第8章 合金結構鋼及鑄鐵的焊接.ppt

1、第八章合金結構鋼和鑄鐵元素的焊接，第八章合金結構鋼和鑄鐵元素的焊接，主要內容介紹合金結構鋼和鑄鐵元素的種類、性能、焊接性及其焊接技術的特點。2020/7/17、第八章合金結構鋼和鑄鐵元素的焊接、第二節(jié)合金結構鋼的焊接、一、合金結構鋼的分類強度用鋼熱軋正火鋼：非熱處理強化鋼，一般以熱軋或正火狀態(tài)供給，主要依靠固溶強化、珍珠巖相對量增加、晶粒細化和沉淀的低碳調質鋼： WC 0 中碳調質鋼： wC0.3、s880MPa。 由于調質處理后具有高強度和硬度，韌性低，因此焊接性差。 2020/7/17，3，3，第八章合金結構鋼和鑄鐵元素的焊接，第一節(jié)合金結構鋼的焊接，二，合金結構鋼的焊接性(一)鋼的成分，

2、組織和性能熱軋正火鋼： WC0.2，合金元素體含量3%，加上基本屬于c的沉淀強化的v、Nb、Ti、Mo等元素體s=294343MPa低碳調質鋼： WC0.22，如果添加提高鋼的淬火性和高碳馬氏體回火穩(wěn)定性的元素體，例如Mn、Cr、Ni、Si、v、Mo、Ti、Nb、b等，則能夠使珍珠巖和貝氏體的轉變延遲，s=490980MPa的高強度鋼、2020/7/17,4、4、4、第八章合金結構鋼及鑄鐵元素的焊接、14MnNbq鋼的CCT圖、HQ70鋼CCT曲線、第一節(jié)合金結構鋼的焊接、中碳調質鋼： WC=0.250.45、并焊用的中碳調質鋼的合金系主要為Cr-Mo系、CrNimo系和Cr-Mo 典型品種：

3、 30CrMnSiA(Cr-Mn-Si系)、35CrMoA及35CrMoVA (Cr-Mo系)和40CrNiMoA(Cr-Ni-Mo系) s880MPa錳具有脫硫作用，能夠提高焊接的耐結晶裂紋性. 為了防止硫磺引起的結晶裂紋，隨著碳含量的增加，Mn/S的比也增加。2020/7/17，6，6，第八章合金結構鋼和鑄鐵元素的焊接，第一節(jié)合金結構鋼的焊接，預防措施冶金措施：調整焊接主要成分，縮小脆性溫度范圍控制硫、磷、碳等有害雜質的含量的一些重要結構是采用堿性電焊條或無損音頻壓縮編碼使晶粒微細化的易熔共晶的“愈合工藝措施：加大預熱焊接線能量改變接頭形式的焊接順序合理，2020/7/17， 第七、七、八

4、章合金結構鋼和鑄鐵元素的焊接，第一節(jié)合金結構鋼的焊接，熱軋正火鋼wC低，一般不產生結晶裂紋的低碳調質鋼wC低，控制了s、p雜質，結晶裂紋的易感性也小，中碳調質鋼wC和合金化元素體的含量都高，引起結晶區(qū)域寬，大的偏析中碳調質鋼的焊接盡可能選擇含有c、s、p雜質少的焊接材料，為避免產生應力集中，在工藝上進行留心定。 2020/7/17，8，8，第八章合金結構鋼和鑄鐵元素的焊接，第一節(jié)合金結構鋼的焊接，2，液化裂紋問題液化裂紋產生的原因母材晶界偏聚的低熔點共晶物，由于焊接熱循環(huán)而熔融，形成液相。 焊接熔池蒸發(fā)制冷后，在低熔點共晶物未完全再凝固之前，接合區(qū)域產生大的應變，在這些個的晶界上產生裂紋。 晶

5、間液層的融點越低，凝固時間越長，液化裂紋的傾向越大。 液化裂紋多發(fā)生在c、s、p雜質高的母材與焊接的熔接邊界。 解決方案：降低s、p、Si、b等的含量。 特羅爾熱輸入和熔池的形狀。、2020/7/17,9、9、9、第8章合金結構鋼和鑄鐵元素的焊接、第1節(jié)合金結構鋼的焊接、3、冷裂紋問題冷裂紋主要發(fā)生在高、中碳鋼、低、中合金高強度鋼的焊接熱影響區(qū)上，但有些超高強度鋼、鈦和鈦合金等冷裂紋原因鋼種的淬火傾向：鋼的淬火傾向大熔接接頭的應力狀態(tài)。 氫的作用：高強度鋼熔接接頭的氫含量越高，冷裂紋的易感性越大。2020/7/17、10、第8章合金結構鋼和鑄鐵元素的焊接、第1節(jié)合金結構鋼的焊接、焊趾裂紋：起源

6、于母材和焊接的邊界，有明顯的應力集中部位(如咬邊部位)。 焊道下裂紋：淬火傾向大，氫含量高的焊接熱影響區(qū)常發(fā)生。 根部裂紋：主要在氫含量高、預熱溫度不足時發(fā)生。2020/7/17、11、第八章合金結構鋼和鑄鐵元素的焊接，第一節(jié)合金結構鋼的焊接、防止措施選擇低氫焊接材料和焊接技術，嚴格控制氫源的低匹配電焊條，采用奧氏體電焊條，添加合適的合金元素體提高焊接塑性的焊接能量，預熱，焊接后熱，焊接后熱處理，2 12、第8章合理選擇合金結構鋼及鑄鐵元素的焊接、第1節(jié)合理選擇合金結構鋼的焊接，熱軋一般淬火傾向小。 強度高的話需要預熱。 正火鋼隨強度的增大，冷裂紋傾向增大。 低碳調質鋼淬火性大，但高碳馬氏體含

7、碳量低，Ms點高。 此時，能夠根據(jù)工藝條件進行“自回火”而得到回火馬氏體，能夠避免發(fā)生冷裂紋。 中碳調質鋼不易產生“自回火”效應，對冷裂紋敏感，焊接時必須預熱，焊接后立即回火。2020/7/17、13、第8章合金結構鋼和鑄鐵元素的焊接、第1節(jié)合金結構鋼的焊接、4、再熱裂紋問題再熱裂紋的主要特征發(fā)生在焊接熱影響區(qū)的粗晶部位，呈晶間裂紋。 在進行應力除去處理之前的焊接部存在大的殘留應力，存在不同程度的應力集中。 產生的再熱裂紋存在最敏感的溫度區(qū)間，該區(qū)間與再熱溫度及再熱時間有關。 含有一定沉淀強化元素體Cr、Mo、v、Nb等的金屬材料有發(fā)生再熱裂紋的易感性。 碳鋼和固溶強化的金屬材料，一般不發(fā)生再

8、熱裂紋。 對策：減小焊接線能量，提高預熱溫度，或焊接后立即發(fā)熱。2020/7/17、14、第8章合金結構鋼及鑄鐵元素的焊接、第1節(jié)合金結構鋼的焊接、5、層狀斷裂問題在鋼板的軋制方向上呈階梯狀，由與軋制方向平行的平臺和與平臺大致垂直的剪切壁構成。 t形接頭、角接頭、十字接頭中常見，一般對接接頭不多見，但焊趾和焊根由于冷裂紋的誘發(fā)也可見層狀裂紋。2020/7/17、15、第8章合金結構鋼和鑄鐵元素的焊接、第1節(jié)合金結構鋼的焊接、影響層狀斷裂的因素非金屬夾雜的種類、數(shù)量和分布形態(tài)是產生層狀斷裂的基本原因。 厚壁結構在焊接過程中受到不同程度的z方向約束應力是導致層狀斷裂的力學條件。 在焊接熱影響區(qū)附近

9、，通過冷裂誘發(fā)層狀斷裂中的氫是重要的影響因素，但是，遠離熱影響區(qū)的母材上發(fā)生的層狀裂紋不會影響焊接中的氫。2020/7/17、16、第8章合金結構鋼和鑄鐵元素的焊接、第1節(jié)合金結構鋼的焊接、2020/7/17、17、第8章合金結構鋼和鑄鐵元素的焊接、c )鋁酸鹽改變第1節(jié)合金結構鋼的熔接接頭形式。 防止冷裂誘發(fā)變成層狀裂斷。2020/7/17、18、第八章合金結構鋼和鑄鐵元素的焊接、第一節(jié)合金結構鋼的焊接、6、熱影響區(qū)脆化熔接部、過熱部和部分相變部(不完全再結晶部)脆化嚴重。(1)熱軋的脆化碳含量低(wC0.2% )的情況：如果采用大熱輸入焊接，則過熱區(qū)域的奧氏體晶粒變得粗大，如果采用在蒸發(fā)制

10、冷時形成粗大的魏氏組織而脆化的小熱輸入，則可減小晶粒的粗化現(xiàn)象，并且在急冷時容易形成韌性好的低碳高碳馬氏體，從而熱影響區(qū)碳含量過高(wC0.2% ) :大的熱量會形成魏氏組織脆化，小的熱量會形成淬火高碳馬氏體從而產生脆化。2020/7/17、19、第8章合金結構鋼和鑄鐵元素的焊接、第1節(jié)合金結構鋼的焊接、(2)正火鋼脆化正火鋼的強化方式為固溶強化沉淀強化。 由于焊接熱循環(huán)，尼亞斯島狹縫部加熱溫度高，母材中的析出相，例如TiC、VC、VN等溶解于奧氏體不銹鋼中，析出相的大頭針硬化晶界作用消失，使奧氏體晶粒顯著粗糙化。 在蒸發(fā)制冷過程中，由于Ti、v的擴散能力低，所以不能在一盞茶析出，在鎳鋅鐵氧體

11、中固溶，鎳鋅鐵氧體硬度上升，韌性降低。 (3)低碳調質鋼脆化蒸發(fā)制冷速度慢時，熱影響區(qū)也因奧氏體晶粒的粗糙化和上貝氏體和M-A構成要素的形成而脆化。 (4)中碳調質鋼脆化過熱區(qū)易形成脆硬的高碳高碳馬氏體，冷速越大脆化越嚴重。 采用預熱、緩冷和適當?shù)臒彷斎?，減少過熱區(qū)的脆化程度。2020/7/17、20、第8章合金結構鋼和鑄鐵元素的焊接、第1節(jié)合金結構鋼的焊接、7、熱影響區(qū)的軟化焊接調質鋼的情況下，在Ac1溫度以下，若熱影響區(qū)的熱溫度峰值超過母材調質處理時的回火溫度，則出現(xiàn)軟化現(xiàn)象，軟化程度的大小與焊接前母材的回火溫度有關。 母材調質時，回火溫度越低軟化區(qū)域越寬，軟化越嚴重。 如果焊接前母材為退

12、火狀態(tài)，則沒有軟化的問題。 熱影響區(qū)的軟化程度也與焊接線能量和預熱溫度有關，熱量輸入越大，預熱溫度越高，軟化程度越大。 低碳調質鋼，采用小的熱量輸入，有利于減輕軟化度和防止脆化。 但是，在中碳調質鋼上，雖然采用小的熱輸入能降低軟化，但也有必要留心過熱區(qū)域的脆化和冷裂紋問題。2020/7/17、21、第8章合金結構鋼和鑄鐵元素的焊接、第1節(jié)合金結構鋼的焊接、(3)高強度鋼的焊接工藝焊接工藝、焊接方法的選擇、焊接材料的選擇、焊接規(guī)范的確定、熱處理工藝的制定、焊接組裝、焊接順序厚的工件、母材合金元素體多的鋼種小、2020/7/17、22、第八章合金結構鋼和鑄鐵元素的焊接、第一節(jié)合金結構鋼的焊接、焊接

13、材料的選擇：強度等級不高時選擇酸性電焊條，選擇高錳過硅無損音頻壓縮編碼強度等級高時選擇低氫型電焊條、硅無損音頻壓縮編碼。 熔接接頭的熱處理：熱軋是在焊接不需要進行焊接后的熱處理的正火鋼之后，立即進行應力除去處理，在必須防止裂紋的電渣焊接頭的焊接和熱影響區(qū)存在嚴重的魏氏組織，通常需要經過正火、回火處理，對含有Mo、v的熔接接頭實施應力除去處理時、2020/7/17、第八章合金結構鋼和鑄鐵元素的焊接、23、第一節(jié)合金結構鋼的焊接、2、低碳調質鋼的焊接工藝焊接方法的選擇：應選擇能量密度高、熱源集中的焊接方法，如鎢極和消耗極氣體保護電弧焊。 在選擇焊道電弧焊和埋弧焊方式時，其焊接線能量必須小。 焊接材

14、料的選擇：焊接性能必須接近母材。 焊道在電弧焊接時請選擇低氫化型焊道，在埋弧焊接時請選擇硅焊道。 熔接接頭熱處理：低碳調質鋼焊接后無需進行熱處理。 對于電渣焊接頭或熱輸入大的埋弧熔接接頭，為了消除應力，改善組織和性能，在焊接后進行調質處理。、2020/7/17、24、第8章合金結構鋼和鑄鐵元素的焊接、第1節(jié)合金結構鋼的焊接、3、中碳調質鋼的焊接工藝焊接方法的選擇：一般在退火狀態(tài)下進行焊接，焊接后整體進行調質處理，常用焊接方法全部在使用的調質狀態(tài)下進行焊接時， 為了減少預熱溫度以及必須正確選擇焊接后的即時回火處理的熱影響區(qū)的軟化，采用熱源集中、能量密度大的焊接熱源，并且優(yōu)選小的熱輸入量，為了防止

15、優(yōu)選采用電弧焊接的冷裂紋，熱輸入不能太大焊接材料的選擇：保證焊接和母材調質處理后的相同性能，嚴格控制焊接中的雜質和有害元素體(如c、Si、s、p等)。 熔接接頭的熱處理：要在退火狀態(tài)下進行焊接，在焊接后整體進行調質處理的調質狀態(tài)下進行焊接，焊接后必須立即進行回火處理。2020/7/17、25、第8章合金結構鋼和鑄鐵元素的焊接、第1節(jié)合金結構鋼的焊接、(4)特殊用鋼的焊接性(自學) 1、珍珠巖耐熱鋼的焊接一般是在正火回火或淬火回火狀態(tài)下焊接，在熱影響區(qū)中出現(xiàn)硬化和軟化現(xiàn)象，引起軟化現(xiàn)象的常用方法是焊道電弧焊在采用電焊條電弧焊時，通常使用鉬和鉻鉬耐熱鋼的電焊條。 埋弧焊中，一般在低錳中硅元素HJ2

16、50或中錳中硅元素HJ350中配合H08CrMoA、H10CrMo、H08CrMoVA等焊接合十禮層。 盡量選擇小的熱輸入和預熱方法。2020/7/17、26、第8章合金結構鋼和鑄鐵元素的焊接、第1節(jié)合金結構鋼的焊接、2、低溫鋼的焊接影響低溫韌性的因素：化學成分、金相組織、晶粒度和熱處理狀態(tài)。 低溫鋼分為無鎳鋼和含鎳鋼兩種。 無鎳鋼的碳當量和雜質含量都很低，熔接接頭一般不會發(fā)生裂紋和硬化現(xiàn)象，但焊接的主要問題是焊接和尼亞斯島縫部的晶粒粗糙化，韌性降低。 焊接材料的選擇原則是在焊接過程中保持一盞茶的Mn和Cu，同時滲透Mo、w、Nb、v、Ti等元素體，使晶粒細微化。 加入Mo后可以控制回火脆化。

17、 選擇小的熱輸入和高速多道焊接工藝，使晶粒細化，提高韌性。2020/7/17、27、第8章合金結構鋼和鑄鐵元素的焊接、第1節(jié)合金結構鋼的焊接、3、耐腐蝕鋼的焊接分類：耐大氣、耐海水、石油化學工業(yè)使用的耐硫和硫化物耐大氣、海水腐蝕用鋼及其焊接性以Cu、p為主，配合Cu和p是提高鋼材的耐瓦斯氣體和海水腐蝕性能的最有效的元素體碳含量低，焊接冷裂紋易感性小。 Cu、p在半熔融區(qū)域的晶界偏析脆化和液化裂紋的傾向有可能增加。 最好選擇熱輸入小的焊接殘奧表。 2020/7/17，28，第八章合金結構鋼和鑄鐵元素的焊接，第一節(jié)合金結構鋼的焊接，在石油化學工業(yè)中用耐硫和硫化物腐蝕鋼及其焊接性WAl0.5%，有石油腐蝕的耐受力，具有良好的焊接性WAl1.0%，腐蝕耐受力更好的wal=。 因此，為了降低焊接中的Al含量，必須選擇非統(tǒng)一律的焊接材料，但此時，接近狹縫區(qū)域發(fā)生嚴重的脆化。 在鄰近狹縫區(qū)生成粗大粒子的鎳鋅鐵氧體帶(也被稱