金屬焊接成形工藝課件

3.8金屬構(gòu)件的焊接工藝設計1內(nèi)容提要1)高強度低合金鋼的焊接

2)不銹鋼的焊接3)鋁及鋁合金的焊接4)焊接工藝5)焊接接頭的設計2第12章金屬構(gòu)件焊接的工藝設計2023/6/73.8.1金屬構(gòu)件常用材料的焊接3一、

高強度低合金鋼的焊接高強鋼的廣泛應用.熱軋鋼;低碳調(diào)質(zhì)鋼;中碳調(diào)質(zhì)鋼;優(yōu)良的綜合力學性能.焊接過程對高強鋼性能的影響.4第12章

金屬構(gòu)件焊接的工藝設計2023/6/7斷裂韌性降低,焊接接頭局部脆化.粗晶脆化,再熱脆化5第12章

金屬構(gòu)件焊接的工藝設計2023/6/71.1低合金高強鋼的焊接性金屬焊接性是指金屬材料是否具有適應焊接加工，以及在焊接加工后是否能在使用條件下安全運行的能力。兩方面的內(nèi)容：

結(jié)合性能；

例：低碳鋼與鑄鐵

使用性能；

例：不銹鋼6第12章

金屬構(gòu)件焊接的工藝設計2023/6/71.1.1影響材料焊接性的因素（一）材料因素材料本身的化學成分、組織狀態(tài)和力學性能（二）工藝因素焊接方法和焊接工藝規(guī)程（三）結(jié)構(gòu)因素剛度、拘束應力（四）使用條件承受載荷的性質(zhì)和工作溫度的高低、工作介質(zhì)的腐蝕性7第12章

金屬構(gòu)件焊接的工藝設計2023/6/71.1.2

焊接性的評定

1)

根據(jù)被評定材料的有關數(shù)據(jù)或圖表(如化學成分、化學性能、物理性能、CCT圖或SHCCT圖等)對其焊接性進行初步分析。對于生產(chǎn)單位，分析要結(jié)合產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式與具體的生產(chǎn)條件。

2)在上述分析的基礎上，還必須進行焊接性試驗。按照試驗性質(zhì)的不同，焊接性實驗又可分為實焊性試驗與模擬性試驗兩類。8第12章

金屬構(gòu)件焊接的工藝設計2023/6/71.1.3

分析金屬焊接性的方法一、利用化學成分分析1.碳當量法2.焊接冷裂紋敏感指數(shù)(Pc)二、利用CCT圖分析臨界冷卻時間、冷卻速度與組織三、利用材料的物理性能分析金屬的熔點、導熱系數(shù)、密度、線脹系數(shù)、熱容量等因素、都對熱循環(huán)、熔化、結(jié)晶、相變等過程產(chǎn)生影響9第12章

金屬構(gòu)件焊接的工藝設計2023/6/7四、利用材料的化學性能分析鋁、鈦合金與氧的親和力較強，在焊接高溫下極易氧化因而需要采取較可靠的保護方法，如：惰性氣體保護焊，真空中焊接等五、利用合金相圖分析主要是分析熱裂紋傾向。依照成分范圍，查找相圖，可知道結(jié)晶范圍，脆性溫度區(qū)間的大小，是否形成低熔點共晶物，形成何組織等10第12章

金屬構(gòu)件焊接的工藝設計2023/6/7六、從焊接工藝條件分析焊接性熱源特點各種焊接方法所采用的熱源在功率、能量密度、最高加熱溫度等方面有很大的差別，使金屬在不同工藝條件下焊接時顯示出不同的焊接性電渣焊：功率很大，能量密度很低，最高加熱溫度也不高，加熱緩慢，高溫停留時間長，焊接熱影響區(qū)晶粒粗大，沖擊韌度下降。電子束焊、激光焊：功率小、能量密度高、加熱迅速、高溫停留時間短、熱影響區(qū)窄、沒有晶粒長大危險，但冷速快。保護方法保護方法是否恰當也會影響金屬焊接性的效果。11第12章

金屬構(gòu)件焊接的工藝設計2023/6/7六、從焊接工藝條件分析焊接性熱循環(huán)的控制正確選擇焊接工藝規(guī)范控制焊接熱循環(huán)預熱、緩冷、層間溫度改變焊接性其它工藝因素徹底清理坡口及其附近焊接材料處理、烘干、除銹、保護氣體要提純、去雜質(zhì)后使用合理安排焊接順序正確制定焊接規(guī)范12第12章

金屬構(gòu)件焊接的工藝設計2023/6/71．

國際焊接學會（IIW）推薦的公式為：

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

適用于中、高強度的低合金非調(diào)質(zhì)鋼。

?

Ceq<0.4%時，鋼材的淬硬性不大，焊接性良好；

?

Ceq=0.4%~0.6%時，鋼材易于淬硬，焊接時需要預熱才能防止冷裂紋；

?

Ceq>0.6%時，鋼材的淬硬傾向大，焊接性差。13第12章

金屬構(gòu)件焊接的工藝設計2023/6/7Ceq值作為評定冷裂敏感性指標，只涉及鋼材本身，并未考慮其他一些因素，如接頭拘束度、擴散氫等的影響，因此，不能準確反映實際構(gòu)件的冷裂紋傾向。14第12章

金屬構(gòu)件焊接的工藝設計2023/6/72.冷裂紋敏感指數(shù)（Pc）

Pc公式綜合考慮了產(chǎn)生冷裂紋三要素(淬硬傾向、拘束度和擴散氫含量)的影響，使計算結(jié)果更準確，Pc公式如下：Pc=Pcm+[H]/60+δ/600(%)

Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B(%)

式中Pcm—化學成分的冷裂敏感指數(shù)；δ—板厚（mm）；

[H]—焊縫中擴散氫含量（mL/100g）此式適用條件：

C：0.07%~0.12%；Si≦0.60%；Mn：0.4%~1.40%；

Cu≦0.5%；Ni≦1.20%；;Cr≦1.20%；Mo≦0.70%；V≦0.12%；Nb≦0.04%；Ti≦0.05%；B≦0.005%；δ=19~50mm；H=1.0~5.0mL/100g(GB3695—83測氫法)15第12章

金屬構(gòu)件焊接的工藝設計2023/6/7HSLA的焊接性

焊接問題:凝固裂紋

冷裂紋

HAZ脆化HAZ軟化16第12章

金屬構(gòu)件焊接的工藝設計2023/6/72023/6/7第12章

金屬構(gòu)件焊接的工藝設計17/84延遲裂紋2023/6/7第12章

金屬構(gòu)件焊接的工藝設計18/84solidificationcracking可焊性較好;適應各種焊接方法Shieldedmetalarcwelding(SMAW),orManualarcweldingSubmergedarcwelding(SAW)Carbon-dioxidearcweldingElectron-slagwelding,etc.主要有兩類問題：1）冶金缺陷：裂紋2）性能變化：脆化1.2.1

熱軋、正火鋼的焊接性分析1.2

熱軋、正火鋼的焊接19第12章

金屬構(gòu)件焊接的工藝設計2023/6/7冷裂紋：是這類鋼的主要問題。

焊接過程中是否形成對氫敏感的淬硬組織是評定材料焊接性的重要指標。鋼材的化學成分、淬硬傾向和冷裂傾向三者之間存在密切聯(lián)系，這是分析問題的出發(fā)點。第12章

金屬構(gòu)件焊接的工藝設計20第12章

金屬構(gòu)件焊接的工藝設計2023/6/7A.淬硬傾向與冷裂傾向的關系熱軋鋼：第12章

金屬構(gòu)件焊接的工藝設計21第12章

金屬構(gòu)件焊接的工藝設計2023/6/72023/6/7第12章

金屬構(gòu)件焊接的工藝設計22/842023/6/7第12章

金屬構(gòu)件焊接的工藝設計23/84母材3#4#6#7#12#24第12章

金屬構(gòu)件焊接的工藝設計2023/6/72023/6/7第12章

金屬構(gòu)件焊接的工藝設計25/847#11#母材1#3#4#正火鋼：15MnVN第12章

金屬構(gòu)件焊接的工藝設計26第12章

金屬構(gòu)件焊接的工藝設計2023/6/718MnMoNb27第12章

金屬構(gòu)件焊接的工藝設計2023/6/7B.碳當量與冷裂傾向的關系

一般認為：CE0.4%時，基本無淬硬現(xiàn)象，與低碳鋼相同；s=294—392MPa的熱軋鋼屬此。16Mn,14MnNb.CE=0.4—0.6%時，鋼的淬硬性增加，屬于有淬硬傾向的鋼，s=441—490MPa的正火鋼屬此。CE不超過0.5%時，焊接性尚可，隨板厚增加，要采用預熱措施。15MnVN,CE>0.5%時，淬硬性增加，冷裂傾向增加，就需采用嚴格的工藝措施。18MnMoNb28第12章

金屬構(gòu)件焊接的工藝設計2023/6/7C.HAZ最高硬度值與冷裂傾向的關系HmaxHV350.序號預熱溫度(℃)最高硬度(HV)斜Y型坡口試驗裂紋率%表面斷面1室溫38419702503750433100329016.84130--0029第12章

金屬構(gòu)件焊接的工藝設計2023/6/71.2.2HAZ的性能變化1.過熱區(qū)脆化

1200C—熔點區(qū)域，A顯著長大，難熔質(zhì)點熔入（C，N化物）；冷卻后，易形成魏氏體、粗大馬氏體以及塑性很低的混合組織。過熱區(qū)的韌性與線能量、化學成分有很大的關系。第12章

金屬構(gòu)件焊接的工藝設計30第12章金屬連接成形的主要工藝熱軋鋼：線能量過大，粗晶區(qū)將晶粒嚴重長大或出現(xiàn)魏氏組織，降低韌性；線能量過小，粗晶區(qū)M比例增大而降低韌性。正火鋼：粗晶區(qū)組織受焊接熱輸入的影響更為顯著，Nb,V微合金化的14MnNb、Q420等在熱輸入過大時，粗晶區(qū)的Nb(C,N)、V(C,N)析出將固熔于A中，失去組織細化作用，粗晶區(qū)將產(chǎn)生粗大的粒狀貝氏體、上貝氏體使韌性降低，還會在不完全相變區(qū)形成M-A組元，使其脆化。第12章

金屬構(gòu)件焊接的工藝設計31第12章金屬連接成形的主要工藝2023/6/7第12章

金屬構(gòu)件焊接的工藝設計32/8420#魏氏組織2023/6/7第12章

金屬構(gòu)件焊接的工藝設計33/8420#魏氏組織34第12章金屬連接成形的主要工藝16Mn過熱區(qū)魏氏組織35第12章金屬連接成形的主要工藝2.熱應變脆化36第12章金屬連接成形的主要工藝1.2.3熱軋及正火鋼的焊接工藝特點

焊接材料的選擇按強度選擇焊接材料，而不是按化學成分選擇材料；要考慮熔合比和冷卻速度；必須考慮焊后熱處理對焊縫機械性能的影響；37第12章金屬連接成形的主要工藝2023/6/738/842.焊接工藝參數(shù)的確定（1）焊接線能量16Mn;15MnVN;18MnMoNb(2)預熱a.與材料的淬硬現(xiàn)象有關；b.與焊接時的冷速有關；c.與拘束度有關；d.與焊后是否熱處理有關第12章金屬連接成形的主要工藝2023/6/7第12章

金屬構(gòu)件焊接的工藝設計39/84（3）焊接后熱及焊后熱處理

a.焊接后熱及消氫處理

b.焊后熱處理

c.消除應力處理低碳調(diào)質(zhì)鋼焊接性主要問題是冷裂紋、熱影響區(qū)組織脆化及軟化。1.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接40第12章金屬連接成形的主要工藝1.3.1低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性分析1）焊縫中的熱裂紋含C量低，S、P雜質(zhì)控制很嚴。2）HAZ液化裂紋關鍵是控制C和S，保證高的Mn/S比，在高Ni時，更應如此。

TFeS=1190CT(

FeS-r)共晶=913CTFe3P=1160CT(

Fe3P-r)共晶=1050CT(

Ni3S2)=644CT(Ni3S2-Ni)共晶=880CT(

Ni3Si)=1150C

工藝因素對液化裂紋也有重要作用，如線能量。41第12章金屬連接成形的主要工藝3）冷裂紋Ms點很高，若冷速較慢，則有自回火作用，可以避免冷裂(下圖為T-1鋼)。42第12章金屬連接成形的主要工藝HT8043第12章金屬連接成形的主要工藝4）再熱裂紋

為加強淬透性和抗回火性加入一些合金元素中，大多是能引起再熱裂紋的元素，如：Cr、Mo、Cu、V、Nb、Ti、B、V的影響最大，Mo次之，V和Mo同時加入時就更為嚴重。一般認為：Cr-Mo-V鋼，Cr-Ni-Mo鋼，Cr-Ni-Mo-V鋼，Ni-Mo-V鋼對再熱裂紋敏感。如：HT80，14MnMoNbB等。650

C的焊后回火要注意。44第12章金屬連接成形的主要工藝2023/6/7第12章

金屬構(gòu)件焊接的工藝設計45/845）HAZ的性能變化

A.過熱區(qū)脆化

與t8/5以及獲得的組織有關和晶粒尺寸有關。46第12章金屬連接成形的主要工藝B.HAZ的軟化是焊接低碳調(diào)質(zhì)鋼的普遍問題，強度越高，軟化越嚴重，軟化程度和軟化區(qū)的寬度與焊接工藝有關。47第12章金屬連接成形的主要工藝1.3.2低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接工藝特點1.焊接工藝方法和焊接材料的選擇焊后不再進行熱處理時，必須盡量限制焊接過程中熱量對母材的作用。s980N/mm2,必須采用鎢極氬弧焊、電子束焊；s980N/mm2，手工焊，埋弧焊，氬弧焊等都可采用，焊接材料按等強原則選用，剛性很大時，可采用低強原則。48第12章金屬連接成形的主要工藝2.焊接工藝參數(shù)的選擇49第12章金屬連接成形的主要工藝1.4中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接在退火狀態(tài)下進行焊接，焊接接頭的性能靠焊后調(diào)質(zhì)處理來保證。焊接過程主要防止裂紋，焊后要及時進行消除應力的退火處理，焊前也需要預熱和保溫處理。焊接材料的選擇要保證調(diào)質(zhì)熱處理的強度要求。50第12章金屬連接成形的主要工藝2.不銹鋼的焊接鐵素體不銹鋼的焊接問題:焊縫和HAZ的晶粒長大,

脆性和韌性接頭脆性晶間腐蝕焊接要點予熱低熱輸入,以及后熱51第12章金屬連接成形的主要工藝2023/6/752/84CNTiCuCr≤0.008≤0.010.30.4321第12章金屬連接成形的主要工藝馬氏體不銹鋼的焊接問題:焊接性差冷裂紋HAZ的軟化

焊接要點TIGorMIG焊預熱

后熱53第12章金屬連接成形的主要工藝奧氏體不銹鋼的焊接問題:焊接性好晶間腐蝕

應力腐蝕開裂焊接要點不預熱避免過熱和后熱54第12章金屬連接成形的主要工藝3.鋁及鋁合金的焊接焊接問題:氧化氫氣孔

焊縫熱裂紋

低的接頭強度

低的耐蝕性

燒穿問題55第12章金屬連接成形的主要工藝焊接要點

鋁及鋁合金的獨特性質(zhì),焊接工藝參數(shù)和設備與焊接合金鋼不同;

與鋼相比,鋁及鋁合金的導熱及導電性能更好;焊接與鋼相同的厚度時,要求更高的電壓和電流;56第12章金屬連接成形的主要工藝鋁的熱脹和冷縮是是鋼的2倍;

焊接變形比焊接鋼要大;鋁比鋼軟,因此夾具要有差別.ForGMA(MIG)weldingthickstructuralparts,suchas6mm(?in.)orthicker,a208Aor220Amachineisrecommended57第12章金屬連接成形的主要工藝第二節(jié)焊接方法的選擇58GeneraljoiningprocessesSMAWGasweldingSAWTIG(GTAW)MIG(GMAW),MAG,CO2PLAWEBW,LaserWeldingResistancewelding,(Table14-1)59第12章金屬連接成形的主要工藝2023/6/7第12章

金屬構(gòu)件焊接的工藝設計60/842023/6/7第12章

金屬構(gòu)件焊接的工藝設計61/843.8.

3金屬構(gòu)件焊接接頭的設計

62一、熔焊接頭及焊縫設計1.焊縫的基本型式對接焊縫和角焊縫63第12章金屬連接成形的主要工藝2023/6/7第12章

金屬構(gòu)件焊接的工藝設計64/842

.焊接接頭型式及坡口選擇焊接材料的消耗量，對于同樣厚度的焊接接頭，采用X形坡口比V形坡口能省較多的焊接材料、電能和工時，構(gòu)件越厚節(jié)省的越多。可焊到性，它是選擇坡口型式的重要條件之一。一般說，要根據(jù)構(gòu)件能否翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)難易，或內(nèi)外兩側(cè)的焊接條件而定。對不能翻轉(zhuǎn)的和內(nèi)徑較小的容器、轉(zhuǎn)子及軸類的對接焊縫，為了避免大量的仰焊和不能或不便從內(nèi)側(cè)施焊，都宜采用V形或U形坡口。坡口加工，X形和V形坡口可用氣割或等離子切割，亦可用機械切削加工。但，U形和雙U形坡口，一般需用刨邊機加工。焊接變形，采用不適當?shù)钠驴谛褪饺菀桩a(chǎn)生較大的焊接變形，如果坡口型式適宜，工藝合理，則可有效地減小焊接變形。坡口設計與選擇原則：65第12章金屬連接成形的主要工藝3.焊縫設計①焊縫的位置應便于施工;②盡量減小焊縫數(shù)量