1.碳的影响

碳对钢焊接性的影响，首先表现在显著地提高了焊缝热影响区的硬度峰值。焊接热影响区的最高维氏硬度与钢中碳含量的关系可以表示为：

HV_max＝937w（C）％＋284（6-12）

在实际的焊接接头中，热影响区的硬度峰值要比按式（6-12）计算的数值低，因为在大多数情况下，近缝区的冷却速度只能促使产生部分的马氏体转变。

其次，碳降低了钢的马氏体转变温度Ms和Mf，如图6-31曲线所示。马氏体转变温度的高低对钢的冷裂倾向产生重要的影响。当碳的质量分数较低时（0.2％以下），钢的马氏体转变点较高，基本上在450℃以上，焊接热循环会对马氏体产生回火效应，而降低了马氏体的硬度。碳含量较高时[w（C）＞0.25％]，则可能形成对冷裂纹敏感的针状马氏体组织。

2.合金元素和伴生元素的影响

在低合金结构钢中，最常见的合金元素有Mn、Si、Cr、Mo、V、Ti、B、Ni等。这些合金元素对焊缝热影响区冷裂纹敏感性的影响程度示于图6-32。

图6-31 钢的碳含量与马氏体转变温度的关系

图6-32 合金元素对热影响区冷裂纹敏感性的影响

由图6-32可见，合金元素Mn的影响最大，其次是Mo、Cr、V等元素。这些合金元素对低合金钢焊接性的综合影响可以用碳当量来表征。目前，在焊接工程界最常用的碳当量计算公式为：

按式（6-13）计算的碳当量与热影响区最高硬度之间存在下列经验关系：

HV＝1200CE－200（6-14）(www.daowen.com)

按现行公认的准则，低合金钢热影响区最高容许硬度为350HV，如果超过此临界值，就可能出现冷裂纹。由此推算出的临界碳当量为0.45％，当钢的碳当量高于此极限值就必须采取相应的焊接工艺措施，防止焊接冷裂纹的形成。

这里应当指出，合金元素对钢焊接性的影响，在很大程度上取决于钢中的碳含量。在w（C）低于0.1％的微合金钢中，合金元素对钢焊接性的影响程度要小得多。在这种情况下，碳当量应按式（6-15）计算：

热影响区最高硬度的计算式为：

HV_max＝1050w（C）＋47w（Si）＋75w（Mn）＋30w（Ni）＋31w（Cr）＋90（6-16）

此外，热影响区的硬度还取决于它的冷却速度，图6-33示出碳当量与冷却时间t_8/5之间的关系。随着碳当量的增高，热影响区最高硬度达到350HV的冷却时间t_8/5成比例延长。换句话说，在较高的碳当量下，即使热影响区的冷却速度较低，t_8/5在20s以上，其最高硬度也可能达到或超过350HV。

由此可见，为改善低合金钢的焊接性，应尽可能地降低钢中的C和Mn、Cr、Mo、V等合金元素，而利用低碳、多组元合金化技术和热处理强化工艺来保证钢材所要求的力学性能。近年来，按上述冶金学原理，成功地开发了低碳、微合金，无焊接裂纹倾向的高强度钢，并在一些重要的焊接结构中得到实际的应用。表6-45列出了现代微合金高强度钢的典型化学成分和力学性能。

图6-33 碳当量与最高硬度达350HV的冷却时间t_8/5之间的关系

表6-45 低碳微合金结构钢的典型化学成分及力学性能

（续）

注：Q1、Q2、Q3钢是淬火＋自回火型钢。