常用金屬材料的焊接PPT課件

1、常用金屬材料的焊接【學(xué)習(xí)目標(biāo)】本單元主要講解常用金屬材料的焊接工藝等基礎(chǔ)知識，要求通過本單元的學(xué)習(xí)，理解碳鋼的焊接特點(diǎn)與焊接工藝；理解合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接特點(diǎn)與焊接工藝；了解不銹鋼和耐熱鋼的焊接特點(diǎn)與焊接工藝；了解鑄鐵的焊接特點(diǎn)與焊接工藝；了解鋁及鋁合金、銅及銅合金的焊接特點(diǎn)與焊接工藝。綜合知識模塊一碳素鋼的焊接碳素鋼是以Fe為基礎(chǔ)，以少量C為合金元素的鐵碳合金，可以簡稱為碳鋼。碳鋼有不同的分類方法，按含C量可分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼；按品質(zhì)分可分為普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼和高級優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼；按用途可分為結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼；根據(jù)某些行業(yè)特殊要求及用途，有一些專業(yè)用鋼，比如：壓力容器用碳鋼、鍋爐用碳鋼

2、、船用碳素結(jié)構(gòu)。碳鋼的焊接性主要取決于碳含量。隨著碳含量的增加，焊接性逐漸變差。碳鋼中的Mn和Si對焊接性也有影響，隨著它們含量的增加，焊接性變差，但不及碳作用強(qiáng)烈。把鋼中合金元素的含量按其作用換算成碳的相當(dāng)含量，就叫做碳當(dāng)量。它可作為評定鋼材焊接性的一種參考指標(biāo)。 這樣，就可以把C、Mn和Si對焊接性的影響匯合成一個適用于碳素鋼的碳當(dāng)量 Ceq經(jīng)驗(yàn)公式：Ceq值增加，產(chǎn)生冷裂紋的敏感性增大，焊接性變差。通常，當(dāng)Ceq值小于0.4%時，鋼材的淬硬傾向不大，焊接性良好，不需預(yù)熱。Ceq值在0.4%0.6%之間時，鋼材的淬硬傾向大，冷裂紋的敏感性將增大，焊接性一般，焊接時需要采取一些工藝措施，如預(yù)

3、熱等。Ceq值大于0.6%時，焊接性變得很差。碳鋼中的雜質(zhì)(如S、P、N)和一些微量元素(如Cr、Mo、V、Cu)等對焊接接頭的裂紋敏感性和力學(xué)性能都有重大影響。實(shí)際上，焊接性的好壞不只取決于合金元素的含量，還取決于焊接接頭冷卻速度。尤其中、高碳鋼在某種焊接熱循環(huán)的作用下，冷卻速度較快，碳鋼可能在焊縫和熱影響區(qū)中形成馬氏體組織，馬氏體量越多，硬度越高，焊接性越差，產(chǎn)生裂紋傾向越大，因此，焊接時控制冷卻速度也成為至關(guān)重要的問題。采用預(yù)熱、控制層間溫度和后熱，或使用大焊接熱輸入，都能降低焊接接頭冷卻速度，從而控制組織和硬度，減小冷裂紋的可能性。金屬熔焊基礎(chǔ)與材料焊接第五單元常用金屬材料的焊接除上述

4、影響碳鋼焊接性的諸多因素以外，母材焊前熱處理狀態(tài)對焊接性影響也是碳鋼焊接時不容忽視的問題。低碳鋼的焊接1.低碳鋼的焊接特點(diǎn)低碳鋼碳含量較低，Mn、Si含量又少，所以，通常情況下不會因焊接而引起嚴(yán)重硬化組織或淬火組織。這種鋼材的塑性和沖擊韌度優(yōu)良，焊成的接頭塑性和沖擊韌度也很好，焊接時，一般不需預(yù)熱、控制層間溫度和后熱，焊后也不必采用熱處理改善組織?？梢哉f，整個焊接過程中不需要特殊的工藝措施，其焊接性優(yōu)良。但在少數(shù)情況下，低碳鋼的焊接性也會不好，焊接時出現(xiàn)困難，例如：低碳鋼母材成分不合格，S 、P、O等雜質(zhì)含量過高，焊接方法選擇不當(dāng)?shù)取？傊吞间撌亲钊菀缀附拥匿摲N，但有時也會出現(xiàn)某種問題。許多

5、焊接方法都適用于低碳鋼焊接，并能獲得良好的焊接接頭。目前，焊條電弧焊、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊、氬弧焊、埋弧焊、電渣焊、氣焊、電阻焊等都是焊接低碳鋼的成熟焊接方法。2.焊接方法和焊接材料的選擇(1)焊條電弧焊焊接低碳鋼時大多采用焊條電弧焊，低碳鋼選用焊條的主要原則是等強(qiáng)度原則，大多使用E43系列的焊條，因?yàn)榈吞间撏ǔ５目估瓘?qiáng)度平均值為417.5MPa，而E43系列焊條熔敷金屬的抗拉強(qiáng)度不小于420MPa，在力學(xué)性能上正好與之匹配。這一系列焊條有多種型號，商品牌號更多，可根據(jù)具體母材、受載情況等加以選用，比較重要的結(jié)構(gòu)或受載情況復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，盡量選用低氫型焊條，表5-1為幾種情況的舉例。其他鋼材選用焊條

6、請參照J(rèn)B/T 47092007等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)。(2)二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊近年來，二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊用來焊接低碳鋼也很普遍。二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊用焊絲可分為實(shí)心焊絲和藥芯焊絲兩大類，低碳鋼選用焊絲的主要原則也是等強(qiáng)度原則，舉例見表5-1。其他請參照GB/T 81101995氣體保護(hù)焊用碳鋼、低合金鋼焊絲等國家標(biāo)準(zhǔn)。焊接用的CO2氣體純度應(yīng)不低于99.5。(3)埋弧焊低碳鋼的焊接采用埋弧焊的也很多，尤其是中、厚度鋼板。低碳鋼埋弧焊一般選用實(shí)芯焊絲H08A或H08MnA等，它們與高錳高硅低氟熔煉焊劑HJ430、HJ431或HJ433配合，應(yīng)用甚廣。燒結(jié)焊劑應(yīng)用也日益廣泛，有的燒結(jié)焊劑附加鐵粉，可

7、以在襯墊上單面焊雙面成形，焊縫美觀，效率甚高。幾種低碳鋼埋弧焊常用焊接材料的選用舉例，見表5-1。(4)手工TIG焊在比較重要的結(jié)構(gòu)中，低碳鋼管對焊時，一般要求焊接接頭必須是全焊透結(jié)構(gòu)。許多工廠采用手工TIG焊封底，焊條電弧焊填充和蓋面的方法或全部采用手工TIG焊焊接。低碳鋼TIG焊用焊絲盡量選用專用焊絲以減少化學(xué)成分的變化，保證焊縫一定的力學(xué)性能，20、20g、20R這類鋼一般采用H08Mn2SiA就可以了，焊接時所用Ar氣體純度應(yīng)不低于99.99。低碳鋼焊接可采用的焊接方法還有很多,比如窄間隙埋弧焊、氣焊、電渣焊等。在鍋爐和壓力容器制造中，還有不少其他焊接技術(shù)以及它們各種組合形式，這主要根

8、據(jù)具體條件和工藝要求來選擇。要求來選擇。3.焊接工藝要點(diǎn)(1)焊前準(zhǔn)備焊前準(zhǔn)備包括以下方面：1)坡口的制備。坡口的制備宜采用冷加工方法，也可采用熱加工方法，焊接坡口應(yīng)保持平整，不得有裂紋、分層、夾渣等缺陷，尺寸應(yīng)符合圖樣或焊接工藝的規(guī)定。坡口表面及兩側(cè)(焊條電弧焊10mm,埋弧焊20mm)應(yīng)將水、鐵銹、油污、熔渣及其他有害雜質(zhì)清理干凈。2)焊條、焊劑按規(guī)定進(jìn)行烘干、保溫。焊絲需去除油、銹等雜質(zhì)。3)預(yù)熱。低碳鋼焊接一般不需要采用特殊的工藝措施,但若在寒冷冬季施焊時，焊接接頭冷卻速度快，裂紋傾向增大，特別是焊接厚度大的剛性結(jié)構(gòu)時更是如此，為避免裂紋的產(chǎn)生，可采取焊前預(yù)熱、焊接時保持層間溫度和后熱

9、等工藝措施。預(yù)熱溫度可根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)具體確定，不同產(chǎn)品的預(yù)熱溫度不盡相同，見表5-2和表5-3。4)定位焊。所謂定位焊就是為組裝和固定焊件上各零件的位置而進(jìn)行的焊接，所形成的焊縫叫定位焊縫。定位焊須采用與所焊焊縫相同的焊接材料，按相同的焊接工藝施焊，定位焊縫不得有裂紋，否則必須清除重焊。熔入永久焊縫內(nèi)的定位焊縫兩端應(yīng)便于接弧，如存在氣孔、夾渣時應(yīng)去除。(2)焊接要求焊接要求如下：1)焊工必須按圖紙、工藝文件、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求施焊。2)應(yīng)在引弧板或坡口內(nèi)引弧，禁止在非焊接部位引弧。熄弧時，弧坑要填滿。3)施焊過程中應(yīng)控制層間溫度不超過規(guī)定的范圍，當(dāng)焊件預(yù)熱時應(yīng)控制層間溫度不低于預(yù)熱溫度。4

10、)每條焊縫應(yīng)盡可能一次焊完，盡量避免中斷。5)焊縫表面的形狀尺寸及外觀要求應(yīng)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。6)焊縫表面不得有裂紋、氣孔、弧坑和肉眼可見的夾渣等缺陷，焊縫上的熔渣和兩側(cè)的飛濺物必須清除。焊縫與母材應(yīng)圓滑過渡。焊縫表面咬邊缺陷應(yīng)不超出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。中碳鋼的焊接1.中碳鋼的焊接特點(diǎn)中碳鋼的含C量在0.30%0.60之間。當(dāng)wC接近.30而wMn不高時，焊接性良好。隨著wC的增加，焊接性逐漸變差。如果wC為0.50左右而仍按焊接低碳鋼常用的工藝施焊時，熱影響區(qū)可能產(chǎn)生脆硬的馬氏體組織，易開裂。當(dāng)焊接材料和焊接過程控制不好時，甚至焊wC縫也會如此。焊接時，相當(dāng)數(shù)量的母材會熔化進(jìn)入焊縫使其雜質(zhì)含量

11、增高，容易產(chǎn)生焊縫熱裂紋。特別是雜質(zhì)S控制不嚴(yán)時，更易顯示出來。這種熱裂紋在弧坑處更為敏感。此外，由于wC增高，氣孔敏感性也增大。 中碳鋼既可以用作強(qiáng)度較高的結(jié)構(gòu)件，也可以用作機(jī)械部件和工具。用作機(jī)械部件和工具時，又常用其堅(jiān)硬耐磨而非高強(qiáng)度。無論是高強(qiáng)度還是耐磨，常常通過熱處理來達(dá)到所希望的性能。如果對已經(jīng)熱處理的部件進(jìn)行焊接，則必須采取措施防止裂紋產(chǎn)生。不過，還需強(qiáng)調(diào)的是，焊接的熱量會使熱影響區(qū)軟化，為了恢復(fù)熱影響區(qū)性能，焊件需要再進(jìn)行熱處理。2.焊接方法和焊接材料的選擇(1)焊條電弧焊中碳鋼焊接性較差，大多用于制造機(jī)械零件，所以焊接中碳鋼最常用的焊接方法主要是焊條電弧焊。要求焊縫金屬與母材

12、等強(qiáng)度時，應(yīng)選用級別相當(dāng)?shù)暮笚l；在不要求等強(qiáng)度時，可選用強(qiáng)度級別低于母材的焊條。低氫型焊條有一定脫硫能力，熔敷金屬塑性和韌性良好，擴(kuò)散氫量又少，無論對熱裂紋或氫致冷裂紋來說，抗裂性都較高，因此應(yīng)盡量選用。在個別情況下，也可采用鈦鐵礦型或鈦鈣型焊條，但一定要有嚴(yán)格的工藝措施配合，例如認(rèn)真控制預(yù)熱溫度和盡量減少母材熔深(減少焊縫wC)，方能有滿意結(jié)果。特殊情況下，亦可采用鉻鎳奧氏體不銹鋼焊條焊接，這時不需預(yù)熱，而焊縫金屬塑性良好，可以減少焊接接頭的應(yīng)力，避免熱影響區(qū)冷裂紋產(chǎn)生。中碳鋼焊條舉例如表5-4所示。(2)其他焊接方法中碳鋼的焊接有時也可以采用其他的焊接方法，這主要根據(jù)設(shè)計(jì)要求和具體情況而定

13、，比如二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊等。選用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊時，30、35號鋼焊絲一般選用H08Mn2SiA、H04Mn2SiTiA和H04MnSiAlTiA。3.焊接工藝要點(diǎn)(1)焊前準(zhǔn)備焊前應(yīng)做如下方面準(zhǔn)備工作：1)焊條在使用前應(yīng)按規(guī)定溫度進(jìn)行烘干、保溫。2)補(bǔ)焊前待焊處的缺陷徹底清除掉，認(rèn)真清理待焊部位工件表面，去除鐵銹、油污、水分等雜質(zhì)。需要定位焊時焊縫不宜過小。3)預(yù)熱，控制層間溫度。大多數(shù)情況下，中碳鋼焊接需要預(yù)熱,焊接時控制層間溫度，層間溫度一般不能低于預(yù)熱溫度，以降低焊縫和熱影響區(qū)冷卻速度，從而防止產(chǎn)生馬氏體，提高焊接接頭的塑性，減小殘余應(yīng)力。預(yù)熱溫度取決于碳當(dāng)量、母材厚度、結(jié)構(gòu)剛性、焊

14、條類型和工藝方法。一般來說，隨著碳當(dāng)量增高，接頭厚度增大或電弧中氫含量增高，預(yù)熱溫度增高。通常，35號鋼和45號鋼預(yù)熱溫度可為150250，wC再高，或厚度大，或剛性大預(yù)熱溫度可在250400。如果采用局部預(yù)熱，坡口兩側(cè)的加熱范圍為150200mm。(2)焊接要求焊接中碳鋼時，盡量采用窄焊道，短弧焊操作方法。如果是多層焊，前幾層焊縫應(yīng)采用小直徑焊條，小焊接電流，以減少母材的熔深，但要熔透。中間層可用較高的線能量來完成。最后一道或幾道蓋面焊縫盡可能全部熔敷在前一層已熔敷的焊縫金屬上，這種做法對原熔敷焊道的熱影響區(qū)，特別是處在母材中的熱影響區(qū)起到回火作用，降低該區(qū)的硬度和脆性，防止焊后熱處理前產(chǎn)生

15、裂紋。(3)焊后熱處理焊后最好立即做消除應(yīng)力熱處理，特別是大厚度工件、大剛性結(jié)構(gòu)件和苛刻的工況條件下(例如動載荷或沖擊載荷)工作的工件更應(yīng)如此。消除應(yīng)力熱處理溫度一般為600650。如果不可能立即消除應(yīng)力，也應(yīng)當(dāng)后熱，以便擴(kuò)散氫逸出。后熱溫度不一定與預(yù)熱溫度相同，視具體情況而定。后熱保溫時間大約每10mm厚度為1小時左右。高碳鋼的焊接1.高碳鋼的焊接特點(diǎn)高碳鋼wC大于0.6，除了高碳結(jié)構(gòu)鋼外，還包括高碳碳素鋼鑄件和碳素工具鋼等。高碳鋼的wC比中碳鋼更高，更容易產(chǎn)生硬脆的高碳馬氏體，所以淬硬傾向和裂紋敏感傾向更大，從而焊接性更差。這類鋼實(shí)際上不用于制造焊接結(jié)構(gòu)，而用于高硬度或耐磨部件、零件和工具

16、以及某些鑄件，亦稱為工具鋼和鑄鋼，所以它們的焊接也大多數(shù)為焊接修復(fù)。為了獲得高硬度或高耐磨性，高碳鋼零件一般都經(jīng)過熱處理，常為淬火+回火，因此，焊接前進(jìn)行退火，可以減少裂紋傾向，焊后再進(jìn)行熱處理，以達(dá)到高硬度和高耐磨性要求。2.焊接方法和焊接材料的選擇由于高碳鋼焊接性差，大多應(yīng)用于硬度大或耐磨部件、零件和工具，所以焊接高碳鋼最常用的焊接方法主要是焊條電弧焊。焊接材料通常根據(jù)鋼的含碳量、工件設(shè)計(jì)和使用條件等，選用合適的填充金屬。焊縫要與母材性能完全相同比較困難，這類鋼的抗拉強(qiáng)度大多在675MPa以上，選用的焊接材料視產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求而定，要求強(qiáng)度高時，一般用E7015-D2(J707)或E6015-

17、D2(J607)，要求強(qiáng)度不高時，可用E5016(J506)或E5015(J507)等焊條，或者分別選用與以上強(qiáng)度等級相當(dāng)?shù)牡秃辖痄摵笚l或填充金屬，所有焊接材料都應(yīng)當(dāng)是低氫型的。必要時也可以用鉻鎳奧氏體不銹鋼焊條焊接，焊條牌號與中碳鋼用焊條相同，例如E308-16(A102)、E308-15(A107)、E309-16(A302)、EE309-15(A307)等，這時可以不預(yù)熱，當(dāng)材料剛度較大時，焊接前適當(dāng)預(yù)熱。3.焊接工藝要點(diǎn)(1)焊前準(zhǔn)備高碳鋼焊接前應(yīng)做如下準(zhǔn)備工作：1)高碳鋼應(yīng)先行退火，然后焊接。2)采用結(jié)構(gòu)鋼焊條焊接時，焊前必須預(yù)熱，預(yù)熱溫度一般在250350以上。焊接過程中還需要保持

18、與預(yù)熱一樣的層間溫度。3)焊前注意按規(guī)定烘干焊條，并放在保溫箱或保溫筒內(nèi)，以防焊條吸潮。 4)焊前注意工件表面的清理，不得有水分、油污、鐵銹等雜質(zhì)。(2)焊接要求焊接過程中應(yīng)采取如下措施：1)采取與中碳鋼相同的工藝措施，盡量減小熔合比，小電流，快速焊，焊接過程中應(yīng)量連續(xù)施焊不間斷。2)采用預(yù)堆法，先在坡口上堆焊，然后再進(jìn)行焊接。3)焊件剛度、厚度較大時，應(yīng)采取減少內(nèi)應(yīng)力的措施，例如合理排列焊道、分段倒退焊法、焊后錘擊焊道等。(3)焊后熱處理焊后工件應(yīng)立即送入爐中，在650保溫，進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理。常用碳鋼的典型焊接實(shí)例1.低碳鋼的典型焊接實(shí)例(1)焊條電弧焊焊接低碳鋼實(shí)例某一化工機(jī)械制造企業(yè)，

19、制造的二氧化硫產(chǎn)品冷凝器，所用材質(zhì)是20R,板厚是8mm,筒體的縱焊縫是對接接頭,開V形坡口，采用焊條電弧焊，焊接工藝見表5-5。(2)手工TIG焊封底，焊條電弧焊填充和蓋面焊接低碳鋼實(shí)例上述的同一設(shè)備，筒體的合攏口焊縫，由于筒體的直徑只有?616mm,接頭要求全焊透結(jié)構(gòu)，工廠采用了TIG焊封底，焊條電弧焊填充、蓋面的工藝，焊接工藝見表5-6。(3)二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊焊接低碳鋼實(shí)例有一水輪機(jī)支持蓋，材質(zhì)為Q235鋼，采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊。焊絲為ER49-1(H08Mn2SiA),?1.6，焊接工藝見表5-7。2.中碳鋼的典型焊接實(shí)例(1)焊條電弧焊焊接中碳鋼的焊接實(shí)例某船廠35號鋼軸與法蘭的

20、焊接，焊接工藝見表5-8。(2)焊條電弧焊修復(fù)中碳鋼機(jī)械零件實(shí)例某廠空氣錘錘桿(直徑280mm)使用中發(fā)現(xiàn)裂紋，采用焊條電弧焊進(jìn)行修復(fù)。首先，在裂紋處開U形坡口，把裂紋徹底清理干凈，對工件待焊部位進(jìn)行局部預(yù)熱至150，用?3.2mm的J507焊條補(bǔ)焊，焊接電流為100120A。為防止變形，采用對稱交替焊。焊后立即用火焰進(jìn)行局部回火，把焊縫及近縫區(qū)加熱到暗紅色，然后在空氣中冷卻。焊接完成后，經(jīng)過一段時間的使用，效果很好。綜合知識模塊二低合金鋼的焊接 低合金鋼是在碳素鋼中添加總質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過5%的各種合金元素，以提高鋼的強(qiáng)度、塑性、韌性、耐蝕性、耐熱性或其他特殊性能的鋼材。這些鋼種已廣泛地用于船舶

21、、橋梁、鍋爐、壓力容器、管道、常規(guī)和核能動力設(shè)備、各種車輛、重型機(jī)械、海洋和建筑中，目前已成為大型焊接結(jié)構(gòu)中最主要的結(jié)構(gòu)材料。對焊接生產(chǎn)中常用的一些低合金鋼來說，綜合考慮了它們的性能和用途后，大致可分為兩大類:一類是高強(qiáng)度鋼，它主要應(yīng)用在一些要求常規(guī)條件下能承受靜載和動載的機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)；另一類是專用鋼，它主要用于一些特殊條件下工作的機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)。高強(qiáng)度鋼包括的范圍很廣，凡是屈服點(diǎn)s295MPa、抗拉強(qiáng)度b395MPa的鋼，均稱為高強(qiáng)度鋼。這類鋼中根據(jù)屈服點(diǎn)級別及熱處理狀態(tài)，一般又可分為三種類型：熱軋及正火鋼、低碳低合金調(diào)質(zhì)鋼和中碳調(diào)質(zhì)鋼。熱軋及正火鋼的焊接1.熱軋及正火鋼的焊接特點(diǎn)

22、以熱軋或正火狀態(tài)供貨和使用的鋼稱為熱軋及正火鋼，包括熱軋鋼和正火鋼。這類鋼s295490MPa，主要包括GB/T15912008低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼中的Q295Q460鋼。屈服強(qiáng)度為295390MPa的低合金鋼大多屬于熱軋鋼，是靠合金元素錳的固溶強(qiáng)化作用獲得的高強(qiáng)度，其中Q345是國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的高強(qiáng)度鋼。Q345又可分為AE五個質(zhì)量等級，其中Q345A相當(dāng)于舊牌號的16Mn，Q345C相當(dāng)于鍋爐壓力容器用鋼中的16Mng和16MnR。 屈服強(qiáng)度大于390MPa的低合金鋼一般需要在正火或正火加回火狀態(tài)下使用，如Q420等。正火處理后形成的碳、氮化合物以細(xì)小質(zhì)點(diǎn)形式從固溶體中沉淀析出，在提高鋼材強(qiáng)

23、度的同時，保證具有一熱軋及正火鋼含有一定量的合金元素及微量合金化元素，其焊接性與碳鋼的差別主要是焊接熱影響區(qū)組織與性能的變化對焊接熱輸入較敏感，熱影響區(qū)淬硬傾向增大，對氫致裂紋敏感性較大，含有碳、氮化合物形成元素的熱軋及正火鋼還存在再熱裂紋的危險等。但總體來看焊接性還是比較好的，只有在掌握各種不同熱軋及正火鋼焊接性特點(diǎn)和規(guī)律的基礎(chǔ)上，才能制訂正確的焊接工藝，保證焊接質(zhì)量。(1)焊接熱影響區(qū)組織與性能變化依據(jù)焊接熱影響區(qū)被加熱的峰值溫度不同，焊接熱影響區(qū)可分為熔合區(qū)、粗晶區(qū)、細(xì)晶區(qū)、不完全相變區(qū)及回火區(qū)。不同部位熱影響區(qū)組織與性能取決于鋼的化學(xué)成分和焊接時加熱和冷卻的速度。如果焊接冷卻速度控制不

24、當(dāng)，焊接熱影響區(qū)局部區(qū)域?qū)a(chǎn)生淬硬或脆性組織，導(dǎo)致抗裂性或韌性降低。粗晶區(qū)和不完全相變區(qū)是焊接接頭的兩個薄弱區(qū)。熱軋鋼焊接時，如果焊接熱輸入過大，粗晶區(qū)將因晶粒嚴(yán)重長大或出現(xiàn)魏氏體組織等而降低韌性；如果焊接熱輸入過小，由于粗晶區(qū)組織中馬氏體比例增大而降低韌性。正火鋼焊接時，粗晶區(qū)組織性能受焊接熱輸入的影響更為顯著，如果熱輸入較大，粗晶區(qū)將產(chǎn)生粗大的粒狀貝氏體、上貝氏體組織而導(dǎo)致粗晶區(qū)韌性的顯著降低。焊接熱影響區(qū)的不完全相變區(qū)在焊接加熱時組織脆化，防止不完全相變區(qū)組織脆化的措施是控制焊接冷卻速度，避免脆硬的馬氏體產(chǎn)生。(2)熱應(yīng)變脆化熱應(yīng)變脆化是焊接過程中在熱和應(yīng)變的同時作用下產(chǎn)生的一種應(yīng)變時效

25、，它是由固溶的氮所引起的，一般認(rèn)為在200400時最為明顯，大多發(fā)生在固溶含氮的低碳鋼和強(qiáng)度較低的低合金鋼中。消除熱應(yīng)變脆化的有效措施是進(jìn)行焊后熱處理，經(jīng)600左右的消除應(yīng)力退火后，材料的韌性可恢復(fù)到原有水平。比如Q345和Q420(15MnVN)焊后都有一定的熱應(yīng)變脆化傾向，經(jīng)6001h退火處理后，韌性基本恢復(fù)正常。(3)焊接裂紋1)焊接氫致裂紋：焊接氫致裂紋通常稱為焊接冷裂紋或延遲裂紋，是危害最為嚴(yán)重的工藝缺陷，它常常是焊接結(jié)構(gòu)失效破壞的主要原因。熱軋及正火鋼焊接時產(chǎn)生的氫致裂紋主要發(fā)生在焊接熱影響區(qū)，有時也出現(xiàn)在焊縫金屬中。生成焊接冷裂紋的三個要素中與材料有關(guān)的是淬硬組織。熱軋及正火鋼中

26、由于加入了一定的合金元素，淬硬傾向比低碳鋼要稍大些，如Q345鋼、Q390鋼焊接時，快速冷卻可能出現(xiàn)淬硬的馬氏體組織，冷裂傾向增大。但由于熱軋鋼的碳當(dāng)量比較低，通常冷裂傾向不大，但在環(huán)境溫度很低或鋼板厚度大時應(yīng)采取工藝措施防止焊接冷裂紋的產(chǎn)生。正火鋼合金元素含量較高，焊接熱影響區(qū)紋的產(chǎn)生。正火鋼合金元素含量較高，焊接熱影響區(qū)的淬硬傾向有所增加。對強(qiáng)度級別及碳當(dāng)量較低的正火鋼，冷裂傾向不大，但隨著強(qiáng)度級別及板厚的增加，其淬硬性及冷裂傾向都隨之增大，需要采取控制焊接熱輸入、降低含氫量、預(yù)熱和及時后熱等措施，以防止冷裂紋的產(chǎn)生。2)焊接熱裂紋：與碳素鋼相比，熱軋及正火鋼的wC、wS較低，且wMn較高

27、，其熱裂紋傾向較小。但有時也會在焊縫中出現(xiàn)熱裂紋，如厚壁壓力容器焊接生產(chǎn)中，在多層多道埋弧焊焊縫的根部、焊道或靠近坡口邊緣的高稀釋率焊道中易出現(xiàn)焊縫金屬熱裂紋。 采用Mn、Si含量較高的焊接材料，減小焊接熱輸入，減少母材在焊縫中的熔合比，增大焊縫成形系數(shù)(即焊縫寬度與高度之比)，有利于防止焊縫金屬的熱裂紋。4)層狀撕裂：大型厚板焊接結(jié)構(gòu)(如海洋工程、核反應(yīng)堆及船舶等)焊接時，如在鋼材厚度方向承受較大的拉伸應(yīng)力，可能沿鋼材軋制方向發(fā)生階梯狀的層狀撕裂。這種裂紋常出現(xiàn)于要求熔透的角接接頭或丁字接頭中。選用抗層狀撕裂鋼，改善接頭型式以減緩鋼板Z向的應(yīng)力應(yīng)變，在滿足產(chǎn)品使用要求的前提下，選用強(qiáng)度級別較

28、低的焊接材料或采用低強(qiáng)焊材預(yù)堆邊，采用預(yù)熱及降氫等措施都有利于防止層狀撕裂。2.焊接方法的選擇熱軋及正火鋼可采用焊條電弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊、埋弧焊、鎢極氬弧焊、電渣焊等常用的方法焊接。具體選用何種焊接方法取決于所焊產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、板厚、對性能的要求及生產(chǎn)條件等。其中焊條電弧焊、埋弧焊、實(shí)心焊絲及藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊是常用的焊接方法。3.焊接材料的選擇熱軋及正火鋼的焊接材料選擇首先應(yīng)保證焊縫金屬的強(qiáng)度、塑性、韌性達(dá)到產(chǎn)品的技術(shù)要求，同時還應(yīng)該考慮抗裂性及焊接生產(chǎn)效率等。3.焊接材料的選擇熱軋及正火鋼的焊接材料選擇首先應(yīng)保證焊縫金屬的強(qiáng)度、塑性、韌性達(dá)到產(chǎn)品的技術(shù)要求，同時還應(yīng)該考慮抗裂性及焊接

29、生產(chǎn)效率等。 (1)根據(jù)產(chǎn)品對焊縫性能要求選擇焊接材料熱軋及正火鋼焊接時，一般應(yīng)選擇與母材強(qiáng)度相當(dāng)?shù)暮附硬牧希仨毦C合考慮焊縫金屬的韌性、塑性及強(qiáng)度，只要焊縫強(qiáng)度或焊接接頭的實(shí)際強(qiáng)度不低于產(chǎn)品要求即可。(2)選擇焊接材料時，還要考慮工藝條件的影響如坡口和接頭形式，焊后加工工藝等。(2)選擇焊接材料時，還要考慮工藝條件的影響如坡口和接頭形式，焊后加工工藝等。1)坡口和接頭形式的影響。采用同一焊接材料焊同一鋼種時，如果坡口形式不同，則焊縫性能各異。如用HJ431焊劑進(jìn)行Q345鋼埋弧焊不開坡口直邊對接焊時，由于母材溶入焊縫金屬較多，此時采用合金成分較低的H08A焊絲配合HJ431，即可滿足焊縫力學(xué)

30、性能要求；但如焊接Q345鋼厚板開坡口對接接頭時。如仍用H08A-HJ431組合，則因母材熔合比小，而使焊縫強(qiáng)度偏低。此時應(yīng)采用合金成分較高的H08MnA、H10Mn2等焊絲與J431組合。2)焊后加工工藝的影響。對于焊后經(jīng)受熱卷或熱處理時，必須考慮焊縫金屬經(jīng)受高溫?zé)崽幒髮ζ湫阅艿挠绊?。?yīng)保證焊縫熱處理后仍具有所要求的強(qiáng)度、塑性和韌性，這時也應(yīng)選用合金成分較高的焊接材料。對于焊后經(jīng)受冷卷或冷沖壓的焊件，則要求焊縫具有較高的塑性。 (3)對于厚板、拘束度大及冷裂傾向大的焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)選用超低氫焊接材料，以提高抗裂性能，降低預(yù)熱溫度。厚板、大拘束度焊件，第一層打底焊縫最容易產(chǎn)生裂紋，此時可選用強(qiáng)度稍低

31、、塑性、韌性良好的低氫或超低氫型焊接材料。(4)對于重要的焊接產(chǎn)品如海上采油平臺、壓力容器及船舶等，為確保產(chǎn)品使用的安全性，焊縫應(yīng)具有優(yōu)良的低溫沖擊韌度和斷裂韌度，應(yīng)選用高韌性焊接材料，如高堿度焊劑、高韌性焊絲、焊條、高純度的保護(hù)氣體并采用Ar+CO2混合氣體保護(hù)焊等。(5)為提高生產(chǎn)率可選用高效鐵粉焊條、重力焊條、高熔敷率的藥芯焊絲及高速焊劑等，立角焊時可用立向下焊條等。(6)為改善衛(wèi)生條件在通風(fēng)不良的產(chǎn)品中焊接時(如船倉、壓力容器等)，宜采用低塵低毒焊條。4.焊接工藝要點(diǎn)(1)焊前準(zhǔn)備焊前準(zhǔn)備主要包括坡口的制備、焊接材料烘干處理、預(yù)熱及層間溫度控制、定位焊等方面。1)坡口的制備。熱軋及正火

32、鋼可以用冷加工和熱切割方法下料和加工坡口,如剪切、氣割、碳弧氣刨、等離子切割等。強(qiáng)度等級較高的鋼，雖然在熱切割邊緣會形成淬硬層，但在后續(xù)的焊接時可熔入焊縫而不會影響焊接質(zhì)量，因此切割前一般不需要預(yù)熱，切割后可直接焊接而不必機(jī)械加工。2)焊接材料需按規(guī)定進(jìn)行烘干處理。3)預(yù)熱及層間溫度。預(yù)熱可以控制焊接冷卻速度，減少或避免熱影響區(qū)中淬硬馬氏體的產(chǎn)生，降低熱影響區(qū)硬度，同時還可以降低焊接應(yīng)力，并有助于氫從焊接接頭中逸出，因此，預(yù)熱是防止焊接氫致裂紋產(chǎn)生的有效措施，但預(yù)熱常常惡化勞動條件，使生產(chǎn)工藝復(fù)雜化，不合理的、過高的預(yù)熱和焊道溫度還會損害焊接接頭的性能。因此，焊前是否需要預(yù)熱、選取合理的預(yù)熱溫

33、度，都需要認(rèn)真考慮或通過試驗(yàn)確定。影響預(yù)熱溫度主要因素有鋼材的成分(碳當(dāng)量)、板厚、焊件結(jié)構(gòu)形狀和拘束度、環(huán)境溫度、所采用的焊接材料的含氫量。表5-10中推薦了不同強(qiáng)度級別的熱軋及正火低合金高強(qiáng)鋼的焊接預(yù)熱溫度，供參考。對于厚板多道多層焊，為了促進(jìn)焊接區(qū)氫的逸出，防止焊接過程中氫致裂紋的產(chǎn)生，應(yīng)控制焊道間溫度不低于預(yù)熱溫度，進(jìn)行必要的中間消氫熱處理。4)定位焊。在定位焊時，使用與正式焊接時完全相同的焊條，要嚴(yán)格遵守焊接工藝規(guī)程。對定位焊縫的長度、截面積及間隔長度也應(yīng)有規(guī)定，必要時應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱。定位焊后應(yīng)仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)裂紋應(yīng)鏟掉重焊。為了降低應(yīng)力，防止定位焊縫開裂，應(yīng)盡量避免強(qiáng)行裝配。(2)焊接熱

34、輸入的確定焊接熱輸入的變化將改變焊接冷卻速度，從而影響焊縫金屬及熱影響區(qū)的組織成份，并最終影響焊接接頭的力學(xué)性能及抗裂性。因此為了確保焊縫金屬的韌性，不宜采用過大的焊接熱輸入。施焊時盡量不用橫向擺動和挑弧焊接，推薦采用多層窄焊道焊接。熱軋鋼可以適應(yīng)較大的焊接熱輸入。含碳量較低的熱軋鋼(09Mn2、09MnNb等)以及含碳量偏低的16Mn鋼焊接時，焊接熱輸入沒有嚴(yán)格的限制，因?yàn)檫@些鋼焊接熱影響區(qū)的脆化及冷裂傾向較小。但是，當(dāng)焊接含碳量偏高的16Mn鋼時，為降低淬硬傾向，防止冷裂紋的產(chǎn)生，焊接熱輸入應(yīng)偏大一些。 含V、Nb、Ti微合金化元素的鋼種，為降低熱影響區(qū)粗晶區(qū)的脆化，確保焊接熱影響區(qū)具有優(yōu)

35、良的低溫韌度，應(yīng)選擇較小的焊接熱輸入。碳及合金元素含量較高、屈服強(qiáng)度為490MPa的正火鋼，如18MnMoNb等。選擇熱輸入時既要考慮鋼種的淬硬傾向，同時也要兼顧熱影響區(qū)粗晶區(qū)的過熱傾向。一般為了確保熱影響區(qū)的韌性，應(yīng)選擇較小的熱輸入，同時采用低氫焊接方法配合適當(dāng)?shù)念A(yù)熱或及時的焊后消氫處理來防止焊接冷裂紋的產(chǎn)生。(3)焊接后熱、消氫處理及焊后熱處理1)焊接后熱及消氫處理。焊接后熱是指焊接結(jié)束或焊完一條焊縫后，將焊件或焊接區(qū)立即加熱到150250范圍內(nèi)，并保溫一段時間；而消氫處理則是在300400加熱溫度范圍內(nèi)保溫一段時間。兩種處理的目的都是加速焊接接頭中氫的擴(kuò)散逸出，消氫處理效果比后熱更好。焊

36、后及時后熱及消氫處理是防止焊接冷裂紋的有效措施之一，特別是對于氫致裂紋敏感性較強(qiáng)的14MnMoV、18MnMoNb等鋼厚板焊接接頭，采用這一工藝不僅可以降低預(yù)熱溫度、減輕焊工勞動強(qiáng)度，而且還可以采用較低的焊接熱輸入，使焊接接頭獲得良好的綜合力學(xué)性能。對于厚度超過100mm的厚壁壓力容器及其他重要的產(chǎn)品構(gòu)件，焊接過程中，應(yīng)至少進(jìn)行23次中間消氫處理，以防止因厚板多道多層焊中氫的積聚而導(dǎo)致的氫致裂紋。2)焊后熱處理。熱軋、控軋控冷及正火鋼一般焊后不進(jìn)行熱處理。電渣焊的焊縫及熱影響區(qū)晶粒粗大，焊后必須進(jìn)行正火處理以細(xì)化晶粒。厚壁高壓容器、要求抗應(yīng)力腐蝕的容器、要求尺寸穩(wěn)定性的焊接結(jié)構(gòu)，焊后需要進(jìn)行消

37、除應(yīng)力處理。此外，對于冷裂紋傾向大的高強(qiáng)鋼，也要求焊后及時進(jìn)行消除應(yīng)力處理。幾種低合金高強(qiáng)度鋼的不同焊后熱處理的推薦參數(shù)見表5-10。低碳低合金調(diào)質(zhì)鋼的焊接1.低碳低合金調(diào)質(zhì)鋼的焊接特點(diǎn)低碳低合金調(diào)質(zhì)鋼一般具有較高的屈服強(qiáng)度(450980MPa)、良好的塑性、韌性、及耐磨、耐蝕性能。根據(jù)用途不同，采用不同合金成分及不同熱處理制度，可以獲得具有不同綜合性能的低碳低合金調(diào)質(zhì)鋼。低碳調(diào)質(zhì)鋼的wC一般不超過.2，與中碳調(diào)質(zhì)鋼相比有較好的焊接性。但要成功焊接這類鋼，必須掌握這類鋼的焊接性特點(diǎn)，擬定正確的焊接工藝，并且嚴(yán)格實(shí)施。這類鋼焊接性的主要特點(diǎn)是，在焊接熱影響區(qū)，特別是焊接熱影響區(qū)的粗晶區(qū)有產(chǎn)生冷裂

38、紋和韌性下降的傾向。為了可靠地防止冷裂紋的產(chǎn)生，還必須嚴(yán)格控制焊接時的氫源和選擇合適的焊接方法及焊接參數(shù)。一般低碳調(diào)質(zhì)鋼，因?yàn)殇撝械腃、S含量都比較低，而Mn含量及Mn/S又較高，熱裂傾向較小。如果鋼中的C、S含量較高或Mn/S低時，則熱裂傾向增大，采用小熱輸入的焊接參數(shù)，控制熔池形狀，可以防止這種裂紋的產(chǎn)生。2.低碳低合金調(diào)質(zhì)鋼焊接方法的選擇低碳調(diào)質(zhì)鋼最常用的焊接方法有焊條電弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊、埋弧焊及鎢極氬弧焊。采用上述各種電弧焊方法，用一般焊接參數(shù)，焊接接頭的冷卻速度較高，使低碳調(diào)質(zhì)鋼焊接熱影響區(qū)的力學(xué)性能接近鋼在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下的力學(xué)性能，因而不需要進(jìn)行焊后熱處理。窄間隙雙絲埋弧焊工藝，

39、由于焊絲細(xì)、焊接熱輸入不高，也已成功地應(yīng)用于低碳調(diào)質(zhì)鋼壓力容器的焊3.焊接材料的選擇焊接低碳調(diào)質(zhì)鋼時焊接材料的選用原則一般按等強(qiáng)原則，與熱軋及正火鋼的選擇基本一樣。由于低碳調(diào)質(zhì)鋼產(chǎn)生冷裂紋的傾向較大，因此，嚴(yán)格控制焊接材料中的氫是十分重要的。用于低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊條應(yīng)是低氫型或超低氫型焊條。焊前必須按照生產(chǎn)廠規(guī)定的，或工藝規(guī)程中規(guī)定的烘干條件進(jìn)行再烘干。烘干后的焊條應(yīng)立即存放在低溫干燥的焊條保溫筒內(nèi)，隨用隨取。表5-11為幾種用于低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊條電弧焊用焊條，熔化極氣體保護(hù)焊焊絲及保護(hù)氣。4.焊接工藝要點(diǎn)(1)焊前準(zhǔn)備焊前要做焊接坡口的準(zhǔn)備、焊接材料的烘干處理、預(yù)熱三方面準(zhǔn)備工作。1)坡口的制備。

40、合理的接頭設(shè)計(jì)、良好的坡口加工、裝配與焊接質(zhì)量，才能保證低碳低合金調(diào)質(zhì)鋼的優(yōu)良性能得以發(fā)揮。接頭設(shè)計(jì)時，應(yīng)考慮焊接操作和焊后檢驗(yàn)的方便。不正確的焊縫位置能導(dǎo)致截面突變、未焊透、未熔合、咬邊和焊瘤等缺陷，并造成缺口，引起應(yīng)力集中。一般來說，對接焊縫比角焊縫更為合理，因?yàn)楹笳邞?yīng)力集中系數(shù)大，并有明顯的缺口效應(yīng)，同時對接焊縫更便于進(jìn)行射線或超聲波探傷。坡口形式以U形或V形為佳，為了降低焊接應(yīng)力，可采用雙V形或雙U形坡口。 低碳低合金調(diào)質(zhì)鋼的坡口可以用氣割切割，但切割邊緣的硬化層要通過加熱或機(jī)械加工消除。板厚小于100mm時，切割前不需要預(yù)熱；板厚100mm時，應(yīng)進(jìn)行100150預(yù)熱，然后切割。輕度等

41、級較高的鋼，最好用機(jī)械切割或等離子弧切割。2)焊接材料按規(guī)定烘干處理。3)預(yù)熱。為了防止冷裂紋的產(chǎn)生，焊接低碳低合金調(diào)質(zhì)鋼時，常常需要采用預(yù)熱，一般在焊接低碳低合金調(diào)質(zhì)鋼時都采用較低的預(yù)熱溫度(200)。當(dāng)預(yù)熱溫度過高時，不僅對防止冷裂紋沒有必要，反而使熱影響區(qū)出現(xiàn)明顯的脆化，幾種低碳低合金調(diào)質(zhì)鋼的最低預(yù)熱溫度和層間溫度見表5-12。(2)焊接熱輸入和焊接技術(shù)焊接熱輸入不僅影響焊接熱影響區(qū)的性能，也影響焊縫金屬的性能。對許多焊縫金屬來說，為獲得綜合的強(qiáng)度和韌性，需要獲得針狀鐵素體組織，這種組織必須在較快的冷卻條件下才能獲得。為了避免采用過大的熱輸入，不推薦采用大直徑的焊條或焊絲。只要可能，應(yīng)采

42、用多層窄焊道焊縫，而不采用橫向擺動的運(yùn)條技術(shù)，這樣不僅可以使焊接熱影響區(qū)和焊縫金屬有較好的韌性，而且還可以減少焊接變形。 可以采用碳弧氣刨清理焊根，但必須嚴(yán)格控制熱輸入。在碳弧氣刨以后，應(yīng)打磨清理氣刨表面后再施焊。 對接接頭焊后，應(yīng)將余高打磨平才能使接頭有足夠的疲勞強(qiáng)度。角接接頭容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，降低疲勞強(qiáng)度。角焊縫焊趾處的機(jī)械打磨、TIG重熔或錘擊強(qiáng)化都可以提高角接接頭的疲勞強(qiáng)度，但必須選擇適宜的打磨、重熔或錘擊工藝。(3)焊后熱處理大多數(shù)低碳低合金調(diào)質(zhì)鋼焊接構(gòu)件是在焊態(tài)下使用，除非在下述條件進(jìn)行焊后熱處理：1)焊后或冷加工后鋼的韌性過低；2)焊后需進(jìn)行高精度加工，要求保證結(jié)構(gòu)尺寸的穩(wěn)定性；

43、3)焊接結(jié)構(gòu)承受應(yīng)力腐蝕。許多沉淀硬化型低碳低合金調(diào)質(zhì)鋼在焊后熱處理中的焊接熱影響區(qū)會出現(xiàn)消除應(yīng)力裂紋。焊接時可通過降低退火溫度，進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱或后熱等措施，防止消除應(yīng)力裂紋的產(chǎn)生。中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接1.中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接特點(diǎn)(1)中碳調(diào)質(zhì)鋼的性能中碳調(diào)質(zhì)鋼的碳含量較高(一般在wC=0.25%0.50)，并含有較多的合金元素，如Mn、Si、Cr、Ni、Mo及B、V、Ti、Al等，以保證鋼的淬透性和防止回火脆性。這類鋼在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下具有良好的綜合性能，屈服強(qiáng)度高達(dá)8801176MPa。這類鋼的淬透性很大,焊接性變差。40Cr是一種廣泛應(yīng)用的鉻調(diào)質(zhì)鋼，它具有良好的綜合力學(xué)性能和較高的淬透性，具有較高的疲

44、勞強(qiáng)度，常用于制造較重要的、在交變載荷下工作的零件，如焊接時遇到的齒輪和軸類。35CrMoA和35CrMoVA鋼時都屬于Cr-Mo鋼系統(tǒng)，它是在鋼基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一些中碳調(diào)質(zhì)鋼，具有良好的強(qiáng)度與韌性匹配。這類鋼主要用于制造氣輪機(jī)葉輪、主軸和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子等。(2)中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接特點(diǎn)中碳調(diào)質(zhì)鋼與低碳低合金調(diào)質(zhì)鋼不同，中碳調(diào)質(zhì)鋼焊后的淬火組織是硬脆的高碳馬氏體，不僅冷裂紋的敏感性大，而且焊后若不經(jīng)熱處理時，熱影響區(qū)性能達(dá)不到原來母材的性能。因此，這類鋼一般是在退火狀態(tài)下焊接，焊后通過整體調(diào)質(zhì)處理才能獲得性能滿足要求的均勻的焊接接頭。但有時必須是在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接，這時熱影響區(qū)性能的惡化是很難解決的。中

45、碳調(diào)質(zhì)鋼在焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用遠(yuǎn)不如熱軋及正火鋼和低碳調(diào)質(zhì)鋼那樣廣泛。1)焊接熱影響區(qū)的脆化和軟化。中碳調(diào)質(zhì)鋼由于含碳量高、合金元素含量多，在快速冷卻時，從奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的起始溫度Ms點(diǎn)較低，焊后熱影響區(qū)產(chǎn)生硬度很高的馬氏體，造成脆化。如果鋼材在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下施焊，而且焊接以后不再進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，其熱影響區(qū)被加熱到超過調(diào)質(zhì)處理回火溫度的區(qū)域，將出現(xiàn)強(qiáng)度、硬度低于母材的軟化區(qū)。該軟化區(qū)可能成為降低接頭強(qiáng)度的薄弱區(qū)。 2)焊接裂紋。中碳調(diào)質(zhì)鋼的熱裂傾向和冷裂傾向都很大，需采取措施消除其產(chǎn)生因素。中碳調(diào)質(zhì)鋼焊接熱影響區(qū)極易產(chǎn)生硬脆的馬氏體，對氫致冷裂紋的敏感性很大，焊接中碳調(diào)質(zhì)鋼時，為了防止氫致冷裂紋的產(chǎn)

46、生，除了盡量采用低氫型或超低氫型焊接材料和焊接工藝外，通常應(yīng)采用焊前預(yù)熱和焊后及時熱處理。由于中碳調(diào)質(zhì)鋼的碳及合金元素含量高，焊接熔池凝固時，固液相溫度區(qū)間大，結(jié)晶偏析傾向大，因而焊接時具有較大的熱裂紋傾向。為了防止產(chǎn)生熱裂紋，要求采用低碳、低硫、磷的焊接材料。在焊接工藝上，要注意填滿弧坑。2.焊接方法和焊接材料的選擇中碳調(diào)質(zhì)鋼常用的焊接方法有鎢極氬或氦弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊、埋弧焊、焊條電弧焊及電阻點(diǎn)焊等。鎢極氬或氦弧焊焊縫的氫含量極低，適合于焊接薄小且拘束應(yīng)力較大的構(gòu)件。熔化極氣體保護(hù)焊可采用CO2，Ar+CO2或Ar+O2，混合保護(hù)氣體。熔化極氣體保護(hù)焊焊縫的含氫量很低，有利于減小中碳調(diào)

47、質(zhì)鋼焊接時產(chǎn)生冷裂紋的可能性。埋弧焊常用于那些焊后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理的構(gòu)件，這時應(yīng)選好焊絲、焊劑的組合,選用中性或中等堿度的焊劑，以保證經(jīng)調(diào)質(zhì)處理的焊縫金屬具有滿意的強(qiáng)度、塑性及韌性。目前焊接這類鋼，焊條電弧焊應(yīng)用最為普遍，焊條電弧焊應(yīng)選用低氫型或超低氫型焊條。有幾種推薦見表5-13。1)坡口制備。中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接坡口應(yīng)采用機(jī)械加工方法加工，以保證裝配精度，并避免由熱切割引起坡口處產(chǎn)生的淬火組織。焊前應(yīng)仔細(xì)清理母材及焊接材料。 2)焊條、焊劑使用前應(yīng)嚴(yán)格烘干，使用過程中，應(yīng)采取措施防止焊接材料再吸潮。3)預(yù)熱。為防止氫致冷裂紋的產(chǎn)生，除了拘束度小、結(jié)構(gòu)簡單的薄壁殼體等焊件不用預(yù)熱外，中碳調(diào)質(zhì)鋼焊接時

48、一般均需要預(yù)熱。一般預(yù)熱溫度及層間溫度可控制在250300之間。(2)焊接熱輸入的確定和焊接技術(shù)中碳調(diào)質(zhì)鋼宜采用較低的熱輸入?yún)?shù)焊接。大的熱輸入將產(chǎn)生寬的、組織粗大的熱影響區(qū)，增大脆化的傾向；大熱輸入也增大焊縫及熱影響區(qū)產(chǎn)生熱裂紋的可能性；對在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下的焊接且焊后不再進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理的構(gòu)件，大熱輸入將增大熱影響區(qū)軟化的程度。(3)焊后熱處理為防止氫致冷裂紋的產(chǎn)生，焊后要及時進(jìn)行熱處理。及時進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理有困難時，可進(jìn)行中間退火或在高于預(yù)熱溫度下保溫一段時間，以排除擴(kuò)散氫并軟化熱影響區(qū)組織。中間退火還有消除應(yīng)力的作用。能力知識點(diǎn)4常用合金結(jié)構(gòu)鋼的典型焊接實(shí)例 1.熱軋及正火鋼的典型焊接實(shí)例1)某企業(yè)

49、制造一富/貧吸收液換熱器，主體材質(zhì)為16MnR，筒體縱焊縫是對接接頭，開不對稱的X形坡口，采用埋弧焊，具體焊接工藝見表5-14。3)前述同一設(shè)備，大接管與內(nèi)封頭的焊縫，角接頭，材質(zhì)為16MnR,厚度為82.5mm和38mm，開K形坡口，屬于中厚板焊接，焊前待焊部位及其附近需要100預(yù)熱，施焊過程中層間溫度保持在100250，焊后需要加熱620，保溫2h消除應(yīng)力退火處理。具體焊接工藝見表5-16。4)某化工機(jī)械制造廠制造一液氯儲槽，主體材質(zhì)為16MnDR，厚度為22mm，筒體合攏口焊縫，對接接頭，開不對稱X形坡口，采用焊條電弧焊+埋弧焊兩種焊接方法的組合進(jìn)行焊接。焊后620保溫1h消除應(yīng)力退火處

50、理。具體焊接工藝見表5-17。5)如前所述的液氯儲槽，高徑法蘭與接管的焊縫，對接接頭，要求單面焊雙面成型，采用鎢極氬弧焊封底,焊條電弧焊填充蓋面，開不帶鈍邊的V形坡口，焊后消除應(yīng)力處理。焊接工藝見表5-18。2.低碳低合金調(diào)質(zhì)鋼焊接的典型實(shí)例 某企業(yè)制造一汽車起重機(jī)的活動支腿，材料為HQ80C，采用富氬混合氣體保護(hù)焊，焊絲為H08MnNi2MoA，焊接工藝見表5-19。3.中碳調(diào)質(zhì)鋼焊接的典型實(shí)例滾板機(jī)斷軸的修復(fù),軸芯與中間軸的焊接，材質(zhì)為37SiMn2MoV(接近42CrMo),采用焊條電弧焊，焊條為J607Ni，具體焊接工藝見表5-20。綜合知識模塊三不銹鋼和耐熱鋼的焊接不銹鋼的焊接 不銹

51、鋼是指通過添加合金元素鉻使鋼處于表面鈍化狀態(tài)從而能抵抗大氣和一定介質(zhì)的腐蝕，并具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性的鋼。不銹鋼wCr高于12時，鋼的表面能迅速形成致密的氧化膜，使鋼的電極電位和在氧化性介質(zhì)中的耐蝕性發(fā)生突變性提高。不銹鋼的分類方法有幾種，按組織類型可分為鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、雙相不銹鋼和沉淀硬化型不銹鋼五種。 奧氏體不銹鋼在各種類型不銹鋼中應(yīng)用最為廣泛，品種也最多。目前奧氏體不銹鋼大致可分為Cr18-Ni8型，如0Cr18Ni9、00Cr19Ni10、0Cr19Ni10NbN；Cr25-Ni20型，如0Cr25Ni20等。鐵素體不銹鋼的應(yīng)用也比較廣泛，其中Cr13和Cr17

52、型如0Cr13Al、1Cr17、00Cr18Mo2等鐵素體不銹鋼主要用于腐蝕環(huán)境不十分苛刻的場合。馬氏體不銹鋼應(yīng)用較為普遍的是Cr13型，如0Cr13、1Cr13 、2Cr13、0Cr13Ni4Mo等。 雙相不銹鋼是金相組織由奧氏體和鐵素體兩相組成的不銹鋼，而且各相都占有較大的比例，如0Cr26Ni5Mo2、00Cr18Ni5Mo3Si2。沉淀硬化型不銹鋼是在不銹鋼中單獨(dú)或復(fù)合添加硬化元素，通過適當(dāng)熱處理獲得高強(qiáng)度、高韌性并具有良好耐蝕性的一類不銹鋼。1.奧氏體不銹鋼的焊接特點(diǎn)與其他不銹鋼相比，奧氏體不銹鋼的焊接是比較容易的，焊接時存在的主要問題是：焊縫及熱影響區(qū)熱裂紋敏感性大；接頭產(chǎn)生碳化鉻

53、沉淀析出，耐蝕性下降；接頭中鐵素體含量高時，可能出現(xiàn)475脆化或相脆化。 ()焊接接頭的熱裂紋奧氏體不銹鋼具有較高的熱裂紋敏感性，在焊縫及熱影響區(qū)都有產(chǎn)生熱裂紋的可能,這是最常見的焊縫凝固裂紋，也可能在熱影響區(qū)或多層焊層間金屬出現(xiàn)液化裂紋。從裂紋的物理本質(zhì)上講，有凝固裂紋、液化裂紋和高溫低塑性裂紋等。防止奧氏體不銹鋼產(chǎn)生熱裂紋的主要措施有：防止奧氏體不銹鋼產(chǎn)生熱裂紋的主要措施有：1)冶金措施。第一，嚴(yán)格控制焊縫金屬中有害雜質(zhì)元素的含量。鋼中鎳含量越高，越應(yīng)該嚴(yán)格控制硫、磷、硼、硒等有害元素的含量，以防止產(chǎn)生熱裂紋。對于單相奧氏體焊縫，可以加入適當(dāng)?shù)腻i，少許的碳、氮，同時減少硅的含量可以提高焊縫

54、的抗裂性能。第二，調(diào)整焊縫化學(xué)成分。使焊縫金屬出現(xiàn)奧氏體鐵素體雙相組織，能夠有效地防止焊縫熱裂紋的產(chǎn)生。如18-8鋼焊縫組織中有少量鐵素體相存在，抗裂性能大大提高。常用鐵素體化的元素有鉻、鉬、釩等。上述冶金措施主要是通過焊接材料的化學(xué)成分來調(diào)整。2)工藝措施。焊接時應(yīng)盡量減少熔池過熱現(xiàn)象，以防止形成粗大的柱狀晶，因此焊接時宜采用小熱輸入及小截面的焊道，多層焊時，層間溫度不宜過高，以避免焊縫過熱；焊接過程中焊條不擺動，采用窄焊縫、快速焊的操作技術(shù)。小知識敏化溫度區(qū)：奧氏體不銹鋼在加熱到400800時，對晶間腐蝕最敏感，此溫度區(qū)間稱為敏化溫度區(qū)間。(2)焊接接頭的耐蝕性焊接接頭在使用過程中會產(chǎn)生晶

55、閘腐蝕、刀狀腐蝕和應(yīng)力腐蝕。防止焊接接頭產(chǎn)生晶間腐蝕的措施有：第一，冶金措施。使焊縫金屬具有奧氏體鐵素體雙相組織，其鐵素體的體積分?jǐn)?shù)應(yīng)在4%12范圍內(nèi)。在此范圍內(nèi)，不僅能提高焊縫金屬抗晶間腐蝕的能力和抗應(yīng)力腐蝕的能力，同時還能提高焊縫金屬抗熱裂紋的能力。在焊縫金屬中滲入比鉻更容易與碳結(jié)合的穩(wěn)定化元素，如鈦、鈮、鉭和鋯等。超低碳有利于防止晶間腐蝕，最大限度地降低碳在焊縫金屬中的含量，達(dá)到低于碳在不銹鋼中室溫溶解極限值以下，使碳不可能與鉻生成Cr23C6，從根本上消除晶界的貧鉻區(qū)。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在焊縫金屬中小于0.03時，就能提高焊縫金屬的抗晶間腐蝕能力。如上所述，為了使焊縫金屬中含有恰當(dāng)?shù)暮辖鹪?/p>

56、種類和數(shù)量，只有從焊接材料著手，選擇滿足上述冶金條件的焊條、焊劑及焊絲，才能使焊縫金屬達(dá)到抗晶間腐蝕的目的。第二，工藝措施。要選用一種合適的焊接方法，即熱輸入最小，盡可能地縮短焊接接頭在敏化溫度區(qū)間段的停留時間。對于薄件、小型規(guī)則的焊接接頭，應(yīng)選用能量集中的真空電子束焊、等離子弧焊、鎢極氬弧焊；對于中等厚度板材的焊縫，可采用熔化極氣體保護(hù)焊來施焊；而大厚度板材的焊接選用埋弧焊、焊條電弧焊為常用的焊接方法，氣焊不宜采用。在焊接參數(shù)的制定方面，應(yīng)保證焊縫質(zhì)量的前提下，采用小的焊接電流、最快的焊接速度。 操作方面盡量采用窄焊縫、多道多層焊，每一道焊縫或每一層焊縫焊后，要等焊接處冷卻至室溫再進(jìn)行下一道

57、或下一層的焊接操作；在施焊過程中，不允許焊接材料在熔池中擺動；焊接管子采用氬弧焊打底時，可以不加填充材料進(jìn)行熔焊，在可能的條件下，管內(nèi)通氬氣保護(hù)，其作用是保護(hù)熔池不易氧化、加快焊縫的冷卻速度、有利于背面焊縫的成形。對于接觸腐蝕介質(zhì)的焊縫，在有條件的情況下一定要最后施焊，以減少接觸介質(zhì)焊縫的受熱次數(shù)。強(qiáng)制焊接區(qū)的快速冷卻。對于有規(guī)則的焊縫，在可能的條件下，焊縫背面可用純銅墊，在銅墊上通水或通保護(hù)氣體等方式進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，這樣有利于防止焊接接頭的晶間腐蝕。這是因?yàn)樵诩訜釡囟鹊?低于400)或加熱時間短時，不利于碳的擴(kuò)散而難以形成鉻的碳化物，不致產(chǎn)生貧鉻現(xiàn)象。進(jìn)行固溶處理或穩(wěn)定化處理。 固溶處理后，奧

58、氏體不銹鋼具有最低的強(qiáng)度和硬度、最好的耐蝕性，是防止晶間腐蝕的重要手段。出現(xiàn)敏化現(xiàn)象的奧氏體不銹鋼可再次用固溶處理消除。穩(wěn)定化處理一般加熱溫度在850900，并保溫24h。穩(wěn)定化處理也可用于消除因敏化加熱而產(chǎn)生小知識固溶處理與穩(wěn)定化處理固溶處理：是將焊件加熱到10501150溫度范圍內(nèi)，保溫一段時間，然后將工件在800400范圍內(nèi)快速冷卻的一種工藝。穩(wěn)定化處理：是對含穩(wěn)定劑的奧氏體不銹鋼而設(shè)計(jì)的一種熱處理工藝，一般加熱到850900，并保溫24h。2)刀狀腐蝕。刀狀腐蝕簡稱刀蝕，它是焊接接頭中特有的一種晶間腐蝕，只發(fā)生在含有Ti、Nb等穩(wěn)定化元素的奧氏體不銹鋼焊接接頭中。腐蝕部位沿熔合線發(fā)展，

59、處于HAZ的過熱區(qū)，由于區(qū)域很窄(電弧焊一般為1.01.5mm)，形狀有如刀削切口，故稱為刀狀腐蝕。 防止刀狀腐蝕的措施有：第一，降低母材的含碳量。這是防止刀狀腐蝕的有效措施，超低碳奧氏體不銹鋼焊接接頭不會產(chǎn)生刀狀腐蝕。第二，采用合理的焊接工藝。在保證焊縫質(zhì)量的前提下，盡量選擇較小的熱輸入，以減小過熱區(qū)在高溫的停留時間，并注意避免在焊接過程中產(chǎn)生“中溫敏化”的現(xiàn)象；雙面焊時，與腐蝕介質(zhì)接觸的焊縫應(yīng)盡量最后施焊，如不能實(shí)施，則應(yīng)調(diào)整焊接參數(shù)及焊縫形狀，盡量避免與腐蝕介質(zhì)接觸的過熱區(qū)再次受到敏化加熱， 焊接過程中或焊后采用強(qiáng)制冷卻的方法，使焊件快速冷卻；焊后矯正，采用冷矯方法進(jìn)行；對腐蝕性能要求較

60、高的焊件，必要時進(jìn)行焊后的穩(wěn)定化處理或固溶處理。3)應(yīng)力腐蝕開裂。應(yīng)力腐蝕開裂是在拉應(yīng)力和特定腐蝕介質(zhì)共同作用下而發(fā)生的一種破壞形式。 應(yīng)力腐蝕開裂是奧氏體不銹鋼非常敏感且經(jīng)常發(fā)生的腐蝕破壞形式。應(yīng)力腐蝕開裂引起的事故占整個腐蝕破壞事故的60以上。奧氏體不銹鋼由于導(dǎo)熱性差、線脹系數(shù)大、屈服強(qiáng)度低，焊接時很容易變形，當(dāng)焊接變形受到限制時，焊接接頭中必然會殘留較大的焊接殘余應(yīng)力，加速腐蝕介質(zhì)的作用。因此，奧氏體不銹鋼焊接接頭容易出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕開裂，這是焊接奧氏體不銹鋼最不易解決的問題之一，特別是在化工設(shè)備中，應(yīng)力腐蝕開裂這種現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)。防止應(yīng)力腐蝕開裂的措施有：第一，合理地設(shè)計(jì)焊接接頭，避免腐蝕介