焊接技術(shù)培訓(xùn)-鋼材的基礎(chǔ)知識1ppt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)工程有限公司之鋼材的基礎(chǔ)知識質(zhì)量部 焊接室.鋼材的定義鋼材的種類鋼材的分類方法常用鋼材在DNV 和AWS中的分類及其 評定規(guī)則船用鋼材的化學(xué)成份和力學(xué)性能比較合金元素在鋼材中的作用我公司使用過的鋼材的種類及其焊接 性能分析 目錄.鋼材的定義 其實(shí)簡單的說，鋼材就是含碳量大于0.0218%,小于2.11%的鐵碳合金。鐵是大自然賞賜給人內(nèi)的恩物，將開采的鐵礦石放入高爐中冶煉后即得到生鐵，生鐵按不同冶煉工藝和用途可分為煉鋼生鐵和鑄造生鐵。煉鋼生鐵是一種含碳量2%的鐵碳合金，同時(shí)也含有少量的硅，錳，硫，

2、磷等元素，其中硅和錳是有利元素，按一定比例存在于鋼鐵中可以顯著提高材料的強(qiáng)度.硬度和耐腐耐磨性，而硫和磷則有害，會分別造成鋼鐵的熱脆性和冷脆性，降低材料性能。 把煉鋼用生鐵放入煉鋼爐中按一定比例熔煉，將得到的鋼液澆鑄成型，冷卻后即得到鋼錠或鑄坯，供軋制成各種型材，為了獲得不同性能的鋼材，還會在熔煉過程中加入鉻.鎳.鉬.鎢.釩等微量元素，而這些化學(xué)成分決定了鋼材的不同特性。其中“鉻”可以增加鋼材的耐腐蝕性，通常國際上把含鉻量大于13%的鋼材稱為不銹鋼。鎳可以增加鋼材的強(qiáng)度和韌性，鉬可以防止鋼材變脆，鎢可增加鋼材的耐磨損性，釩可增加鋼材的抗磨損性和延展性。 您知道鋼與鐵的區(qū)別嗎？.鋼材種類很多，按

3、照形態(tài)一般可分為型、板、管和絲四大類。型鋼類 型鋼品種很多，是一種具有一定截面形狀和尺寸的實(shí)心長條鋼材。按其斷面形狀不同又分簡單和復(fù)雜斷面兩種。前者包括圓鋼、方鋼、扁鋼、 六角鋼和角鋼；后者包括鋼軌、工字鋼、槽鋼、窗框鋼和異型鋼等。直徑在6.5-9.0mm的小圓鋼稱線材。 鋼板類 是一種寬厚比和表面積都很大的扁平鋼材。按厚度不同分薄板（厚度25mm）三種。鋼帶包括在鋼板類內(nèi)。鋼管類 是一種中空截面的長條鋼材。按其截面形狀不同可分圓管、方形管、六角形管和各種異形截面鋼管。按加工工藝不同又可分無縫鋼管和焊接鋼管兩大類。鋼絲類 鋼絲是線材的再一次冷加工產(chǎn)品。按形狀不同分圓鋼絲、扁形鋼絲和三角形鋼絲等

4、。鋼絲除直接使用外，還用于生產(chǎn)鋼絲繩、鋼紋線和其他制 品。鋼材的種類.鋼材的分類方法鋼是含碳量在0.0218%-2.11%之間的鐵碳合金。為了保證其韌性和塑性，含碳量一般不超過1.7%。鋼的主要元素除鐵、碳外，還有硅、錳、硫、磷等。鋼的分類方法多種多樣，其主要方法有如下七種： 1、鋼材按品質(zhì)分類 (1) 普通鋼（P0.045%，S0.050%） (2) 優(yōu)質(zhì)鋼（P、S均0.035%） (3) 高級優(yōu)質(zhì)鋼（P0.035%，S0.030%） 2、按化學(xué)成份分類 (1) 碳素鋼：鋼材a.低碳鋼（C0.25%）；b.中碳鋼（C0.250.60%）；c.高碳鋼（C0.60%）。 (2) 合金鋼：a.低合

5、金鋼（合金元素總含量5%）；b.中合金鋼（合金元素總含量510%）；c.高合金鋼（合金元素總含量10%）。 .鋼材的分類方法（續(xù)） 3、鋼材按成形方法分類：(1) 鍛鋼；(2) 鑄鋼；(3) 熱軋鋼；(4) 冷拉鋼。 4、鋼材按金相組織分類 (1) 退火狀態(tài)的：a.亞共析鋼（鐵素體+珠光體）；b.共析鋼（珠光體）；c.過共鋼材析鋼（珠光體+滲碳體）；d.萊氏體鋼（珠光體+滲碳體）。 (2) 正火狀態(tài)的：a.珠光體鋼；b.貝氏體鋼；c.馬氏體鋼；d.奧氏體鋼。 (3) 無相變或部分發(fā)生相變的鋼材.鋼材的分類方法（續(xù)） (1) 建筑及工程用鋼：a.普通碳素結(jié)構(gòu)鋼；b.低合金結(jié)構(gòu)鋼；c.鋼筋 鋼。

6、(2) 鋼材結(jié)構(gòu)鋼 a.機(jī)械制造用鋼：(a)調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼；(b)表面硬化結(jié)構(gòu)鋼：包括滲碳鋼、滲氨鋼、表面淬火用鋼；(c)易切結(jié)構(gòu)鋼；(d)冷塑性成形用鋼：包括冷沖壓用鋼、冷鐓用鋼。 b.彈簧鋼 c.軸承鋼 (3) 工具鋼：a.碳素工具鋼；b.合金工具鋼；c.高速工具鋼。 (4) 特殊性能鋼：a.不銹耐酸鋼；b.耐熱鋼：包括抗氧化鋼、熱強(qiáng)鋼、氣閥鋼；c.電熱合金鋼；d.耐磨鋼；e.低溫用鋼；f.電工用鋼。 (5) 專業(yè)用鋼如橋梁用鋼、船舶用鋼、鍋爐用鋼、壓力容器用鋼、農(nóng)機(jī)用鋼等。 5、按用途分類.鋼材的分類方法（續(xù)） 6、綜合分類 (1)普通鋼 a.碳素結(jié)構(gòu)鋼：(a) Q195；(b) Q215(

7、A、B)；(c) Q235(A、B、C)；(d) Q255(A、B)；(e) Q275。 b.低合金結(jié)構(gòu)鋼 c.特定用途的普通結(jié)構(gòu)鋼 (2)優(yōu)質(zhì)鋼（包括高級優(yōu)質(zhì)鋼） a.鋼材結(jié)構(gòu)鋼：(a)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼；(b)合金結(jié)構(gòu)鋼；(c)彈簧鋼；(d)易切鋼；(e)軸承鋼；(f)特定用途優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼。 b.工具鋼：(a)碳素工具鋼；(b)合金工具鋼；(c)高速工具鋼。 c.特殊性能鋼：(a)不銹耐酸鋼；(b)耐熱鋼；(c)電熱合金鋼；(d)電工用鋼；(e)高錳耐磨鋼。 .鋼材的分類方法（續(xù)） 7、按冶煉方法分類 (1) 按爐種分 a.平爐鋼：(a)酸性平爐鋼；(b)堿性平爐鋼。 b.轉(zhuǎn)爐鋼：(a)酸性轉(zhuǎn)爐

8、鋼；(b)堿性轉(zhuǎn)爐鋼。或 (a)底吹轉(zhuǎn)爐鋼；(b)側(cè)吹轉(zhuǎn)爐鋼；(c)頂吹轉(zhuǎn)爐鋼。 c. 電爐鋼：(a)電弧爐鋼；(b)電渣爐鋼；(c)感應(yīng)爐鋼；(d)真空自耗爐鋼；(e)電子束爐鋼。 (2)鋼材按脫氧程度和澆注制度分 a.沸騰鋼；b.半鎮(zhèn)靜鋼；c.鎮(zhèn)靜鋼；d.特殊鎮(zhèn)靜鋼。.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(yàn)協(xié)會（ASTM）、美國石

9、油工程協(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。在AWS中，材料被基本化分成表3.1，表4.9和表列以外三種情況，而在表4.8中闡述了這些材料的焊接工藝評定規(guī)則。.術(shù)語和定義AR As rolled condition 熱軋供貨狀態(tài)CR Controlled rolled 熱控軋供貨狀態(tài)N Normalised 正火供貨狀態(tài)QT Quenched and tempered 調(diào)質(zhì)供貨狀態(tài)（淬火回火）TMCP Thermo-mechanically controlled process熱機(jī)械控軋工藝NS Normal strength ste

10、el 普通強(qiáng)度鋼HS High strength steel 高強(qiáng)度鋼EHS Extra high strength steel超高強(qiáng)度鋼NV Designation of a steel grade according to DNV offshore standards 表示這種鋼的等級符合DNV海工標(biāo)準(zhǔn) NV E36-Z25/35 Z25和Z35表示鋼板厚度方向的斷面 收縮率分別為25和35，是為應(yīng)力復(fù)雜區(qū)域使用而開發(fā)的鋼板。船用鋼材的化學(xué)成份和力學(xué)性能比較.普通船用鋼材的化學(xué)成份.普通船用鋼材的力學(xué)性能.低合金高強(qiáng)鋼船用鋼材的化學(xué)成份.改進(jìn)焊接性能的低合金高強(qiáng)鋼船用鋼材的化學(xué)成份.低合金

11、高強(qiáng)鋼船用鋼材的力學(xué)性能.低合金超高強(qiáng)鋼船用鋼材的化學(xué)成份.低合金超高強(qiáng)鋼船用鋼材的力學(xué)性能.合金元素在鋼中的作用碳（C）：鋼中含碳量增加，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度升高，但塑性和沖擊性降低，當(dāng)碳量0.23%超過時(shí)，鋼的焊接性能變壞，因此用于焊接的低合金結(jié)構(gòu)鋼，含碳量一般不超過0.20%。碳量高還會降低鋼的耐大氣腐蝕能力，在露天料場的高碳鋼就易銹蝕；此外，碳能增加鋼的冷脆性和時(shí)效敏感性。 .我公司使用過的材料的種類及其焊接性能分析20#,25#,35#,45#,ZG270, ZG20CrMoNi，Q235A(B,C),ASTM A53, ASTM A36,ASTM A106B,API 5L Gr.B及A

12、BS和DNV中的A、B、D、E級別的船板等，是造船行業(yè)中常見的碳素結(jié)構(gòu)鋼。碳鋼是以鐵元素為基礎(chǔ)的，鐵碳合金，碳為合金元素，其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過1%，此外，錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過1.2%，硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過0.5%，后兩者皆不作為合金元素。其它元素如Ni、Cr、Cu等均控制在殘余量的限度以內(nèi)，更不作為合金元素。雜質(zhì)元素如S、P、O、N等，根據(jù)鋼材品種和等級的不同，均有嚴(yán)格限制。因此，碳鋼的焊接性主要取決于含碳量，隨著含碳量的增加，焊接性逐漸變差，其中以低碳鋼的焊接性最好。把鋼中合金元素（包括碳）的含量按其作用換自成碳的相當(dāng)含量，稱為該種鋼材的碳當(dāng)量，可作為評定鋼材焊接性的一種參考指標(biāo)。隨著碳當(dāng)量值的

13、增加，鋼材的焊接性會變差。當(dāng)CE值大于0.4%0.6%時(shí)，冷裂紋的敏感性將增大，焊接時(shí)需要采取預(yù)熱、后熱及用低氫型焊接材料施焊等一系列工藝措施。1.碳素結(jié)構(gòu)鋼.1.1利用碳當(dāng)量值評價(jià)鋼材焊接性有何局限性？碳當(dāng)量值只能在一定范圍內(nèi)，對鋼材概括地、相對地評價(jià)其焊接性，這是因?yàn)椋?）如果兩種鋼材的碳當(dāng)量值相等，但是含碳量不等，含碳量較高的鋼材在施焊過程中容易產(chǎn)生淬硬組織，其裂紋傾向顯然比含碳量較低的鋼材來得大，焊接性較差。因此，當(dāng)鋼材的碳當(dāng)量值相等時(shí)，不能看成焊接性就完全相同。2）碳當(dāng)量計(jì)算值只表達(dá)了化學(xué)成分對焊接性的影響，沒有考慮到冷卻速度不同，可以得到不同的組織，冷卻速度快時(shí)，容易產(chǎn)生淬硬組織，

14、焊接性就會變差。3）影響焊縫金屬組織從而影響焊接性的因素，除了化學(xué)成分和冷卻速度外，還有焊接循環(huán)中的最高加熱溫度和在高溫停留時(shí)間等參數(shù)，在碳當(dāng)量值計(jì)算公式中均沒有表示出來。 因此，碳當(dāng)量值的計(jì)算公式只能在一定的鋼種范圍內(nèi)，概括地、相對地評價(jià)鋼材的焊接性，不能作為準(zhǔn)確的評定指標(biāo)。.1.2低碳鋼的焊接性由于低碳鋼含碳量低，錳、硅含量也少，所以，通常情況下不會因焊接而產(chǎn)生嚴(yán)重硬化組織或淬火組織。低碳鋼焊后的接頭塑性和沖擊韌度良好，焊接時(shí)，一般不需預(yù)熱、控制層間溫度和后熱，對焊接線能量不敏感，焊后也不必采用熱處理改善組織，整個(gè)焊接過程不必采取特殊的工藝措施，焊接性優(yōu)良 。但在少數(shù)情況下，焊接時(shí)也會出現(xiàn)

15、困難：1）采用舊冶煉方法生產(chǎn)的轉(zhuǎn)爐鋼含氮量高，雜質(zhì)含量多，從而冷脆性大，時(shí)效敏感性增加，焊接接頭質(zhì)量降低，焊接性變差。2）沸騰鋼脫氧不完全，含氧量較高，P等雜質(zhì)分布不均，局部地區(qū)含量會超標(biāo)，時(shí)效敏感性及冷脆敏感性大，熱裂紋傾向也增大。3）采用質(zhì)量不符合要求的焊條，使焊縫金屬中的碳、硫含量過高，會導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋。如某廠采用酸性焊條焊接Q235A鋼時(shí)，因焊條藥皮中錳鐵的含碳量過高，會引起焊縫產(chǎn)生熱裂紋。4）某些焊接方法會降低低碳鋼焊接接頭的質(zhì)量。如電渣焊，由于線能量大，會使焊接熱影響區(qū)的粗晶區(qū)晶粒長得十分粗大，引起沖擊韌度的嚴(yán)重下降，焊后必需進(jìn)行細(xì)化晶粒的正火處理，以提高沖擊韌度。 總之，低碳鋼是屬

16、于焊接性最好、最容易焊接的鋼種，所有焊接方法都能適用于低碳鋼的焊接。.1.3低碳鋼焊接時(shí)，如何正確地選用焊接材料？手弧焊焊條的選用 常用低碳鋼的屈服強(qiáng)度平均值為235MPa，抗拉強(qiáng)度平均值為415MPa以下，根據(jù)等強(qiáng)度原則，與之匹配的焊條應(yīng)為E43系列。在我們公司，經(jīng)常選用的是E50系，屬于高匹配，從規(guī)范焊材種類的角度出發(fā)，也是可以的。埋弧焊焊絲和焊劑的匹配選用 經(jīng)常選用的焊絲（匹配的焊劑）為H08A（HJ431或SJ101，我公司選用的牌號為大西洋的CHF431和錦泰的SJ101），H08MnA（HJ431或SJ101 ），H10M2 （SJ101），和H10MnSi （SJ101） CO2

17、焊絲的選用 實(shí)芯焊絲選用牌號為H08Mn2Si和H08Mn2SiA兩種，焊后熔敷金屬強(qiáng)度偏高。藥芯焊絲選用牌號為YJ502-1,YJ506-2,YJ506-3,YJ506-4。我公司選用的是藥芯焊絲，是JQ YJ5011，AT YJ502（Q），也使用過SQJ501.1.4中碳鋼的焊接性中碳鋼的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%0.60%,如ZG270，ZG340，35，45鋼，當(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)接近0.25%而含錳量不高時(shí)，焊接性良好。隨著含碳量的增加，焊接性逐漸變差。如果碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.45%左右而仍按焊接低碳鋼常用的工藝施焊時(shí)，在熱影響區(qū)可能會產(chǎn)生硬脆的馬氏體組織，易于開裂，即形成冷裂紋。焊接時(shí)，相

18、當(dāng)數(shù)量的母材被熔化進(jìn)入焊縫，使焊縫的含碳量增高，促使在焊縫中產(chǎn)生熱裂紋，特別是當(dāng)硫的雜質(zhì)控制不嚴(yán)時(shí)，更易出現(xiàn)。這種裂紋在弧坑處更為敏感，分布在焊縫中的熱裂紋于是與焊縫的魚鱗狀波紋線相垂直。中碳鋼的焊接目前大都采用手弧焊。為提高焊接接頭的抗裂性，應(yīng)選用低氫型焊條。特殊情況下，中碳鋼焊接時(shí)可采用鉻鎳不銹鋼焊條，如E0-19-10-16（A102）、E0-19-10-5（A107）、E1-23-13-16（A302）、E1-23-13-15（A307）、E2-26-21-16（A402）、E2-26-21-15（A407）等，因奧氏體焊縫金屬的塑性良好，可以減小焊接接頭應(yīng)力，即使焊件焊前不預(yù)熱，也可

19、避免熱影響區(qū)產(chǎn)生冷裂紋。.1.5中碳鋼的焊接工藝要點(diǎn)預(yù)熱 預(yù)熱有利于減低中碳鋼熱影響區(qū)的最高硬度，防止產(chǎn)生冷裂紋，這是焊接中碳鋼的主要工藝措施，預(yù)熱還能改善接頭塑性，減小焊后殘余應(yīng)力。通常，35和45鋼的預(yù)熱溫度為150250含碳量再高或者因厚度和剛度很大，裂紋傾向大時(shí)，可將預(yù)熱溫度提高至250400。若焊件太大，整體預(yù)熱有困難時(shí)，可進(jìn)行局部預(yù)熱，局部預(yù)熱的加熱范圍為焊口兩側(cè)各150200mm。焊條 選用堿性焊條。坡口形式 將焊件盡量開成V形坡口式進(jìn)行焊接。如果是鑄件缺陷，鏟挖出的坡口外形應(yīng)圓滑，其目的是減少母材熔入焊縫金屬中的比例，以降低焊縫中的含碳量，防止裂紋產(chǎn)生。焊接工藝參數(shù) 由于母材熔

20、化到第一層焊縫金屬中的比例最高達(dá)30%左右，所以第一層焊縫焊接時(shí)，應(yīng)盡量采用小電流、慢焊接速度，以減小母材的熔深。焊后熱處理 焊后最好對焊件立即進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，特別是對于大厚度焊件、高剛性結(jié)構(gòu)件以及嚴(yán)厲條件下（動載荷或沖擊載荷）工作的焊件更應(yīng)如此。消除應(yīng)力的回火溫度為600650。若焊后不能進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，應(yīng)立即進(jìn)行后熱處理（即消氫處理）。.1.6高碳鋼的焊接工藝要點(diǎn)焊接性 當(dāng)高碳鋼的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.60%時(shí)，焊后的硬化、裂紋敏感傾向更大，因此焊接性極差，不能用于制造焊接結(jié)構(gòu)。常用于制造需要更硬度或耐磨的部件和零件，其焊接工作主要是焊補(bǔ)修復(fù)。焊條選用 由于高碳鋼的抗拉強(qiáng)度大都在67

21、5MPa以上，所以常用的焊條型號為E7015、E6015，對構(gòu)件結(jié)構(gòu)要求不高時(shí)可選用E5016、E5015焊條。此外，亦可采用鉻鎳奧氏體鋼焊條進(jìn)行焊接。焊接工藝1）由于高碳鋼零件為了獲得高硬度和耐磨性，材料本身都需經(jīng)過熱處理，所以焊前應(yīng)先進(jìn)行退火，才能進(jìn)行焊接。2）焊件焊前應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度一般為250350以上，焊接過程中必需保持層間溫度不低于預(yù)熱溫度。3）焊后焊件必需保溫緩冷，現(xiàn)場條件允許時(shí)，應(yīng)立即在640左右溫度進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理。.2.低合金高強(qiáng)鋼API 2Y,2H,2W, API 5L X52, ASTM A131/ABS/DNV標(biāo)準(zhǔn)的AF級的屈服強(qiáng)度在315（A32）以上的船板,

22、16Mn,Q345等，均為普通低合金高強(qiáng)度C-Mn鋼。.2.1低合金高強(qiáng)鋼的焊接性強(qiáng)度級別較低的低合金高強(qiáng)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 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(shí)，快速度冷卻會導(dǎo)致在熱影響區(qū)出現(xiàn)馬氏體組織。冷裂紋 低合金高強(qiáng)鋼焊接時(shí)，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，

23、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)。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(shí)，若母材的含碳量偏高并含鎳時(shí)，電渣焊縫中可能會出現(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(shí)熱裂的敏感性較大。因此，海工標(biāo)準(zhǔn)中對此類鋼焊接時(shí)的線能量要求更嚴(yán)格。如EQ56,EQ-7

24、0,A514 Gr. Q, P460NL1,EH42,NV E420NV E690等。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(shí)，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(shí)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。焊接線能量的選擇 含碳低的熱軋鋼焊接時(shí)，因?yàn)檫@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)

25、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鋼的焊接線能量應(yīng)控制在35kJ/cm以下。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(shí)間，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。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(shí)，焊后應(yīng)及時(shí)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。

26、在低溫下（如冬季露天作業(yè)）或在大剛性、大厚度結(jié)構(gòu)上焊接時(shí)，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(shí)，焊材的選用原則為等強(qiáng)原則。.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)分工的進(jìn)一步深入，鋼廠同時(shí)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(shí)，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

27、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(shí)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(xiàng)目高壓泥漿管線上使用的AISI 4130屬于1.25Cr-0.5Mo系。

28、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(shí)，易形成冷裂紋。因此在焊接時(shí)應(yīng)采取以下幾項(xiàng)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(shí)，焊后熱處理的溫度必須低于母材調(diào)

29、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?yàn)椴讳P鋼含有鉻而使表面形成很薄的鉻膜，這個(gè)膜隔離開了介質(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：

30、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)力作用時(shí)，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(xiǎn)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(shí)，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?yàn)槭覝貢r(shí)碳在奧氏體中的熔解度很小，約為0.02%0.0

31、3%，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，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(shí)，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(xiǎn)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(shí)間有關(guān)。304(L)不銹鋼的晶間腐蝕與加熱溫度和加熱時(shí)間的關(guān)系，見圖3。從圖

32、中可看出，當(dāng)加熱溫度小于450或大于850時(shí)，不會產(chǎn)生晶間腐蝕。因?yàn)闇囟刃∮?50時(shí)，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(shí) ，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450850，這個(gè)溫度區(qū)間就稱為產(chǎn)生晶間腐蝕的 “危險(xiǎn)溫度區(qū) ”或稱“敏化溫度區(qū)”，其中尤以650為最危險(xiǎn)。焊接時(shí)，焊縫兩側(cè)熱影響區(qū)中處于危險(xiǎn)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(xiǎn)溫度區(qū)，所以也會產(chǎn)生晶間腐蝕。焊接接頭在危險(xiǎn)溫度區(qū)停留的時(shí)間越短，接頭的耐晶間腐蝕能力越強(qiáng)，所以不銹鋼焊接時(shí)，快速冷卻是提高接頭耐腐蝕能力

33、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(shí)，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)中產(chǎn)生晶間腐蝕的傾向就會增加。因此不銹鋼焊接時(shí)，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(gè)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?yàn)槭覝貢r(shí)，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

34、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(shí)，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(shí)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(diǎn)是，如果焊接接頭需要在危險(xiǎn)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8

35、50900，保溫2h，使奧氏體晶粒內(nèi)部的鉻有充分時(shí)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

36、割，將不連續(xù)地分散在各個(gè)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(shí)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

37、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(shí)，就會出現(xiàn)鐵素體組織。因此，為了保證焊接不銹鋼時(shí)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的焊接材料。如焊接1Cr18Ni9Ti不銹鋼時(shí)，常選用A132焊條，因?yàn)樵摵笚l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(shí)踐證明，焊縫組織中鐵素體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%3%時(shí)，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。

38、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?yàn)檫^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(shí)如何防止產(chǎn)生熱裂紋？單相奧氏體不銹鋼如0Cr25Ni20焊接時(shí)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?yàn)橐诤缚p中形成鐵素體，勢必加入大量鐵素體形成元素，這就使焊縫的成分和性能

39、與母材相差太大，以致不能滿足接頭的使用要求。此外，更多的鐵素體還會使接頭脆化。焊接單相奧氏體鋼時(shí)防止產(chǎn)生熱裂紋的主要措施是：1）適當(dāng)提高含碳量，使焊縫中形成一定數(shù)量的碳化物，與奧氏體組織成雙相組織。通常認(rèn)為，碳是引起熱裂紋的主要元素，特別是在18-8型鋼焊縫中，當(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.06%0.08%增加到0.12%0.14%時(shí)，熱裂傾向顯著增加；如果繼續(xù)增高0.18%0.20%時(shí)，熱裂傾向就更大。因此對于18-8型不銹鋼，總是力求降低焊縫中的含碳量，以保證足夠的抗裂性能。但是在單相奧氏體不銹鋼中，由于含碳量比較高，已經(jīng)高到足以引起熱裂紋的程度，要限制它的含量已不可能。這時(shí)如果再提高碳的含量，使焊

40、縫中保持適量的碳化物共晶，由于這種共晶物的熔點(diǎn)低、流動性好，在熔池結(jié)晶過程中呈彌散分布，可以細(xì)化奧氏體晶粒，并在熔池金屬發(fā)生收縮和晶間薄層被拉斷的瞬間及時(shí)填充到晶間的空隙中去，使裂紋不致產(chǎn)生。2）在焊縫中加入適量的Mn、Mo金屬元素，可提高抗熱裂性，對于25-20型、15-36型等單相奧氏體不銹鋼種，可加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%7%的Mn或2%5%的Mo。又例如，0Cr25Ni20Mo2型的焊條A412，就有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%3%Mo。3）嚴(yán)格控制焊縫金屬中S、P等有害雜質(zhì)的含量。例如，焊接25-20型鑄鋼件時(shí)，如果用和母材成分相同的焊條或焊絲，只要焊縫中磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過0.015%，不再采取其它措施，

41、就能有效地防止裂紋。.3.7不銹鋼焊接接頭的脆化現(xiàn)象不銹鋼的焊縫在高溫加熱一段時(shí)間后，出現(xiàn)沖擊韌度下降的現(xiàn)象稱為脆化。475脆性 含有較多鐵素體相（超過15%20%）的雙相焊縫金屬，經(jīng)過350500加熱后，塑性和韌性會顯著降低，即性質(zhì)脆化。由于在475時(shí)脆化速度最快，故稱為“475脆性”。鐵素體越多，這種脆化越嚴(yán)重。已產(chǎn)生475脆化的焊縫，可以900淬火消除。相脆化 不銹鋼焊接接頭在375875范圍內(nèi)長期使用，會產(chǎn)生一種Fe-Cr金屬間化合物， 稱為“相”。相硬而脆，硬度大于68HRC時(shí)，由于相析出的結(jié)果，焊縫的沖擊韌度急劇下降，這種現(xiàn)象稱為“相脆化”。通常認(rèn)為，相是由鐵素體演變而來，當(dāng)鐵素體

42、的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過5%時(shí)，很快會形成相。因此，對于高溫下使用的不銹鋼材料，為了防止出現(xiàn)相，必須控制鐵素體的含量。為了消除已經(jīng)生成的相，恢復(fù)焊接接頭的韌性，可以把焊接接頭加熱到10001050，然后快速冷卻。相在1Cr18Ni9Ti不銹鋼的焊縫中一般不會產(chǎn)生。熔合線脆斷 不銹鋼焊件在高溫下長期使用，在沿焊縫熔合線外幾個(gè)晶粒的地方，會發(fā)生脆斷現(xiàn)象，此現(xiàn)象稱為熔合線脆斷。鋼中加入Mo元素能提高鋼材抗脆斷的能力。.3.8奧氏體不銹鋼焊接時(shí)，如何正確地選用焊接材料?奧氏體不銹鋼具有良好的焊接性，常用的熔焊方法都能進(jìn)行焊接。但是由于電渣焊熱過程的特點(diǎn)，會使接頭的耐晶間腐蝕能力降低，并且在熔合線附近易產(chǎn)生嚴(yán)重的刀狀腐蝕，因此極少應(yīng)用。氣體保護(hù)CO2焊由于CO2氣體的強(qiáng)烈氧化性，使合