焊接技術培訓高強鋼和特殊鋼材的焊接

焊接技術培訓高強鋼和特殊鋼材的焊接第一頁，共六十三頁，2022年，8月28日標準中鋼材的分類船用低合金高強鋼和超高強度鋼低合金高強鋼容易產的的焊接缺陷低合金高強鋼焊接注意事項高強鋼的焊接培訓內容：第二頁，共六十三頁，2022年，8月28日常用鋼材在DNV標準中的分類DNV-OS-C401中闡述了這些材料的焊接工藝評定規(guī)則第三頁，共六十三頁，2022年，8月28日常用鋼材在AWS標準中的分類AWS中的常用鋼材表列較多。按照表3.1，材料被分成ⅠⅡⅢⅣ共4組，材料的屈服強度級別依次遞增。如果一定要與DNV對應的話，大致可以這樣比較：Ⅰ－NS，Ⅱ－HS，ⅢⅣ－EHS。表3.1中包括了美國材料與試驗協會（ASTM）、美國石油工程協會（API）和美國船檢局（ABS）的材料。表4.9（是表3.1的補充）中是ASTM中超高強鋼材。第四頁，共六十三頁，2022年，8月28日其他標準API2Y,2H,2W,API5LX52,ASTMA131/ABS標準的A～F級的屈服強度在315（A32）以上的船板,16Mn,Q345等，均為普通低合金高強度C-Mn鋼。第五頁，共六十三頁，2022年，8月28日船用高強鋼的分類力學性能先來學習一下常用幾種標準中

高強鋼的分類第六頁，共六十三頁，2022年，8月28日高強鋼材在ABS標準中的分類及力學性能第七頁，共六十三頁，2022年，8月28日超高強鋼材在ABS標準中的分類及力學性能第八頁，共六十三頁，2022年，8月28日DNV中低合金高強鋼船用鋼材的分類和力學性能第九頁，共六十三頁，2022年，8月28日DNV中低合金超高強鋼船用鋼材的分類和力學性能第十頁，共六十三頁，2022年，8月28日高強鋼的焊接公司現用的超高強鋼有D420、E420、690、EQ43、EQ56、A514Gr.Q等。這些材料焊接過程中，相對來說容易出問題。下面我們來進一步來接這些材料的焊接性。第十一頁，共六十三頁，2022年，8月28日2.1低合金高強鋼的焊接性強度級別較低的普通強度鋼(屈服強度235-270MPa)，由于鋼中合金元素含量較少，其焊接性良好，接近于低碳鋼。隨著鋼中合金元素的增加，強度級別提高(屈服強度≥315MPa)，鋼的焊接性也逐漸變差，出現的主要問題是：⑴熱影響區(qū)的淬硬傾向⑵冷裂紋⑶熱裂紋⑷粗晶區(qū)脆化第十二頁，共六十三頁，2022年，8月28日2.1低合金高強鋼的焊接性⑴熱影響區(qū)的淬硬傾向含碳量較少、強度級別較低的鋼種，如A27鋼等，淬硬傾向很小。隨著強度級別的提高，淬硬傾向也開始加大，如16Mn、A36以上鋼焊接時，快速度冷卻會導致在熱影響區(qū)出現馬氏體組織。第十三頁，共六十三頁，2022年，8月28日2.1低合金高強鋼的焊接性⑵冷裂紋低合金高強鋼焊接時，熱影響區(qū)的冷裂紋傾向加大，并且這種冷裂紋往往具有延遲的性質，危害性很大。例如，某公司材料為EH36鋼，壁厚88.9mm的一導管架鋼樁結構，由于預熱溫度不夠，焊后在熱影響區(qū)形成大量冷裂紋。低合金高強鋼的定位焊縫很容易開裂，其原因是由于焊縫尺寸小、長度短、冷卻速度快，這種開裂屬于冷裂紋性質。第十四頁，共六十三頁，2022年，8月28日2.1低合金高強鋼的焊接性⑶熱裂紋一般情況下，屈服強度等級為315～400MPa的熱軋、正火鋼，熱裂傾向較小，但在厚壁板材的高稀釋率焊道（如根部焊道或靠近坡口邊緣的多層埋弧焊焊道）中也會出現熱裂紋。電渣焊時，若母材的含碳量偏高并含鎳時，電渣焊縫中可能會出現呈八字形分布的熱裂紋。屈服強度等級為420～690MPa的中碳調質鋼，焊接時熱裂的敏感性較大。因此，海工標準中對此類鋼焊接時的線能量要求更嚴格。如EQ56,EQ-70,A514Gr.Q,P460NL1,EH42,NVE420~NVE690等。第十五頁，共六十三頁，2022年，8月28日2.1低合金高強鋼的焊接性⑷粗晶區(qū)脆化熱影響區(qū)中被加熱至1100℃以上的粗晶區(qū)，當焊接線能量過大時，粗晶區(qū)的晶粒將迅速長大或出現魏氏組織而使韌性下降，出現脆化段。第十六頁，共六十三頁，2022年，8月28日2.2低合金高強鋼焊接時的主要工藝措施預防冷裂紋的主要措施這里主要從減少淬硬組織、減少擴散氫含量、減少殘余應力三方面來講施工上預防冷裂紋的措施：（1）焊前預熱（2）選擇合適的線能量（3）后熱和焊后熱處理（4）焊材的發(fā)放、使用和存儲第十七頁，共六十三頁，2022年，8月28日2.2低合金高強鋼焊接時的主要工藝措施⑴預熱預熱是防止裂紋的有效措施，并且還有助于改善接頭性能。但預熱會惡化勞動條件，使生產工藝復雜化，過高的預熱溫度還會降低接頭韌性。因此，焊前是否需要預熱以及預熱溫度的確定應根據鋼材的成分（碳當量）、板厚、結構形狀、剛度大小以及環(huán)境溫度等決定。第十八頁，共六十三頁，2022年，8月28日2.2低合金高強鋼焊接時的主要工藝措施⑵焊接線能量的選擇含碳低的熱軋鋼焊接時，因為這些鋼的冷裂淬硬、脆化等傾向小，所以對焊接線能量沒有嚴格的限制。焊接含V、Nb、Ti的鋼種，為降低熱影響區(qū)粗晶脆化所造成的不利影響，應選擇較小的焊接線能量。如A~F32到A~F40鋼的焊接線能量應控制在35kJ/cm以下。第十九頁，共六十三頁，2022年，8月28日2.2低合金高強鋼焊接時的主要工藝措施⑶后熱及焊后熱處理

后熱是指焊接結束或焊完一條焊縫后，將焊件立即加熱至200～250℃范圍內，并保溫一段時間(2h左右)，使接頭中的氫擴散逸出，防止延遲裂紋產生。對于厚板及應力復雜區(qū)域的高強鋼板，焊后應采取后熱工藝措施或覆上足夠厚的保溫棉（氈）進行緩冷。第二十頁，共六十三頁，2022年，8月28日2.2低合金高強鋼焊接時的主要工藝措施⑶后熱及焊后熱處理

對于厚板、高剛性的焊接結構以及一些在低溫、耐蝕條件下工作的構件，當現場條件允許時，焊后應及時進行消除應力的高溫回火，其目的是消除焊接殘余應力，改善組織。焊后立即進行高溫回火的焊件，無需再進行后熱處理。在低溫下（如冬季露天作業(yè)）或在大剛性、大厚度結構上焊接時，為防止出現冷裂紋，需采取預熱措施。低合金高強鋼焊接時，焊材的選用原則為等強原則。第二十一頁，共六十三頁，2022年，8月28日焊接缺陷焊接接頭在焊后冷卻到較低溫度下（對于鋼來說在Ms溫度以下）所產生的焊接裂紋，稱為冷裂紋。在由于焊接裂紋引發(fā)的事故中,由冷裂紋所造成的事故約占90%。焊接技術培訓1.裂紋

1.3冷裂紋

B.焊接缺陷

焊趾裂紋第二十二頁，共六十三頁，2022年，8月28日焊接缺陷焊接技術培訓1.裂紋

1.3冷裂紋

B.焊接缺陷

1.3.1冷裂紋的特征：從產生的條件和原因來看，它與其他裂紋有本質上的區(qū)別。2）產生冷裂的材料多產生于有淬硬傾向的低合金高強度鋼和中、高碳鋼的焊接接頭中。裂紋大多在熱影響區(qū)，通常源于融合區(qū)，有時也在高強度鋼或鈦合金的焊縫中。

1）冷裂紋形成的溫度大量研究結果表現，對于鋼材來說冷裂紋形成的溫度大體在（-100~100℃）之間，而對于鑄鐵型焊縫來說，經測定一般在400℃以下。具體溫度隨母材與焊接條件不同而異。所以現場為什么要求碳刨完需要焊接的地方，要打磨出金屬的原色！第二十三頁，共六十三頁，2022年，8月28日焊接缺陷1.裂紋

1.3冷裂紋焊接技術培訓

B.焊接缺陷

3）冷裂紋的斷口特征宏觀上，一般起裂于熱影響區(qū)高硬度的馬氏體區(qū)，它具有脆性斷裂的特征，表面金屬光澤，呈人字形態(tài)發(fā)展。從微觀上看，多起源于粗大的奧氏體晶粒的晶界交錯處。與熱裂紋單一沿晶界斷裂不同，冷裂紋可沿晶界擴展，也可穿晶擴展，常常是晶間與晶內斷裂的混合。4）冷裂紋產生的時間冷裂紋較多出現在焊后延遲一段時間才產生，有些也出現在焊接工程中。延遲時間可能是幾小時，幾天，十幾天，甚至數月。1.3.1冷裂紋的特征：第二十四頁，共六十三頁，2022年，8月28日焊接缺陷1.裂紋

1.3冷裂紋焊接技術培訓

B.焊接缺陷

5）冷裂紋的分布1.焊道下裂紋靠近堆焊焊道的熱影響區(qū)所形成的冷裂紋。走向與熔合線大體平行。裂紋產生沒有明顯的應力集中，亦無大的收縮應力，但奧氏體化溫度最高，晶粒組大。多產生于鐵素體焊條焊接且擴散氫含量比較高的情況下。2.焊趾裂紋沿應力集中的焊趾處所形成的焊接冷裂紋。裂紋一般向熱影響區(qū)粗晶區(qū)擴展，有時也向焊縫中擴展。1.3.1冷裂紋的特征：第二十五頁，共六十三頁，2022年，8月28日焊接缺陷1.裂紋

1.3冷裂紋焊接技術培訓

B.焊接缺陷

5）冷裂紋的分布4.橫向裂紋橫向裂紋起源于熔合線，沿垂直于焊縫長度方向擴展到焊縫和熱影響。產生的條件與焊道下裂紋相似，多發(fā)生于多層焊表層下金屬中。在焊縫接頭橫截面上擴展。3.焊根裂紋沿應力集中的焊縫根部所形成的焊接冷裂紋。主要發(fā)生在含氫量較高、預熱不足條件下?？赡艹霈F在熱影響區(qū)的粗晶區(qū)(過熱區(qū))，也可能出現在焊縫中，取決于母材的強韌度及根部狀態(tài)。焊趾裂紋和焊根裂紋均屬于缺口裂紋。缺口處應力集中較嚴重，裂紋容易發(fā)生也容易擴展。第二十六頁，共六十三頁，2022年，8月28日焊接缺陷1.裂紋

1.3冷裂紋焊接技術培訓

B.焊接缺陷

1.3.2形成冷裂紋的三個基本因素大量實驗研究已證實，冷裂紋是由擴散氫、鋼種的淬硬傾向（淬硬組織）、接頭所承受的焊接應力，三個因素共同作用的結果。1)焊縫中的擴散氫含量增加，冷裂紋率增加。擴散氫含量還影響延遲裂紋延時的長短，擴散氫含量越高，延時越短。2)鋼的淬硬傾向越大，則接頭中出現馬氏體的可能性越大，則越容易產生冷裂紋。當材料一定時，冷卻速度不同，接頭組織將相應改變，冷速越高，馬氏體含量越高。3)焊接接頭的拘束應力，包括焊接過程中因加熱不均勻所承受的熱應力、相變應力、結構自身幾何因素所決定的內應力。在其他條件一定時，拘束應力達到一定數值就會開裂。第二十七頁，共六十三頁，2022年，8月28日焊接缺陷1.裂紋

1.3冷裂紋焊接技術培訓

B.焊接缺陷

1.3.2形成冷裂紋的三個基本因素當擴散氫含量較高時，即使馬氏體的數量或拘束應力比較小，也可能會誘發(fā)出裂紋（如焊道下裂紋）。以上三個因素的作用是相互聯系，相互制約，不同條件下起主要作用的因素不同。而當材料的碳當量較高而在接頭中形成較多的針狀馬氏體時，即使擴散氫很少甚至沒有，也會產生裂紋。第二十八頁，共六十三頁，2022年，8月28日焊接缺陷1.裂紋

1.3冷裂紋焊接技術培訓

B.焊接缺陷

1.3.3形成冷裂紋的三個基本因素根據主要因素之不同，將冷裂紋分為以下三類：3.低塑性脆化裂紋

焊接塑性較低的材料（如鑄鐵），當焊后冷卻到400℃以下時，由于焊接收縮應變超過材料的本身變形能力而導致開裂，稱之為低塑性脆化裂紋。它可在焊縫中出現，也可發(fā)生在焊接熱影響區(qū)中。其斷口具有脆性斷裂的形貌特征。2.淬硬脆化裂紋（或稱淬火裂紋）主要出現淬硬傾向很大的鋼種，在應力作用下即使沒有氫的誘發(fā)，也會形成開裂。

1.延遲裂紋裂紋不在焊后立即出現。延遲現象的產生于擴散氫的活動有著密切的關系。第二十九頁，共六十三頁，2022年，8月28日焊接缺陷1.裂紋

1.3冷裂紋

1.3.4冷裂形成機理

B.焊接缺陷

溶解在液態(tài)金屬中的氫原子，在連續(xù)冷卻凝固和發(fā)生固態(tài)相變時溶解度發(fā)生突變。氫在奧氏體(γ)中的溶解度大大高于在鐵素體(α)中的溶解度。在快冷時來不及析出，而以飽和溶解的形式存于鐵素體(α)中。由于氫的擴散能力很強，隨著時間的延長過飽和的H將不斷擴散、遷移，一部分擴散到金屬外部，一部分留在金屬內部。氫在不同組織中的擴散能力不同，在α相中的擴散能力比在γ相中高。在發(fā)生γ→α轉變時，氫的溶解度突降，而擴散能力突升。這兩個突變決定了氫在焊接接頭冷卻過程中的擴散方向與分布。焊接技術培訓1.氫的作用焊接過程中進入熔池的氫主要來源于焊接材料中的水分、含氫物質、電弧周圍空氣的水蒸氣、焊絲和母材坡口表面上的水、鐵銹及油污等雜質。1）氫在固體金屬中的溶解與擴散第三十頁，共六十三頁，2022年，8月28日焊接缺陷1.裂紋

1.3冷裂紋

B.焊接缺陷

1.3.4冷裂形成機理2）氫在金屬結晶過程中的擴散焊縫金屬的γ分解溫度TFA高于母材的分解溫度TMA。圖中ab兩點間兩側的組織不同，焊縫已經完成分解為α-Fe+P(或B、M)，而仍為γ相。當焊縫進行γ分解時，氫的溶解度突降，擴散速速突升，過多的氫必然通過熔合線向尚未轉變的熱影響區(qū)擴散。氫擴散到HAZ(或母材)后，由于γ相中溶解度大而擴散速度低，在快冷時，就聚集在熔合線附近形成了高H帶。焊接技術培訓母材完成相變以后，氫以過飽和形式殘留于M（B）中，并擴散到應力集中或晶格缺陷處結合成分子，形成較高的局部應力。加上熱應力、組織應力的共同作用，就可能開裂。第三十一頁，共六十三頁，2022年，8月28日焊接缺陷1.裂紋

1.3冷裂紋焊接技術培訓

B.焊接缺陷

1.3.4冷裂形成機理氫以飽和的形式殘留在組織中，并擴散到應力集中或晶格缺陷處結合形成分子，形成較高的局部應力。氫在金屬中的擴散還受到應力狀態(tài)的影響，它有向三向應力區(qū)擴散的趨勢。常在應力集中或缺口等有塑性應變的部位產生氫的聚集，使該處最早達到氫的臨界含量，這就是氫的應力誘導擴散現象。應力梯度愈大，氫的驅動力也就愈大，也即應力對氫的誘導擴散作用愈大。

3）氫的應力誘導擴散第三十二頁，共六十三頁，2022年，8月28日焊接缺陷1.裂紋

1.3冷裂紋焊接技術培訓

B.焊接缺陷

1.3.4冷裂形成機理綜上所述，氫的擴散行為，從高溫到低溫受不同機理控制，使氫向熱影響區(qū)的熔合線附近，特別是向應力集中的部位擴散聚集。當這些部位的氫含量達到一定的臨界含量值時，就會誘發(fā)冷裂。氫的擴散有一定的速度，聚集到臨界有一定的時間，這就是宏觀上表現為焊后到產生裂紋要有一定得潛伏期（孕育期），即冷裂具有延遲開裂的特征。

延時長短與與應力水平、擴散氫含量和氫的析出條件等因素有關。具體的說，就是與焊接接頭的拘束情況、應力集中程度、焊縫金屬的擴散氫含量、冷卻速度以及接頭缺口處金屬的韌性等條件有關。第三十三頁，共六十三頁，2022年，8月28日焊接缺陷焊接技術培訓

B.焊接缺陷

1.3.4冷裂形成機理2.鋼材的淬硬傾向作用（組織的作用）

M（馬氏體）是典型的淬硬組織，這是由于間隙C原子的過飽和，使Fe原子偏離平衡位置，晶格發(fā)生明顯的畸變所致。當快速冷卻時，粗大的A轉變成粗大的M，硬淬的M斷裂時所需的能量較低。因此，焊接接頭中有馬氏體存在時，裂紋易于形成和擴展。

馬氏體對冷裂的影響除了其本身的脆性外，還與不平衡結晶所造成的較多晶格缺陷有關。這些缺陷在應力作用下會遷移、集中，而形成裂源。裂源數量增多，擴展所需能量又低，必然使冷裂敏感性明顯增大。如果僅以M的數量來對比不同鋼種的冷裂敏感性，會造成較大的誤差。不同組織對冷裂紋的敏感性，大致按下列順序遞增：第三十四頁，共六十三頁，2022年，8月28日焊接缺陷

B.焊接缺陷

焊接技術培訓某材料冷卻速度對組織的影響：第三十五頁，共六十三頁，2022年，8月28日焊接缺陷

B.焊接缺陷

焊接技術培訓第三十六頁，共六十三頁，2022年，8月28日焊接缺陷焊接技術培訓

B.焊接缺陷

1.3.4冷裂形成機理承受交變外力的T型接頭（主機基座某部位）從焊趾處斷裂外貌截面突變處應力集中焊縫斷裂外貌第三十七頁，共六十三頁，2022年，8月28日焊接缺陷焊接技術培訓1.裂紋

1.3冷裂紋

B.焊接缺陷

三向應力集中區(qū)域由于組織應力，熱應力，拘束應力都較大，而形成的裂紋第三十八頁，共六十三頁，2022年，8月28日焊接缺陷1.裂紋

1.3冷裂紋焊接技術培訓

B.焊接缺陷

1.3.5冷裂紋的防止措施主要是對影響冷裂的三大要素進行控制，如改善接頭組織，消除一切氫的來源和盡可能降低焊接應力。2.合理選擇和使用焊接材料

1.選用對冷裂敏感性低的母材2.1選用優(yōu)質低氫焊接材料或低氫的焊接方法。

對于重要結構，則應選擇低氫、超低氫、超高強度韌性的焊接材料。嚴格控制氫的來源。CO2氣體保護電弧焊具有氧化性，可以獲得低氫焊縫（［H］僅為0.04~1.0ml/100g）。第三十九頁，共六十三頁，2022年，8月28日焊接缺陷1.裂紋

1.3冷裂紋焊接技術培訓

B.焊接缺陷

1.3.5冷裂紋的防止措施2.5改善焊縫金屬的塑性和韌性。1）通過焊接材料向焊縫過渡Ti、Nb、Mo、V、B、Te或稀土元素來韌化焊縫，利用焊縫的塑性儲備來減輕熱影響區(qū)的負擔，從而降低整個焊接接頭的冷裂紋敏感性。

2.合理選擇和使用焊接材料

2.2選用低匹配焊接材料2.3采用奧氏體焊條焊接某些淬硬傾向較大的中、低合金高強度鋼。2.4嚴格按規(guī)定對焊接材料進行烘培及進行焊前清理工作。第四十頁，共六十三頁，2022年，8月28日焊接缺陷1.裂紋

1.3冷裂紋焊接技術培訓

B.焊接缺陷

1.3.5冷裂紋的防止措施1）鋼種的強度等級在焊縫與母材等強的情況下，鋼材的強度σs越高，預熱溫度也應越高2）焊條類型3）坡口形式

坡口根部所造成的應力集中越嚴重，要求的預熱溫度越高。

4）環(huán)境溫度

環(huán)境溫度過低會使冷卻速度上升，預熱溫度應相應提高，DNV-OS-C401中規(guī)定最大可以提高25℃。3.制定合理的焊接工藝3.1合理的預熱溫度和控制層間溫度

選擇最佳預熱溫度。影響預熱溫度的因素有以下幾方面：第四十一頁，共六十三頁，2022年，8月28日焊接缺陷焊接技術培訓

B.焊接缺陷

3.1.1合理的預熱溫度1.3.5冷裂紋的防止措施第四十二頁，共六十三頁，2022年，8月28日焊接缺陷3.1.2預熱和層間溫度控制溫度測量設備:在焊接操作規(guī)程中應規(guī)定用來測量溫度的設備①測溫棒;炭棒

(溫度敏感材料)②溫度表(接觸式熱電偶)③無接觸式測量光裝置①③②

B.焊接缺陷

1.3.5冷裂紋的防止措施焊接技術培訓第四十三頁，共六十三頁，2022年，8月28日焊接缺陷*預熱溫度:在緊接操作任何焊接前焊縫區(qū)域的工件溫度

-預熱的主要原因是避免氫引起的裂縫，降低焊接殘余應力-通常表示為最低溫度測量點間的距離t≤50:A=4xt,Max.50mmt>50:A=75*層間溫度

:在緊接實行下一層操作前,多焊道焊縫和瀕臨母材溫度-通常表示為最高溫度-在電弧通過短時間前必須測量焊縫金屬的的層間溫度-通常得,層間溫度不應超過220-250°C.

B.焊接缺陷預熱和層間溫度焊接技術培訓第四十四頁，共六十三頁，2022年，8月28日焊接缺陷1.裂紋

1.3冷裂紋焊接技術培訓

B.焊接缺陷

1.3.5冷裂紋的防止措施一般不采用增加線能量的方式來降低冷卻速度。可能造成過熱區(qū)晶粒粗大，接頭韌性下降，降低其抗裂性能。但熱輸入過小，冷卻速度快，增加淬硬冷裂傾向。因此，對每種鋼的焊接工藝評定合格的焊接熱輸入，都應嚴格執(zhí)行，不能隨意亂動。

3.制定合理的焊接工藝3.2嚴格控制焊接線能量第四十五頁，共六十三頁，2022年，8月28日焊接缺陷1.裂紋

1.3冷裂紋焊接技術培訓

B.焊接缺陷

1.3.5冷裂紋的防止措施因冷裂存在潛伏期，一般在焊后一段時間后才產生。所以在裂紋產生之前進行熱處理，及所謂緊急后熱，也就能達到防止冷裂的目的。緊急后熱工藝的關鍵就在于及時，一定要在熱影響區(qū)冷卻到產生冷裂紋的上限溫度TUC（一般在100℃左右）之前迅速加熱，加熱溫度也應高于TUC，并且需保溫一定時間。目的是使氫充分擴散逸出。若焊后間隔時間較長裂紋已經產生才后熱就失去意義。鋼的碳當量越高，后熱所需溫度也越高，后熱溫度越高，則后熱時間越短。一般200℃，1~2h。

3.制定合理的焊接工藝3.3緊急后熱第四十六頁，共六十三頁，2022年，8月28日焊接缺陷1.裂紋

1.3冷裂紋焊接技術培訓

B.焊接缺陷

1.3.5冷裂紋的防止措施3.4必要時焊后熱處理焊后進行不同的熱處理，可以分別起到消除擴散氫、降低和消除殘余應力、改善組織性能。

3.制定合理的焊接工藝第四十七頁，共六十三頁，2022年，8月28日焊接缺陷1.裂紋

1.3冷裂紋焊接技術培訓

B.焊接缺陷

1.3.5冷裂紋的防止措施4.加強現場管理許多焊接裂紋事故并不是由于母材或焊材選擇不當或結構設計不合理，更多的由于施工質量差所造成。因此要防止冷裂紋，在施工中應注意：1）徹底清理焊接坡口（除油、水、銹等，滲碳層氧化層要清理干凈，嚴格限制C、H的侵入，現場這些處理很不好，這是現場幾個項目造成橫向冷裂的最主要得原因之一）2）保證焊條焊劑的烘干，保溫，焊條筒保證預熱和通電，隨取隨用；3）提高裝配質量，減少填充金屬量；4）嚴格焊工持證上崗制度，保證焊接質量5）注意施工環(huán)境第四十八頁，共六十三頁，2022年，8月28日焊接缺陷1.裂紋

1.3冷裂紋焊接技術培訓

B.焊接缺陷

1.3.5冷裂紋的防止措施4.加強現場管理6）背面碳刨時，在去除缺陷的同時，不可使剩余的金屬太薄，否則容易被撕裂。7）合理的減小應力的焊接順序先焊收縮量大、自由度大的焊縫。8）錘擊焊縫表面，使其產生壓應力，以改善焊縫應力場，減小延遲裂紋產生的幾率。除底層和蓋面層不許錘擊外，在破口內和焊趾處敲擊。用風鏟更好（震動頻率越高越好）。第四十九頁，共六十三頁，2022年，8月28日焊接缺陷焊接技術培訓（1）熱影響區(qū)的淬硬傾向（硬化）：

●強度等級和含碳量低的鋼，熱影響區(qū)淬硬傾向?。磺姸?50MPa以上的低合金高強鋼，熱影響區(qū)可能出現硬而脆的馬氏體組織，沖擊韌性下降，冷裂敏感性增大，可焊性變差?！穹乐褂不拇胧翰捎眠m中的線能量配合以適當的預熱，以獲得適當小的焊接冷卻速度。因為線能量增大可使硬化傾向降低，但易使晶粒長大。

低合金結構鋼的焊接特點：（2）焊接接頭的冷裂紋傾向：●產生冷裂紋的三要素：▲熱影響區(qū)或焊縫金屬的淬硬傾向（組織硬化）▲焊接接頭的拉應力存在（拘束度大）▲焊縫金屬內的高含氫量（擴散氫的影響）

B.焊接缺陷

第五十頁，共六十三頁，2022年，8月28日2.3低溫用鋼的焊接工藝前面講過的很多材料，如D級以上的船板，包括16Mn材料，都具有低溫性能，隨著行業(yè)分工的進一步深入，鋼廠同時開發(fā)了專用的耐低溫材料，如A333，16MnD，09MnNiD，KL33以及一些如2.5％Ni（－70℃）和3.5％Ni（－90℃）鋼。對低溫用鋼的主要要求是應保證在使用溫度下具有足夠的塑性及抵抗脆性破壞的能力。低溫用鋼由于含碳量低,淬硬傾向和冷裂傾向小，所以焊接性良好。焊接時，為避免焊縫金屬及熱影響區(qū)形成粗晶組織而降低低溫韌性，要求采用小的焊接線能量，焊接電流不宜過大，宜用快速多道焊以減輕焊道過熱，并通過多層焊的重熱作用細化晶粒，多道焊時要控制層間溫度不得過高，層間溫度不得大于250℃。低溫用鋼焊后可進行消除應力熱處理，以降低焊接結構的脆斷傾向。A333及KL33焊接，我公司選用的焊材是TGS－1N和LB－52NS。第五十一頁，共六十三頁，2022年，8月28日2.4珠光體耐熱鋼的焊接工藝高溫下具有足夠的強度和抗氧化性的鋼稱為耐熱鋼，以Cr、Mo為主要合金元素的低合金耐熱鋼，基體組織是珠光體（或珠光體+鐵素體）稱為珠光體耐熱鋼，常用鋼號有1.25Cr-0.5Mo,2.25Cr-1Mo等，我公司海工項目高壓泥漿管線上使用的AISI4130屬于系。由于珠光體耐熱鋼中含有一定量的Cr、Mo和其它一些合金元素，所以熱影響區(qū)會產生硬脆的馬氏體組織，低溫焊接或焊接剛性較大的結構時，易形成冷裂紋。因此在焊接時應采取以下幾項工藝措施：⑴預熱預熱是焊接珠光體耐熱鋼的重要工藝措施。為了確保焊接質量，不論在定位焊或正式施焊過程中，焊件都應預熱并保持為80～150℃。⑵焊后緩冷焊后應立即用石棉布覆蓋焊縫及熱影響區(qū)，使其緩慢冷卻。⑶焊后熱處理焊后應立即進行高溫回火，防止產生延遲裂紋、消除應力和改善組織。焊后熱處理溫度應避免在350～500℃溫度區(qū)間內進行，因珠光體耐熱鋼在該溫度區(qū)間內有強烈的回火脆性現象。當耐熱鋼以調質(Q+T)供貨時，焊后熱處理的溫度必須低于母材調質處理的回火溫度。第五十二頁，共六十三頁，2022年，8月28日3.不銹鋼不銹鋼是在空氣中或化學腐蝕介質中能夠抵抗腐蝕的一種高合金鋼。不銹鋼具有美觀的表面和良好的耐腐蝕性能，不必經過鍍色等表面處理，就能發(fā)揮所固有的表面性能。從金相學角度分析，因為不銹鋼含有鉻而使表面形成很薄的鉻膜，這個膜隔離開了介質中的氧化物質而使不銹鋼起到耐腐蝕的作用。

為了保持不銹鋼所固有的耐腐蝕性，鋼必須含有質量分數在12%以上的鉻。

不銹鋼種類：

不銹鋼可以按用途、化學成分及金相組織來大體分類。

以奧氏體系類的鋼由18%鉻-8%鎳為基本組成，各元素的加入量變化的不同，而開發(fā)各種用途的鋼種。

以化學成分分類：

①．Cr系列：鐵素體系列、馬氏體系列

②．Cr-Ni系列：奧氏體系列，異常系列，析出硬化系列。

以金相組織的分類：

①．奧氏體不銹鋼

②．鐵素體不銹鋼

③．馬氏體不銹鋼

④．雙相不銹鋼

⑤．沉淀硬化不銹鋼

第五十三頁，共六十三頁，2022年，8月28日3.1不銹鋼的晶間腐蝕不銹鋼在腐蝕介質作用下，在晶粒之間產生的一種腐蝕現象稱為晶間腐蝕。產生晶間腐蝕的不銹鋼，當受到拉應力作用時，即會沿晶界斷裂、強度幾乎完全消失，這是不銹鋼的一種最危險的破壞形式。晶間腐蝕可以分別產生在焊接接頭的熱影響區(qū)、焊縫或熔合線上，在熔合線上產生的晶間腐蝕又稱刀狀腐蝕。不銹鋼具有耐腐蝕能力的必要條件是鉻的質量分數必須大于12%。當溫度升高時，碳在不銹鋼晶粒內部的擴散速度大于鉻的擴散速度。因為室溫時碳在奧氏體中的熔解度很小，約為0.02%～0.03%，而一般奧氏體不銹鋼中的含碳量均超過此值，故多余的碳就不斷地向奧氏體晶粒邊界擴散，并和鉻化合，在晶間形成碳化鉻的化合物，如（CrFe）23C8等。但是由于鉻的擴散速度較小，來不及向晶界擴散，所以在晶間所形成的碳化鉻所需的鉻主要不是來自奧氏體晶粒內部，而是來自晶界附近，結果就使晶界附近的含鉻量大為減少，當晶界的鉻的質量分數低到小于12%時，就形成所謂的“貧鉻區(qū)”，在腐蝕介質作用下，貧鉻區(qū)就會失去耐腐蝕能力，而產生晶間腐蝕。第五十四頁，共六十三頁，2022年，8月28日3.2不銹鋼產生晶間腐蝕的“危險溫度區(qū)”（敏化溫度區(qū)）不銹鋼產生晶間腐蝕與鋼的加熱溫度和加熱時間有關。304(L)不銹鋼的晶間腐蝕與加熱溫度和加熱時間的關系，見圖3。從圖中可看出，當加熱溫度小于450℃或大于850℃時，不會產生晶間腐蝕。因為溫度小于450℃時，由于溫度較低，不會形成碳化鉻化合物；而當溫度超過850℃時，晶粒內的鉻擴散能力增強，有足夠的鉻擴散至晶界和碳結合，不會在晶界形成貧鉻區(qū)。所以產生晶間腐蝕的加熱溫度為450～850℃，這個溫度區(qū)間就稱為產生晶間腐蝕的“危險溫度區(qū)”或稱“敏化溫度區(qū)”，其中尤以650℃為最危險。焊接時，焊縫兩側熱影響區(qū)中處于危險溫度區(qū)的地帶最易發(fā)生晶間腐蝕，即使在焊縫冷卻過程中，其溫度也要穿過危險溫度區(qū)，所以也會產生晶間腐蝕。焊接接頭在危險溫度區(qū)停留的時間越短，接頭的耐晶間腐蝕能力越強，所以不銹鋼焊接時，快速冷卻是提高接頭耐腐蝕能力的有效措施。由于奧氏體不銹鋼冷卻過程中沒有馬氏體的轉變過程，所以快速冷卻不會使接頭淬硬（可以在非焊接側澆水）。第五十五頁，共六十三頁，2022年，8月28日3.3不銹鋼焊接時，為什么要控制焊縫中的含碳量？隨著不銹鋼中含碳量的增加，在晶界生成的碳化鉻隨之增多，使得在晶界形成貧鉻區(qū)的機會增多，在腐蝕介質中產生晶間腐蝕的傾向就會增加。因此不銹鋼焊接時，為提高接頭的耐腐蝕能力，必需控制焊縫中的含碳量，采取的措施是：⑴采用超低碳不銹鋼及其焊接材料奧氏體不銹鋼根據含碳量的不同，可分成三個等級：即一般含碳量級，碳的質量分數為≤0.14%；低碳級的為≤0.06%；超低碳級的為≤0.03。因為室溫時，奧氏體中能溶解的最大碳的質量分數為0.02%～0.03%，所以超低碳奧氏體不銹鋼原則上就不會產生晶間腐蝕。屬于超低碳的奧氏體不銹鋼有304L和316L等。焊接這類鋼時，應采用超低碳不銹鋼焊材。⑵在母材或焊接材料中添加穩(wěn)定劑在鋼材和焊接材料中加入Ti、Nb等與碳的結合能力比鉻更強的元素，能夠與碳結合成穩(wěn)定的碳化物，可以避免在奧氏體晶界形成貧鉻區(qū)。所以，常用奧氏體不銹鋼及焊接材料中都含有Ti或Nb等元素。⑶進行固溶處理焊后將焊接接頭加熱到1050～1100℃，此時碳又重新溶入奧氏體中，然后急速冷卻，便得到了穩(wěn)定的奧氏體組織，這種工藝處理稱為固溶處理。固溶處理的缺點是，如果焊接接頭需要在危險溫度區(qū)工作，則仍不可避免地會形成貧鉻區(qū)。⑷進行穩(wěn)定化處理將焊接接頭加熱至850～900℃，保溫2h，使奧氏體晶粒內部的鉻有充分時間擴散至晶界，使晶界處鉻的質量分數又恢復到大于12%，貧鉻區(qū)得以消失。第五十六頁，共六十三頁，2022年，8月28日3.4為什么奧氏體不銹鋼中要求具有一定數量的鐵素體組織？18-8型奧氏體不銹鋼中，具有一定數量的鐵素體組織，可以增加鋼材的抗熱裂紋及耐晶間腐蝕的能力。⑴鐵素體對熱裂紋的影響1）鐵素體可以細化奧氏體組織，并在一定程度上打亂樹枝晶的方向性，見圖4。如果焊縫是單相組織，奧氏體柱狀晶很粗大，易熔共晶物集中在較少的晶界上，形成較厚的晶間偏析夾層，焊后冷卻過程中在拉應力的作用下很容易沿晶界被拉裂，形成熱裂紋。若在組織中加入了少量鐵素體后，會使柱狀晶變細，晶界增多，同樣數量的易熔共晶物被分割，將不連續(xù)地分散在各個晶界上，從而降低熱裂紋傾向。2）鐵素體能比奧氏體溶解更多的有害雜質如S、P等。⑵鐵素體對晶間腐蝕的影響雙相組織對防止晶間腐蝕的有利作用，見圖5。單相組織的焊縫由于柱狀晶發(fā)展較快，晶間夾層厚而連續(xù)，析出碳化物后，貧鉻區(qū)貫穿于晶粒之間，構成侵蝕性介質的腐蝕通道。雙相組織的焊縫由于樹枝晶被打亂，晶間夾層分散而不連續(xù)，并且由于鐵素體中的含鉻量遠高于奧氏體，碳化鉻優(yōu)先在鐵素體的邊緣以內析出，因而不致在晶界上形成貧鉻區(qū)，即使形成了貧鉻區(qū)，也容易從鄰近的富鉻鐵素體中，及時得到鉻的補充。第五十七頁，共六十三頁，2022年，8月28日3.5如何保證不銹鋼焊縫金屬能得到雙相組織？鋼中的合金元素是形成雙相組織的主要因素。合金元素對組織的影響可以分為兩大類：奧氏體生成劑：Ni、N、Cu、Co、C、Mn。鐵素體生成劑：Cr、Nb、Ti、Si、V、Mo。當不銹鋼中的含碳量與含鎳量之比大于1.8時，就會出現鐵素體組織。因此，為了保證焊接不銹鋼時焊縫金屬能得到雙相組織，關鍵在于選擇含鐵素體生成劑比較多的焊接材料。如焊接1Cr18Ni9Ti不銹鋼時，常選用A132焊條，因為該焊條中含有一定量的Ti、Nb，焊縫金屬為雙相組織，具有較高的抗熱裂和耐腐蝕能力。實踐證明，焊縫組織中鐵素體的質量分數為2%～3%時，就能足以防止產生熱裂紋，焊接18-8型不銹鋼用焊條都能保證堆焊金屬中含有質量分數為3%～8%的鐵素體，因此這類焊條都有較強的抗熱裂能力。當焊接奧氏體不銹鋼或多層焊的根部焊道，可采用鐵素體含量更高（質量分數5%～10%）的焊條，如Cr、Ni比更高的Cr22Ni9型焊條A122。但是，焊縫金屬中出現更多的鐵素體含量是不必要的，因為過多的鐵素體會引起焊縫金屬的脆化，尤其是工作在高溫下的焊接結構，通常鐵素體的質量分數應控制在5%以內。第五十八頁，共六十三頁，2022年，8月28日3.6焊接單相奧氏體不銹鋼時如何防止產生熱裂紋？單相奧氏體不銹鋼如0Cr25Ni20焊接時的熱裂傾向比1Cr18Ni9Ti不銹鋼要大得多，特別是在根部打底焊道以及弧坑處最易產生熱裂紋。但是這類