低溫剛鋼焊接課件

專用鋼焊接1、低溫用鋼：工作環(huán)境在-20—-196℃之間的結構用鋼。低于-196

℃的鋼稱超低溫鋼。一、低溫鋼的焊接性能要求：工作溫度下有足夠的韌性；足夠強度。影響低溫韌性因素:A、成分：wC＜0.20％、高錳、嚴格限制S、P；Ni是提高低溫韌性的重要元素；

B、晶粒度:加入適量細化晶粒元素（如V、Ti、Nb、Al）可有效提高低溫韌性；C、熱處理狀態(tài)：正火可細化晶粒。專用鋼焊接1、低溫用鋼：工作環(huán)境在-20—-196℃之間的結12、分類、牌號及性能按化學成分分為：含Ni和無Ni；按顯微組織分為F、低碳M、AF型：組織：F+少量P，使用溫度：-40—-100℃，如16MnDR、09Mn2VDR；使用狀態(tài)：正火；用途：低溫容器；低碳M型：含Ni較高，如9Ni，經淬火后組織為低碳M，正火后除低碳M，還有一定數(shù)量的F和少量A，具有較高的強度和韌性，能用于-196℃低溫，該鋼經冷變形后，需進行565℃的消除應力退火，以提高低溫韌性；A型：如18-8型、25-20型，其使用溫度不能低于M的相變溫度，否則A轉變?yōu)镸是韌性下降。見表3-38。2、分類、牌號及性能2低溫剛鋼焊接課件33、焊接性分析

（1）無Ni低溫鋼（如16MnDR）Mn／C較高，且對C、S、P控制嚴格，對冷、熱裂紋的敏感性都很低，故焊接性較好，焊接中的主要問題是保證接頭的低溫韌性與母材相匹配。接頭中熱影響區(qū)的低溫韌性主要受晶粒度的影響，因此必須采取措施防止過熱區(qū)晶粒租化。A、嚴格控制焊接熱輸入和層間溫度，防止過熱；B、控制焊后熱處理溫度，避免產生揮霍脆性；C、含氮F鋼有熱應變脆化傾向。

δ<25mm不需預熱，δ>25mm或接頭剛度較大時，可進行-100—150℃低溫預熱，δ>16mm時，一般焊后需進行消除應力處理3、焊接性分析（1）無Ni低溫鋼（如16MnDR）4（2）低Ni低溫鋼（如2.5Ni

、3.5Ni

）Ni提高淬透性，但由于含C低，冷裂傾向小，焊薄板可不預熱，厚板100℃預熱；由于S、P控制嚴格，熱裂傾向小。（3）高Ni低溫鋼（如9Ni）:淬透性大，HAZ淬火組織是含碳量很低的低碳M，冷裂傾向不大；焊接時需注意：A、焊接材料要匹配：焊材需使焊縫金屬具有與母材相近的低溫韌性和線膨脹系數(shù)。當選與9Ni鋼成分相近時，焊縫低溫韌性較低（焊縫為鑄造組織、焊縫中含有氧），一般選鎳基材料；B、磁偏吹：9Ni鋼屬強磁性材料，用直流電會產生磁偏吹現(xiàn)象；一般要求焊前避免接觸強磁場，焊材選用適合交流焊接的鎳基焊材；C、選用鎳基焊材時，焊縫金屬易產生熱裂紋，應選用抗裂性好，線膨脹系數(shù)與母材相近的材料。（2）低Ni低溫鋼（如2.5Ni、3.5Ni）（3）5難焊或要求高的異種鋼焊接，須選用鎳基焊接材料的原因：A：鎳可無限擴大γ區(qū)，增加碳的溶解度，當鎳達到70%時基本可以消除脫碳層。B：鎳基焊材熔敷金屬的線膨脹系數(shù)為13.6×10-6mm/mm℃，與碳鋼等基本接近，因而就平衡了接頭的大部分熱應力。C：鎳基焊材熔敷金屬有很好的塑性，其延伸率可達40%而其強度極限仍有700～800MPa，因而使接頭能更好吸收各類應力，大而增大接頭的抗變形能力。難焊或要求高的異種鋼焊接，須選用鎳基焊接材料的原因：64、焊接工藝要點：（1）為了防止過熱區(qū)晶粒粗大而導致低溫韌性下降，焊接時要求采用小線能量，必要時可采用快速多道焊的施焊方法。如用焊條電弧焊焊接3.5％Ni鋼，焊條直徑4mm時，平焊電流應控制在130-180A范圍內。（2）層間溫度對接頭低溫韌性有明顯的影響。在多層多道焊過程中，應盡量保持較低的層間溫度，防止過熱。如焊接06MnNbDR低溫用鋼時，層間溫度不得大于300℃。（3）焊縫的韌性與焊接材料有密切關系，由于焊縫是鑄造組織，要保證低溫韌性與母材相匹配，必要時需對焊縫成分作些調整。（4）9Ni鋼本身具良好的低溫韌性，可在-196℃下工作，但用母材成分相近的焊接材料時，焊縫的韌性卻非常差?，F(xiàn)在多采用鎳基合金作境充金屬。

4、焊接工藝要點：（1）為了防止過熱區(qū)晶粒粗大而導致7（5）Ni3.5%和F型低溫用鋼板厚時焊后可進行600-650℃消除應力熱處理，以降低焊接結構的脆斷傾向。Ni9%和A低溫用鋼一般不進行消除應力處理；（6）Ni3.5%鋼厚度在25mm以上時，要在125℃以上預熱，Ni9%鋼不預熱；（7）定位焊道長度應不小于40mm。5、焊后檢查與處理焊接低溫鋼應注意避免弧坑、未熔透及焊縫成形不良缺陷，焊后應認真檢查內在及表面缺陷并即使修復；（5）Ni3.5%和F型低溫用鋼板厚時焊后可進行600-658低溫剛鋼焊接課件9二、鉻鉬耐熱鋼的焊接1、成分特點wCr＝0.5％-9％，wMo＝0.5％-1％，Mo顯著提高高溫強度和抗蠕變能力；Cr形成氧化膜，提高鋼的抗氧化能力。如15CrMo、12CrMo。2、焊接性分析（1）冷裂紋：由于合金元素加入提高淬透性，低溫焊接或焊接剛度較大的結構時，易出現(xiàn)冷裂紋；（2）再熱裂紋：大熱輸入焊接方法，接頭高拘束應力下，在焊層間或堆焊層下的過熱區(qū)易出現(xiàn)。預防：A、采用高溫塑性高于母材的焊材，限制母材和焊材的合金成分（限制V、Ti、Nb等）；B、提高預熱溫度至250℃，控制層間溫度300℃左右；C、小熱輸入，減小過熱區(qū)寬度，細化晶粒；D、選擇合適熱處理溫度，避免在敏感溫度區(qū)間停留較長時間。二、鉻鉬耐熱鋼的焊接1、成分特點10（3）HAZ軟化：珠光體耐熱鋼的焊接接頭組織與性能不均勻，在長期高溫運行條件下，焊接接頭內合金元素產生擴散，特別是熔合區(qū)的碳發(fā)生遷移，使接頭的持久強度和塑性降低。HAZ處于Ac1（727-768℃）附近溫度范圍內出現(xiàn)“軟化區(qū)”。為控制軟化，應盡量縮短在Ac1溫度附近停留的時間，選用預熱溫度較低、線能量較小比較有利。焊后高溫回火不僅不能消除軟化，反而使強度損失增大，只有焊后進行正火+回火，才能基本消除軟化現(xiàn)象。（3）HAZ軟化：珠光體耐熱鋼的焊接接頭組織與性能不均勻，在113、焊接工藝要點（1）焊接方法：以焊條電弧焊為主（2）焊接材料選擇原則：焊縫金屬合金成分及使用溫度下的強度性能應與母材一致；焊后需熱處理或熱加工的，應選擇合金成分或強度級別較高的焊接材料。焊條電弧焊：采用鉬和鉻鉬耐熱鋼焊條；埋弧焊：為防止因焊縫產生非金屬夾雜導致高溫強度下降，選用焊劑時應限制滲錳滲硅反應，一般選用與母材相應的合金鋼焊絲及HJ250；CO2氣體保護焊：焊絲中的鉻、鉬、釩基本不燒損，錳、硅燒損嚴重，應選用錳、硅含量高于母材的焊絲，焊絲化學成分一般：wC=0.1%、wSi=0.25-0.35%、wMn=0.9-1.2%。3、焊接工藝要點12（3）焊前預熱一般要求預熱，預熱溫度略高于低碳調質鋼，且整個焊接過程中坡口兩側約100mm范圍內要保持預熱溫度；（4）連續(xù)焊盡量保證焊接過程不間斷，必須間斷，應在間斷中使焊件緩慢均勻冷卻，再焊之前需重新預熱。（5）錘擊焊縫每焊完一根或兩根焊條立即對焊縫進行錘擊，以消除應力，錘擊區(qū)的溫度要高于30℃；（6）焊后緩冷焊后緩冷是焊接鉻鉬耐熱鋼必須嚴格遵循的原則，即使在炎熱的夏季也必須做，一般是焊后立即用石棉布覆蓋焊縫及近縫區(qū)，小的焊件可以直接放在棉布里，覆蓋必須嚴實，以確保緩冷效果；（3）焊前預熱13（7）焊后熱處理A、焊后一般采用高溫回火，即將工件加熱到650-750℃后保溫空冷；B、為改善接頭，也可進行退火處理，即將構件加熱到840-910℃（保溫時間按2.5min/mm）然后以30℃/h冷至540℃，再爐冷或空冷至室溫；C、含V珠光體耐熱鋼有明顯再熱裂紋傾向，焊后熱處理溫度要適當（避免500-700℃溫度區(qū)間）。（7）焊后熱處理14低溫剛鋼焊接課件15低溫剛鋼焊接課件16低溫剛鋼焊接課件17低溫剛鋼焊接課件18專用鋼焊接1、低溫用鋼：工作環(huán)境在-20—-196℃之間的結構用鋼。低于-196

℃的鋼稱超低溫鋼。一、低溫鋼的焊接性能要求：工作溫度下有足夠的韌性；足夠強度。影響低溫韌性因素:A、成分：wC＜0.20％、高錳、嚴格限制S、P；Ni是提高低溫韌性的重要元素；

B、晶粒度:加入適量細化晶粒元素（如V、Ti、Nb、Al）可有效提高低溫韌性；C、熱處理狀態(tài)：正火可細化晶粒。專用鋼焊接1、低溫用鋼：工作環(huán)境在-20—-196℃之間的結192、分類、牌號及性能按化學成分分為：含Ni和無Ni；按顯微組織分為F、低碳M、AF型：組織：F+少量P，使用溫度：-40—-100℃，如16MnDR、09Mn2VDR；使用狀態(tài)：正火；用途：低溫容器；低碳M型：含Ni較高，如9Ni，經淬火后組織為低碳M，正火后除低碳M，還有一定數(shù)量的F和少量A，具有較高的強度和韌性，能用于-196℃低溫，該鋼經冷變形后，需進行565℃的消除應力退火，以提高低溫韌性；A型：如18-8型、25-20型，其使用溫度不能低于M的相變溫度，否則A轉變?yōu)镸是韌性下降。見表3-38。2、分類、牌號及性能20低溫剛鋼焊接課件213、焊接性分析

（1）無Ni低溫鋼（如16MnDR）Mn／C較高，且對C、S、P控制嚴格，對冷、熱裂紋的敏感性都很低，故焊接性較好，焊接中的主要問題是保證接頭的低溫韌性與母材相匹配。接頭中熱影響區(qū)的低溫韌性主要受晶粒度的影響，因此必須采取措施防止過熱區(qū)晶粒租化。A、嚴格控制焊接熱輸入和層間溫度，防止過熱；B、控制焊后熱處理溫度，避免產生揮霍脆性；C、含氮F鋼有熱應變脆化傾向。

δ<25mm不需預熱，δ>25mm或接頭剛度較大時，可進行-100—150℃低溫預熱，δ>16mm時，一般焊后需進行消除應力處理3、焊接性分析（1）無Ni低溫鋼（如16MnDR）22（2）低Ni低溫鋼（如2.5Ni

、3.5Ni

）Ni提高淬透性，但由于含C低，冷裂傾向小，焊薄板可不預熱，厚板100℃預熱；由于S、P控制嚴格，熱裂傾向小。（3）高Ni低溫鋼（如9Ni）:淬透性大，HAZ淬火組織是含碳量很低的低碳M，冷裂傾向不大；焊接時需注意：A、焊接材料要匹配：焊材需使焊縫金屬具有與母材相近的低溫韌性和線膨脹系數(shù)。當選與9Ni鋼成分相近時，焊縫低溫韌性較低（焊縫為鑄造組織、焊縫中含有氧），一般選鎳基材料；B、磁偏吹：9Ni鋼屬強磁性材料，用直流電會產生磁偏吹現(xiàn)象；一般要求焊前避免接觸強磁場，焊材選用適合交流焊接的鎳基焊材；C、選用鎳基焊材時，焊縫金屬易產生熱裂紋，應選用抗裂性好，線膨脹系數(shù)與母材相近的材料。（2）低Ni低溫鋼（如2.5Ni、3.5Ni）（3）23難焊或要求高的異種鋼焊接，須選用鎳基焊接材料的原因：A：鎳可無限擴大γ區(qū)，增加碳的溶解度，當鎳達到70%時基本可以消除脫碳層。B：鎳基焊材熔敷金屬的線膨脹系數(shù)為13.6×10-6mm/mm℃，與碳鋼等基本接近，因而就平衡了接頭的大部分熱應力。C：鎳基焊材熔敷金屬有很好的塑性，其延伸率可達40%而其強度極限仍有700～800MPa，因而使接頭能更好吸收各類應力，大而增大接頭的抗變形能力。難焊或要求高的異種鋼焊接，須選用鎳基焊接材料的原因：244、焊接工藝要點：（1）為了防止過熱區(qū)晶粒粗大而導致低溫韌性下降，焊接時要求采用小線能量，必要時可采用快速多道焊的施焊方法。如用焊條電弧焊焊接3.5％Ni鋼，焊條直徑4mm時，平焊電流應控制在130-180A范圍內。（2）層間溫度對接頭低溫韌性有明顯的影響。在多層多道焊過程中，應盡量保持較低的層間溫度，防止過熱。如焊接06MnNbDR低溫用鋼時，層間溫度不得大于300℃。（3）焊縫的韌性與焊接材料有密切關系，由于焊縫是鑄造組織，要保證低溫韌性與母材相匹配，必要時需對焊縫成分作些調整。（4）9Ni鋼本身具良好的低溫韌性，可在-196℃下工作，但用母材成分相近的焊接材料時，焊縫的韌性卻非常差?，F(xiàn)在多采用鎳基合金作境充金屬。

4、焊接工藝要點：（1）為了防止過熱區(qū)晶粒粗大而導致25（5）Ni3.5%和F型低溫用鋼板厚時焊后可進行600-650℃消除應力熱處理，以降低焊接結構的脆斷傾向。Ni9%和A低溫用鋼一般不進行消除應力處理；（6）Ni3.5%鋼厚度在25mm以上時，要在125℃以上預熱，Ni9%鋼不預熱；（7）定位焊道長度應不小于40mm。5、焊后檢查與處理焊接低溫鋼應注意避免弧坑、未熔透及焊縫成形不良缺陷，焊后應認真檢查內在及表面缺陷并即使修復；（5）Ni3.5%和F型低溫用鋼板厚時焊后可進行600-6526低溫剛鋼焊接課件27二、鉻鉬耐熱鋼的焊接1、成分特點wCr＝0.5％-9％，wMo＝0.5％-1％，Mo顯著提高高溫強度和抗蠕變能力；Cr形成氧化膜，提高鋼的抗氧化能力。如15CrMo、12CrMo。2、焊接性分析（1）冷裂紋：由于合金元素加入提高淬透性，低溫焊接或焊接剛度較大的結構時，易出現(xiàn)冷裂紋；（2）再熱裂紋：大熱輸入焊接方法，接頭高拘束應力下，在焊層間或堆焊層下的過熱區(qū)易出現(xiàn)。預防：A、采用高溫塑性高于母材的焊材，限制母材和焊材的合金成分（限制V、Ti、Nb等）；B、提高預熱溫度至250℃，控制層間溫度300℃左右；C、小熱輸入，減小過熱區(qū)寬度，細化晶粒；D、選擇合適熱處理溫度，避免在敏感溫度區(qū)間停留較長時間。二、鉻鉬耐熱鋼的焊接1、成分特點28（3）HAZ軟化：珠光體耐熱鋼的焊接接頭組織與性能不均勻，在長期高溫運行條件下，焊接接頭內合金元素產生擴散，特別是熔合區(qū)的碳發(fā)生遷移，使接頭的持久強度和塑性降低。HAZ處于Ac1（727-768℃）附近溫度范圍內出現(xiàn)“軟化區(qū)”。為控制軟化，應盡量縮短在Ac1溫度附近停留的時間，選用預熱溫度較低、線能量較小比較有利。焊后高溫回火不僅不能消除軟化，反而使強度損失增大，只有焊后進行正火+回火，才能基本消除軟化現(xiàn)象。（3）HAZ軟化：珠光體耐熱鋼的焊接接頭組織與性能不均勻，在293、焊接工藝要點（1）焊接方法：以焊條電弧焊為主（2）焊接材料選擇原則：焊縫金屬合金成分及使用溫度下的強度性能應與母材一致；焊后需熱處理或熱加工的，應選擇合金成分或強度級別較高