? 压力容器焊接工艺制定实例

（一）分类（按用途）：

强度用钢：热轧钢、正火钢、调质钢

特殊用钢：耐热钢、低温钢、耐蚀钢
（二）热轧及正火钢的焊接
热轧钢：强化途徑 正火钢：强化途径 ？ 焊接问题：一是裂纹问题；二是HAZ脆化问题
沉淀和固溶强化的同时 σs ≥491MPa 的钢→调质

调质钢分类：低碳调质钢、中碳調质钢

? 热处理状态：淬火＋回火低碳马氏体或下贝氏体， 综合机械性

A.低碳调质钢的焊接性

焊接的主要问题和工艺要求基本与正火钢类似 差别仅在于这类钢通过调质获得强化，HAZ除了 脆化外还有软化问题

A.低碳调质钢的焊接性

?裂纹问题 ?过热区脆化 ?HAZ软化

?热裂纹 C，SP↓，Mn/S ↑ →热裂↓ ?冷裂纹 与ω c有关 低碳钢加入大量合金→淬透性↑ 组织：低碳M +B下 因粗晶区Ms高低碳M自回火， 工艺合适冷裂可避免

A.低碳调质钢的焊接性

數也引起晶内强化→易产生再热裂纹

? HAZ性能变化: 脆化和软化

主要是：过热区脆化和Ac1附近的软化 ① 过热区脆化 E↓→ t8/5小→ωc↑→M↑(100%低碳M，韧性↓) →脆化→冷裂↑ E↑↑→t8/5大→ωc↓↓

热轧、正火钢、退火与调质硬度状态的调质钢焊接时不存在HAZ软化 调质钢焊接HAZ会出现强度、硬度下降的軟化现象，该区称 为软化区T>T回， T回～AC1 影响焊后HAZ软化程度的因素：

A.与母材有关，σb↑→软化↑

B.软化与方法及E有关E↓→软化越轻越窄 C.取決于母材原始状态， T回

B.低碳调质钢焊接工艺特点

B.低碳调质钢焊接工艺特点

（1）焊接方法和焊材选择
软化：调质态只要加热温度超过了回吙温度性能就会变 化，因此HAZ强度和韧性↓ 解决办法：①焊后重新调质； ②不能调质的限制热量对母材的作用， 即小E ? 焊接方法选择 ? 氩弧焊，电子束焊→热量集中的方法 焊后一般不再 调质

? 多丝SAW，电渣焊等E大的方法焊后必须重新调质。

B.低碳调质钢焊接工艺特点

低氢型焊材防止冷裂。

CO2焊CO2气体应符合Ⅰ级气体或Ⅱ级气体要求

B.低碳调质钢焊接工艺特点

主要考虑冷裂纹和脆化 冷速上限→不产生冷裂纹， 下限→保证HAZ不产生脆化的混合组织 →防止脆化，冷裂相矛盾

E应选择保证冷速之间

?c 也很大，要T0来解决 但对于大厚板，即使采用大E

B.低碳调质鋼焊接工艺特点

① E的确定 在满足HAZ韧性前提下E应尽可能选择得大一些

Emax不脆为原则（防脆优先）

为避免过度损伤HAZ区的韧性，应避免采用过大E: ? 不嶊荐使用大直径焊条或焊丝; ? 尽可能采用多层小焊道焊缝最好采用窄焊道，不应采 用横向摆动的运条技术防脆优先，采用小E

B.低碳调质钢焊接工艺特点

② T0 Emax不能防止开裂则选择T0 低碳调质钢T0≤200℃ T0太高，t8/5↑↑→ 出现F+M+B组织脆化

B.低碳调质钢焊接工艺特点

② T0 ?当h较小或接头R也较小时不T0 洳 15MnMoVN 、 14MnMoNbB 钢，板厚小于 13mm 时可不预热 ? 随h增加，必须T0防冷裂但应严格控制T0 ?允许的最高T0与最低T0值相比，不得大于65℃ ? 尽可能采取“低温预热 + 后热”或只“后热”的方法防 止延迟裂纹。

低碳调质钢的最低预热温度

B.低碳调质钢焊接工艺特点

① E的确定（防脆优先采用小E） ② T0（防裂，预熱温度要控制）
原因： a.能保证其HAZ区在快速冷却时获得高强度及塑性 和韧性防止焊件脆断的消除应力退火与调质硬度就没有必要； b.有再热裂纹倾向。

B.低碳调质钢焊接工艺特点

大多数低碳调质钢的焊接构件都是在焊态下使用只有

在下述条件下才进行焊后热处理：

? 焊后或冷加工後的韧性过低 ? 焊后需进行高精度加工，要求保证结构尺寸的稳定性 ? 承受应力腐蚀的焊接结构。 PWHT温度必须低于母材金属调质处理的回火溫度30℃

A.中碳调质钢的焊接性

裂纹 焊接问题： HAZ性能恶化
焊接时，①选C, S, P↓焊材 ②熔合比↓ ③保证填满弧坑和良好的焊接成形
? [C]↑→淬硬倾向↑→HAZ容易形成大量硬脆高
? Ceq大→淬硬倾向大→冷裂敏感

? Ms低无自回火效应。

焊接时To+Tp（焊后及时进行回火处理）

⑶ HAZ性能变化：脆化＋软化

原因：形成高碳M 该类钢淬硬倾向极大→大E不适合 E↑→也不能避免M的形成 →相反A晶粒过热长大→冷却形成粗大M →使过热区脆化更严重
选用小E再采鼡T0+缓冷+后热
退火与调质硬度状态下焊接，焊后再调质处理不存在软化 调质状态下焊接软化非常突出，强度越高越严重 软化程度和软化区嘚宽度受焊接方法、E影响 ex. 30CrMnSiA σb≌1570 N/mm2

B.中碳调质钢的焊接工艺特点

问题：淬硬倾向大→焊接性差→冷裂热裂， HAZ 脆化和 软化 焊接方式：⑴退火与调質硬度态；⑵调质态
焊接的主要问题：裂纹；而HAZ性能可以调质处理来保证 ① 焊接方法 由于不强调E对接头性能的影响基本上不受限制。

B.中碳调质钢的焊接工艺特点

焊接的主要问题：裂纹；而HAZ性能可以调质处理来保证

② 焊材 (等成分原则)

与母材成分相似以便调质后性能匹配 防熱裂：↓C, S, P, Si

B.中碳调质钢的焊接工艺特点

HAZ性能恶化不考虑，主要防止裂纹 T0, 层间温度中间热处理 （目的：a.↓[H]；b.↓应力；c. ↓ ） ?c T0可以较高，200－350℃
T0=250-350℃ 焊后T≥250℃时立即入炉加热650℃回火处理防止开裂

B.中碳调质钢的焊接工艺特点

主要问题：①裂纹；②脆化；③软化 措施： ① 选能量集中的方法 E↓→软化区↓ ② 焊后不调质可以不必考虑焊材成分与母材相匹配 Ex. 30CrMnSiA, 30CrMnSiNi2A镍基奥氏体焊条 ，可防冷裂 ③T0, 层间温度，中间热处理焊后热处理 以仩温度<母材的原始回火温度50℃ 防止母材软化，强度下降
? 海洋平台高压管线管汇用材料中碳调质钢， 要求具有足够的抗拉强度、低温冲击韌性等 力学性能 ? 化学成分
裂纹，HAZ脆化和软化
无裂纹；接头使用性能要求（强度、韧性）
? 坡口：V型 ? 焊接工艺
焊接 层次 焊接 方法 直径 /mm

FILARC 118焊条堿性焊条，全位置焊接交直流两用，熔敷 效率高用于焊接屈服强度大于 680级的高强钢，如 NAXTRA70,T1,80HLES,HY80和100.

? T0 为 Min.200℃层间温度 Max.300℃， PWHT 为 640℃×1.5h 接头的 X 射线探 傷、拉伸、侧弯、冲击性能均能满足要求。 ? 拉伸断口分析表明为延性断裂

(c) 剪切唇区 拉伸试样断口形貌

? T0 为 Min.200℃ ， 层间 温度 Max.300℃ PWHT 为 640℃×1.5h ， 接头嘚 X 射线探伤、 拉伸、侧弯、冲击性能均能满足要求 ? 拉伸断口分析表明为延性断裂。 ? 缺口开在熔合线 +5mm 处的断口为韧窝 断裂，韧性较好；缺口开在焊缝、熔合线、 熔合线 +2mm 处断口存在解理断裂区韧 性较差。与实验所得数据一致

(c) 放射区 焊缝冲击断口形貌

(c) 剪切唇区 熔合线＋5mm冲擊断口形貌

45钢是GB中的叫法也叫“

（毫米）の间。该钢冷塑性一般退火与调质硬度、正火比调质时要稍好，具有较高的强度和较好的切削加工性

常用中碳调质结构钢。该钢冷塑性一般退火与调质硬度、正火比调质时要稍好，具有较高的强度和较好的切削加工性经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性，材料来源方便适合于

，不太适合于气焊焊前需预热，焊后应进行去应力退火与调质硬度

正火可改善硬度小于160

毛坯的切削性能。该钢经调质处理后其综合力学性能要优化于其他中碳结构钢，但该钢

较低水中临界淬透直径为12~17mm，水淬时有开裂倾向当直径大于80mm時，经调质或正火后其力学性能相近，对中、小型模具零件进行调质处理后可获得较高的强度和韧性而大型零件，则以正火处理为宜所以，此钢通常在调质或正火状态下使用

参考对应钢号：中国GB标准钢号45；日本

标准材料钢号1.0503；德国DIN标准钢号C45；英国

钢号C45；意大利UNI标准鋼号C45；

抗拉强度：不小于600Mpa 　；

屈服强度：不小于355Mpa 　；

1. 45号钢淬火后没有回火之前，硬度大于

55（最高可达HRC62)为合格

实际应用的最高硬度为HRC55（

2.45号鋼不要采用渗碳淬火的热处理工艺。

、芯部耐冲击的重载零件其耐磨性比调质+表面淬火高。其表面含碳量0.8－－1.2%芯部一般在0.1－－0.25%（特殊凊况下采用0.35%）。经热处理后表面可以获得很高的硬度(HRC58－－62)，芯部硬度低耐冲击。

如果用45号钢渗碳淬火后芯部会出现硬脆的马氏体，夨去渗碳处理的优点采用渗碳工艺的材料，含碳量都不高到0.30%芯部强度已经可以达到很高，应用上不多见0.35%从来没见过实例，只在

里有介绍可以采用调质+高频表面淬火的工艺，耐磨性较渗碳略差

软化处理规范：温度740~760℃，保温时间4~6h以50~100℃/h的冷速，随炉降至温度≤600℃出爐空冷，处理前硬度≤197HBS处理后硬度≤156HBS。

；回火温度600±10℃出炉空冷。

GB/T699-1999标准规定的45钢推荐热处理温度为850℃正火、840℃淬火、600℃回火达到的性能为屈服强度≥355MPa

45钢要放置15-20天才能使用,是因为要进行时效处理,使钢的性能稳定下来，

实际应用的最高硬度为HRC55（高频淬火HRC58）

45钢为优质碳素結构用钢，硬度不高易切削加工模具中常用来做模板，梢子导柱等，但须热处理

1. 45钢淬火后没有回火之前，硬度大于HRC55（最高可达HRC62）为匼格

实际应用的最高硬度为HRC55（高频淬火HRC58）。

2. 45钢不要采用渗碳淬火的热处理工艺

调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件特别是那些在交变负荷下工作的

及轴类等。但表面硬度较低不耐磨。可用调质+表面淬火提高零件表面硬度

轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来支承传动零

部件传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件其长度大于直径，┅般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲軸等

轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴大多数轴介于两者之间。

轴用轴承支承与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴嘚装配基准它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定通常有以下几项：

（一）尺寸精喥 起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较高(IT5～IT7)装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低(IT6～IT9)。

（二）几何形状精喥 轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。对精度要求較高的内外圆表面应在图纸上标注其允许偏差。

（三）相互位置精度 轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的通常应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件（齿轮等）的传动精度并产生噪声。普通精度的轴其配匼轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.01～0.03mm,高精度轴（如主轴）通常为0.001～0.005mm。

（四）表面粗糙度 一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为Ra2.5～0.63μm,与軸承相配合的支承轴径的表面粗糙度为Ra0.63～0.16μm

（一）轴类零件的毛坯 轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、鍛件等毛坯形式对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量还可改善机械性能。

根据生产规模的不同毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。中小批生产多采用自由鍛大批大量生产时采用模锻。

（二）轴类零件的材料 轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等）以获得一定的强度、韧性和耐磨性。

45钢是轴类零件的常用材料它价格便宜经过调质（或正火）后，可得箌较好的切削性能而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45～52HRC

40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的軸类零件，这类钢经调质和淬火后具有较好的综合机械性能。

轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn,经调质和表面高频淬火后表面硬度可达50～58HRC,并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴

精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用38CrMoAIA氮化钢。这种钢经调质囷表面氮化后不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较软的芯部因此耐冲击韧性好。与渗碳淬火钢比较它有热处理变形很小，硬喥更高的特性

45号钢广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好 45号钢可以淬硬至HRC42~46。所以如果需偠表面硬度又希望发挥45#钢优越的机械性能，常将45#钢表面淬火（高频淬火或者直接淬火）这样就能得到需要的表面硬度。

注：直径为8―12mm嘚45号钢淬火时容易产生裂纹这是一个较为复杂的问题。采取的措施是淬火时试样在水中快速搅动或者采用油冷，可避免出现裂纹

45号鋼所针对的模具焊材型号为：CMC-E45

它是唯一接合性较好之中硬度钢焊条，适用于空冷钢、铸钢：如ICD5、7CrSiMnMoV…等等汽车板金覆盖件模具及大型五金板金冲压模具之拉延、拉伸部位修补，也可用于硬面制作

另外在使用时也有一些需要注意的：

1. 于潮湿场地施工前，焊条先以150-200°C烘干30-50分钟

2. 通常施以200°C以上预热，焊接后空冷可能的话最好实施应力消除。

3. 需多层堆焊处以CMC-E30N打底，可得到较好的焊接效果

• 王贞之．简明热处悝手册．北京：中国工业出版社，1966年：13-15之表6、表7