焊工工艺第五章.ppt

1、第五单元 常用金属材料的焊接,【学习目标】 本单元主要讲解常用金属材料的焊接工艺等基础知识，要求通过本单元的学习，理解碳钢的焊接特点与焊接工艺；理解合金结构钢的焊接特点与焊接工艺；了解不锈钢和耐热钢的焊接特点与焊接工艺；了解铸铁的焊接特点与焊接工艺；了解铝及铝合金、铜及铜合金的焊接特点与焊接工艺。,综合知识模块一 碳素钢的焊接,碳素钢是以Fe为基础，以少量C为合金元素的铁碳合金，可以简称为碳钢。碳钢有不同的分类方法，按含C量可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢；按品质分可分为普通碳素钢、优质碳素钢和高级优质碳素结构钢；按用途可分为结构钢和工具钢；根据某些行业特殊要求及用途，有一些专业用钢，比如：压力容

2、器用碳钢、锅炉用碳钢、船用碳素结构。,碳钢的焊接性主要取决于碳含量。随着碳含量的增加，焊接性逐渐变差。碳钢中的Mn和Si对焊接性也有影响，随着它们含量的增加，焊接性变差，但不及碳作用强烈。把钢中合金元素的含量按其作用换算成碳的相当含量，就叫做碳当量。它可作为评定钢材焊接性的一种参考指标。 这样，就可以把C、Mn和Si对焊接性的影响汇合成一个适用于碳素钢的碳当量 Ceq经验公式：,Ceq值增加，产生冷裂纹的敏感性增大，焊接性变差。通常，当Ceq值小于0.4%时，钢材的淬硬倾向不大，焊接性良好，不需预热。Ceq值在0.4%0.6%之间时，钢材的淬硬倾向大，冷裂纹的敏感性将增大，焊接性一般，焊接时需

3、要采取一些工艺措施，如预热等。Ceq值大于0.6%时，焊接性变得很差。,碳钢中的杂质(如S、P、N)和一些微量元素(如Cr、Mo、V、Cu)等对焊接接头的裂纹敏感性和力学性能都有重大影响。实际上，焊接性的好坏不只取决于合金元素的含量，还取决于焊接接头冷却速度。尤其中、高碳钢在某种焊接热循环的作用下，冷却速度较快，碳钢可能在焊缝和热影响区中形成马氏体组织，马氏体量越多，硬度越高，焊接性越差，产生裂纹倾向越大，因此，焊接时控制冷却速度也成为至关重要的问题。 采用预热、控制层间温度和后热，或使用大焊接热输入，都能降低焊接接头冷却速度，从而控制组织和硬度，减小冷裂纹的可能性。 金属熔焊基础与材料焊接第

4、五单元 常用金属材料的焊接 除上述影响碳钢焊接性的诸多因素以外，母材焊前热处理状态对焊接性影响也是碳钢焊接时不容忽视的问题。,低碳钢的焊接,1.低碳钢的焊接特点 低碳钢碳含量较低，Mn、Si含量又少，所以，通常情况下不会因焊接而引起严重硬化组织或淬火组织。这种钢材的塑性和冲击韧度优良，焊成的接头塑性和冲击韧度也很好，焊接时，一般不需预热、控制层间温度和后热，焊后也不必采用热处理改善组织。可以说，整个焊接过程中不需要特殊的工艺措施，其焊接性优良。但在少数情况下，低碳钢的焊接性也会不好，焊接时出现困难，例如：低碳钢母材成分不合格，S 、P、O等杂质含量过高，焊接方法选择不当等。,总之，低碳钢是最容

5、易焊接的钢种，但有时也会出现某种问题。许多焊接方法都适用于低碳钢焊接，并能获得良好的焊接接头。目前，焊条电弧焊、二氧化碳气体保护焊、氩弧焊、埋弧焊、电渣焊、气焊、电阻焊等都是焊接低碳钢的成熟焊接方法。,2.焊接方法和焊接材料的选择 (1)焊条电弧焊 焊接低碳钢时大多采用焊条电弧焊，低碳钢选用焊条的主要原则是等强度原则，大多使用E43系列的焊条，因为低碳钢通常的抗拉强度平均值为417.5MPa，而E43系列焊条熔敷金属的抗拉强度不小于420MPa，在力学性能上正好与之匹配。这一系列焊条有多种型号，商品牌号更多，可根据具体母材、受载情况等加以选用，比较重要的结构或受载情况复杂的结构，尽量选用低氢型

6、焊条，表5-1为几种情况的举例。其他钢材选用焊条请参照JB/T 47092007等行业标准或国家标准。,(2)二氧化碳气体保护焊 近年来，二氧化碳气体保护焊用来焊接低碳钢也很普遍。二氧化碳气体保护焊用焊丝可分为实心焊丝和药芯焊丝两大类，低碳钢选用焊丝的主要原则也是等强度原则，举例见表5-1。其他请参照GB/T 81101995气体保护焊用碳钢、低合金钢焊丝等国家标准。焊接用的CO2气体纯度应不低于99.5。 (3)埋弧焊 低碳钢的焊接采用埋弧焊的也很多，尤其是中、厚度钢板。低碳钢埋弧焊一般选用实芯焊丝H08A或H08MnA等，它们与高锰高硅低氟熔炼焊剂HJ430、HJ431或HJ433配合，应

7、用甚广。烧结焊剂应用也日益广泛，有的烧结焊剂附加铁粉，可以在衬垫上单面焊双面成形，焊缝美观，效率甚高。几种低碳钢埋弧焊常用焊接材料的选用举例，见表5-1。,(4)手工TIG焊 在比较重要的结构中，低碳钢管对焊时，一般要求焊接接头必须是全焊透结构。许多工厂采用手工TIG焊封底，焊条电弧焊填充和盖面的方法或全部采用手工TIG焊焊接。低碳钢TIG焊用焊丝尽量选用专用焊丝以减少化学成分的变化，保证焊缝一定的力学性能，20、20g、20R这类钢一般采用H08Mn2SiA就可以了，焊接时所用Ar气体纯度应不低于99.99。 低碳钢焊接可采用的焊接方法还有很多,比如窄间隙埋弧焊、气焊、电渣焊等。在锅炉和压力

8、容器制造中，还有不少其他焊接技术以及它们各种组合形式，这主要根据具体条件和工艺要求来选择。,要求来选择。,3.焊接工艺要点 (1)焊前准备 焊前准备包括以下方面： 1)坡口的制备。坡口的制备宜采用冷加工方法，也可采用热加工方法，焊接坡口应保持平整，不得有裂纹、分层、夹渣等缺陷，尺寸应符合图样或焊接工艺的规定。坡口表面及两侧(焊条电弧焊10mm,埋弧焊20mm)应将水、铁锈、油污、熔渣及其他有害杂质清理干净。 2)焊条、焊剂按规定进行烘干、保温。焊丝需去除油、锈等杂质。,3)预热。低碳钢焊接一般不需要采用特殊的工艺措施,但若在寒冷冬季施焊时，焊接接头冷却速度快，裂纹倾向增大，特别是焊接厚度大的刚

9、性结构时更是如此，为避免裂纹的产生，可采取焊前预热、焊接时保持层间温度和后热等工艺措施。预热温度可根据试验结果和相关标准具体确定，不同产品的预热温度不尽相同，见表5-2和表5-3。,4)定位焊。所谓定位焊就是为组装和固定焊件上各零件的位置而进行的焊接，所形成的焊缝叫定位焊缝。定位焊须采用与所焊焊缝相同的焊接材料，按相同的焊接工艺施焊，定位焊缝不得有裂纹，否则必须清除重焊。熔入永久焊缝内的定位焊缝两端应便于接弧，如存在气孔、夹渣时应去除。,(2)焊接要求 焊接要求如下： 1)焊工必须按图纸、工艺文件、技术标准的要求施焊。 2)应在引弧板或坡口内引弧，禁止在非焊接部位引弧。熄弧时，弧坑要填满。 3

10、)施焊过程中应控制层间温度不超过规定的范围，当焊件预热时应控制层间温度不低于预热温度。 4)每条焊缝应尽可能一次焊完，尽量避免中断。 5)焊缝表面的形状尺寸及外观要求应满足相关标准的要求。 6)焊缝表面不得有裂纹、气孔、弧坑和肉眼可见的夹渣等缺陷，焊缝上的熔渣和两侧的飞溅物必须清除。焊缝与母材应圆滑过渡。焊缝表面咬边缺陷应不超出相关标准的规定。,中碳钢的焊接,1.中碳钢的焊接特点 中碳钢的含C量在0.30%0.60之间。当wC接近.30而wMn不高时，焊接性良好。随着wC的增加，焊接性逐渐变差。如果wC为0.50左右而仍按焊接低碳钢常用的工艺施焊时，热影响区可能产生脆硬的马氏体组织，易开裂。当

11、焊接材料和焊接过程控制不好时，甚至焊wC缝也会如此。焊接时，相当数量的母材会熔化进入焊缝使其杂质含量增高，容易产生焊缝热裂纹。特别是杂质S控制不严时，更易显示出来。这种热裂纹在弧坑处更为敏感。此外，由于wC增高，气孔敏感性也增大。,中碳钢既可以用作强度较高的结构件，也可以用作机械部件和工具。用作机械部件和工具时，又常用其坚硬耐磨而非高强度。无论是高强度还是耐磨，常常通过热处理来达到所希望的性能。如果对已经热处理的部件进行焊接，则必须采取措施防止裂纹产生。不过，还需强调的是，焊接的热量会使热影响区软化，为了恢复热影响区性能，焊件需要再进行热处理。,2.焊接方法和焊接材料的选择 (1)焊条电弧焊

12、中碳钢焊接性较差，大多用于制造机械零件，所以焊接中碳钢最常用的焊接方法主要是焊条电弧焊。 要求焊缝金属与母材等强度时，应选用级别相当的焊条；在不要求等强度时，可选用强度级别低于母材的焊条。低氢型焊条有一定脱硫能力，熔敷金属塑性和韧性良好，扩散氢量又少，无论对热裂纹或氢致冷裂纹来说，抗裂性都较高，因此应尽量选用。,在个别情况下，也可采用钛铁矿型或钛钙型焊条，但一定要有严格的工艺措施配合，例如认真控制预热温度和尽量减少母材熔深(减少焊缝wC)，方能有满意结果。 特殊情况下，亦可采用铬镍奥氏体不锈钢焊条焊接，这时不需预热，而焊缝金属塑性良好，可以减少焊接接头的应力，避免热影响区冷裂纹产生。中碳钢焊条

13、举例如表5-4所示。,(2)其他焊接方法 中碳钢的焊接有时也可以采用其他的焊接方法，这主要根据设计要求和具体情况而定，比如二氧化碳气体保护焊等。选用二氧化碳气体保护焊时，30、35号钢焊丝一般选用H08Mn2SiA、H04Mn2SiTiA和H04MnSiAlTiA。,3.焊接工艺要点 (1)焊前准备 焊前应做如下方面准备工作： 1)焊条在使用前应按规定温度进行烘干、保温。 2)补焊前待焊处的缺陷彻底清除掉，认真清理待焊部位工件表面，去除铁锈、油污、水分等杂质。需要定位焊时焊缝不宜过小。 3)预热，控制层间温度。大多数情况下，中碳钢焊接需要预热,焊接时控制层间温度，层间温度一般不能低于预热温度，

14、以降低焊缝和热影响区冷却速度，从而防止产生马氏体，提高焊接接头的塑性，减小残余应力。预热温度取决于碳当量、母材厚度、结构刚性、焊条类型和工艺方法。一般来说，随着碳当量增高，接头厚度增大或电弧中氢含量增高，预热温度增高。通常，35号钢和45号钢预热温度可为150250，wC再高，或厚度大，或刚性大预热温度可在250400。如果采用局部预热，坡口两侧的加热范围为150200mm。,(2)焊接要求 焊接中碳钢时，尽量采用窄焊道，短弧焊操作方法。如果是多层焊，前几层焊缝应采用小直径焊条，小焊接电流，以减少母材的熔深，但要熔透。中间层可用较高的线能量来完成。最后一道或几道盖面焊缝尽可能全部熔敷在前一层已

15、熔敷的焊缝金属上，这种做法对原熔敷焊道的热影响区，特别是处在母材中的热影响区起到回火作用，降低该区的硬度和脆性，防止焊后热处理前产生裂纹。 (3)焊后热处理 焊后最好立即做消除应力热处理，特别是大厚度工件、大刚性结构件和苛刻的工况条件下(例如动载荷或冲击载荷)工作的工件更应如此。消除应力热处理温度一般为600650。如果不可能立即消除应力，也应当后热，以便扩散氢逸出。后热温度不一定与预热温度相同，视具体情况而定。后热保温时间大约每10mm厚度为1小时左右。,高碳钢的焊接,1.高碳钢的焊接特点 高碳钢wC大于0.6，除了高碳结构钢外，还包括高碳碳素钢铸件和碳素工具钢等。高碳钢的wC比中碳钢更高，

16、更容易产生硬脆的高碳马氏体，所以淬硬倾向和裂纹敏感倾向更大，从而焊接性更差。这类钢实际上不用于制造焊接结构，而用于高硬度或耐磨部件、零件和工具以及某些铸件，亦称为工具钢和铸钢，所以它们的焊接也大多数为焊接修复。为了获得高硬度或高耐磨性，高碳钢零件一般都经过热处理，常为淬火+回火，因此，焊接前进行退火，可以减少裂纹倾向，焊后再进行热处理，以达到高硬度和高耐磨性要求。,2.焊接方法和焊接材料的选择 由于高碳钢焊接性差，大多应用于硬度大或耐磨部件、零件和工具，所以焊接高碳钢最常用的焊接方法主要是焊条电弧焊。 焊接材料通常根据钢的含碳量、工件设计和使用条件等，选用合适的填充金属。焊缝要与母材性能完全相

17、同比较困难，这类钢的抗拉强度大多在675MPa以上，选用的焊接材料视产品设计要求而定，要求强度高时，一般用E7015-D2(J707)或E6015-D2(J607)，要求强度不高时，可用E5016(J506)或E5015(J507)等焊条，或者分别选用与以上强度等级相当的低合金钢焊条或填充金属，所有焊接材料都应当是低氢型的。,必要时也可以用铬镍奥氏体不锈钢焊条焊接，焊条牌号与中碳钢用焊条相同，例如E308-16(A102)、E308-15(A107)、E309-16(A302)、EE309-15(A307)等，这时可以不预热，当材料刚度较大时，焊接前适当预热。,3.焊接工艺要点 (1)焊前准备

18、 高碳钢焊接前应做如下准备工作： 1)高碳钢应先行退火，然后焊接。 2)采用结构钢焊条焊接时，焊前必须预热，预热温度一般在250350以上。焊接过程中还需要保持与预热一样的层间温度。 3)焊前注意按规定烘干焊条，并放在保温箱或保温筒内，以防焊条吸潮。,4)焊前注意工件表面的清理，不得有水分、油污、铁锈等杂质。 (2)焊接要求 焊接过程中应采取如下措施： 1)采取与中碳钢相同的工艺措施，尽量减小熔合比，小电流，快速焊，焊接过程中应量连续施焊不间断。 2)采用预堆法，先在坡口上堆焊，然后再进行焊接。 3)焊件刚度、厚度较大时，应采取减少内应力的措施，例如合理排列焊道、分段倒退焊法、焊后锤击焊道等。

19、 (3)焊后热处理 焊后工件应立即送入炉中，在650保温，进行消除应力热处理。,常用碳钢的典型焊接实例,1.低碳钢的典型焊接实例 (1)焊条电弧焊焊接低碳钢实例 某一化工机械制造企业，制造的二氧化硫产品冷凝器，所用材质是20R,板厚是8mm,筒体的纵焊缝是对接接头,开V形坡口，采用焊条电弧焊，焊接工艺见表5-5。,(2)手工TIG焊封底，焊条电弧焊填充和盖面焊接低碳钢实例 上述的同一设备，筒体的合拢口焊缝，由于筒体的直径只有616mm,接头要求全焊透结构，工厂采用了TIG焊封底，焊条电弧焊填充、盖面的工艺，焊接工艺见表5-6。,(3)二氧化碳气体保护焊焊接低碳钢实例 有一水轮机支持盖，材质为Q

20、235钢，采用二氧化碳气体保护焊。焊丝为ER49-1(H08Mn2SiA),1.6，焊接工艺见表5-7。,2.中碳钢的典型焊接实例,(1)焊条电弧焊焊接中碳钢的焊接实例 某船厂35号钢轴与法兰的焊接，焊接工艺见表5-8。,(2)焊条电弧焊修复中碳钢机械零件实例 某厂空气锤锤杆(直径280mm)使用中发现裂纹，采用焊条电弧焊进行修复。首先，在裂纹处开U形坡口，把裂纹彻底清理干净，对工件待焊部位进行局部预热至150，用3.2mm的J507焊条补焊，焊接电流为100120A。为防止变形，采用对称交替焊。焊后立即用火焰进行局部回火，把焊缝及近缝区加热到暗红色，然后在空气中冷却。焊接完成后，经过一段时间

21、的使用，效果很好。,综合知识模块二 低合金钢的焊接,低合金钢是在碳素钢中添加总质量分数不超过5%的各种合金元素，以提高钢的强度、塑性、韧性、耐蚀性、耐热性或其他特殊性能的钢材。这些钢种已广泛地用于船舶、桥梁、锅炉、压力容器、管道、常规和核能动力设备、各种车辆、重型机械、海洋和建筑中，目前已成为大型焊接结构中最主要的结构材料。,对焊接生产中常用的一些低合金钢来说，综合考虑了它们的性能和用途后，大致可分为两大类:一类是高强度钢，它主要应用在一些要求常规条件下能承受静载和动载的机械零件和工程结构；另一类是专用钢，它主要用于一些特殊条件下工作的机械零件和工程结构。高强度钢包括的范围很广，凡是屈服点s2

22、95MPa、抗拉强度b395MPa的钢，均称为高强度钢。这类钢中根据屈服点级别及热处理状态，一般又可分为三种类型：热轧及正火钢、低碳低合金调质钢和中碳调质钢。,热轧及正火钢的焊接,1.热轧及正火钢的焊接特点 以热轧或正火状态供货和使用的钢称为热轧及正火钢，包括热轧钢和正火钢。这类钢s295490MPa，主要包括GB/T 15912008低合金高强度结构钢中的Q295Q460钢。 屈服强度为295390MPa的低合金钢大多属于热轧钢，是靠合金元素锰的固溶强化作用获得的高强度，其中Q345是国内应用最广泛的高强度钢。Q345又可分为AE五个质量等级，其中Q345A相当于旧牌号的16Mn，Q345C

23、相当于锅炉压力容器用钢中的16Mng和16MnR。,屈服强度大于390MPa的低合金钢一般需要在正火或正火加回火状态下使用，如Q420等。正火处理后形成的碳、氮化合物以细小质点形式从固溶体中沉淀析出，在提高钢材强度的同时，保证具有一热轧及正火钢含有一定量的合金元素及微量合金化元素，其焊接性与碳钢的差别主要是焊接热影响区组织与性能的变化对焊接热输入较敏感，热影响区淬硬倾向增大，对氢致裂纹敏感性较大，含有碳、氮化合物形成元素的热轧及正火钢还存在再热裂纹的危险等。但总体来看焊接性还是比较好的，只有在掌握各种不同热轧及正火钢焊接性特点和规律的基础上，才能制订正确的焊接工艺，保证焊接质量。,(1)焊接热

24、影响区组织与性能变化 依据焊接热影响区被加热的峰值温度不同，焊接热影响区可分为熔合区、粗晶区、细晶区、不完全相变区及回火区。不同部位热影响区组织与性能取决于钢的化学成分和焊接时加热和冷却的速度。如果焊接冷却速度控制不当，焊接热影响区局部区域将产生淬硬或脆性组织，导致抗裂性或韧性降低。粗晶区和不完全相变区是焊接接头的两个薄弱区。 热轧钢焊接时，如果焊接热输入过大，粗晶区将因晶粒严重长大或出现魏氏体组织等而降低韧性；如果焊接热输入过小，由于粗晶区组织中马氏体比例增大而降低韧性。正火钢焊接时，粗晶区组织性能受焊接热输入的影响更为显著，如果热输入较大，粗晶区将产生粗大的粒状贝氏体、上贝氏体组织而导致粗

25、晶区韧性的显著降低。焊接热影响区的不完全相变区在焊接加热时组织脆化，防止不完全相变区组织脆化的措施是控制焊接冷却速度，避免脆硬的马氏体产生。,(2)热应变脆化 热应变脆化是焊接过程中在热和应变的同时作用下产生的一种应变时效，它是由固溶的氮所引起的，一般认为在200400时最为明显，大多发生在固溶含氮的低碳钢和强度较低的低合金钢中。消除热应变脆化的有效措施是进行焊后热处理，经600左右的消除应力退火后，材料的韧性可恢复到原有水平。比如Q345和Q420(15MnVN)焊后都有一定的热应变脆化倾向，经6001h退火处理后，韧性基本恢复正常。,(3)焊接裂纹 1)焊接氢致裂纹：焊接氢致裂纹通常称为焊

26、接冷裂纹或延迟裂纹，是危害最为严重的工艺缺陷，它常常是焊接结构失效破坏的主要原因。热轧及正火钢焊接时产生的氢致裂纹主要发生在焊接热影响区，有时也出现在焊缝金属中。生成焊接冷裂纹的三个要素中与材料有关的是淬硬组织。热轧及正火钢中由于加入了一定的合金元素，淬硬倾向比低碳钢要稍大些，如Q345钢、Q390钢焊接时，快速冷却可能出现淬硬的马氏体组织，冷裂倾向增大。但由于热轧钢的碳当量比较低，通常冷裂倾向不大，但在环境温度很低或钢板厚度大时应采取工艺措施防止焊接冷裂纹的产生。正火钢合金元素含量较高，焊接热影响区纹的产生。正火钢合金元素含量较高，焊接热影响区的淬硬倾向有所增加。对强度级别及碳当量较低的正火

27、钢，冷裂倾向不大，但随着强度级别及板厚的增加，其淬硬性及冷裂倾向都随之增大，需要采取控制焊接热输入、降低含氢量、预热和及时后热等措施，以防止冷裂纹的产生。,2)焊接热裂纹：与碳素钢相比，热轧及正火钢的wC、wS较低，且wMn较高，其热裂纹倾向较小。但有时也会在焊缝中出现热裂纹，如厚壁压力容器焊接生产中，在多层多道埋弧焊焊缝的根部、焊道或靠近坡口边缘的高稀释率焊道中易出现焊缝金属热裂纹。 采用Mn、Si含量较高的焊接材料，减小焊接热输入，减少母材在焊缝中的熔合比，增大焊缝成形系数(即焊缝宽度与高度之比)，有利于防止焊缝金属的热裂纹。,4)层状撕裂：大型厚板焊接结构(如海洋工程、核反应堆及船舶等)

28、焊接时，如在钢材厚度方向承受较大的拉伸应力，可能沿钢材轧制方向发生阶梯状的层状撕裂。这种裂纹常出现于要求熔透的角接接头或丁字接头中。选用抗层状撕裂钢，改善接头型式以减缓钢板Z向的应力应变，在满足产品使用要求的前提下，选用强度级别较低的焊接材料或采用低强焊材预堆边，采用预热及降氢等措施都有利于防止层状撕裂。,2.焊接方法的选择 热轧及正火钢可采用焊条电弧焊、熔化极气体保护焊、埋弧焊、钨极氩弧焊、电渣焊等常用的方法焊接。具体选用何种焊接方法取决于所焊产品的结构、板厚、对性能的要求及生产条件等。其中焊条电弧焊、埋弧焊、实心焊丝及药芯焊丝CO2气体保护焊是常用的焊接方法。 3.焊接材料的选择 热轧及正

29、火钢的焊接材料选择首先应保证焊缝金属的强度、塑性、韧性达到产品的技术要求，同时还应该考虑抗裂性及焊接生产效率等。,3.焊接材料的选择 热轧及正火钢的焊接材料选择首先应保证焊缝金属的强度、塑性、韧性达到产品的技术要求，同时还应该考虑抗裂性及焊接生产效率等。 (1)根据产品对焊缝性能要求选择焊接材料 热轧及正火钢焊接时，一般应选择与母材强度相当的焊接材料，必须综合考虑焊缝金属的韧性、塑性及强度，只要焊缝强度或焊接接头的实际强度不低于产品要求即可。 (2)选择焊接材料时，还要考虑工艺条件的影响 如坡口和接头形式，焊后加工工艺等。,(2)选择焊接材料时，还要考虑工艺条件的影响 如坡口和接头形式，焊后加

30、工工艺等。 1)坡口和接头形式的影响。采用同一焊接材料焊同一钢种时，如果坡口形式不同，则焊缝性能各异。如用HJ431焊剂进行Q345钢埋弧焊不开坡口直边对接焊时，由于母材溶入焊缝金属较多，此时采用合金成分较低的H08A焊丝配合HJ431，即可满足焊缝力学性能要求；但如焊接Q345钢厚板开坡口对接接头时。如仍用H08A-HJ431组合，则因母材熔合比小，而使焊缝强度偏低。此时应采用合金成分较高的H08MnA、H10Mn2等焊丝与J431组合。,2)焊后加工工艺的影响。对于焊后经受热卷或热处理时，必须考虑焊缝金属经受高温热处后对其性能的影响。应保证焊缝热处理后仍具有所要求的强度、塑性和韧性，这时也

31、应选用合金成分较高的焊接材料。对于焊后经受冷卷或冷冲压的焊件，则要求焊缝具有较高的塑性。,(3)对于厚板、拘束度大及冷裂倾向大的焊接结构 应选用超低氢焊接材料，以提高抗裂性能，降低预热温度。厚板、大拘束度焊件，第一层打底焊缝最容易产生裂纹，此时可选用强度稍低、塑性、韧性良好的低氢或超低氢型焊接材料。 (4)对于重要的焊接产品 如海上采油平台、压力容器及船舶等，为确保产品使用的安全性，焊缝应具有优良的低温冲击韧度和断裂韧度，应选用高韧性焊接材料，如高碱度焊剂、高韧性焊丝、焊条、高纯度的保护气体并采用Ar+CO2混合气体保护焊等。 (5)为提高生产率 可选用高效铁粉焊条、重力焊条、高熔敷率的药芯焊

32、丝及高速焊剂等，立角焊时可用立向下焊条等。 (6)为改善卫生条件 在通风不良的产品中焊接时(如船仓、压力容器等)，宜采用低尘低毒焊条。,4.焊接工艺要点 (1)焊前准备 焊前准备主要包括坡口的制备、焊接材料烘干处理、预热及层间温度控制、定位焊等方面。 1)坡口的制备。 热轧及正火钢可以用冷加工和热切割方法下料和加工坡口,如剪切、气割、碳弧气刨、等离子切割等。强度等级较高的钢，虽然在热切割边缘会形成淬硬层，但在后续的焊接时可熔入焊缝而不会影响焊接质量，因此切割前一般不需要预热，切割后可直接焊接而不必机械加工。,2)焊接材料需按规定进行烘干处理。 3)预热及层间温度。 预热可以控制焊接冷却速度，减

33、少或避免热影响区中淬硬马氏体的产生，降低热影响区硬度，同时还可以降低焊接应力，并有助于氢从焊接接头中逸出，因此，预热是防止焊接氢致裂纹产生的有效措施，但预热常常恶化劳动条件，使生产工艺复杂化，不合理的、过高的预热和焊道温度还会损害焊接接头的性能。因此，焊前是否需要预热、选取合理的预热温度，都需要认真考虑或通过试验确定。,影响预热温度主要因素有钢材的成分(碳当量)、板厚、焊件结构形状和拘束度、环境温度、所采用的焊接材料的含氢量。 表5-10中推荐了不同强度级别的热轧及正火低合金高强钢的焊接预热温度，供参考。对于厚板多道多层焊，为了促进焊接区氢的逸出，防止焊接过程中氢致裂纹的产生，应控制焊道间温度

34、不低于预热温度，进行必要的中间消氢热处理。,4)定位焊。 在定位焊时，使用与正式焊接时完全相同的焊条，要严格遵守焊接工艺规程。对定位焊缝的长度、截面积及间隔长度也应有规定，必要时应进行预热。定位焊后应仔细检查，发现裂纹应铲掉重焊。为了降低应力，防止定位焊缝开裂，应尽量避免强行装配。,(2)焊接热输入的确定 焊接热输入的变化将改变焊接冷却速度，从而影响焊缝金属及热影响区的组织成份，并最终影响焊接接头的力学性能及抗裂性。因此为了确保焊缝金属的韧性，不宜采用过大的焊接热输入。施焊时尽量不用横向摆动和挑弧焊接，推荐采用多层窄焊道焊接。,热轧钢可以适应较大的焊接热输入。含碳量较低的热轧钢(09Mn2、0

35、9MnNb等)以及含碳量偏低的16Mn钢焊接时，焊接热输入没有严格的限制，因为这些钢焊接热影响区的脆化及冷裂倾向较小。但是，当焊接含碳量偏高的16Mn钢时，为降低淬硬倾向，防止冷裂纹的产生，焊接热输入应偏大一些。 含V、Nb、Ti微合金化元素的钢种，为降低热影响区粗晶区的脆化，确保焊接热影响区具有优良的低温韧度，应选择较小的焊接热输入。,碳及合金元素含量较高、屈服强度为490MPa的正火钢，如18MnMoNb等。选择热输入时既要考虑钢种的淬硬倾向，同时也要兼顾热影响区粗晶区的过热倾向。一般为了确保热影响区的韧性，应选择较小的热输入，同时采用低氢焊接方法配合适当的预热或及时的焊后消氢处理来防止焊

36、接冷裂纹的产生。,(3)焊接后热、消氢处理及焊后热处理 1)焊接后热及消氢处理。 焊接后热是指焊接结束或焊完一条焊缝后，将焊件或焊接区立即加热到150250范围内，并保温一段时间；而消氢处理则是在300400加热温度范围内保温一段时间。两种处理的目的都是加速焊接接头中氢的扩散逸出，消氢处理效果比后热更好。焊后及时后热及消氢处理是防止焊接冷裂纹的有效措施之一，特别是对于氢致裂纹敏感性较强的14MnMoV、18MnMoNb等钢厚板焊接接头，采用这一工艺不仅可以降低预热温度、减轻焊工劳动强度，而且还可以采用较低的焊接热输入，使焊接接头获得良好的综合力学性能。对于厚度超过100mm的厚壁压力容器及其他

37、重要的产品构件，焊接过程中，应至少进行23次中间消氢处理，以防止因厚板多道多层焊中氢的积聚而导致的氢致裂纹。,2)焊后热处理。 热轧、控轧控冷及正火钢一般焊后不进行热处理。电渣焊的焊缝及热影响区晶粒粗大，焊后必须进行正火处理以细化晶粒。 厚壁高压容器、要求抗应力腐蚀的容器、要求尺寸稳定性的焊接结构，焊后需要进行消除应力处理。此外，对于冷裂纹倾向大的高强钢，也要求焊后及时进行消除应力处理。几种低合金高强度钢的不同焊后热处理的推荐参数见表5-10。,低碳低合金调质钢的焊接,1.低碳低合金调质钢的焊接特点 低碳低合金调质钢一般具有较高的屈服强度(450980MPa)、良好的塑性、韧性、及耐磨、耐蚀性

38、能。根据用途不同，采用不同合金成分及不同热处理制度，可以获得具有不同综合性能的低碳低合金调质钢。,低碳调质钢的wC一般不超过.2，与中碳调质钢相比有较好的焊接性。但要成功焊接这类钢，必须掌握这类钢的焊接性特点，拟定正确的焊接工艺，并且严格实施。这类钢焊接性的主要特点是，在焊接热影响区，特别是焊接热影响区的粗晶区有产生冷裂纹和韧性下降的倾向。为了可靠地防止冷裂纹的产生，还必须严格控制焊接时的氢源和选择合适的焊接方法及焊接参数。一般低碳调质钢，因为钢中的C、S含量都比较低，而Mn含量及Mn/S又较高，热裂倾向较小。如果钢中的C、S含量较高或Mn/S低时，则热裂倾向增大，采用小热输入的焊接参数，控制

39、熔池形状，可以防止这种裂纹的产生。,2.低碳低合金调质钢焊接方法的选择 低碳调质钢最常用的焊接方法有焊条电弧焊、熔化极气体保护焊、埋弧焊及钨极氩弧焊。采用上述各种电弧焊方法，用一般焊接参数，焊接接头的冷却速度较高，使低碳调质钢焊接热影响区的力学性能接近钢在调质状态下的力学性能，因而不需要进行焊后热处理。窄间隙双丝埋弧焊工艺，由于焊丝细、焊接热输入不高，也已成功地应用于低碳调质钢压力容器的焊,3.焊接材料的选择 焊接低碳调质钢时焊接材料的选用原则一般按等强原则，与热轧及正火钢的选择基本一样。由于低碳调质钢产生冷裂纹的倾向较大，因此，严格控制焊接材料中的氢是十分重要的。用于低碳调质钢的焊条应是低氢

40、型或超低氢型焊条。焊前必须按照生产厂规定的，或工艺规程中规定的烘干条件进行再烘干。烘干后的焊条应立即存放在低温干燥的焊条保温筒内，随用随取。表5-11为几种用于低碳调质钢的焊条电弧焊用焊条，熔化极气体保护焊焊丝及保护气。,4.焊接工艺要点 (1)焊前准备 焊前要做焊接坡口的准备、焊接材料的烘干处理、预热三方面准备工作。 1)坡口的制备。 合理的接头设计、良好的坡口加工、装配与焊接质量，才能保证低碳低合金调质钢的优良性能得以发挥。接头设计时，应考虑焊接操作和焊后检验的方便。不正确的焊缝位置能导致截面突变、未焊透、未熔合、咬边和焊瘤等缺陷，并造成缺口，引起应力集中。一般来说，对接焊缝比角焊缝更为合

41、理，因为后者应力集中系数大，并有明显的缺口效应，同时对接焊缝更便于进行射线或超声波探伤。坡口形式以U形或V形为佳，为了降低焊接应力，可采用双V形或双U形坡口。,低碳低合金调质钢的坡口可以用气割切割，但切割边缘的硬化层要通过加热或机械加工消除。板厚小于100mm时，切割前不需要预热；板厚100mm时，应进行100150预热，然后切割。轻度等级较高的钢，最好用机械切割或等离子弧切割。 2)焊接材料按规定烘干处理。 3)预热。 为了防止冷裂纹的产生，焊接低碳低合金调质钢时，常常需要采用预热，一般在焊接低碳低合金调质钢时都采用较低的预热温度(200)。当预热温度过高时，不仅对防止冷裂纹没有必要，反而使

42、热影响区出现明显的脆化，几种低碳低合金调质钢的最低预热温度和层间温度见表5-12。,(2)焊接热输入和焊接技术 焊接热输入不仅影响焊接热影响区的性能，也影响焊缝金属的性能。对许多焊缝金属来说，为获得综合的强度和韧性，需要获得针状铁素体组织，这种组织必须在较快的冷却条件下才能获得。为了避免采用过大的热输入，不推荐采用大直径的焊条或焊丝。只要可能，应采用多层窄焊道焊缝，而不采用横向摆动的运条技术，这样不仅可以使焊接热影响区和焊缝金属有较好的韧性，而且还可以减少焊接变形。 可以采用碳弧气刨清理焊根，但必须严格控制热输入。在碳弧气刨以后，应打磨清理气刨表面后再施焊。,对接接头焊后，应将余高打磨平才能使

43、接头有足够的疲劳强度。角接接头容易产生应力集中，降低疲劳强度。角焊缝焊趾处的机械打磨、TIG重熔或锤击强化都可以提高角接接头的疲劳强度，但必须选择适宜的打磨、重熔或锤击工艺。 (3)焊后热处理 大多数低碳低合金调质钢焊接构件是在焊态下使用，除非在下述条件进行焊后热处理： 1)焊后或冷加工后钢的韧性过低； 2)焊后需进行高精度加工，要求保证结构尺寸的稳定性； 3)焊接结构承受应力腐蚀。 许多沉淀硬化型低碳低合金调质钢在焊后热处理中的焊接热影响区会出现消除应力裂纹。焊接时可通过降低退火温度，进行适当的预热或后热等措施，防止消除应力裂纹的产生。,中碳调质钢的焊接,1.中碳调质钢的焊接特点 (1)中碳

44、调质钢的性能 中碳调质钢的碳含量较高(一般在wC=0.25%0.50)，并含有较多的合金元素，如Mn、Si、Cr、Ni、Mo及B、V、Ti、Al等，以保证钢的淬透性和防止回火脆性。这类钢在调质状态下具有良好的综合性能，屈服强度高达8801176MPa。这类钢的淬透性很大,焊接性变差。40Cr是一种广泛应用的铬调质钢，它具有良好的综合力学性能和较高的淬透性，具有较高的疲劳强度，常用于制造较重要的、在交变载荷下工作的零件，如焊接时遇到的齿轮和轴类。35CrMoA和35CrMoVA钢时都属于Cr-Mo钢系统，它是在钢基础上发展起来的一些中碳调质钢，具有良好的强度与韧性匹配。这类钢主要用于制造气轮机叶

45、轮、主轴和发电机转子等。,(2)中碳调质钢的焊接特点 中碳调质钢与低碳低合金调质钢不同，中碳调质钢焊后的淬火组织是硬脆的高碳马氏体，不仅冷裂纹的敏感性大，而且焊后若不经热处理时，热影响区性能达不到原来母材的性能。因此，这类钢一般是在退火状态下焊接，焊后通过整体调质处理才能获得性能满足要求的均匀的焊接接头。但有时必须是在调质状态下焊接，这时热影响区性能的恶化是很难解决的。中碳调质钢在焊接结构中的应用远不如热轧及正火钢和低碳调质钢那样广泛。,1)焊接热影响区的脆化和软化。 中碳调质钢由于含碳量高、合金元素含量多，在快速冷却时，从奥氏体转变为马氏体的起始温度Ms点较低，焊后热影响区产生硬度很高的马氏

46、体，造成脆化。如果钢材在调质状态下施焊，而且焊接以后不再进行调质处理，其热影响区被加热到超过调质处理回火温度的区域，将出现强度、硬度低于母材的软化区。该软化区可能成为降低接头强度的薄弱区。,2)焊接裂纹。中碳调质钢的热裂倾向和冷裂倾向都很大，需采取措施消除其产生因素。 中碳调质钢焊接热影响区极易产生硬脆的马氏体，对氢致冷裂纹的敏感性很大，焊接中碳调质钢时，为了防止氢致冷裂纹的产生，除了尽量采用低氢型或超低氢型焊接材料和焊接工艺外，通常应采用焊前预热和焊后及时热处理。 由于中碳调质钢的碳及合金元素含量高，焊接熔池凝固时，固液相温度区间大，结晶偏析倾向大，因而焊接时具有较大的热裂纹倾向。为了防止产

47、生热裂纹，要求采用低碳、低硫、磷的焊接材料。在焊接工艺上，要注意填满弧坑。,2.焊接方法和焊接材料的选择 中碳调质钢常用的焊接方法有钨极氩或氦弧焊、熔化极气体保护焊、埋弧焊、焊条电弧焊及电阻点焊等。钨极氩或氦弧焊焊缝的氢含量极低，适合于焊接薄小且拘束应力较大的构件。熔化极气体保护焊可采用CO2，Ar+CO2或Ar+O2，混合保护气体。熔化极气体保护焊焊缝的含氢量很低，有利于减小中碳调质钢焊接时产生冷裂纹的可能性。埋弧焊常用于那些焊后进行调质处理的构件，这时应选好焊丝、焊剂的组合,选用中性或中等碱度的焊剂，以保证经调质处理的焊缝金属具有满意的强度、塑性及韧性。目前焊接这类钢，焊条电弧焊应用最为普

48、遍，焊条电弧焊应选用低氢型或超低氢型焊条。有几种推荐见表5-13。,1)坡口制备。中碳调质钢的焊接坡口应采用机械加工方法加工，以保证装配精度，并避免由热切割引起坡口处产生的淬火组织。焊前应仔细清理母材及焊接材料。 2)焊条、焊剂使用前应严格烘干，使用过程中，应采取措施防止焊接材料再吸潮。 3)预热。为防止氢致冷裂纹的产生，除了拘束度小、结构简单的薄壁壳体等焊件不用预热外，中碳调质钢焊接时一般均需要预热。一般预热温度及层间温度可控制在250300之间。,(2)焊接热输入的确定和焊接技术 中碳调质钢宜采用较低的热输入参数焊接。大的热输入将产生宽的、组织粗大的热影响区，增大脆化的倾向；大热输入也增大

49、焊缝及热影响区产生热裂纹的可能性；对在调质状态下的焊接且焊后不再进行调质处理的构件，大热输入将增大热影响区软化的程度。 (3)焊后热处理 为防止氢致冷裂纹的产生，焊后要及时进行热处理。及时进行调质处理有困难时，可进行中间退火或在高于预热温度下保温一段时间，以排除扩散氢并软化热影响区组织。中间退火还有消除应力的作用。,能力知识点4 常用合金结构钢的典型焊接实例 1.热轧及正火钢的典型焊接实例 1)某企业制造一富/贫吸收液换热器，主体材质为16MnR，筒体纵焊缝是对接接头，开不对称的X形坡口，采用埋弧焊，具体焊接工艺见表5-14。,3)前述同一设备，大接管与内封头的焊缝，角接头，材质为16MnR,厚度为82.5mm和38mm，开K形坡口，属于中厚板焊接，焊前待焊部位及其附近需要100预热，施焊过程中层间温度保持在100250，焊后需要加热620，保温2h消除应力退火处理。具体焊接工艺见表5-16。,