各种钢材焊接知识要点(二)

各种钢材焊接知识要点(二)发布日期：2010-5-1[收藏评论没有找到想要的知识]三、低碳调质钢的焊接工艺低碳调质钢的组织为低碳马氏体+下贝氏体，强度和韧性都较高。这在一般电弧焊条件下就可获得与母材相近的热影响区。但是，为了保证焊接接头的性能制定低碳调质钢焊接工艺的主要依据一是要求在马氏体转变时冷速不能太快，以免产生冷裂；二是要求在800℃～500℃之间的冷却速度大于产生脆性混合组织的临界温度。至于热影响区的软化问题在采用小线能量的焊接后就可基本解决。（一）焊接工艺方法和焊接材料的选择1.焊接工艺方法调质钢只要加热温度超过其回火温度，它的性能(综合机械性能)就会降低，问题随调质钢强度级别的提高而变得更加显著。通常解决办法是焊后重新调质处理，尽量限制焊接过程中的热量输入。焊接σS＞980MPa的调质钢(如HP-9-4-20，10Ni-Cr-Mo-Co等调质钢)时．必须采用钨极氩弧焊或电子束焊之类的焊接方法。对于σS＜980MPa的凋质钢，手工电弧焊、埋弧自动焊、熔化极气体保护焊和钨极氩弧焊都可以采用(但对σS＞686MPa的调质钢，熔化极气体保护焊是最适宜的自动焊法)。对于输入热量多、冷却速度慢的多丝埋弧焊或电渣焊，如果必须采用就要进行焊后调质处理。2.焊接材料低碳调质钢焊后—般不再进行热处理，要求焊缝金属在焊接状态具有与母材近似相等的机械性能。特殊情况(结构刚度很大)，为避免裂纹可选择比母材强度稍低些的焊接材料。几种调质钢的焊接材料见表（二）焊接工艺参数的选择主要考虑冷裂纹和脆化两方面。防止冷裂纹要求冷却速度慢些，脆化则要求冷却速度要快些为好（M+B下）见图P41HT-80钢冷速上限不产生冷裂纹，下限保证HAZ不产生脆化的混合组织，见阴影部分，E应该保证过热区的冷却速度刚好在该区内。但对于大厚板，即使采用大线能量，冷速也很大，要预热来解决。1．焊接线能量在保证不出裂纹，满足热影响区塑性、韧性的条件下，线能量应该尽可能选择大些。几种钢材的最大线能量见表2．预热温度当线能量的数值达到了最大允许值时还不能避免裂纹的发生，必须采取预热措施。预热主要是为了防止冷裂，但从800℃～500℃区间的冷却速度来看，由于预热减缓了该区域内的冷却速度，获得上贝氏体的可能性增加，热影响区的塑性和韧性会受到不利的影响，预热温度一般低于200℃。几种低碳调质钢的最低预热温度和层间温度见表3．焊后热处理低碳马氏体+下贝氏体组织的低碳调质钢能保证其焊接热影响区在快速冷却时获得高强度及塑性和韧性，为了防止焊件脆断的消除应力退火就没有必要。消除应力退火处理只用于要求耐应力腐蚀的焊件，为了保证材料的性能，消除应力退火的温度应比该钢材调质时的回火温度低30℃左右。第五节专用钢焊接的特殊要求一、珠光体耐热钢焊接的特殊要求（一）典型钢种及成分（二）这类钢的合金元素总含量一般不超过5％～7％，正火后得到珠光体组织，在500℃～600℃时具有良好的热强性，冷加工、热加工和焊接性能也良好，价格比较便宜。因此这种钢被广泛地应用于制造蒸汽动力发电设备，其中使用最多的是铬钼钢和铬钼钒钢。这类钢的含Cr量—般为0.5％～9％，含Mo量—般为0.5％～1％。随着Cr和Mo含量的增加，这类钢的高温强度、抗氧化性能和抗硫化物腐蚀性能也随之提高。另外，这类钢中加入少量的合金元素V、W、Ti、Nb等，可进一步提高热强性。常用珠光体耐热钢及其化学成分如表（二）珠光体耐热钢的主要焊接性问题与低碳调质高强钢很相似，HAZ硬化、冷裂、软化、再热裂纹、回火脆化现象。1．焊接接头产生冷裂纹珠光体耐热钢焊接过程中最常见的焊接缺陷之一就是在热影响区的粗晶区产生冷裂纹，在实际生产中，为了防止冷裂纹的出现，一般都采用焊前预热、控制层间温度、焊后去氢处理、改善组织状态以及减小和消除应力等处理方法。2.焊缝中产生热裂纹在实际生产中应用的珠光体耐热钢，很少在热影响区产生热裂纹，而多数在焊缝中产牛，特别是弧坑处。热裂纹的产生与珠光体耐热钢的凝固温度区间的大小有直接关系。凝固温度区间越大产生热裂纹的倾向就越大；反之，产生热裂纹的倾向就越小。这种热裂纹的产生部位一般都在柱状晶的交界处。出为柱状晶交界处往往是焊缝液相金属的最后凝固位置．也是杂质和低熔点共晶物的富集部位。研究表明，合金元素S、C、P、Cu和Ni等能促进热裂纹的产今，而Mn和Ca在一定程度上能抑制热裂纹的产生。3.热影响区的再热裂纹这类钢中加入少量的合金元素Cr、Mo、V、Ti、Nb等，它们都是强烈碳化物形成元素，会增加钢的再热裂纹敏感性。再热裂纹的产生部位一般都在工件较厚的地方。所以，在厚板结构的焊接过程中，当焊缝焊到一定厚度后，先进行—次中间消除应力热处理，有利于防止再热裂纹的产生。4.回火脆化现象Cr-Mn钢产生回火脆化的主要原因是由于在回火脆化温度范围内长期加热后，杂质元素P、As、Sn和Sb等在晶界上偏析而引起的晶界脆化现象，此外与促进回火脆化元素Mn和Si也有—定关系。因此，对基休金属来说，严格控制有害杂质元素的含量，同时降低Mn和Si含量是解决脆化的有效措施。（三）珠光休耐热钢焊接工艺特点1.预热和层间温度的控制预热和层间温度的控制是防止珠光体耐热钢产生冷裂纹的一种比较有效的工艺措施。一般情况下，珠光体耐热钢的预热温度和层间温度应控制在150～350℃之间。2.焊接方法焊接生产中最常用的两种焊接方法是钨极氩弧焊封底手工电弧焊盖面和埋弧自动焊。3.焊后回火处理珠光体耐热钢一般情况下是经过热处理后供货使用的，针对这些钢种焊后大多数要进行高温回火处理。4.焊接材料的选择珠光体耐热钢长期处于高温、高压条件下工作，对接头的质量的要求较高，无论是常温机械性能，还是高温性能、抗氧化性及组织稳定性等方面都应满足产品运行的技术要求。因此焊接材料的选择是十分重要的。焊接材料的选择应力求焊缝金属成分和机械性能与母材相匹配。如果焊缝金属成分与母材成分相差很大时，其接头长期在高温下工作或经焊后热处理，因成分不均勺，有些元素将发生扩散，结果导致接头的持久强度明显降低。但在实际焊接生产中，为了防止焊缝金属热裂纹，焊缝金属的含碳量一般要比母材金属低—些(但一般不低于0.07％)，此时的焊缝金属性能有时要低于母材，但若焊接材料选择适当，焊缝金属的性能是完全能与母材相匹配的。另外，在焊补缺陷或者焊后不能进行热处理的情况下，还可以选用奥氏体钢焊条，这样可以防止冷裂纹的产生。但这种接头长期在高温下工作会导致焊缝金属的相脆性。一、低温钢焊接的特殊要求（一）典型钢种及成分低温钢是指用于低温(-10℃～196℃)的钢(我国从-40℃算起)。它主要应用于贮存和运输各类液化气体，如用于建造液化气体运输船的液货舱及靠近液货舱的船体结构。因此这类钢的性能必须首先满足具有足够的低温韧性。低温用钢可分为无镍和含镍两大类。无镍低温用钢中包括低碳镇静钢和低合金高强钢。前者用铝脱氧时形成AlN，细化晶粒、提高缺口韧性。后者在低碳铝镇静钢的基础上加入了锰等元素提高强度并利用微量铝、钛、铌等细化晶提高低温韧性。含镍低温钢在低碳钢中加入一些镍，提高强度，改善低温韧性。在Ni％小于10％的范围内，镍含量越高，低温韧性越好，强度越高。常见几种低温钢的成分见表（一）低温钢焊接的主要问题低碳镇静钢和低合金高强钢实际上就是C-Mn钢和低碳调质钢。从使用性能考虑，焊接时主要要注意两个问题：一是线能量过大时造成的过热区脆化；二是含有钒、钛、铌、铜、氮等元素的钢种焊后消除应力热处理时，如果加热温度处于回火脆性敏感温度范围，会析出脆性相，出现回火脆性。含镍低温钢中的镍是增加淬透性的元素，但是由于这些钢中含碳量限制得很低，冷裂倾向并不严重。镍除了增加钢的淬透性以外还是促热裂的元素，但由于含镍低温钢中含碳量低，硫、磷杂质控制的极其严格，焊接时热影响区基本上不会产生液化裂纹。焊接时应注意钢的脆性倾向、含镍低温钢具有回火脆性倾向，焊后回火时要注意温度和冷速的控制（二）低温钢的焊接工艺特点1.严格控制线能量为避免焊缝金属及近缝区形成粗晶组织而降低低温韧性，要求采用小的焊接线能量。焊接电流不宜过大，宜用快速多道焊以减轻焊道过热，并通过多层焊的重热作用细化晶粒。多道焊时要控制层间温度不得过大。2.正确选择焊接材料1）铝镇静钢焊接铝镇静钢时可选择成分与母材相同的低碳钢和C-Mn钢类焊条或含镍0.5％～1．5％的低镍焊条，后者低温韧性更为可靠。2）低温用低合金钢焊接低温用低合金钢时，除要保证焊缝的低温韧性外还要保证焊缝与母材等强。焊接材料中除了含有镍1％～3％外，还含有钼0.2％～0.5％，有时还含有少量铬。3）低镍钢焊接低镍钢时所用焊条的含镍量应与母材相同或高于母材，但Ni％不应过高。焊态下焊缝中含镍量超过2.5％就会出现粗大的板条状贝氏体或马氏体，使焊缝韧性下降。焊后不再进行调质处理的低镍钢，焊缝金属含镍量应低于2.5％。只有经过焊后调质处理，焊缝韧性才随含Ni量增加而增加。焊缝除了尽量降低碳及硫、磷、氧的含量外还应对硅、锰的含量加以控制。可以来用手工焊、熔化极气体保护焊及埋弧焊进行焊接。4）9Ni钢含镍高的9Ni钢具有非常优良的低温韧性。但9Ni钢如果采用成分相近的焊接材料，所获得的焊缝低温韧性明显低于母材。为保证焊缝具有与母材相适应的低温韧性，在生产中都采用了奥氏体焊接材料，按含镍量可以分为三类：含镍在60％以上的Ni-Cr-M。系合金、镍约40％的Fe-Ni-Cr系合金、含13Ni-16Cr-Mn-W的奥氏体不锈钢。当采用奥氏体材料焊接时，9Ni钢焊缝中的热裂纹是一个普遍问题。这是因为9Ni钢的线膨胀系数较大，焊接时会产生较大的收缩应力，加上镍与铁会形成低熔共晶，因而焊缝中镍含量越高热裂纹倾向越大。裂纹往往出现在焊缝的起弧和收弧处，特别是多层焊时在根部和前几道焊缝中由于拘束应力较大，弧坑裂纹很难避免。因此焊接时要注意填满弧坑，尽量避免弧坑裂纹的发生。如果无法消除弧坑裂纹，可采用砂轮打磨的方法加以去除。