船舶焊接工藝 船舶焊接與材料

會計(jì)學(xué)1船舶焊接工藝船舶焊接與材料第1頁/共28頁

二、金屬焊接性影響因素（一）材料因素（二）工藝因素（三）結(jié)構(gòu)因素（四）使用條件三、金屬焊接性評定焊接性評定有間接判斷法和直接試驗(yàn)法。（一）焊接性間接判斷法

1．碳當(dāng)量法所謂碳當(dāng)量是指把鋼中的合金元素（包括碳）的含量按其作用換算成碳的相當(dāng)含量，作為評定鋼材焊接性的一種參考指標(biāo)。國際焊接協(xié)會推薦，估算碳鋼和低合金鋼碳當(dāng)量的公式為：

CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15(%)

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)：CE越小，焊接性越好。當(dāng)CE

＜0.25％時(shí)，接性優(yōu)良；當(dāng)CE

＝0.25%～0.4%時(shí)，焊接性良好；CE

＝0.4％～0.6％時(shí)，焊接性尚可；當(dāng)CE

＞0.6％時(shí)，焊接性差。

第2頁/共28頁

2．焊接冷裂紋敏感指數(shù)焊接冷裂紋敏感指數(shù)（Pc）不僅包括了母材的化學(xué)成分，又考慮了熔敷金屬含氫量與拘束條件的作用。公式如下：

Pc=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+B/5+δ/600+H/60

式中：δ—板厚（mm）；

H—焊縫中擴(kuò)散氫含量（mL/100g）。當(dāng)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)材料及工藝已定，Pc數(shù)值越大，表示冷裂紋的傾向越大。用公式計(jì)算粗步判斷金屬材料焊接性以后，還需進(jìn)行試驗(yàn)加以檢驗(yàn)。第3頁/共28頁

（二）焊接性直接試驗(yàn)法焊接性直接試驗(yàn)法可分為抗裂性試驗(yàn)，接頭使用性能試驗(yàn)和工藝適應(yīng)性試驗(yàn)。由于焊接裂紋是焊接接頭中最危險(xiǎn)的缺陷，所以用得最多的是焊接裂紋試驗(yàn)。通過焊接性試驗(yàn)，可以用較小得代價(jià)達(dá)到以下幾個(gè)目的：第一、選擇適用于基本金屬的焊接材料。第二、確定合適的焊接工藝規(guī)范參數(shù)，包括焊接電流，電弧電壓，焊接速度以及預(yù)熱溫度，層間溫度，焊后緩冷及熱處理等。第三、發(fā)展和研制新型材料，確定它的適應(yīng)性并作出評價(jià)。第4頁/共28頁

1．抗裂性試驗(yàn)

這種試驗(yàn)的目的在于了解材料焊接后產(chǎn)生裂縫的傾向，常用的抗裂試驗(yàn)方法有：（1）Y型坡口裂紋實(shí)驗(yàn)；（2）菲斯柯裂紋試驗(yàn)（FISCO）；（3）插銷試驗(yàn)；（4）Z向拉伸試驗(yàn)?？沽研栽囼?yàn)結(jié)果的評定，一般是用比較的方法，即把未知焊接性的材料與已知焊接性的材料進(jìn)行對比；或在不同工藝措施下（如不同預(yù)熱溫度）的結(jié)果進(jìn)行比較，也可以裂或不裂作為標(biāo)準(zhǔn)。

2．接頭使用性能試驗(yàn)

這類試驗(yàn)是為保證焊接接頭或整個(gè)結(jié)構(gòu)在預(yù)定試驗(yàn)條件下安全運(yùn)行而進(jìn)行的。包括力學(xué)性能試驗(yàn)、接頭腐蝕試驗(yàn)及產(chǎn)品技術(shù)條件中所規(guī)定的其它性能試驗(yàn)。常用的接頭使用性能試驗(yàn)方法有：

T字型彎曲試驗(yàn)；缺口沖擊試驗(yàn)；接頭腐蝕試驗(yàn)。

3．工藝適應(yīng)性試驗(yàn)

這種試驗(yàn)主要是根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)條件而設(shè)計(jì)的。如多次重復(fù)焊接，火焰切割（如碳弧氣刨）后的影響，定位焊試驗(yàn)等。第5頁/共28頁第二節(jié)一般強(qiáng)度船用結(jié)構(gòu)鋼的焊接內(nèi)容:

一般強(qiáng)度船用結(jié)構(gòu)鋼焊接性及焊接工藝。目的：了解一般強(qiáng)度船用結(jié)構(gòu)鋼的焊接工藝。第6頁/共28頁

一、一般強(qiáng)度船用結(jié)構(gòu)鋼的焊接性一般強(qiáng)度船用結(jié)構(gòu)鋼含碳量≤0.22%，屬于低碳鋼，焊接性良好，焊接時(shí)一般不需要采取特殊的工藝措施。但為了獲得良好的焊接接頭，操作時(shí)應(yīng)注意以下問題：

1．當(dāng)焊件厚度大，結(jié)構(gòu)剛性大，或施焊環(huán)境溫度較低時(shí)，尤其是對D、E鋼的焊接。要求進(jìn)行預(yù)熱。

2．為了獲得良好的焊縫形狀，應(yīng)適當(dāng)增加焊縫寬度，特別是埋弧自動(dòng)焊，使焊縫的成型系數(shù)大于1.5為佳，以防止產(chǎn)生熱裂紋。第7頁/共28頁

二、一般強(qiáng)度船用結(jié)構(gòu)鋼的焊接工藝

（一）焊接方法

一般強(qiáng)度船用結(jié)構(gòu)鋼幾乎適用各種焊接方法進(jìn)行焊接，船廠常用的焊接方法是焊條電弧焊、埋弧自動(dòng)焊、CO2氣體保護(hù)焊以及電渣焊等。

（二）焊接材料

可根據(jù)“等強(qiáng)度原則”選擇焊條或焊絲。焊接一般簡單且承受靜載荷的船體結(jié)構(gòu)，可選用酸性焊條；焊接承受動(dòng)載荷和復(fù)雜或大厚度的重要船體結(jié)構(gòu)，最好選用堿性焊條；焊絲常采用H08A、H08MnA或H08Mn2SiA；焊劑常用HJ431。（三）焊接工藝要點(diǎn)

1．一般不需要預(yù)熱、保持層間溫度和后熱處理；

2．在低溫環(huán)境下焊接厚件時(shí)，應(yīng)預(yù)熱焊件，防止產(chǎn)生冷裂紋；

3．厚度超過50mm的焊件，應(yīng)進(jìn)行焊后熱處理以消除應(yīng)力；

4．電渣焊焊件焊后應(yīng)正火以細(xì)化HAZ晶粒。第8頁/共28頁第三節(jié)高強(qiáng)度船用結(jié)構(gòu)鋼的焊接內(nèi)容:

高強(qiáng)度船用結(jié)構(gòu)鋼焊接性及焊接工藝。目的：了解高強(qiáng)度船用結(jié)構(gòu)鋼的焊接工藝。第9頁/共28頁

一、高強(qiáng)度船用結(jié)構(gòu)鋼的焊接性高強(qiáng)度船用結(jié)構(gòu)鋼的含碳量≤0.18%，同時(shí)由于鋼中通過加入合金元素來提高強(qiáng)度和韌性，因此對焊接性的影響也很復(fù)雜。強(qiáng)度級別較低時(shí)具有良好的焊接性，焊接過程中不需要采用特殊的工藝措施便可保證接頭質(zhì)量，但對強(qiáng)度級別大于450MPa級以上，其厚度較大或結(jié)構(gòu)剛性較大的焊件，焊接時(shí)就必須采取一定的工藝措施，避免出現(xiàn)缺陷。高強(qiáng)度船用結(jié)構(gòu)鋼焊接時(shí)易出現(xiàn)的主要問題有：（一）焊接接頭中產(chǎn)生裂紋（二）熱影響區(qū)淬硬傾向（三）對焊接熱輸入的敏感性第10頁/共28頁（一）焊接接頭中產(chǎn)生裂紋裂紋是船體結(jié)構(gòu)中最危險(xiǎn)的一種缺陷，各種裂紋的分布情況如圖6-1。

圖6－1各種裂紋的分布情況1-焊道下裂紋2-焊趾裂紋3-根部裂紋4-熱影響區(qū)裂紋5-焊縫縱向裂紋6-焊縫橫向裂紋第11頁/共28頁

1．熱裂紋

（1）熱裂紋的特點(diǎn)①產(chǎn)生的溫度和時(shí)間在高溫下，是處于焊接過程中；②產(chǎn)生的部位熱裂紋絕大多數(shù)是出現(xiàn)在焊縫金屬中；③外觀特征熱裂紋沿焊縫長度方向分布，大多數(shù)向表面開口，有明顯的氧化色彩。④金相特征熱裂紋都發(fā)生在晶界上，具有晶間斷裂特征，所以又稱為晶間裂紋。

（2）熱裂紋產(chǎn)生的原因產(chǎn)生熱裂紋的原因就在于焊縫中存在液態(tài)薄膜和在焊縫凝固過程中有拉應(yīng)力共同作用的結(jié)果。因此，低熔點(diǎn)共晶所形成的液態(tài)薄膜是產(chǎn)生熱裂紋的根本原因，而拉伸應(yīng)力是產(chǎn)生熱裂紋的必要條件。

（3）防止熱裂紋的措施①選擇合適的焊接材料；②采用合適的焊接工藝參數(shù)；③采用引弧板和熄弧板；④減小焊接應(yīng)力。第12頁/共28頁

2.冷裂紋

（1）冷裂紋的特點(diǎn)①產(chǎn)生的溫度和時(shí)間溫度通常在200℃～300℃以下。它產(chǎn)生的時(shí)間主要在焊接接頭冷卻到室溫后，甚至在一定時(shí)間（幾小時(shí)、幾天、甚至十幾天）后才出現(xiàn)。②產(chǎn)生的部位大多產(chǎn)生在焊縫和熱影響區(qū)，熱影響區(qū)居多。③外觀特征垂直于熔合線或焊縫軸線的橫向裂紋，具有發(fā)亮的金屬光澤。④金相特征是晶間裂紋，也可以是晶內(nèi)（穿晶）斷裂，而且常?？梢砸姷骄чg與晶內(nèi)的混合斷裂。

（2）冷裂紋產(chǎn)生的原因

①焊接應(yīng)力；②淬硬組織；③含氫量。高強(qiáng)度鋼焊接時(shí)，產(chǎn)生冷裂紋的原因在于鋼種淬硬之后，受氫的誘發(fā)和促進(jìn)使之脆化，在焊接應(yīng)力的作用下形成了裂紋。大量的生產(chǎn)實(shí)踐和試驗(yàn)研究證明，產(chǎn)生冷裂紋的原因是由上述三大因素綜合作用的結(jié)果。第13頁/共28頁（3）防止冷裂紋的措施①選用低氫型焊條；②嚴(yán)格遵守焊接材料的保管、烘焙和使用制度，謹(jǐn)防受潮。③仔細(xì)清理坡口邊緣的油污、水分和銹跡，減少氫的來源。④根據(jù)材料等級、含碳量、構(gòu)件厚度、施焊環(huán)境等，選擇合理的焊接工藝參數(shù)和采用合適的焊接工藝措施，改善焊件的應(yīng)力狀態(tài)，降低擴(kuò)散氫含量，避免熱影響區(qū)過熱、晶粒粗大所造成的接頭脆化現(xiàn)象。

（二）熱影響區(qū)淬硬傾向一般是含碳量和所含合金元素量越高，焊件在焊接后冷卻速度越快，其淬硬傾向就越大。（三）對焊接熱輸入的敏感性過大的焊接線能量，會造成焊接接頭過熱，從而導(dǎo)致接頭塑性，韌性下降。

第14頁/共28頁二、高強(qiáng)度船用結(jié)構(gòu)鋼焊接工藝

1．焊接方法

一般采用焊條電弧焊、埋弧自動(dòng)焊和CO2氣體保護(hù)焊；較厚件可采用電渣焊；屈服強(qiáng)度大于500MPa的高強(qiáng)度船用結(jié)構(gòu)鋼，宜采用富氬混合氣體（如Ar80%+CO220%）保護(hù)焊。

2．焊接材料的選擇

一般可選用與焊件強(qiáng)度相當(dāng)?shù)牡蜌浜笚l、堿度較高的埋弧焊焊劑，見表6－3高強(qiáng)度船用結(jié)構(gòu)鋼焊接材料的選用。

3．焊接規(guī)范的選擇

根據(jù)具體情況選擇合適的焊接規(guī)范參數(shù)。

4．焊后熱處理造船結(jié)構(gòu)絕大多數(shù)是不進(jìn)行焊后熱處理的，所以應(yīng)從焊接工藝上采取措施。第15頁/共28頁第四節(jié)不銹鋼的焊接內(nèi)容:

不銹鋼的焊接性及焊接工藝。目的：不銹鋼的焊接工藝。第16頁/共28頁

不銹鋼按室溫組織的不同有奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼。本節(jié)主要介紹奧氏體不銹鋼及奧氏體不銹鋼與低碳鋼（異種材料）的焊接。

一、奧氏體不銹鋼的焊接性奧氏體不銹鋼的焊接性良好，焊接時(shí)一般不需要采取特別的工藝措施。

二、奧氏體不銹鋼的焊接工藝

（一）焊接方法目前在生產(chǎn)上常用的方法有焊條電弧焊、氬弧焊和埋弧自動(dòng)焊。埋弧自動(dòng)焊由于熱輸入大，易破壞奧氏體不銹鋼的耐蝕性和出現(xiàn)熱裂紋，故應(yīng)慎重選用。（二）焊接材料奧氏體不銹鋼的焊接材料基本上應(yīng)按“等成分原則”選擇，常用奧氏體不銹鋼焊接材料的選用見表6－5。。第17頁/共28頁

三、不銹鋼與低碳鋼的焊接（一）異種鋼的焊接

1．主要問題：是焊縫中不銹鋼與低碳鋼熔合部分的成分。

2．焊接工藝：①先在碳鋼接頭的坡口堆焊一層高鉻鎳奧氏鋼；

②然后在過渡層與不銹鋼之間再選用與不銹鋼基本金屬相應(yīng)的焊條來進(jìn)行焊接；

③接頭坡口角度的選取在碳鋼部位應(yīng)大些，一般不銹鋼的一側(cè)為30o，低碳鋼的一側(cè)為40o。第18頁/共28頁

（二）不銹復(fù)合鋼板的焊接由不銹鋼復(fù)層和碳鋼（或低合金鋼）基層復(fù)合而成的鋼板稱為不銹復(fù)合鋼板。由復(fù)層保證耐蝕性能，而強(qiáng)度主要靠基層獲得。焊接時(shí)應(yīng)遵循的原則：先焊基層，后焊不銹鋼。焊接工藝：①基層與基層的焊接采用與基層材料相應(yīng)的結(jié)構(gòu)鋼焊條；②基層與復(fù)層交界處可用高鉻鎳奧氏體焊條（A302和A307等）先焊一層過渡層，以減少碳鋼對不銹鋼合金成分的稀釋作用；③最后復(fù)層與復(fù)層之間的焊接，可采用與復(fù)層材料相應(yīng)的不銹鋼焊條。

第19頁/共28頁第五節(jié)非鐵金屬材料的焊接內(nèi)容:

主要介紹鋁及鋁合金、銅及銅合金的焊接，并簡要介紹鈦及鈦合金的焊接。目的：非鐵金屬材料的焊接工藝。第20頁/共28頁

一、鋁及鋁合金的焊接（一）鋁及鋁合金的焊接性鋁及鋁合金的焊接性比低碳鋼差，鋁及鋁合金焊接的主要問題有：1．容易氧化；

2．容易燒穿；

3．容易形成氣孔；

4．焊接變形和形成熱裂紋的傾向大。（二）鋁及鋁合金的焊接工藝

1．焊接方法鋁及鋁合金的焊接方法很多，各種方法有其各自應(yīng)用場合。表6－6中列出常用幾種鋁及鋁合金焊接方法的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍。焊條電弧焊時(shí)電弧熱的調(diào)節(jié)和操作較困難，所以使用較少。氬弧焊是焊接鋁及鋁合金較滿意的熔焊方法，鎢極氬弧焊一般適用于焊接薄板，厚板一般用熔化極氬弧焊。氣焊由于經(jīng)濟(jì)、方便，在要求不高的純鋁和非熱處理強(qiáng)化鋁合金是采用。第21頁/共28頁

2．焊接材料

在氣焊、氬弧焊時(shí)需填加填充焊絲，焊絲可分為同質(zhì)焊絲和異質(zhì)焊絲。（1）同質(zhì)焊絲焊絲成分與母材成分相同，有時(shí)可以將母材上切下的板條作為填充金屬。（2）異質(zhì)焊絲主要是為了適應(yīng)抗裂性的要求而研制的焊絲，其成分與母材有較大的差異。通常用于焊接硬鋁之類高強(qiáng)度鋁合金，抗裂性較好。（三）鋁合金新型的焊接方法

1．鋁合金攪拌摩擦焊攪拌摩擦焊接過程示意圖第22頁/共28頁

2．鋼－鋁合金結(jié)構(gòu)過渡接頭的爆炸焊鋁合金上層建筑與鋼主體的連接采用結(jié)構(gòu)過渡接頭STJ（StructuralTransitionJoint－STJ）直接焊接的形式日益增多，如圖6－5所示。采用熔化焊接法很難保證接頭質(zhì)量，而采用爆炸焊方法制造鋼－鋁結(jié)構(gòu)過渡接頭.

爆炸焊是以炸藥為能源進(jìn)行金屬間焊接的方法,如圖6-6所示。圖6－6爆炸焊示意圖圖6－5鋁合金上層建筑與鋼主體的結(jié)構(gòu)過渡接頭第23頁/共28頁

二、銅及銅合金的焊接（一）銅及銅合金的焊接性銅及銅合金的焊接性比較差，主要表現(xiàn)在以