金屬材料焊接工藝電子教案

1、,工程材料的分類 工程材料是指具有一定性能，在特定條件下能夠承擔(dān)某種功能、被用來制造零件和工具的材料。工程材料種類繁多，有如下常見分類方法。 按成分分類：金屬材料、非金屬材料、復(fù)合材料。,金屬材料：工業(yè)中應(yīng)用廣泛的材料，其中鋼鐵的用量最大。一般金屬具的優(yōu)良的工藝性能和力學(xué)性能； 非金屬材料：合成高分子材料、特別是塑料的使用廣泛；而陶瓷具有高硬度、耐高溫、耐腐蝕、絕緣的特點(diǎn)，主要用于化工設(shè)備、電器絕緣件、機(jī)械加工刀具、發(fā)動(dòng)機(jī)耐熱元件等； 復(fù)合材料：指由兩種或兩種以上物理和化學(xué)性能不同的物質(zhì)，復(fù)合材料一般綜合了各組分材料的優(yōu)良性能，在生活用品、機(jī)器制造等各個(gè)領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。,按用途分類：結(jié)構(gòu)材

2、料（如機(jī)械零件、工程構(gòu)件）、工具材料（如量具、刃具、模具）、功能材料（如磁性材料、超導(dǎo)材料等） 按領(lǐng)域分類：機(jī)械工程材料、建筑工程材料、能源工程材料、信息工程材料、生物工程材料,第一單元 金屬材料焊接基礎(chǔ)知識(shí),第一模塊 金屬材料的焊接性 第二模塊 金屬材料焊接工藝的編制 【綜合訓(xùn)練】,第一模塊 金屬材料的焊接性,一、 金屬材料焊接性的概念 金屬材料焊接性根據(jù)GB/T3375-1994焊接術(shù)語的定義：“金屬材料在限定的施工條件下焊接成規(guī)定設(shè)計(jì)要求的構(gòu)件，并滿足預(yù)定服役要求的能力”。,第一模塊 金屬材料的焊接性,一、 金屬材料焊接性的概念 優(yōu)質(zhì)焊接接頭應(yīng)具備的兩個(gè)條件：一是接頭中不允許存在超過質(zhì)量

3、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的缺陷；二是要具有預(yù)期的使用性能。 金屬材料焊接性是指金屬材料對焊接加工的適應(yīng)性，它包括工藝焊接性和使用焊接性。,1工藝焊接性 工藝焊接性是指金屬材料對各種焊接方法的適應(yīng)能力，也就是在一定的焊接工藝條件下能否獲得符合要求的優(yōu)質(zhì)焊接接頭的能力。 它不是金屬材料本身所固有的性能，但取決于金屬的成分和性能，并且隨著焊接方法、焊接材料和工藝措施的發(fā)展而變化。,2使用焊接性 使用焊接性是指焊接接頭或整體結(jié)構(gòu)滿足技術(shù)條件中所規(guī)定的使用性能的能力。它取決于焊接結(jié)構(gòu)所滿足的技術(shù)條件規(guī)定的各種性能。,二、 金屬材料焊接性的影響因素 材料因素：母材和焊接材料 ； 工藝因素：焊接方法、焊接參數(shù)、預(yù)熱等 結(jié)構(gòu)

4、因素：結(jié)構(gòu)形狀、厚度、接頭形式 等 使用條件：工作溫度、受載類別和工作環(huán)境 常用金屬材料焊接難易程度見表1-1,表1-1 常用金屬材料焊接難易程度,注：A-通常采用，B-有時(shí)采用，C-很少采用，D-不采用,表1-1 常用金屬材料焊接難易程度（續(xù)）,注：A-通常采用，B-有時(shí)采用，C-很少采用，D-不采用,三、分析金屬焊接性的方法,一、 金屬材料焊接性間接分析與評定方法 1碳當(dāng)量法 2焊接冷裂紋敏感指數(shù)法 3利用金屬材料的物理性能分析 4利用金屬材料的化學(xué)性能分析 5利用合金相圖或SHCCT（CCT）圖分析,1碳當(dāng)量法 在鋼材所含有的各種元素中，碳對冷裂敏感性的影響最顯著，因此將鋼中各種元素都按

5、相當(dāng)于若干含碳量折合并疊加起來即為“碳當(dāng)量”，并以此來判斷鋼材的淬硬傾向和冷裂敏感性，進(jìn)而推斷鋼材的焊接性。 目前應(yīng)用的碳當(dāng)量計(jì)算公式：國際焊接學(xué)會(huì)（IIW）推薦的CE、日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JIS）規(guī)定和美國焊接學(xué)會(huì)推薦的 Ceq。,表1-4 碳當(dāng)量計(jì)算公式和應(yīng)用范圍,使用國際焊接學(xué)會(huì)（IIW）推薦的CE：對板厚小于20mm的鋼材， 當(dāng)CE0.4%時(shí)，鋼材的淬硬傾向不大，焊接性良好，焊前不需預(yù)熱； 當(dāng)CE=0.40.6%時(shí)，鋼材易于淬硬，焊接性較差，焊接時(shí)必須預(yù)熱才能防止裂紋，隨著板厚及碳當(dāng)量的增加，預(yù)熱溫度也相應(yīng)提高； 當(dāng)CE0.6%時(shí)，鋼材淬硬傾向很大，焊接性差，焊接時(shí)必須采用嚴(yán)格的工藝措施如預(yù)

6、熱、后熱、緩冷等，以防止產(chǎn)生裂紋。,使用日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JIS）規(guī)定的Ceq(JIS)：對板厚小于20mm的鋼材和采用焊條電弧焊時(shí)，對于強(qiáng)度等級(jí)不同鋼材規(guī)定了不產(chǎn)生裂紋的臨界值和相應(yīng)的預(yù)熱措施,表1-5 鋼材強(qiáng)度級(jí)別與碳當(dāng)量和預(yù)熱溫度的關(guān)系,使用美國焊接學(xué)會(huì)推薦的Ceq(AWS)：應(yīng)根據(jù)Ceq(AWS) 值再結(jié)合焊件厚度，先從圖1-1查出該鋼種焊接性的優(yōu)劣等級(jí)，再根據(jù)表1-6確定出其焊接的最佳工藝措施。,表1-6 鋼材焊接性等級(jí)不同時(shí)的最佳焊接工藝措施,圖1-1 焊接性與碳當(dāng)量和板厚的關(guān)系,2焊接冷裂紋敏感指數(shù)法 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

7、件（板厚）的作用。 Pc=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B+/600+H/60 （%） 根據(jù)Pc值可以通過經(jīng)驗(yàn)公式求出斜Y型坡口對接裂紋試驗(yàn)條件下，為了防止冷裂紋所需要的最低預(yù)熱溫度T0（） T0=1440 Pc 392,3利用金屬材料的物理性能分析 金屬材料的物理性能，對焊接熱循環(huán)、熔池冶金過程、結(jié)晶與相變過程等都有明顯的影響。 熱導(dǎo)率大的材料（銅），傳熱快，焊接時(shí)熔池結(jié)晶速度快容易產(chǎn)生氣孔和熔透不足； 而熱導(dǎo)率低的材料（鈦、不銹鋼），焊接時(shí)由于溫度梯度大會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力及變形，而且還會(huì)因?yàn)楦邷赝Ａ魰r(shí)間延長而導(dǎo)致焊縫金屬晶粒粗大。,3利用金屬

8、材料的物理性能分析 焊接線脹系數(shù)大的材料（如不銹鋼），接頭的應(yīng)力和變形必然更嚴(yán)重； 焊接密度小的材料（如鋁及其合金），則容易在焊縫中產(chǎn)生氣孔和夾雜。,4利用金屬材料的化學(xué)性能分析 化學(xué)性質(zhì)比較活潑的金屬（如鋁、鎂、鈦及其合金），在焊接條件下極易被氧化。 有些金屬材料甚至對氧、氮、氫等氣體都極為敏感，焊接這些材料時(shí)需要采取惰性氣體保護(hù)焊和在真空中焊接等保護(hù)可靠的焊接方法，有時(shí)甚至在焊縫背面也要進(jìn)行保護(hù)。,4利用金屬材料的化學(xué)性能分析 鈦對氧、氮、氫等氣體都極為敏感，吸收這些氣體后力學(xué)性能顯著降低，特別是韌性降低嚴(yán)重，因此要嚴(yán)格控制這些氣體對焊縫及熱影響區(qū)的影響。,5利用合金相圖或SHCCT（CC

9、T）圖分析 對于共晶相圖，其固、液相線之間的溫度區(qū)間大，會(huì)造成結(jié)晶時(shí)的成分偏析、低熔點(diǎn)共晶的生成和脆性溫度區(qū)間增大，熱裂紋傾向增大。,5利用合金相圖或SHCCT（CCT）圖分析 對于各種低合金鋼來說，可以利用各自的連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變圖（CCT圖）或模擬熱影響區(qū)的連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變圖（SHCCT圖）分析其焊接性。 可以根據(jù)轉(zhuǎn)變圖預(yù)測熱影響區(qū)組織、性能和硬度變化，從而預(yù)測某種鋼焊接熱影響區(qū)的淬硬傾向和產(chǎn)生冷裂紋的可能性，以便確定適當(dāng)?shù)暮附庸に嚄l件。,金屬材料焊接性試驗(yàn)方法 一、斜Y型坡口焊接裂紋試驗(yàn)法 二、焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗(yàn)法 三、插銷試驗(yàn)法 四、剛性固定對接裂紋試驗(yàn)法,一、斜Y型坡口焊接裂紋試

10、驗(yàn)法,目的：用于評定碳鋼和低合金高強(qiáng)度鋼焊接熱影響區(qū)對冷裂紋的敏感性 屬于自拘束裂紋試驗(yàn) 其試驗(yàn)要求應(yīng)遵從GB/T4675.1-1984焊接性試驗(yàn)-斜Y型坡口焊接裂紋試驗(yàn)法的規(guī)定。 “小鐵研試驗(yàn)法”,1試件制備 試件的尺寸和形狀如圖1-2所示， 板厚為938mm 采用機(jī)械方法加工試件坡口 試板兩端各焊接 60mm的拘束焊縫 采用雙面焊 試件中間待焊 部位有2mm的間隙。,圖1-2 試件尺寸和形狀,2、施焊條件 用焊條電弧焊施焊的試驗(yàn)焊縫如圖1-3a所示，用自動(dòng)送進(jìn)裝置施焊的試驗(yàn)焊縫如圖1-3b所示。 試驗(yàn)焊縫只焊一道，不要求填滿坡口，并可在不同溫度下施焊。 焊后靜置和自然冷卻48h后截取試樣和

11、進(jìn)行裂紋檢測。 焊接參數(shù)：焊條直徑4mm，焊接電流（17010）A，電弧電壓（2224）V，焊接速度（15010）mm/min。,圖1-3 施焊時(shí)的焊縫示意圖 a）焊條電弧焊試驗(yàn)焊縫 b）焊絲自動(dòng)送進(jìn)的試驗(yàn)焊縫,3、裂紋檢測 （1）表面裂紋率Cf 如圖1-4a Cf=lf /L100% （2）根部裂紋率 檢測根部裂紋時(shí)，應(yīng)將試件著色后拉斷或折斷，按圖1-4b進(jìn)行根部裂紋測量。 Cr=lr/L100% （3）斷面裂紋率Cs 在試驗(yàn)焊縫上，用機(jī)械加工方法等分切取46塊試樣，如圖1-4c所示，檢查5個(gè)斷面上的裂紋深度，按下式計(jì)算Cs Cs=Hs/H100%,圖1-4 試樣裂紋長度計(jì)算 A）表面裂紋

12、b）根部裂紋 c）斷面裂紋,二、焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗(yàn)法,試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GB/T4675.5-1984，適用于焊條電弧焊。 試板尺寸和形狀如圖1-5和表1-7所示，試板采用氣割下料，試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)厚度為20mm，當(dāng)材料厚度超過20mm時(shí)須用機(jī)加工成20mm，并保留一個(gè)軋制表面；當(dāng)材料厚度小于20mm時(shí)則無須加工。,表1-7 熱影響區(qū)最高硬度試件尺寸,圖1-5 熱影響區(qū)最高硬度試板,試樣表面經(jīng)研磨、腐蝕后，按圖1-6位置測量硬度。,圖1-6 硬度測量的位置,一般用于焊接結(jié)構(gòu)的鋼材都應(yīng)提供其最高硬度值，常用的低合金結(jié)構(gòu)鋼允許的熱影響區(qū)最高硬度值見表1-8。 表1-8 常用低合金鋼的碳當(dāng)量及允許的熱影響區(qū)最大

13、硬度,三、插銷試驗(yàn)法,插銷試驗(yàn)法是一種定量測定低合金鋼焊接熱影響區(qū)冷裂紋敏感性的試驗(yàn)方法，屬于外拘束裂紋試驗(yàn)法。 該試驗(yàn)方法消耗材料少，結(jié)果穩(wěn)定可靠，因此在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。 我國已制定國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T9446-1988焊接用插銷冷裂紋試驗(yàn)方法。,插銷試驗(yàn)的基本原理是根據(jù)產(chǎn)生冷裂紋的三要素（即鋼的淬硬傾向、焊縫含氫量及接頭的應(yīng)力狀態(tài)），定量測出被焊鋼材產(chǎn)生焊接冷裂紋的“臨界應(yīng)力”作為冷裂紋敏感性的評定指標(biāo)。 1試樣制備 把被焊鋼材加工成直徑為8mm或6mm的圓柱形試棒（稱為插銷），形狀和尺寸如圖1-7所示，各部位尺寸見表1-9，插銷上端有環(huán)形或螺形缺口。將插銷插入底板直徑相應(yīng)的孔中，使帶缺口

14、一端與底板表面平齊，如圖1-8所示。,圖1-7 插銷試棒的形狀 a）環(huán)形缺口插銷 b）螺形缺口插銷,圖1-8 插銷試棒、底板及熔敷焊道 a）環(huán)形缺口插銷 b）螺形缺口插銷,2試驗(yàn)過程 按選定的焊接方法和嚴(yán)格控制的工藝參數(shù)，在底板上熔敷焊道，盡量使焊道中心線通過插銷的端面中心，其熔深應(yīng)保證缺口尖端位于熱影響區(qū)的粗晶部位，焊道長度約100150mm。 在焊后冷卻至100150時(shí)（有預(yù)熱時(shí)應(yīng)在冷至高出預(yù)熱溫度5070）加載，當(dāng)保持載荷16h或24h（有預(yù)熱）期間試棒發(fā)生斷裂，即得到該試驗(yàn)條件下的“臨界應(yīng)力”；如果在保持載荷期間未發(fā)生斷裂，應(yīng)調(diào)整載荷直至發(fā)生斷裂。改變含氫量、焊接熱輸入和預(yù)熱溫度，可得

15、到不同的臨界應(yīng)力。臨界應(yīng)力越小，說明材料對冷裂紋越敏感。,3插銷試驗(yàn)特點(diǎn)： 1）試件尺寸小，底板與插銷材料可以不同，且底板可重復(fù)使用，因此試驗(yàn)消耗材料少。 2）調(diào)整焊接熱輸入和底板厚度可得到不同的接頭冷卻速度。 3）插銷可從被試驗(yàn)材料任意方向截取，還方便從全熔敷金屬中取樣來測定焊縫金屬對冷裂紋的敏感性。 4）試驗(yàn)要求環(huán)形缺口必須位于焊縫的粗晶區(qū)，要求較嚴(yán)格。 5）環(huán)形缺口整個(gè)圓周溫度不十分均勻，影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，造成數(shù)據(jù)分散，再現(xiàn)性不是很好。,四、剛性固定對接裂紋試驗(yàn)法,該方法主要用于測定焊縫的冷裂紋和熱裂紋傾向，也可以測定焊接熱影響區(qū)的冷裂紋傾向，適用于低合金鋼焊條電弧焊、埋弧焊和氣體保

16、護(hù)焊等。 試件尺寸和形狀如圖1-10所示，試件在不小于厚度為40mm的鋼板上以角焊縫形式四周焊接牢固。當(dāng)試件板厚12mm時(shí)，取焊角尺寸與板厚相等；當(dāng)板厚12mm時(shí)，焊角尺寸取12mm。試件坡口由機(jī)械方法加工。,圖1-10 剛性固定對接裂紋試驗(yàn)試件尺寸和形狀 1-試件 2-剛性底板,試驗(yàn)焊縫可用手工焊或自動(dòng)焊方法焊接，焊接參數(shù)可采用實(shí)際焊接時(shí)的參數(shù)。焊后將試件在室溫放置24h，先檢查焊縫有無表面裂紋；再橫向切取焊縫，取2塊試樣磨片檢查有無裂紋。 該試驗(yàn)焊縫所受到的拘束度較大，評定標(biāo)準(zhǔn)是以試驗(yàn)結(jié)果有無裂紋為依據(jù)，一般要求每種焊接條件下需焊接2塊試樣。,綜合訓(xùn)練,一、理論部分 1簡答題： （1）什么

17、是金屬材料的焊接性？工藝焊接性與使用焊接性有什么不同？ （2）金屬材料的焊接性是否屬于金屬材料的固有性能？“凡是能夠獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的金屬，焊接性都很好”這種說法對嗎？為什么？ （3）什么是碳當(dāng)量？如何利用碳當(dāng)量法評定金屬的焊接性？它的使用范圍如何？ （4）為什么熱影響區(qū)的最高硬度可以說明金屬材料對冷裂紋的敏感性？,2選擇題（焊工等級(jí)考試模擬題）： （1）( )不是影響焊接性的因素。 A、金屬材料的種類及其化學(xué)成分 B、焊接方法 C、構(gòu)件類型 D、焊接操作技術(shù) （2）碳當(dāng)量( )時(shí)，鋼的淬硬冷裂傾向不大，焊接性優(yōu)良。 A、小于0.40 B、小于0.50 C、小于0.60 D、小于0.80,（3

18、）國際焊接學(xué)會(huì)的碳當(dāng)量計(jì)算公式只考慮了( )對焊接性的影響，而沒有考慮其他因素對焊接性的影響。 A、焊縫擴(kuò)散氫含最 B、焊接方法 C、構(gòu)件類型 D、化學(xué)成分 （4）國際焊接學(xué)會(huì)推薦的碳當(dāng)量計(jì)算公式適用于（ ）。 A、高合金鋼 B、奧氏體不銹鋼 C、耐磨鋼 D、碳鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼,返回主目錄,項(xiàng)目作業(yè)1,某變壓器廠，生產(chǎn)變壓器油箱的材料采用Q235鋼，為減輕油箱重量，現(xiàn)用15MnVN鋼取代Q235鋼，請你采用下列方法評定15MnVN鋼的焊接性。 1、碳當(dāng)量法 2、熱影響區(qū)最高硬度試驗(yàn)法 3、小鐵研試驗(yàn)法 4、插銷試驗(yàn)法,第二單元 碳鋼的焊接工藝制定,第一模塊 非合金鋼與鋼材分類方法 第二模塊 低

19、碳鋼的焊接工藝 第三模塊 中、高碳鋼的焊接工藝 綜合訓(xùn)練 項(xiàng)目作業(yè)2,第一模塊 非合金鋼與鋼材分類方法,一、 鋼材分類 國標(biāo)GB/T13304-1991鋼分類將鋼材按兩種方式進(jìn)行分類：一種是按化學(xué)成分分類，另一種是按主要質(zhì)量等級(jí)和主要性能及使用性能分類 。,1按化學(xué)成分分類 按化學(xué)成分鋼分類為：非合金鋼、低合金鋼和合金鋼三類。 “非合金鋼”是指傳統(tǒng)的“碳素鋼”或“碳鋼”，具有較好的力學(xué)性能和各種工藝性能，并且冶煉工藝比較簡單，價(jià)格低廉，因而在焊接結(jié)構(gòu)制造中應(yīng)用廣泛，但一般用于工作溫度在350以下的結(jié)構(gòu)。,2按主要質(zhì)量等級(jí)和主要性能或使用性能分類 普通質(zhì)量非合金鋼(WsWp0.045%,Q195

20、Q215 Q255Q275 )、優(yōu)質(zhì)非合金鋼(WsWp0.045%, 10,20,45,65Mn)和特殊質(zhì)量非合金鋼(WsWp0.020%)。 3按用途分類 按用途分為：碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235和碳素工具鋼T8T10。 鋼材還可以從其他角度進(jìn)行分類，如按專業(yè)（鍋爐用鋼、橋梁用鋼、容器用鋼、船舶用鋼等。,二、 非合金鋼 非合金鋼（碳鋼）按碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可分為 低碳鋼（wc0.25% ）、 中碳鋼（wc=0.25%0.60%） 高碳鋼（wc0.60%）； 按用途可分為結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼。 在焊接結(jié)構(gòu)用非合金鋼中，常采用按碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分類的方法。,非合金鋼（碳鋼）是指以鐵為基礎(chǔ)、以碳為合金元素，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般

21、不超過1.4%的鋼，其他常存元素因含量較低皆不作為合金元素。因此其焊接性主要取決于碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，隨碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加焊接性逐漸變差，見表2-1。,表2-1 非合金鋼焊接性與碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系,第二模塊 低碳鋼的焊接,一、 低碳鋼的成分特點(diǎn)與焊接性 成分特點(diǎn)：碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，硅、錳含量較少。 Q235A:235MPa；375460MPa;碳含量：0.140.22%； 焊接性優(yōu)良 焊接時(shí)一般不需預(yù)熱，在整個(gè)焊接過程中不需要特殊的工藝措施 焊接時(shí)具有以下特點(diǎn)：,1）可裝配成各種接頭形式，適應(yīng)各種不同位置的焊接，焊接工藝和技術(shù)較簡單，容易掌握。 2）塑性好，焊接接頭產(chǎn)生裂紋的傾向小，適合制造各種大型結(jié)

22、構(gòu)和受壓容器。 3）不需要使用特殊和復(fù)雜的設(shè)備，對焊接電源和焊接材料沒有特殊要求，交直流焊機(jī)、酸堿性焊條和焊劑都可以使用。 4）如果焊接時(shí)熱輸入過大，焊條直徑或焊接電流選擇不當(dāng)、埋弧焊電流或焊速不當(dāng)，也可出現(xiàn)熱影響區(qū)晶粒長大而引起塑性降低。,二 、低碳鋼的焊接工藝制定 1焊接方法的選擇 低碳鋼焊接性良好，幾乎可以選擇所有的焊接方法，并能保證焊接接頭的良好質(zhì)量。 常用焊接方法：焊條電弧焊（SMAW）、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊（CO2 WELD）、埋弧焊（SAW）,2焊接材料的選擇 選擇焊接材料應(yīng)遵循”等強(qiáng)原則”，也就是根據(jù)母材強(qiáng)度等級(jí)及工作條件來選擇焊接材料。 低碳鋼結(jié)構(gòu)通常使用抗拉強(qiáng)度平均值為420

23、MPa的鋼材，因而常選用E43系列焊條。表2-2列出了焊接低碳鋼常用的焊接材料。,表2-2 焊接低碳鋼常用的焊接材料,3 低碳鋼施焊工藝要點(diǎn) 低碳鋼焊接一般不需要特殊的工藝措施。 特例：工件厚度較大；環(huán)境溫度較低（T0）時(shí)，會(huì)因冷速加快而導(dǎo)致接頭裂紋傾向增加。 例如 在焊接直徑3000mm且壁厚50mm的結(jié)構(gòu)、焊接壁厚90mm的第一層焊道、受壓容器壁厚20mm時(shí)的焊縫有可能產(chǎn)生裂紋。 措施：,焊接時(shí)應(yīng)采取如下工藝措施： 1）焊前80150預(yù)熱。焊接時(shí)保持道間溫度。 2）采用低氫或超低氫型焊接材料。 3）連續(xù)施焊整條焊縫，避免中斷。 4）在坡口內(nèi)引弧，避免擦傷母材，注意熄弧時(shí)填滿 弧坑。 5）不

24、在低溫下進(jìn)行成形、矯正和裝配。 6）盡可能改善嚴(yán)寒的勞動(dòng)條件。 上述措施可單獨(dú)使用有時(shí)需要綜合使用。,三 低碳鋼的特殊焊接工藝 1窄間隙埋弧焊 窄間隙埋弧焊可用于低碳鋼焊接，也可用于合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接，在我國已有多套窄間隙焊接裝置，例如，大型火電站鍋爐、核電站主容器、石油化工裝置中的熱壁加氫反應(yīng)器等厚壁筒體結(jié)構(gòu)， 都可以采用這一工藝方法進(jìn)行焊接。該法比普通埋弧焊間隙小得多，因而節(jié)省焊接材料、縮短焊接時(shí)間和減少母材開坡口時(shí)的浪費(fèi)，同時(shí)還提高接頭焊接質(zhì)量。,2窄間隙自動(dòng)MIG全位置焊 該工藝方法主要用于大直徑厚壁管件的焊接，采用射流過渡的脈沖MIG焊，Ar+CO2富氬混合氣體作保護(hù)，焊絲直徑0.81

25、.2mm，調(diào)節(jié)參數(shù)多，可以很好地適應(yīng)在不同空間位置時(shí)的焊接需要，并能保證獲得滿意的焊接接頭質(zhì)量。 3TIG焊封底背面成形工藝 該工藝主要用于無法進(jìn)行兩面焊接、但又要求必須焊透的受壓容器、管道或其他結(jié)構(gòu)的焊接施工。焊接時(shí)要求根部熔化，背面形成焊縫；或背面不要求成形，但根部必須完全熔透。,4多頭MIG焊 大型電站鍋爐中的膜式壁很大，由許多根鋼管與鋼帶彼此相間焊接而成，材料都為低碳鋼，正、反兩面都要求焊接。 國內(nèi)采用12頭的MIG焊膜式壁專用焊機(jī)，正反面各有6個(gè)焊頭同時(shí)焊接，即6個(gè)平焊、6個(gè)仰焊。焊接過程不必翻轉(zhuǎn)工件，效率高。 目前，日本已有20個(gè)頭（10個(gè)平焊、10個(gè)仰焊）專用焊機(jī)，且焊接質(zhì)量完全

26、合格。,【工程案例1】,油田輸油管線材質(zhì)為20號(hào)（低碳鋼）無縫鋼管，其外徑為60mm、壁厚3. 5mm，采用手工鎢極氬弧焊打底，焊條電弧焊蓋面進(jìn)行施焊。,坡口形式及加工方法 坡口為Y形，坡口角度為60士5，鈍邊1.5mm，間隙1.5mm，如圖2-1所示。坡口用機(jī)械加工或砂輪機(jī)打磨均可，要求光滑、平整。 對坡口兩側(cè)20mm范圍內(nèi)要清除鐵銹、油污及水分，且露出金屬光澤。,焊接材料及電源的選擇 焊條可用E5015（J507)或E5016（J506)堿性低氫型焊條，直徑為3.2mm。焊絲選用H08Mn2SiA，直徑為2.0mm。焊接電源選擇弧焊整流器。 焊接工藝參數(shù)見表。 焊接檢驗(yàn) 焊縫表面不允許有氣

27、孔、裂紋、夾渣等缺陷。,外觀尺寸要求按表2-4規(guī)定。探傷質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)按GB/T 3323-1988鋼熔化焊對接接頭射線照相和質(zhì)量分級(jí)達(dá)到級(jí)為合格。,第三模塊 中碳鋼的焊接,一、中碳鋼的成分特點(diǎn)與焊接性 中碳鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為wc=0.25%0.60%，其強(qiáng)度和硬度較高，塑性和韌性較差，淬硬性較大，當(dāng)wc接近下限時(shí)焊接性良好，隨wc的增加焊接性嚴(yán)重惡化。 同時(shí)在物理性能方面，中碳鋼比低碳鋼線膨脹系數(shù)略大，熱導(dǎo)率稍低，這也就增加了中碳鋼焊接時(shí)的熱應(yīng)力和過熱傾向。,當(dāng)鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.15%時(shí)，碳本身的偏析以及它促進(jìn)硫等其它元素的偏析都明顯起來，如果鋼中的硫較多，則會(huì)因形成低熔點(diǎn)硫化物而導(dǎo)致熱裂紋

28、傾向增加，因此用于焊接的中碳鋼必須嚴(yán)格控制硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)； C和FeO反應(yīng)生成的CO有可能產(chǎn)生CO氣孔； 碳的增加提高了鋼材的淬硬性，焊接時(shí)如果冷速較快則會(huì)在熱影響區(qū)產(chǎn)生馬氏體組織，且中碳鋼的馬氏體組織有較大的脆性，因此在焊接應(yīng)力作用下容易發(fā)生冷裂紋和脆斷,中碳鋼的焊接性較差，且隨碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而越來越差，焊接時(shí)的主要問題是熱裂紋、冷裂紋、氣孔和脆斷，有時(shí)還會(huì)存在熱影響區(qū)強(qiáng)度降低，鋼中雜質(zhì)越多、結(jié)構(gòu)剛性越大，問題就越嚴(yán)重。 中碳鋼一般不用作焊接結(jié)構(gòu)材料，而是用作機(jī)器部件和工具較多，多利用其堅(jiān)硬耐磨的性能，而非利用其高強(qiáng)度。這種堅(jiān)硬耐磨性能通常是經(jīng)過熱處理來達(dá)到的，因此焊接時(shí)就要注意母材的熱處理

29、狀態(tài)。如果是焊接已經(jīng)過熱處理的部件，則必須采取措施防止裂紋產(chǎn)生；如果是焊后進(jìn)行熱處理，要求熱處理后接頭與母材性能相匹配，則必須注意選擇焊接材料。,二、 中碳鋼的焊接工藝要點(diǎn) 1焊接方法 中碳鋼焊接性較差，一般用作機(jī)器部件，其焊接一般是修補(bǔ)性的，所以焊接中碳鋼最合適的焊接方法是焊條電弧焊。,2焊接材料 在要求焊縫金屬與母材等強(qiáng)度時(shí)，選相應(yīng)級(jí)別的去硫能力強(qiáng)，熔敷金屬擴(kuò)散氫含量低，塑、韌性較好的低氫型焊條； 在不要求等強(qiáng)度時(shí)，選用強(qiáng)度級(jí)別低于母材的低氫焊條，例如焊接強(qiáng)度級(jí)別為490MPa的母材，可選擇E4315、E4316焊條，切不可選擇強(qiáng)度級(jí)別比母材高的焊條。,在特殊情況下選擇焊接材料 如母材不許

30、預(yù)熱時(shí)，可選用鉻鎳奧氏體不銹鋼焊條E308-16（A102）、E308-15（A107）、E309-16（A302）、E309-15（A307）焊接，焊縫金屬為奧氏體組織，塑性好，可避免熱影響區(qū)冷裂。,對強(qiáng)度不做要求的中碳鋼工具、模具等，焊接時(shí)要考慮其焊前狀態(tài)： 如果是在退火狀態(tài)下（熱處理前）焊接，選用焊條則必須要使焊縫金屬與母材化學(xué)成分接近，以使焊后經(jīng)熱處理的焊縫金屬達(dá)到與母材性能相同； 如果是在熱處理后的部件上焊接，則要選擇低氫焊條，并采取相應(yīng)的工藝措施，以防止裂紋和熱影響區(qū)軟化。,表2-4 中碳鋼焊接的焊條、預(yù)熱溫度及焊后熱處理溫度,3坡口制備 原則：應(yīng)減小熔合比，所以一般采用U形或V形

31、坡口 清理：坡口兩側(cè)20mm范圍內(nèi)的油污、鐵銹等清理干凈。 4預(yù)熱：中碳鋼焊接時(shí)大多需要預(yù)熱和控制道間溫度，以降低焊縫金屬和熱影響區(qū)的冷卻速度，抑制馬氏體的形成，提高接頭的塑性，減小殘余應(yīng)力。預(yù)熱溫度取決于碳當(dāng)量、母材厚度、結(jié)構(gòu)剛度和焊條類型等，見表2-4。 5. 后熱：中碳鋼焊后應(yīng)立即進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，不能立即進(jìn)行熱處理的，也應(yīng)至少在冷卻到預(yù)熱溫度或道間溫度之前進(jìn)行，特別是在工件厚度和結(jié)構(gòu)剛度較大時(shí)更應(yīng)如此。熱處理溫度一般為600650。,6施焊特點(diǎn) 中碳鋼焊接時(shí)，尤其是在不預(yù)熱的情況下焊接，應(yīng)采取工藝措施減小熔深，降低冷卻速度，防止產(chǎn)生裂紋。例如，選U形坡口減小熔合比；多層焊第一層焊道采

32、用小直徑焊條、小電流焊接；將焊件置于立焊或半立焊位置、焊條橫向擺動(dòng)（擺動(dòng)幅度取焊條直徑的58倍，這樣就相當(dāng)于短段連續(xù)多道多層焊），以使母材熱影響區(qū)的任何一點(diǎn)都在短時(shí)間內(nèi)多次重復(fù)受熱以取得預(yù)熱和保溫效果。,三、典型中碳鋼零件的焊接工藝 1焊條電弧焊焊接法蘭長軸 法蘭長軸的主要 尺寸見圖2-1， 材料為35鋼。,35鋼焊接性分析：,化學(xué)成分：c：0.320.40；Si：0.170.37； Mn：0.500.80； Gr：0.25；Cu：0.25 力學(xué)性能：b：530MPa； s：315MPa,焊接方法：采用焊條電弧焊焊接； 焊接材料：選用E5015低氫型焊條；焊前經(jīng)300350烘干保溫1h； 工藝

33、要點(diǎn)：焊件仔細(xì)清理坡口兩側(cè)20mm范圍內(nèi)的油污、鐵銹等雜質(zhì)；焊件水平放置，焊縫處于立焊位置， 預(yù)熱150200，焊固定焊縫45段，每段長50mm；圓周焊縫分成6段或4段，分段跳焊以減小應(yīng)力和變形，第一道焊縫焊速要稍慢，熄弧時(shí)注意填滿弧坑。,第四模塊高碳鋼的焊接,一、 高碳鋼的成分特點(diǎn)與焊接性 高碳鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)wc0.6%，焊接性很差，在實(shí)際中不用作焊接結(jié)構(gòu)，一般是用作工具鋼和鑄鋼，用于要求高硬度和高耐磨性的部件、零件和工具，所以高碳鋼的焊接大多為修復(fù)性焊接。,其特點(diǎn)如下： 1）焊接時(shí)比中碳鋼更容易產(chǎn)生熱裂紋； 2）焊接時(shí)熱影響區(qū)極易產(chǎn)生脆硬的高碳馬氏體組織，所以淬硬傾向和冷裂紋傾向都很大；

34、 3）高碳鋼導(dǎo)熱性比低碳鋼差，在焊接高溫下晶粒長大快，且碳化物容易在晶界上集聚、長大，使焊縫脆性增大，從而使接頭強(qiáng)度降低；同時(shí)在接頭中引起的內(nèi)應(yīng)力也較大，更容易促使裂紋的產(chǎn)生。,二、 高碳鋼的焊接工藝制定 1焊接方法的選擇 高碳鋼焊接主要是高硬度、高耐磨性部件、零件和工具的焊接與修復(fù)，所以主要的焊接方法是焊條電弧焊和釬焊。,2焊接材料 高碳鋼焊接一般不要求接頭與母材等強(qiáng)度。 高碳鋼的抗拉強(qiáng)度一般在675MPa以上； 當(dāng)要求接頭強(qiáng)度較高時(shí)可選擇E7015-D2（J707）或E6015-D2（J607）焊條； 強(qiáng)度要求不高時(shí)可選擇E5015或E5016焊條； 必要時(shí)可選用奧氏體不銹鋼焊條，E3019-16（A302）、E3019-15（A307）,3施焊工藝要點(diǎn) 1）高碳鋼零件一般經(jīng)過淬火+回火的熱處理，因此焊接之前要先行退火，以減小裂紋傾向。 2）采用結(jié)構(gòu)鋼焊條焊接時(shí)，焊前必須預(yù)熱，預(yù)熱和道間溫度控制在250350以上。 3）采取與中碳鋼相同的焊接工藝措施，如減小熔合比、小電流、低焊速焊接，整個(gè)工件應(yīng)連續(xù)施焊完成，并采取措施減小內(nèi)應(yīng)力。 4）焊后將焊件立即放入爐中，在650保溫，進(jìn)行消除應(yīng)力處理。,三、 典型高碳