過程設(shè)備焊接課件

5過程設(shè)備用金屬材料的焊接5.1金屬材料的焊接性及其評定5.1.1焊接性及其影響因素

(1)焊接性概念亦稱可焊性。是指在一定的焊接工藝條件下,金屬材料可以獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度■工藝可焊性對形成焊接缺陷的敏感程度■使用可焊性接頭在實際操作環(huán)境中安全持久運行的可靠性

(2)焊接性的影響因素2023/9/175過程設(shè)備用金屬材料的焊接2023/8/61

■焊件母材的種類與化學(xué)成分■焊接方法與工藝■焊件的結(jié)構(gòu)■施焊環(huán)境■焊接材料■焊件的使用條件5.1.2工藝焊接性的評定方法

(1)估算法

a.碳當量法把其他合金元素對裂紋的影響折算成相當?shù)奶己?，即用碳當量來估計鋼材的焊接?023/9/17■焊件母材的種類與化學(xué)成分2023/8/62

■當Ce＜0.4％時，良好,δ＜37mm時，焊接時一般不必須熱

■當Ce＝0.4％～0.6％時，焊接性較差鋼材焊接時應(yīng)適當預(yù)熱

■當Ce＞0.6％時，焊接性差，應(yīng)采取較高的預(yù)熱溫度和嚴格的工藝措施b.冷裂紋敏感性指數(shù)法2023/9/17■當Ce＜0.4％時，良好,δ＜37mm時，焊接23

式中,h為板厚,mm,H為焊縫金屬中擴散氫含量，10-2L/kg為防止冷裂紋所需的最低預(yù)熱溫度Tp為Tp

＝1440Pc-392℃(2)焊接性的抗裂性試驗抗裂試驗對研究裂紋產(chǎn)生的機理及影響因素十分重要

我國于1984年頒布了焊接性試驗方法的國家標誰GB4675—1984，其中規(guī)定了5種國際通用的試驗方法。

5.2低、中碳鋼的焊接2023/9/17式中,h為板厚,mm,H為焊縫金屬中擴散氫含245.2.1低碳鋼的焊接

(1)殼體常用鋼號及其焊接性焊制受壓殼體，必須采用含碳量＜0．25％的低碳鋼常用的有Q235—B(C、D)、20R、20g等含碳量低，有良好的塑性，沒有淬硬傾向，焊接性好。一般焊接時不需要采取特殊工藝措施，焊后也不需要進行熱處理，且各種焊接方法都適用。注意：焊接接頭應(yīng)保證等強度焊縫中不應(yīng)有缺陷2023/9/175.2.1低碳鋼的焊接2023/8/65

冬天(0～10℃)焊接12～32mm的鋼板，尤其是用不同類型焊條對不同板厚作手工堆焊或T形角焊時，會產(chǎn)生不同程度的微裂紋

用低氫焊條焊厚度超過32mm的500MPa強度鋼角焊縫時，焊縫中也會產(chǎn)生微裂紋(2)焊接工藝要點a.焊接方法與焊接材料廣泛采用的焊接方法手工電弧焊、埋弧自動焊、C02氣體保護焊和電渣焊焊接材料按等強度原則確定手工電弧焊用焊條一般采用J42級2023/9/17冬天(0～10℃)焊接12～32mm的鋼板，尤其206

二、三類壓力容器承受沖擊載荷的均要求采用堿性低氫型藥皮焊條埋弧自動焊時

焊劑多采用HJ431，焊絲Q235、10鋼等多采用H08A；20R、20g、20鋼多采用H08MnAb.含碳量＞0.24％或大厚件時注意防熱裂紋和冷裂紋c.預(yù)熱及熱處理板厚大或施焊環(huán)境溫度過低時要求進行適當預(yù)熱

在板厚小于100mm時，預(yù)熱溫度一般不大于100℃對于盛裝具有腐蝕介質(zhì)或板厚大于34mm的殼2023/9/17二、三類壓力容器承受沖擊載荷的均要求采2027體要求焊后進行600～650℃的消除應(yīng)力熱處理5.2.2中碳鋼的焊接

含碳量＞0.25～0.6%時為中碳鋼，常用的鋼有35、40、45、Q275等。焊制承壓殼體，我國不允許采用中碳鋼過程設(shè)備中，有些承載運動元件采用中碳鋼,這類零件在加大尺寸或損壞后修復(fù),往往采用焊接.

(1)中碳鋼的焊接性隨著含碳量↓，焊接性↑,當含碳量＜0.30%,且含Mn不高時，焊接性良好(2)中碳鋼的焊接工藝要點a.焊接方法與焊接材料2023/9/17體要求焊后進行600～650℃的消除應(yīng)力熱處理2023/8/8

一般采用手工電弧焊接，并采用強度相當?shù)牡蜌湫秃笚l特殊情況下，可采用Cr、Ni不銹鋼焊條焊接,可不需預(yù)熱。焊條牌號有A102、A107、A302、A307、A402、A407等

b.焊前必須預(yù)熱預(yù)熱溫度隨碳或板厚↑而↑

c.焊后進行消除應(yīng)力熱處理5.3

普通低合金鋼的焊接

在普通低碳鋼基礎(chǔ)上，添加少量合金元素而使強度提高的鋼，稱為普通低合金鋼2023/9/17一般采用手工電弧焊接，并采用強度相當?shù)?02395.3.1普低鋼的分類與強化原理

(1)熱軋鋼■強度級別:σs=300～400MPa

■強化金屬:加入Mn、Si固溶強化,Mn≤1.8%■常用鋼號:16MnR、16Mng、15MnVR

■焊接性：Ce<0.4%時良好,但較低碳鋼差■焊接材料:一般要用堿性焊條,等強度,16MnR用J50×,15MnVR用J55×■焊接要點：板厚δ>16時,預(yù)熱;剛性大時應(yīng)注意防裂;16MnR,δ>30,15MnVR,δ>28時焊后要熱處理

(2)正火鋼2023/9/175.3.1普低鋼的分類與強化原理2023/8/610

■強度級別:σs≥400～500MPa

■強化金屬:在Mn、Si的基礎(chǔ)上加少量的V、Nb、Ti等，起沉淀強化作用■常用鋼號:15MnTi、15MnVNbR、18MnMoNbR■正火作用：使生成的碳化物或氮化物以細小質(zhì)點從固溶體中沉淀析出，彌散分布于晶內(nèi)和晶界,同時細化晶粒,從而有效地提高強度和韌性■焊接性：Ce>0.4～0.6%時較差,冷裂紋、再熱裂紋、淬硬↑

(3)低碳調(diào)質(zhì)鋼

■強度級別:σs≥600～700MPa2023/9/17■強度級別:σs≥400～500MPa20211

■強化途徑:調(diào)質(zhì)熱處理強化,添加少量合金元素通過淬火+回火來提高強度并保證韌性

■常用鋼號:14MnMoV、14MnMoNbB等5.3.2

普低鋼的焊接性

(1)焊縫金屬中的熱裂紋普低鋼由于含碳量低，熱裂傾向均較小，一般不會產(chǎn)生熱裂紋。

當鋼的成分不均，局部C、S、P含量過高，或焊接材料中S、P雜質(zhì)偏高時，焊縫金屬中有可能產(chǎn)生熱裂紋。

(2)粗晶區(qū)脆化是焊接接頭的薄弱區(qū)2023/9/17■強化途徑:調(diào)質(zhì)熱處理強化,添加少量合金2023/12

焊接線能量過大時魏氏體組織等而韌性降低焊接線能量過小，粗晶區(qū)中的馬氏體比例增大也會使韌性降低

(3)冷裂紋主要產(chǎn)生于熱影響區(qū)，在碳當量高和板厚大時，冷裂紋傾向也大。需要采取降低擴散氫含量、預(yù)熱和后熱等措施。(4)再熱裂紋

含Mo、V、Nb、Ti等元素的正火或調(diào)質(zhì)鋼有再熱裂紋傾向。在焊后熱處理時應(yīng)避開在再熱裂紋敏感溫度范圍內(nèi)加熱。2023/9/17焊接線能量過大時魏氏體組織等而韌性降低202313

結(jié)論：■普低鋼品種多、成分和強度差異大，焊接性差別也大■16MnR等，其碳當量＜0.4％，可焊性良好，接近于低碳鋼

■強度較高的正火普低鋼，碳當量＞0.4%～0.6％，焊接性較差，易產(chǎn)生再熱裂紋，焊接時要求在100～200℃下進行預(yù)熱，或進行后熱■低碳調(diào)質(zhì)鋼如14MnMoNbB等，碳當量＞0.6％，焊接性差，主要問題是熱影內(nèi)區(qū)粗晶區(qū)的冷裂紋和韌性下降。2023/9/17結(jié)論：2023/8/6145.3.3普低鋼的焊接要點

■電渣焊，適用于熱軋或正火鋼30mm以上厚板焊接，且焊后必須進行正火處理，以細化晶粒，提高性能

■焊條按等強度原則選擇，多采用堿性低氫焊條減少氫的來源。

■采取適當?shù)暮附右?guī)范以控制焊接冷卻速度■焊前預(yù)熱和好后低溫消氫處理相配合，防止強度級別較高的低合金鋼產(chǎn)生冷裂紋■盡量減小結(jié)構(gòu)的剛性和裝配應(yīng)力■高強度正火鋼，必須進行消除應(yīng)力熱處理2023/9/175.3.3普低鋼的焊接要點2023/8/615

■正火和調(diào)質(zhì)鋼焊接工藝措施不同，前者線能量大，預(yù)熱溫度較高；后者線能量和預(yù)熱溫度均相對較低，且焊后熱處理溫度必須低于調(diào)質(zhì)時的回火溫度5.4低合金珠光體耐熱鋼的焊接5.4.1耐熱鋼的性能要求

熱強性—提高抗蠕變能力→加入Mo、W、V抗氫化性—加入Cr、Si、Al5.4.2珠光體耐熱鋼

Cr-Mo系Cr-Mo-V系Cr-Mo-W-V系

Mo、W、Nb→提高熱強性

Cr→提高抗氫性2023/9/17■正火和調(diào)質(zhì)鋼焊接工藝措施不同，前者線202165.4.3鋼號

見表5-5。其中12CrMoV最為常用5.4.4珠光體耐熱鋼的焊接性

其焊接性類似于低碳調(diào)質(zhì)鋼

(1)淬硬、冷裂↑(2)再熱裂紋↑(∵含V、Cr、Mo)(3)熔合線附近的淬硬、Acl附近的軟化珠光體耐熱鋼焊接接頭的薄弱處多為硬度和強度明顯下降的軟化區(qū)，而不是熱影響區(qū)的熔合線處。軟化區(qū)只能采用正火+回火予以消除。5.4.5焊接工藝要點

■預(yù)熱溫度較高150—400℃的進行，焊后緩2023/9/175.4.3鋼號2023/8/617冷，點焊處亦應(yīng)預(yù)熱150℃以上■焊后進行680～750℃回火熱處理，以消除應(yīng)力、降低淬硬區(qū)硬度■按等成分原則選用焊條,多采用用低氫型焊條。在補焊或焊后不能進行熱處理時，可以選用奧氏體鋼焊條5.6奧氏體不銹鋼的焊接5.6.1不銹鋼的分類與性能

(1)分類■馬氏體不銹鋼顯微組織為馬氏體，主要有1Crl3、2Crl3等2023/9/17冷，點焊處亦應(yīng)預(yù)熱150℃以上2023/8/618

■鐵素體不銹鋼顯微組織為鐵素體，典型鋼號有1Crl7、Cr25等■奧氏體不銹鋼顯微組織為奧氏體。在高鉻不銹鋼中添加8％～25％的Ni形成的具有奧氏體組織的不銹鋼，應(yīng)用廣泛

(2)奧氏體不銹鋼典型鋼號■超低C00Cr19Ni10(304L)C≤0.035%抗晶間腐蝕性↑

■低C0Cr19Ni10(304)C≤0.08%■含Ti,Nb0Cr18Ni10Ti1Cr18Ni9Ti0Cr18Ni10Ni抗晶間腐蝕性↑■含Mo,Cu0Crl8Nil2Mo2Ti0Crl8Nil2Mo2Cu22023/9/17■鐵素體不銹鋼顯微組織為鐵素體，典型2019抗還原性酸腐蝕能力好

(3)主要性能■電阻率高,約為碳鋼的5倍,焊條易發(fā)紅;■導(dǎo)熱系數(shù)小,僅為碳鋼的1/3;■線脹系數(shù)大，比碳鋼大40％以上，焊接時易變形;■無磁,耐蝕,耐熱,耐低溫.5.6.2奧氏體不銹鋼的焊接

(1)焊接性分析■無相變,無冷裂紋,焊接性好■存在晶間腐蝕450～850℃溫度下在腐蝕介質(zhì)中會產(chǎn)生晶間腐蝕.由于晶粒邊界形成貧Cr2023/9/17抗還原性酸腐蝕能力好2023/8/620層造成的■含Ni↑,熱裂紋↑■焊接變形與收縮↑

(2)奧氏體不銹鋼的焊接要點a.防止晶間腐蝕

■防止采用超低C材料,C≤0.035%,含Ni鋼

■減少快冷,電流較低碳鋼小10～20%

■消除不含Ti,Nb固熔處理,1050～1100℃;含Ti,Nb穩(wěn)定化處理,850～950℃2～4hr保溫,使Cr→到晶間

b.防裂紋

■嚴格控制焊接中的S,P,雜質(zhì),減少低熔共

2023/9/17層造成的2023/8/621晶體產(chǎn)生■使焊縫中含有5%左右的鐵素體→打亂結(jié)晶方向,分割雜質(zhì)■采用堿性焊條

c.焊接變形與收縮的控制■管線,細長件,每條環(huán)焊縫應(yīng)留出2～3mm的收縮量

(3)焊接方法與焊材■手工電弧焊氬弧焊埋弧焊■焊條奧氏體鋼焊條A××,如A132等■焊絲與母材同■焊劑非氫化,弱氧化,如HJ152,260等2023/9/17晶體產(chǎn)生2023/8/6225.7異種鋼的焊接

不同類別鋼的焊接,如A+PA+MA+F

同種鋼不同強度等級的焊接,如20R+16MnR5.7.1奧氏體鋼與珠光體鋼的焊接

(1)A+P的焊接

a.焊接特點■焊縫金屬稀釋焊縫金屬中出現(xiàn)脆性的馬氏體組織，有產(chǎn)生裂紋的危險

■存在熔合區(qū)脆性層嚴重降低焊接接頭的韌性和結(jié)構(gòu)可靠性■存在熔合區(qū)擴散層引起應(yīng)變集中，降低接頭的高溫持久強度和塑性2023/9/175.7異種鋼的焊接2023/8/623

■存在熱應(yīng)力和難以消除的殘余應(yīng)力這種殘余應(yīng)力不可能用熱處理方法消除掉

b.焊接工藝要點

■易采用手工電弧焊■易采用A307焊條,以克服珠光體對焊縫的稀釋■應(yīng)提高焊接材料中的Ni含量,以防止熔合區(qū)中碳的擴散

■采用隔離(過渡)層堆焊法在珠光體坡口一面先堆焊一層高合金鋼的奧氏體金屬隔離層。使易出問題的部分焊縫(即在珠光體鋼上)在拘束度極小的情況下完成的2023/9/17■存在熱應(yīng)力和難以消除的殘余應(yīng)力這種224

(2)A+F的焊接(略)(3)A+M的焊接(略)5.7.2不同強度級別珠光體鋼的焊接

主要是防裂,焊接時應(yīng)注意：■焊接材料要按強度低的一方選擇■而焊接工藝措施加預(yù)熱和熱處理等應(yīng)按強度高的一方確定例如Q235-B+16MnR的焊接，應(yīng)按Q235-B選J42×焊條，而預(yù)熱溫度則應(yīng)按16MnR確定5.7.4不銹復(fù)臺鋼板的焊接

復(fù)合鋼板由基層和復(fù)層密切貼合而成基層主要承擔強度和剛度厚度＞6mm2023/9/17(2)A+F的焊接(略)2023/8/625

復(fù)層主要滿足耐蝕性要求厚度2～3mm

(1)不銹復(fù)合鋼板的焊接性基層與復(fù)層區(qū)應(yīng)分別選用各自適用的焊接材料來焊接焊接的關(guān)鍵是要處理好兩層交界部位的焊接解決的辦法:基層與覆層之間設(shè)過渡層焊縫.(2)不銹復(fù)合鋼板焊接工藝要點a.焊接方法與焊接材料選擇■手工電弧焊、埋弧焊、C02氣體保護焊等■過渡層焊材必須選用鉻、鎳含量高于覆層中含量的不銹鋼焊接材料;剛度特別大,可選用純鎳焊條2023/9/17復(fù)層主要滿足耐蝕性要求厚度2～3mm2023/826