炼钢过程中加硅作为复原剂和脱氧剂，如果钢中含硅量超过0.50-0.60%，硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中参加1.01.2%的硅，强度可提高1520%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。硅量增加，会降低钢的焊接性能。 锰Mn：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂。在碳素钢中参加0.70%以上时就算“锰钢，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的
5、淬性，改善钢的热加工性能，锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。 钼Mo：形成硬度很高的碳化物，在回火时弥散析出，产生二次硬化，同时也能提高红硬性，硬度和耐磨性，提高钢的淬透性。可以阻碍马氏体分解，提高钢的挥霍稳定性。铝Al：铝是钢中常用的脱氧剂。钢中参加少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，如作深冲薄板的08Al钢。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。 1.3.2
6、5MnSi2Ni2MoAl的力学性能与其应用范围表1-2：25MnSi2Ni2MoAl的力学性能【2】机械强度N/mm临界温度临界冷却时间SAc1Ac3MsCzCfCpCe 151012267007903452155测定条件：Tm=1350 原始状态：调质这类钢合金元素含量低，本钱低,生产工艺简单,广泛用于制造飞机大梁、起落架构件、发动机轴、高强度螺栓、固体火箭发动机壳体和化工高压容器等。2.25MnSi2Ni2MoAl钢的焊接性分析2.1.碳当量的计算 由于焊接热影响区的淬硬与冷裂纹倾向与钢种的化学成分有密切关系，因此可以用化学成分间接的评估钢材冷裂纹的敏感性。把钢中的合金元素的含量按相当于
7、假设干碳含量折算并叠加起来，作为粗略评定钢材冷裂纹倾向的参数指标，即所谓碳当量CE或Ceq。 由于各国和各研究单位所采用的试验方式和钢材的合金体系不同，各自建立了一定适用范围的碳当量计算公式，25MnSi2Ni2MoAl(HT-150类)【日】钢应该采用美国焊接学会AWS推荐：CepAWS=C+【3】公式中的元素符号即表示该元素的质量分数。代入计算得到CE0.7908%焊接性的Ce(碳当量)评估:CE0.4%焊接性好；当CE=0.40.6%焊接性稍差，焊前需适当预热；当CE0.6%焊接性较差，属难焊材料，需采用较高的预热温度和严格的工艺方法；2.2.可能存在的焊接性问题2.2.1焊缝中的热裂纹
8、中碳调质钢含碳量与合金元素含量较高，可以根据化学成分对焊接热裂纹敏感性的影响评估热裂纹倾向，采用热裂纹敏感性指数法简称HCS，计算公式为： 【4】 由25MnSi2Ni2MoAl钢各元素的化学成分估算出HCS=6，当HCS4时，一般不产生热裂纹，因此25MnSi2Ni2MoAl钢有一定的热裂纹倾向，焊接时需要选用含碳量低的材料，并严格限制S、P含量。2.2.2淬硬性和冷裂纹钢的淬硬倾向主要取决于化学成分，其中碳元素的影响元素最大，而中碳钢含碳量较高，冷裂倾向较大，可以通过碳当量公式来大致估算钢的冷裂敏感性。通常碳当量越高，淬硬性越大，冷裂敏感性也越大。前面计算得到25MnSi2Ni2MoAl钢
9、的CE=0.7908%，CE0.6%,属于高淬硬倾向的钢，冷裂纹倾向较大，在制定焊接工艺时应重点考虑，选材上严格限制含氢量，烘干除杂，采取焊前预热和焊后与时回火处理的工艺防止冷裂纹。2.2.3 热影响区HAZ的脆化中碳调质钢由于含碳量较高，合金元素多，具有较大淬硬性，马氏体转变温度Ms低，无“自回火过程，因而在焊接热影响区容易产生大量脆硬的马氏体组织，导致热影响区脆化，生成的高碳马氏体越多，脆化越严重。因此在焊接工艺措施上面采用小输入，同时预热，缓冷，后热降低冷却速度，改善热影响区性能。2.2.4 热影响区HAZ的软化焊前为调质状态的钢材焊接时，被加热到该钢调质处理的温度以上时，焊接热影响区将
10、出现强度、硬度都低于母材的软化区，该区可能成为降低焊接接头强度的薄弱区。中碳调质钢热影响区软化最明显部位是温度处于Ac1Ac3之间的区段，由于不完全淬火区的奥氏体成分远未到达平衡浓度，铁素体和碳化物均未充分溶解，冷却时奥氏体易发生分解，造成这个区段组织强度和硬度都降低。因此，在调质状态下焊接时必须考虑HAZ的软化问题。2.3 HCCT分析图2-1：25MnSi2Ni2MoAl的焊接热影响区SHCCT图 【5】从图中可以看出，由上至下依次是铁素体转变区域F，中间组织转变区域Zw ,以与马氏体区域M。不同的冷却曲线经过了不同的区域就会得到不相同的室温组织，图中所标注的Cz ,Cf 分别对应了只有【
11、马氏体】；出现【中间组织+马氏体】；出现【铁素体+中间组织+马氏体】；这三种不同的临界冷却时间他们所对应的横坐标就是临界时间。通过分析这些曲线可以控制冷却速度从而到达改变焊接组织的目的。例如，当我们不想存在奥氏体向铁素体转变的过程，就可以通过调节冷却速度使得临界冷却时间小于Cz就可以到达目的。图2-2 冷却到500的时间以与其硬度的对应关系【6】 最想得到的组织为：马氏体+ 中间组织，即低碳马氏体+下贝氏体，可以通过控制焊接速度和冷却速度来获得所期望的组织为了防止焊接过程中，对母材的强度和塑韧性造成影响，故最想得到的组织：马氏体+中间组织，故控制其冷却曲线处在1-2曲线之间，从A3(或AC3)
12、冷却到500的时间控制在21S-55S之间，所获组织即为低碳马氏体+下贝氏体，可以获得较高的屈服强度，而且还有良好的塑韧性，对焊接有利。2.4焊接工艺措施针对可能产生的焊接问题，采取如下的焊接工艺措施：1. 为防止冷裂纹，焊接前焊条须经250350，焊后须与时进行回火处理，尽量降低焊接接头的含氢量。2. 对于脆化，严格控制热输入，采用较小的热输入，同时采取缓冷和后热等措施。3. 对于软化，应该是采用热量集中，能量密度越大，焊接热输入越小的焊接方法越有利于消除软化。3.焊接工艺选择3.1 焊接方法和焊接材料的选择对于中碳调质钢最好是在退火或正火状态下焊接，焊后再通过整体调质处理获得满足要求的焊接
13、接头，这时在制定焊接工艺主要解决的是裂纹问题，这种状态下，对于选择焊接方法没有限制，包括焊条电弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊，惰性气体保护焊等，这里选用焊条电弧焊。【7】焊材的选用方面，中碳调质钢焊接材料应采用低碳合金系，并且严格限制S、P杂质含量，以确保焊缝金属的韧性、塑性和强度，考虑到焊后工件需要进行热处理，所以选焊条应该按照等成分原那么，即焊条的的化学成分应与母材相近，这里选用牌号为焊条，其化学成分如下：表3-1 HT-3H08CrMoA焊芯焊条化学成分表 【8】牌号化学成分质量分数 %CMnSiCrNiMoCuSPH08CrMoA焊芯0.10.30.20.030.033.2 焊缝的化学成分计
14、算根据公式：W(焊缝金属=D(熔合比*W(母材金属+(1-D*W焊接材料计算焊缝化学成分%如下，熔合比D=0.3【9】表3-1 焊缝的化学成分 化学成分% C(%) Si%Mn%S%P%Cr%Ni%Mo%Cu%0.1450.6330.7730.6760.8860.02250.00510.590.80.7681.361.50.1733.3 坡口的选择与参数3-1手工电弧焊的焊接接头根本型式，尺寸与特点 【10】 板厚为6mm，故可以选用适用厚度为326的Y型坡口，工作厚度为6mm，坡口角度为60，根部间隙为2mm，钝边p为2mm。4.参考文献【1】参考?焊接连续冷却转变图与其应用?表四.超高强度
15、钢25MnSi2Ni2MoAl【2】参考?焊接连续冷却转变图与其应用?25MnSi2Ni2MoAl(HT-150类)【日】【3】参考?焊接冶金学材料焊接性?常用合金结构钢碳当量公式AWS【4】参考?焊接冶金学-材料焊接性?式2-2【5】参考?焊接连续冷却转变图与其应用?图 4-258【6】参考?焊接连续冷却转变图与其应用?图 4-259【7】参考?简明焊工技术手册?s600MPa合金结构钢焊接方法的选用【8】参考?焊接工艺简明手册?表3-1 常用焊丝的牌号与化学成分【9】参考?焊接冶金学-根本原理?式1-11【10】参考?实用焊接手册?表3-1手工电弧焊的焊接接头根本型式，尺寸与特点11 / 11
