焊接技術(shù)培訓(xùn)-高強(qiáng)鋼和特殊鋼材的焊接頁P(yáng)PT課件

1、焊接技術(shù)培訓(xùn)質(zhì)量部 焊接室COSCO NANTONG SHIPYARD CO.,LTD.南通中遠(yuǎn)船務(wù)工程有限公司之高強(qiáng)鋼和特殊鋼材的焊接質(zhì)量部 焊接室標(biāo)準(zhǔn)中鋼材的分類船用低合金高強(qiáng)鋼和超高強(qiáng)度鋼低合金高強(qiáng)鋼容易產(chǎn)的的焊接缺陷低合金高強(qiáng)鋼焊接注意事項高強(qiáng)鋼的焊接培訓(xùn)內(nèi)容：常用鋼材在DNV標(biāo)準(zhǔn)中的分類DNV-OS-C401中闡述了這些材料的焊接工藝評定規(guī)則常用鋼材在AWS標(biāo)準(zhǔn)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 共4組，材料的屈服強(qiáng)度級別依次遞增。如果一定要與DNV對應(yīng)的話，大致可以這樣比較：NS，HS， EHS。表3.1中包括了美國材料與試驗協(xié)會（ASTM）、美國石油工程

2、協(xié)會（API）和美國船檢局（ABS）的材料。表4.9（是表3.1的補(bǔ)充）中是ASTM中超高強(qiáng)鋼材。其他標(biāo)準(zhǔn)API 2Y,2H,2W, API 5L X52, ASTM A131/ABS標(biāo)準(zhǔn)的AF級的屈服強(qiáng)度在315（A32）以上的船板,16Mn,Q345等，均為普通低合金高強(qiáng)度C-Mn鋼。船用高強(qiáng)鋼的分類力學(xué)性能先來學(xué)習(xí)一下常用幾種標(biāo)準(zhǔn)中高強(qiáng)鋼的分類高強(qiáng)鋼材在ABS標(biāo)準(zhǔn)中的分類及力學(xué)性能超高強(qiáng)鋼材在ABS標(biāo)準(zhǔn)中的分類及力學(xué)性能DNV中低合金高強(qiáng)鋼船用鋼材的分類和力學(xué)性能DNV中低合金超高強(qiáng)鋼船用鋼材的分類和力學(xué)性能高強(qiáng)鋼的焊接公司現(xiàn)用的超高強(qiáng)鋼有D420、E420、690、EQ43、EQ56、

3、A514 Gr. 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(jìn)一步來接這些材料的焊接性。2.1低合金高強(qiáng)鋼的焊接性強(qiáng)度級別較低的普通強(qiáng)度鋼(屈服強(qiáng)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(qiáng)度級別提高 (屈服強(qiáng)度315MPa)，鋼的焊接性也逐漸變差，出現(xiàn)的主要問題是：熱影響區(qū)的淬硬傾向 冷裂紋 熱裂紋粗晶區(qū)脆化 2.1低合金高強(qiáng)鋼的焊接性熱影響區(qū)的淬硬傾向 含碳量較少、強(qiáng)度級別較低的鋼種，如A27鋼等，淬硬傾向很小。隨著強(qiáng)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(dǎo)致在熱影響區(qū)出現(xiàn)

4、馬氏體組織。2.1低合金高強(qiáng)鋼的焊接性冷裂紋 低合金高強(qiáng)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(zhì)，危害性很大。例如，某公司材料為EH36鋼，壁厚88.9mm的一導(dǎo)管架鋼樁結(jié)構(gòu)，由于預(yù)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(qiáng)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(zhì)。2.1低合金高強(qiáng)鋼的焊接性熱裂紋 一般情況下，屈服強(qiáng)度等級為315400MPa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(xiàn)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

5、可能會出現(xiàn)呈八字形分布的熱裂紋。屈服強(qiáng)度等級為420690MPa的中碳調(diào)質(zhì)鋼，焊接時熱裂的敏感性較大。因此，海工標(biāo)準(zhǔn)中對此類鋼焊接時的線能量要求更嚴(yán)格。如EQ56,EQ-70,A514 Gr. Q, P460NL1,EH42,NV E420NV E690等。2.1低合金高強(qiáng)鋼的焊接性粗晶區(qū)脆化 熱影響區(qū)中被加熱至1100以上的粗晶區(qū)，當(dāng)焊接線能量過大時，粗晶區(qū)的晶粒將迅速長大或出現(xiàn)魏氏組織而使韌性下降，出現(xiàn)脆化段。2.2低合金高強(qiáng)鋼焊接時的主要工藝措施預(yù)防冷裂紋的主要措施 這里主要從減少淬硬組織、減少擴(kuò)散氫含量、減少殘余應(yīng)力三方面來講施工上預(yù)防冷裂紋的措施：（1）焊前預(yù)熱 （2）選擇合適的線能

6、量（3）后熱和焊后熱處理（4）焊材的發(fā)放、使用和存儲2.2低合金高強(qiáng)鋼焊接時的主要工藝措施預(yù)熱 預(yù)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(yù)熱會惡化勞動條件，使生產(chǎn)工藝復(fù)雜化，過高的預(yù)熱溫度還會降低接頭韌性。因此，焊前是否需要預(yù)熱以及預(yù)熱溫度的確定應(yīng)根據(jù)鋼材的成分（碳當(dāng)量）、板厚、結(jié)構(gòu)形狀、剛度大小以及環(huán)境溫度等決定。2.2低合金高強(qiáng)鋼焊接時的主要工藝措施焊接線能量的選擇 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(yán)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(yīng)選擇較小的焊接線能量。如AF32到AF40鋼的焊接線

7、能量應(yīng)控制在35kJ/cm以下。2.2低合金高強(qiáng)鋼焊接時的主要工藝措施后熱及焊后熱處理 后熱是指焊接結(jié)束或焊完一條焊縫后，將焊件立即加熱至200250范圍內(nèi)，并保溫一段時間(2h左右)，使接頭中的氫擴(kuò)散逸出，防止延遲裂紋產(chǎn)生。 對于厚板及應(yīng)力復(fù)雜區(qū)域的高強(qiáng)鋼板，焊后應(yīng)采取后熱工藝措施或覆上足夠厚的保溫棉（氈）進(jìn)行緩冷。2.2低合金高強(qiáng)鋼焊接時的主要工藝措施后熱及焊后熱處理 對于厚板、高剛性的焊接結(jié)構(gòu)以及一些在低溫、耐蝕條件下工作的構(gòu)件，當(dāng)現(xiàn)場條件允許時，焊后應(yīng)及時進(jìn)行消除應(yīng)力的高溫回火，其目的是消除焊接殘余應(yīng)力，改善組織。焊后立即進(jìn)行高溫回火的焊件，無需再進(jìn)行后熱處理。在低溫下（如冬季露天作業(yè)

8、）或在大剛性、大厚度結(jié)構(gòu)上焊接時，為防止出現(xiàn)冷裂紋，需采取預(yù)熱措施。 低合金高強(qiáng)鋼焊接時，焊材的選用原則為等強(qiáng)原則。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(chǎn)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(shù)培訓(xùn)1.裂紋 1.3冷裂紋 B. 焊接缺陷 焊趾裂紋焊 接 缺 陷焊接技術(shù)培訓(xùn)1.裂紋 1.3冷裂紋 B. 焊接缺陷 1.3.1冷裂紋的特征：從產(chǎn)生的條件和原因來看，它與其他裂紋有本質(zhì)上的區(qū)別。2）產(chǎn)生冷裂的材料多產(chǎn)生于有淬硬傾向的低合金高強(qiáng)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

9、時也在高強(qiáng)度鋼或鈦合金的焊縫中。 1） 冷裂紋形成的溫度 大量研究結(jié)果表現(xiàn)，對于鋼材來說冷裂紋形成的溫度大體在 （-100100）之間，而對于鑄鐵型焊縫來說，經(jīng)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(xiàn)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！焊 接 缺 陷1.裂紋 1.3冷裂紋焊接技術(shù)培訓(xùn) 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(kuò)展，也可穿晶擴(kuò)展，常常是晶間與晶內(nèi)斷裂的混

10、合。4）冷裂紋產(chǎn)生的時間 冷裂紋較多出現(xiàn)在焊后延遲一段時間才產(chǎn)生，有些也出現(xiàn)在焊接工程中。延遲時間可能是幾小時，幾天，十幾天，甚至數(shù)月。1.3.1冷裂紋的特征：焊 接 缺 陷1.裂紋 1.3冷裂紋焊接技術(shù)培訓(xùn) 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(chǎn)生沒有明顯的應(yīng)力集中，亦無大的收縮應(yīng)力，但奧氏體化溫度最高，晶粒組大。多產(chǎn)生于鐵素體焊條焊接且擴(kuò)散氫含量比較高的情況下。2.焊趾裂紋沿應(yīng)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(kuò)展，有時也向焊縫中擴(kuò)展。1.3.1冷裂紋的特征：焊 接 缺 陷1.裂紋 1.3冷

11、裂紋焊接技術(shù)培訓(xùn) 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(kuò)展到焊縫和熱影響。產(chǎn)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(kuò)展。3.焊根裂紋沿應(yīng)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(yù)熱不足條件下?？赡艹霈F(xiàn)在熱影響區(qū)的粗晶區(qū)(過熱區(qū))，也可能出現(xiàn)在焊縫中，取決于母材的強(qiáng)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(yīng)力集中較嚴(yán)重，裂紋容易發(fā)生也容易擴(kuò)展。焊 接 缺 陷1.裂紋 1.3冷裂紋焊接技術(shù)培訓(xùn) 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(kuò)散

12、氫、鋼種的淬硬傾向（淬硬組織）、接頭所承受的焊接應(yīng)力，三個因素共同作用的結(jié)果。1) 焊縫中的擴(kuò)散氫含量增加，冷裂紋率增加。擴(kuò)散氫含量還影響延遲裂紋延時的長短，擴(kuò)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(xiàn)馬氏體的可能性越大，則越容易產(chǎn)生冷裂紋。當(dāng)材料一定時，冷卻速度不同，接頭組織將相應(yīng)改變，冷速越高，馬氏體含量越高。3) 焊接接頭的拘束應(yīng)力，包括焊接過程中因加熱不均勻所承受的熱應(yīng)力、相變應(yīng)力、結(jié)構(gòu)自身幾何因素所決定的內(nèi)應(yīng)力。在其他條件一定時，拘束應(yīng)力達(dá)到一定數(shù)值就會開裂。焊 接 缺 陷1.裂紋 1.3冷裂紋焊接技術(shù)培訓(xùn) B. 焊接缺陷 1.3.2 形成冷裂紋的三個基本因素當(dāng)擴(kuò)散

13、氫含量較高時，即使馬氏體的數(shù)量或拘束應(yīng)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(lián)系，相互制約，不同條件下起主要作用的因素不同。 而當(dāng)材料的碳當(dāng)量較高而在接頭中形成較多的針狀馬氏體時，即使擴(kuò)散氫很少甚至沒有，也會產(chǎn)生裂紋。焊 接 缺 陷1.裂紋 1.3冷裂紋焊接技術(shù)培訓(xùn) B. 焊接缺陷 1.3.3 形成冷裂紋的三個基本因素根據(jù)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(dāng)焊后冷卻到400以下時，由于焊接收縮應(yīng)變超過材料的本身變形能力而導(dǎo)致開裂，稱之為低塑性脆化裂紋。它可在焊縫中出現(xiàn)，也可發(fā)生在焊接熱影響區(qū)中。其斷口具有

14、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(xiàn)淬硬傾向很大的鋼種，在應(yīng)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(xiàn)。延遲現(xiàn)象的產(chǎn)生于擴(kuò)散氫的活動有 著密切的關(guān)系。焊 接 缺 陷1.裂紋 1.3冷裂紋 1.3.4 冷裂形成機(jī)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()中的溶解度大大高于在鐵素體()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()中。由于氫的擴(kuò)散能力很強(qiáng)，隨著時間的延長過飽和的H將不斷擴(kuò)散、遷移，一部分?jǐn)U散到金屬外部，一部分留在金屬內(nèi)部。氫在不同組織中的擴(kuò)散能力

15、不同，在相中的擴(kuò)散能力比在相中高。在發(fā)生 轉(zhuǎn)變時，氫的溶解度突降，而擴(kuò)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(kuò)散方向與分布。焊接技術(shù)培訓(xùn)1.氫的作用 焊接過程中進(jìn)入熔池的氫主要來源于焊接材料中的水分、含氫物質(zhì)、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(zhì)。1 ）氫在固體金屬中的溶解與擴(kuò)散焊 接 缺 陷1.裂紋 1.3冷裂紋 B. 焊接缺陷 1.3.4 冷裂形成機(jī)理 2）氫在金屬結(jié)晶過程中的擴(kuò)散焊縫金屬的分解溫度TFA高于母材的分解溫度TMA。圖中ab兩點間兩側(cè)的組織不同，焊縫已經(jīng)完成分解為-Fe + P(或B、M)，而仍為相。 當(dāng)焊縫進(jìn)行分解時，氫的溶解度突降

16、，擴(kuò)散速速突升，過多的氫必然通過熔合線向尚未轉(zhuǎn)變的熱影響區(qū)擴(kuò)散。氫擴(kuò)散到HAZ(或母材) 后，由于相中溶解度大而擴(kuò)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(shù)培訓(xùn)母材完成相變以后，氫以過飽和形式殘留于M（B）中，并擴(kuò)散到應(yīng)力集中或晶格缺陷處結(jié)合成分子，形成較高的局部應(yīng)力。加上熱應(yīng)力、組織應(yīng)力的共同作用，就可能開裂。焊 接 缺 陷1.裂紋 1.3冷裂紋焊接技術(shù)培訓(xùn) B. 焊接缺陷 1.3.4 冷裂形成機(jī)理氫以飽和的形式殘留在組織中，并擴(kuò)散到應(yīng)力集中或晶格缺陷處結(jié)合形成分子，形成較高的局部應(yīng)力。氫在金屬中的擴(kuò)散還受到應(yīng)力狀態(tài)的影響，它有向三向應(yīng)力區(qū)擴(kuò)散的趨勢。 常在應(yīng)力集中或缺口等

17、有塑性應(yīng)變的部位產(chǎn)生氫的聚集，使該處最早達(dá)到氫的臨界含量，這就是氫的應(yīng)力誘導(dǎo)擴(kuò)散現(xiàn)象。應(yīng)力梯度愈大，氫的驅(qū)動力也就愈大，也即應(yīng)力對氫的誘導(dǎo)擴(kuò)散作用愈大。 3）氫的應(yīng)力誘導(dǎo)擴(kuò)散焊 接 缺 陷1.裂紋 1.3冷裂紋焊接技術(shù)培訓(xùn) B. 焊接缺陷 1.3.4 冷裂形成機(jī)理 綜上所述，氫的擴(kuò)散行為，從高溫到低溫受不同機(jī)理控制，使氫向熱影響區(qū)的熔合線附近，特別是向應(yīng)力集中的部位擴(kuò)散聚集。當(dāng)這些部位的氫含量達(dá)到一定的臨界含量值時，就會誘發(fā)冷裂。氫的擴(kuò)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(xiàn)為焊后到產(chǎn)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(yīng)力水平、擴(kuò)散氫含量

18、和氫的析出條件等因素有關(guān)。具體的說，就是與焊接接頭的拘束情況、應(yīng)力集中程度、焊縫金屬的擴(kuò)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(guān)。焊 接 缺 陷焊接技術(shù)培訓(xùn) B. 焊接缺陷 1.3.4 冷裂形成機(jī)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(dāng)快速冷卻時，粗大的A轉(zhuǎn)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(kuò)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(jié)晶所造成的較多晶格缺陷有關(guān)。這些缺陷在應(yīng)力作用下會遷移、集中，而形成裂源

19、。裂源數(shù)量增多，擴(kuò)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(shù)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：焊 接 缺 陷 B. 焊接缺陷 焊接技術(shù)培訓(xùn)某材料冷卻速度對組織的影響：焊 接 缺 陷 B. 焊接缺陷 焊接技術(shù)培訓(xùn)焊 接 缺 陷焊接技術(shù)培訓(xùn) B. 焊接缺陷 1.3.4 冷裂形成機(jī)理承受交變外力的T型接頭（主機(jī)基座某部位）從焊趾處斷裂外貌截面突變處應(yīng)力集中焊縫斷裂外貌焊 接 缺 陷焊接技術(shù)培訓(xùn)1.裂紋 1.3冷裂紋 B. 焊接缺陷 三向應(yīng)力集中區(qū)域由于組織應(yīng)力，熱應(yīng)力，拘束應(yīng)力都較大，而形成的裂紋焊 接 缺 陷1.裂紋 1.

20、3冷裂紋焊接技術(shù)培訓(xùn) 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(jìn)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(yīng)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(zhì)低氫焊接材料或低氫的焊接方法。 對于重要結(jié)構(gòu)，則應(yīng)選擇低氫、超低氫、超高強(qiáng)度韌性的焊接材料。 嚴(yán)格控制氫的來源 。 CO2氣體保護(hù)電弧焊具有氧化性，可以獲得低氫焊縫（H僅為0.041.0ml/100g）。焊 接 缺 陷1.裂紋 1.3冷裂紋焊接技術(shù)培訓(xùn) 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、M

21、o、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(fù)擔(dān)，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(qiáng)度鋼。2.4 嚴(yán)格按規(guī)定對焊接材料進(jìn)行烘培及進(jìn)行焊前清理工作。焊 接 缺 陷1.裂紋 1.3冷裂紋焊接技術(shù)培訓(xùn) B. 焊接缺陷 1.3.5冷裂紋的防止措施1）鋼種的強(qiáng)度等級 在焊縫與母材等強(qiáng)的情況下，鋼材的強(qiáng)度s越高，預(yù)熱溫度也應(yīng)越高 2）焊條類型 3）坡口形式 坡口根部所造成的應(yīng)力集中越嚴(yán)重，要求的預(yù)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(yù)熱溫度應(yīng)

22、相應(yīng)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(yù)熱溫度和控制層間溫度 選擇最佳預(yù)熱溫度。影響預(yù)熱溫度的因素有以下幾方面：焊 接 缺 陷焊接技術(shù)培訓(xùn) B. 焊接缺陷 3.1.1合理的預(yù)熱溫度1.3.5冷裂紋的防止措施焊 接 缺 陷 3.1.2 預(yù)熱和層間溫度控制溫度測量設(shè)備: 在焊接操作規(guī)程中應(yīng)規(guī)定用來測量溫度的設(shè)備 測溫棒;炭棒 (溫度敏感材料) 溫度表 (接觸式熱電偶) 無接觸式測量光裝置 B. 焊接缺陷 1.3.5冷裂紋的防止措施焊接技術(shù)培訓(xùn)焊 接 缺 陷測量點間的距離t 50 : A = 4 x t, Max.50mmt 50 : A =

23、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(yīng)超過 220 - 250C. B. 焊接缺陷預(yù)熱和層間溫度焊接技術(shù)培訓(xùn)焊 接 缺 陷1.裂紋 1.3冷裂紋焊接技術(shù)培訓(xùn) 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?？赡茉斐蛇^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(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行，不能隨意亂動。 3.制定合理的焊接工藝3.2嚴(yán)格控制焊接線能

24、量焊 接 缺 陷1.裂紋 1.3冷裂紋焊接技術(shù)培訓(xùn) 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(chǎn)生。所以在裂紋產(chǎn)生之前進(jìn)行熱處理，及所謂緊急后熱，也就能達(dá)到防止冷裂的目的。緊急后熱工藝的關(guān)鍵就在于及時，一定要在熱影響區(qū)冷卻到產(chǎn)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(yīng)高于TUC，并且需保溫一定時間。 目的是使氫充分?jǐn)U散逸出。若焊后間隔時間較長裂紋已經(jīng)產(chǎn)生才后熱就失去意義。 鋼的碳當(dāng)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 ，12h。 3.制定合理的焊接工藝 3.3緊急后熱焊 接 缺 陷1.裂紋 1.

25、3冷裂紋焊接技術(shù)培訓(xùn) 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(jìn)行不同的熱處理，可以分別起到消除擴(kuò)散氫、降低和消除殘余應(yīng)力、改善組織性能。 3.制定合理的焊接工藝焊 接 缺 陷1.裂紋 1.3冷裂紋焊接技術(shù)培訓(xùn) B. 焊接缺陷 1.3.5冷裂紋的防止措施4.加強(qiáng)現(xiàn)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(dāng)或結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，更多的由于施工質(zhì)量差所造成。因此要防止冷裂紋，在施工中應(yīng)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(yán)格限制C、H的侵入，現(xiàn)場這些處理很不好，這是現(xiàn)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

26、干，保溫，焊條筒保證預(yù)熱和通電，隨取隨用；3）提高裝配質(zhì)量，減少填充金屬量；4）嚴(yán)格焊工持證上崗制度，保證焊接質(zhì)量5）注意施工環(huán)境焊 接 缺 陷1.裂紋 1.3冷裂紋焊接技術(shù)培訓(xùn) B. 焊接缺陷 1.3.5冷裂紋的防止措施4.加強(qiáng)現(xiàn)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(yīng)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(chǎn)生壓應(yīng)力，以改善焊縫應(yīng)力場，減小延遲裂紋產(chǎn)生的幾率。除底層和蓋面層不許錘擊外，在破口內(nèi)和焊趾處敲擊。用風(fēng)鏟更好（震動頻率越高越好）。焊 接 缺 陷焊接技術(shù)培訓(xùn) （1）熱影響區(qū)的淬硬傾向（硬化）： 強(qiáng)度等級和

27、含碳量低的鋼，熱影響區(qū)淬硬傾向??； 屈服強(qiáng)度450MPa以上的低合金高強(qiáng)鋼，熱影響區(qū)可能出現(xiàn)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。 防止硬化的措施： 采用適中的線能量配合以適當(dāng)?shù)念A(yù)熱，以獲得適當(dāng)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(jié)構(gòu)鋼的焊接特點：（2）焊接接頭的冷裂紋傾向： 產(chǎn)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(yīng)力存在（拘束度大） 焊縫金屬內(nèi)的高含氫量（擴(kuò)散氫的影響） B. 焊接缺陷 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

28、工的進(jìn)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2.5Ni（70）和3.5Ni （90）鋼。對低溫用鋼的主要要求是應(yīng)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?zé)嶙饔眉?xì)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(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，以降低焊接結(jié)構(gòu)的脆斷傾向。A333及KL33焊接，我公司選用

29、的焊材是TGS1N和LB52NS。2.4珠光體耐熱鋼的焊接工藝高溫下具有足夠的強(qiáng)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AISI 4130屬于1.25Cr-0.5Mo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(chǎn)生硬脆的馬氏體組織，低溫焊接或焊接剛性較大的結(jié)構(gòu)時，易形成冷裂紋。因此在焊接時應(yīng)采取以下幾項工藝措施：預(yù)熱 預(yù)熱是焊接珠光體耐熱鋼的重要工藝措施。為了確保焊接質(zhì)量，不論在定位

30、焊或正式施焊過程中，焊件都應(yīng)預(yù)熱并保持為80150。焊后緩冷 焊后應(yīng)立即用石棉布覆蓋焊縫及熱影響區(qū)，使其緩慢冷卻。焊后熱處理 焊后應(yīng)立即進(jìn)行高溫回火，防止產(chǎn)生延遲裂紋、消除應(yīng)力和改善組織。焊后熱處理溫度應(yīng)避免在350500溫度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行，因珠光體耐熱鋼在該溫度區(qū)間內(nèi)有強(qiáng)烈的回火脆性現(xiàn)象。當(dāng)耐熱鋼以調(diào)質(zhì)(Q+T)供貨時，焊后熱處理的溫度必須低于母材調(diào)質(zhì)處理的回火溫度。3.不銹鋼 不銹鋼是在空氣中或化學(xué)腐蝕介質(zhì)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(jīng)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(xué)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

31、開了介質(zhì)中的氧化物質(zhì)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(zhì)量分?jǐn)?shù)在12%以上的鉻。 不銹鋼種類： 不銹鋼可以按用途、化學(xué)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(xué)成分分類： Cr系列：鐵素體系列、馬氏體系列 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： 奧氏體不銹鋼 鐵素體不銹鋼 馬氏體不銹鋼 雙相不銹鋼 沉淀硬化不銹鋼 3.1不銹鋼的晶間腐蝕不銹鋼在腐蝕介質(zhì)作用下，在晶粒之間產(chǎn)生的一種腐蝕現(xiàn)象稱為晶間腐蝕。產(chǎn)生晶間腐蝕的不銹鋼，當(dāng)受到拉應(yīng)力作

32、用時，即會沿晶界斷裂、強(qiáng)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(chǎn)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(chǎn)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(zhì)量分?jǐn)?shù)必須大于12%。當(dāng)溫度升高時，碳在不銹鋼晶粒內(nèi)部的擴(kuò)散速度大于鉻的擴(kuò)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(kuò)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(kuò)散速度較小，來不及向晶界擴(kuò)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(nèi)部，

33、而是來自晶界附近，結(jié)果就使晶界附近的含鉻量大為減少，當(dāng)晶界的鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低到小于12%時，就形成所謂的“貧鉻區(qū)”，在腐蝕介質(zhì)作用下，貧鉻區(qū)就會失去耐腐蝕能力，而產(chǎn)生晶間腐蝕。3.2不銹鋼產(chǎn)生晶間腐蝕的“危險溫度區(qū)”（敏化溫度區(qū)）不銹鋼產(chǎn)生晶間腐蝕與鋼的加熱溫度和加熱時間有關(guān)。304(L)不銹鋼的晶間腐蝕與加熱溫度和加熱時間的關(guān)系，見圖3。從圖中可看出，當(dāng)加熱溫度小于450或大于850時，不會產(chǎn)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(dāng)溫度超過850時 ，晶粒內(nèi)的鉻擴(kuò)散能力增強(qiáng)，有足夠的鉻擴(kuò)散至晶界和碳結(jié)合，不會在晶界形成貧鉻區(qū)。所以產(chǎn)生晶間腐蝕的加熱溫度為450

34、850，這個溫度區(qū)間就稱為產(chǎn)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(cè)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(chǎn)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(qiáng)，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(zhuǎn)變過程，所以快速冷卻不會使接頭淬硬（可以在非焊接側(cè)澆水）。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(jī)會增多，在腐蝕介質(zhì)中

35、產(chǎn)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：采用超低碳不銹鋼及其焊接材料 奧氏體不銹鋼根據(jù)含碳量的不同，可分成三個等級：即一般含碳量級，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.02%0.03%，所以超低碳奧氏體不銹鋼原則上就不會產(chǎn)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(yīng)采用超低碳不銹鋼焊材。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(jié)合能力比鉻更強(qiáng)的元素，能夠與碳結(jié)合成穩(wěn)定的碳化物，可以避

36、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。進(jìn)行固溶處理 焊后將焊接接頭加熱到10501100，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)。進(jìn)行穩(wěn)定化處理 將焊接接頭加熱至850900，保溫2h，使奧氏體晶粒內(nèi)部的鉻有充分時間擴(kuò)散至晶界，使晶界處鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)又恢復(fù)到大于12%，貧鉻區(qū)得以消失。3.4為什么奧氏體不銹鋼中要求具有一定數(shù)量的鐵素體組織？18-8型奧氏體不銹鋼中，具有一定數(shù)量的鐵素體組織，可以增加鋼材的抗熱裂紋及耐晶間

37、腐蝕的能力。鐵素體對熱裂紋的影響1）鐵素體可以細(xì)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(yīng)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(xì)，晶界增多，同樣數(shù)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(zhì)如S、P等。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(gòu)成

38、侵蝕性介質(zhì)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(yuǎn)高于奧氏體，碳化鉻優(yōu)先在鐵素體的邊緣以內(nèi)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(bǔ)充。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(dāng)不銹鋼中的含碳量與含鎳量之比大于1.8時，就會出現(xiàn)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(guān)鍵在于選擇含鐵素體生成劑比較多

39、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(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%3%時，就能足以防止產(chǎn)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(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%8%的鐵素體，因此這類焊條都有較強(qiáng)的抗熱裂能力。當(dāng)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(zhì)量分?jǐn)?shù)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(xiàn)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(jié)構(gòu)，通常鐵素體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)控制在5%以內(nèi)。3.6焊接單相奧氏體不銹鋼時如何防止產(chǎn)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(chǎn)生熱裂紋。但是這類鋼不能依靠加入少量鐵素體來提高抗裂性。因為要在