常用母材型号、分类、化学成分、机械性能、焊接工艺特点.ppt

1 常用母材型号、分类、化学成分、机械性能、焊接工艺特点等,2,1.碳钢的焊接,碳钢又称为碳素钢，是钢材中产量最多、应用最广的材料。船舶、车辆、桥梁、电站、锅炉、压力容器、矿山设备、石化装置、工业厂房、民用建筑、农业机械、家用电器、工具、用具、炊具、甚至家具等，无不大量使用，其产量约占钢材总产量的80%左右，也是全部钢材中经受焊接加工量最大、覆盖面最广的钢种，全世界约有40%以上离不开焊接，可想而知，碳钢焊接在金属加工或钢材加工中，占有多么重要的地位。,1.1概述,3,碳钢是以铁为基本成分、含有少量碳（w（C）1.3%）的铁碳合金。实际上，碳钢中除以碳作为主要合金元素外，还含有少量有益元素Mn和Si，w（Mn）一般小于1%，个别碳钢达到1.2%；w（Si）都在0.5%以下。此外，碳钢中还有少量杂质元素S和P，每一钢种都限制其含量。对于某些重要碳钢来说，还需限制Cr、Ni、Cu、N等元素含量。,4,1.2普通碳素结构钢,GB70088对普通碳素结构钢牌号表示如下：Q X X X X X 表示脱氧方法 表示质量等级 表示屈服强度数值/Mpa 代表屈服强度的“屈”字,5,1）Q钢材屈服强度“屈”字汉语拼音首位字母2）3位连在一起的数字屈服强度最低值，共有5种规格，Q195，Q215，Q235，Q255，Q2753）质量等级，分A、B、C、D4级，D级质量最好，A级最差。4）脱氧方法，共分4种，其符号及代表的意义如下：F沸腾钢“沸”字汉语拼音首位字母B半镇静钢“半”字汉语拼音首位字母Z镇静钢“镇”字汉语拼音首位字母TZ特殊镇静钢“特镇”字汉语拼音首位字母,6,1.3碳钢的焊接性,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。,7,8,碳当量w（C）eq,w（C）eq值增加，产生冷裂纹的敏感性增加，焊接性变差。通常，当w(C)ed值大于0.4时，冷裂纹的敏感性将增大。焊接性的好坏不只取决于C、Mn和Si的含量，还取决于焊接接头的冷却速度，它与上述3种元素共同影响着热影响区和焊缝组织，通过组织决定了焊接性的好坏。,9,冷却速度的影响,焊接时，母材已由设计者确定，亦即w（C）eq值已经确定，若要改善焊接性，亦即改善组织，从而避免裂纹，则控制冷却速度也就成为至关重要的途径。冷却速度主要取决于以下3方面因素：钢材厚度和焊接几何形状焊接时母材的原始温度焊接热输入的大小,10,钢材厚度增加，则散热加快，从而焊接接头冷却速度增加，冷裂纹倾向增大 T形接头比平对接接头的散热方向增多，导致焊接接头冷却加快，容易产生裂纹。采用预热、层间温度和后热，或使用大热输入，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。,11,引起冷裂纹的因素其它因素,引起冷裂纹的因素也不止w（C）eq值、冷却速度或淬硬组织，氢和大拘束都会增加冷裂纹敏感性。例如，当碳钢碳当量超过0.15%时，氢致冷裂纹敏感性就会出现；即使碳当量等于或小于0.15%的钢材，也并不能完全避免这一可能，特别是焊接厚件时更加如此，如果使用低氢或超低氢焊接材料，并按规定的规范烘焙，则可以大大减少氢致冷裂纹敏感性。还有，如果焊接时母材被刚性固定或结构刚性过大，或板材较厚，则都能造成大的拘束，使氢致冷裂纹敏感性增加。,12,碳钢中的杂质,S、P、O、N对焊接接头的裂纹敏感性和力学性能都有重大影响。碳钢中正常的S、P量并不引起裂纹。如果钢中S、P过多，则可能在晶界上形成低熔点的S、P化合物，引起焊缝熔合线附近的液化裂纹，甚至焊缝热裂纹。此外，高w（S）还可能引起气孔。氧在碳钢中危害很大，会降低力学性能各项指标（强度、塑性和韧性），并提高时效敏感性。当氧化物和其它化合物数量过多时，还可能引起层状撕裂，这在厚板焊接时更应注意。,13,低碳钢的焊接,低碳钢w（C）、w（Mn）、w（Si）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性优良，焊接的接头塑性和冲击韧性也好，焊接时，一般不需要预热、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,14,中碳钢的焊接,中碳钢w（C）0.30%0.60%。当w（C）接近0.30%而w（Mn）不高时，焊接性能良好。随着w（C）的增加，焊接性逐渐变差。如果w（C）为0.5%左右而仍按焊接低碳钢常用的工艺施焊时，则热影响区可能产生硬脆的马氏体组织，易于开裂。当焊接材料和焊接过程控制不好时，甚至焊缝也如此。焊接时，相当数量母材会熔化进入焊缝，使其w（C）增高，容易产生焊缝热裂纹。,15,中碳钢焊接工艺要点,大多数情况下，中碳钢焊接需要预热和层间温度，以降低焊缝和热影响区冷却速度，从而防止产生马氏体。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。通常，35号和45号钢预热温度可为150250，w（C）再高，或厚度大，或刚性大，则预热温度可在250400。焊后最好立即进行消除应力热处理，特别是大厚度工件，大刚性结构件和苛刻的工况条件下工作的工件更如此。消除应力回火温度一般为600650。,16,高碳钢的焊接,高碳钢w（C）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。它们的w（C）比中碳钢更高，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。焊接前应经过退火，可以减少裂纹倾向，焊后再进行热处理，以达到高硬度和耐磨要求。,17,高碳钢焊接工艺要点,高碳钢应先行退火，方能焊接。采用结构钢焊条焊接时，焊前必须预热，一般为250350以上。焊接过程中还需要保持与预热一样的层间温度。焊后工件保温，并立即送入炉中，在650保温，进行消除应力热处理。工件刚度、厚度较大时，应采取减少焊接内应力的措施，例如合理排列焊道，分段倒退焊法，焊后锤击焊道等。,18,2.低合金钢的焊接,概述,低合金钢是在碳素钢的基础上添加一定量的合金化元素而成，其合金元素的质量分数一般不超过5%，用以提高钢的强度并保证其具有一定的塑性和韧性，或使钢具有某些特殊性能，如耐低温、耐高温或耐腐蚀等。常用来制作焊接结构的低合金钢可分为高强度钢、低温用钢、耐腐蚀用钢及珠光体耐热钢四种。,19,低合金高强钢的焊接,低合金高强钢是在热轧、控轧控冷及正火（或正火加回火）状态下焊接和使用，屈服强度为295460MPa的低合金高强度结构钢。低合金高强度钢分5个强度等级，分别是295MPa、345MPa、390MPa、420MPa及460MPa。每个强度等级又根据冲击吸收功要求分成A、B、C、D、E、5个质量等级，分别代表不同的冲击韧性要求。,20,低合金高强钢的焊接,低合金高强钢中w（C）一般控制在0.20%以下，为了确保钢的强度和韧性，通过添加适量的Mn、Mo等合金元素及V、Nb、Ti、Al、等微合金化元素，配合适当的轧制工艺或热处理工艺来保证钢材具有优良的综合力学性能。低合金高强钢的强化机理与碳素钢不同，碳素钢主要通过钢中的碳含量形成珠光体、贝氏体和马氏体来达到强化；而低合金高强钢的强化主要是通过晶粒细化、沉淀硬化及亚结构的变化来实现。,21,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获得高强度。如Q345，当Q345钢作为低温压力容器用钢或厚板结构时，为改善低温韧性，也可在正火处理后使用。Q345、Q390等微合金化低合金钢是在Q345钢基础上，加入少量可细化晶粒和沉淀强化的Nb（0.015%0.06%）或V（0.02%0.20%）。这些钢在热轧状态下性能不稳定，正火处理使其晶粒细化和碳化物均匀弥散析出，从而获得高的塑性和韧性。所以Q345、Q390钢在正火状态下使用更为合理。,22,低合金高强度钢的焊接性,低合金高强度钢含有一定量的合金元素及微合金化元素，其焊接性与碳钢有差别，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低合金高强度钢还存在再热裂纹的危险等。焊接热影响区组织和性能 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（13501450）、粗晶区（10001300）、细晶区（8001000）、不完全相变区（700800）及回火区（500700）。,23,低合金高强度钢的焊接性,热应变脆化 在自由氮含量较高的CMn系低合金钢中，焊接接头熔合区及最高加热温度低于Ac1的亚临界热影响区，常常有热应变脆化现象。冷裂纹敏感性 焊接氢致裂纹（通常称焊接冷裂纹或延迟裂纹）是低合金高强度钢焊接时最容易产生，而且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。,24,热裂纹敏感性 与碳素钢相比，低合金高强度钢的w（C）、w（S）较低，且w（Mn）较高，其热裂纹倾向较小。再热裂纹敏感性 低合金钢焊接接头中的再热裂纹亦称消除应力裂纹，出现在焊后消除应力热处理过程中。再热裂纹属于沿晶断裂，一般都出现在热影响区的粗晶区，有时也在焊缝金属中出现。层状撕裂倾向,25,低合金高强度钢的焊接工艺,低合金高强度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、气电立焊、电渣焊等所有常用的熔焊及压焊方法焊接。焊接材料的选择低合金高强度钢焊接材料的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。焊接热输入的控制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组成，并最终影响焊接接头的力学性能及抗裂性。,26,低合金高强度钢的焊接工艺,屈服强度不超过500MPa的低合金高强度钢焊缝金属，如能获得细小均匀针状铁素体组织，其焊缝金属则具有优良的强韧性。而针状铁素体组织的形成需要控制焊接冷却速度。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。焊接操作上尽量不用横向摆动和挑弧焊接，推荐采用多层窄焊道焊接。,27,低合金高强度钢的焊接工艺,预热及焊道间温度 预热可以控制焊接冷却速度，减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，同时预热还可以降低焊接应力，并有助于氢从焊接接头的逸出。因此，预热是防止低合金高强度钢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、过高的预热和焊道间温度还会损害焊接接头的性能。,