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常用鋼材的焊接
- i9 a2 F9 w( Z$ Q英文詞條名:8 F% {: g& _ @. F# E
一,、鋼材的焊接性6 z, Y+ r1 B, K7 p4 C, w
焊接性:采用一定焊接方法,、焊接材料、工藝參數(shù)及結(jié)構(gòu)形式的條件下,,獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度,,即其對(duì)焊接加工的適應(yīng)性。
7 D3 a7 Z1 D- {% A: e0 O+ g(一) 焊接性一般包括兩個(gè)方面:$ m- f+ Z, @1 I- j. b I
工藝焊接性:主要指在給定的焊接工藝條件下,,形成完好焊接接頭的能力,,特別是接頭對(duì)產(chǎn)生裂紋的敏感性,也稱(chēng)抗裂性,;+ L6 x4 @7 m9 ]) ^# }
使用焊接性:在給定的焊接工藝條件下,,焊接接頭在使用條件下安全運(yùn)行的能力,包括焊接接頭的力學(xué)性能和其它特殊性能(如耐高溫,、耐腐蝕,、抗疲勞等)。/ E" Q+ D" @3 H7 Y- |
焊接性是金屬的工藝性能在焊接過(guò)程中的反映,,了解及評(píng)價(jià)金屬材料的焊接性,,是焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、確定焊接方法,、制定焊接工藝的重要依據(jù),。. ]$ {: c: ]' L7 x
(二)鋼的焊接性評(píng)定方法:
4 r' @2 j7 t1 i* S. ^ 鋼是焊接結(jié)構(gòu)中最常用的金屬材料,因而評(píng)定鋼的焊接性顯得尤為重要,。由于鋼的裂紋傾向與其化學(xué)成分有密切關(guān)系,,因此,可以根據(jù)鋼的化學(xué)成分評(píng)定其焊接性的好壞,。. x8 s9 z7 C& g: v- [. f9 N$ _
通常將影響最大的碳作為基礎(chǔ)元素,,把其它合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)焊接性的影響折合成碳的相當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù),碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和其它合金元素的相當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和稱(chēng)為碳當(dāng)量,,它是評(píng)定鋼的焊接性的一個(gè)參考指標(biāo),。
{" F9 Z- r# q碳當(dāng)量(CARBON EQUIVALENT)公式
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2 @8 L. |' O9 }; |6 r% r8 r 碳當(dāng)量越高,裂紋傾向越大,,鋼的焊接性越差,。一般認(rèn)為:; H& Y( v+ Y M9 y, C
CEQ<0.4%時(shí),,鋼的淬硬和冷裂傾向不大,焊接性良好5 z) T c/ L. R6 _" X" U& O2 i9 O
CEQ=0.4%~0.6%時(shí),,鋼的淬硬和冷裂傾向逐漸增加,,焊接性較差,焊接時(shí)需要采取一定的預(yù)熱,、緩冷等工藝措施,,以防止產(chǎn)生裂紋;; F1 ^1 s( A6 ~2 S& e
CEQ>0.6%時(shí),,鋼的淬硬和冷裂傾向嚴(yán)重,,焊接性很差,一般不用于生產(chǎn)焊接結(jié)構(gòu),。1 S* S9 M$ T7 S, V
碳當(dāng)量公式僅用于對(duì)材料焊接性的粗略估算,,在實(shí)際生產(chǎn)中,應(yīng)通過(guò)直接試驗(yàn)(焊接性試驗(yàn)),,模擬實(shí)際情況下的結(jié)構(gòu),、應(yīng)力狀況和施焊條件,在試件上焊接,,觀察試件的開(kāi)裂情況,,并配合必要的接頭使用性能試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)定(焊接工藝評(píng)定)。8 T. L3 ^6 k* P5 Y9 ~1 ~
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二,、碳素鋼的焊接
% s/ }7 i" ?4 ?( Y' e. }) a Q235,、10、15,、20等低碳鋼是應(yīng)用最廣泛的焊接結(jié)構(gòu)材料,由于其含碳量低于0.25%,,塑性很好,,淬硬傾向小,不易產(chǎn)生裂紋,,所以焊接性最好,。焊接時(shí),任何焊接方法和最普通的焊接工藝即可獲得優(yōu)質(zhì)的焊接接頭,。但由于施焊條件,、結(jié)構(gòu)形式不同,焊接時(shí)還需注意以下問(wèn)題:
9 i2 s) i/ ?/ r! J/ c. ?(1)在低溫環(huán)境下焊接厚度大,、剛性大的結(jié)構(gòu)時(shí),,應(yīng)該進(jìn)行預(yù)熱,否則容易產(chǎn)生裂紋,。* R# O2 n# e! o+ Q9 D/ F* v( i
(2)重要結(jié)構(gòu)焊后要進(jìn)行去應(yīng)力退火以消除焊接應(yīng)力,。
. L+ J5 i. s7 L# Z 低碳鋼對(duì)焊接方法幾乎沒(méi)有限制,,應(yīng)用最多的是手工電弧焊、埋弧焊,、氣體保護(hù)電弧焊和電阻焊,。采用電弧焊時(shí),焊接材料的選擇參見(jiàn)表,。 O' |$ M7 D! \
低碳鋼焊接材料的選擇
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中碳鋼的焊接$ T, { o$ M _4 S5 C$ y, x
含碳量在0.25%~0.60%之間的中碳鋼,,有一定的淬硬傾向,焊接接頭容易產(chǎn)生低塑性的淬硬組織和冷裂紋,,焊接性較差,。中碳鋼的焊接結(jié)構(gòu)多為鍛件和鑄鋼件,或進(jìn)行補(bǔ)焊,。3 v( y5 K/ D+ q6 J: l- T- s+ D
焊接方法:手工電弧焊,。
6 ^4 @+ |! h) H: s$ [% D焊條選用:抗裂性好的低氫型焊條(如J426、J427,、J506,、J507等),焊縫有等強(qiáng)度要求時(shí),,選擇相當(dāng)強(qiáng)度級(jí)別的焊條,。對(duì)于補(bǔ)焊或不要求等強(qiáng)度的接頭,可選擇強(qiáng)度級(jí)別低,、塑性好的焊條,,以防止裂紋的產(chǎn)生。5 X- _3 ^: x# x
焊接時(shí),,應(yīng)采取焊前預(yù)熱,、焊后緩冷等措施以減小淬硬傾向,減小焊接應(yīng)力,。接頭處開(kāi)坡口進(jìn)行多層焊,,采用細(xì)焊條小電流,可以減少母材金屬的熔入量,,降低裂紋傾向,。 c/ R7 {! q( G* H: Y$ A
高碳鋼的焊接 ! g; t* F, y3 n e/ u3 |
高碳鋼的含碳量大于0.60%,其焊接特點(diǎn)與中碳鋼基本相同,,但淬硬和裂紋傾向更大,,焊接性更差。一般這類(lèi)鋼不用于制造焊接結(jié)構(gòu),,大多是用手工電弧焊或氣焊來(lái)補(bǔ)焊修理一些損壞件,。焊接時(shí),應(yīng)注意焊前預(yù)熱和焊后緩冷。
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三,、低合金鋼的焊接
% j8 w2 _2 d) Y2 G5 R低合金鋼焊接經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題
$ D; [! i- g, Y( u% X' m(1) 熱裂紋 熱裂紋指焊接過(guò)程中,,焊縫和熱影響區(qū)金屬冷卻到固相線附近的高溫區(qū)產(chǎn)生的焊接裂紋。其原因在于低合金鋼的焊接過(guò)程中銅,、硼,、氮等元素成為形成裂紋的敏感元素。
8 i$ g1 @' f3 v(2) 冷裂紋 焊接接頭冷卻到較低溫度下(對(duì)于鋼來(lái)說(shuō)在MS溫度以下)時(shí)產(chǎn)生的焊接裂紋稱(chēng)為冷裂紋,。冷裂紋常發(fā)生在高強(qiáng)度鋼的厚板結(jié)構(gòu)中,。其原因是接頭的剛度大,造成的局部應(yīng)力大,,或在冷卻過(guò)程中氫析出后聚集造成局部應(yīng)力超過(guò)了鋼的強(qiáng)度極限,。 7 \$ Z& F* s; a) E& H0 K# P
(3) 白點(diǎn) 在焊縫金屬拉斷面上,出現(xiàn)的如魚(yú)目狀的一種白色圓形斑點(diǎn)稱(chēng)為白點(diǎn),。其產(chǎn)生原因是焊接過(guò)程中吸收了過(guò)量的氫,,故又稱(chēng)氫白點(diǎn)。
# V+ |- V" Q. h& {& ? @+ g 低合金鋼焊接主要根據(jù)不同鋼號(hào)的屈服點(diǎn)等級(jí)選擇焊接材料,,應(yīng)遵守等強(qiáng)度(某些鋼號(hào)應(yīng)考慮成分相同或相近)原則,。對(duì)于厚度大、剛度大的構(gòu)件或在低溫下焊接時(shí)應(yīng)考慮使用低氫型焊條,,焊前進(jìn)行預(yù)熱等,,嚴(yán)格按照焊接工藝規(guī)范施焊。 X) O) k+ }/ M( n5 M; n3 P
低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接 % G1 |6 N7 e9 ?: U, J* X
低合金結(jié)構(gòu)鋼按其屈服強(qiáng)度可以分為九級(jí):300,、350,、400、450,、500,、550、600,、700,、800MPA。
2 x: \. G) j9 j強(qiáng)度級(jí)別≤400MPA的低合金結(jié)構(gòu)鋼,,CEQ<0.4%,焊接性良好,,其焊接工藝和焊接材料的選擇與低碳鋼基本相同,,一般不需采取特殊的工藝措施。只有焊件較厚,、結(jié)構(gòu)剛度較大和環(huán)境溫度較低時(shí),,才進(jìn)行焊前預(yù)熱,以免產(chǎn)生裂紋,。( N7 l! q0 ~. Z' \* N, U1 i5 P
強(qiáng)度級(jí)別≥450MPA的低合金結(jié)構(gòu)鋼,,CEQ>0.4%,,存在淬硬和冷裂問(wèn)題,其焊接性與中碳鋼相當(dāng),,焊接時(shí)需要采取一些工藝措施,,如焊前預(yù)熱(預(yù)熱溫度150℃左右)可以降低冷卻速度,避免出現(xiàn)淬硬組織,;適當(dāng)調(diào)節(jié)焊接工藝參數(shù),,可以控制熱影響區(qū)的冷卻速度,保證焊接接頭獲得優(yōu)良性能,;焊后熱處理能消除殘余應(yīng)力,,避免冷裂。 . C- b; W2 s8 E
低合金結(jié)構(gòu)鋼含碳量較低,,對(duì)硫,、磷控制較嚴(yán),手工電弧焊,、埋弧焊,、氣體保護(hù)焊和電渣焊均可用于此類(lèi)鋼的焊接,以手工電弧焊和埋弧焊較常用,;; [% h* k( G. z$ O* x8 \
選擇焊接材料時(shí),,通常從等強(qiáng)度原則出發(fā),為了提高抗裂性,,盡量選用堿性焊條和堿性焊劑,,對(duì)于不要求焊縫和母材等強(qiáng)度的焊件,亦可選擇強(qiáng)度級(jí)別略低的焊接材料,,以提高塑性,,避免冷裂。
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: f. Y }, u6 b& u3 m9 \* F% N四,、不銹鋼的焊接 9 x% ]8 `5 \$ i6 i
不銹鋼中都含有不少于12%的鉻,,還含有鎳、錳,、鉬等合金元素,,以保證其耐熱性和耐腐蝕性。
: F0 b0 S0 [0 e h3 g 按組織狀態(tài),,不銹鋼可分為奧氏體不銹鋼,、鐵素體不銹鋼和馬氏體不銹鋼等,其中以?shī)W氏體不銹鋼的焊接性最好,,廣泛用于石油,、化工、動(dòng)力、航空,、醫(yī)藥,、儀表等部門(mén)的焊接結(jié)構(gòu)中,常見(jiàn)牌號(hào)有:1CR18NI9,、1CR18NI9TI,、0CR18NI9等。
0 h; O! h4 m9 c. \6 v; t( g(一)奧氏體不銹鋼的焊接性
s& S! r. t; d$ ^' S" d( C" c3 \奧氏體不銹鋼焊接件容易在焊接接頭處發(fā)生晶間腐蝕,,其原因是焊接時(shí),,在450~850℃溫度范圍停留一定時(shí)間的接頭部位,在晶界處析出高鉻碳化物(CR23C6),,引起晶粒表層含鉻量降低,,形成貧鉻區(qū),在腐蝕介質(zhì)的作用下,,晶粒表層的貧鉻區(qū)受到腐蝕而形成晶間腐蝕,。這時(shí)被腐蝕的焊接接頭表面無(wú)明顯變化,受力時(shí)則會(huì)沿晶界斷裂,,幾乎完全失去強(qiáng)度,。
2 L5 ?7 \& ?4 X" ]+ L- @6 A為防止和減少焊接接頭處的晶間腐蝕,應(yīng)嚴(yán)格控制焊縫金屬的含碳量,,采用超低碳的焊接材料和母材,。采用含有能優(yōu)先與碳形成穩(wěn)定化合物的元素如TI、NB等,,也可防止貧鉻現(xiàn)象的產(chǎn)生,。& V9 v0 N e0 ^* q: b
奧氏體不銹鋼焊接的另一個(gè)問(wèn)題是熱裂紋。
% k7 E- K: Y' a: X5 ]產(chǎn)生的主要原因是焊縫中的樹(shù)枝晶方向性強(qiáng),,有利于S,、P等元素的低熔點(diǎn)共晶產(chǎn)物的形成和聚集。另外,,此類(lèi)鋼的導(dǎo)熱系數(shù)�,。s為低碳鋼的1/3),線脹系數(shù)大(比低碳鋼大50%),,所以焊接應(yīng)力也大,。# k3 N* [' E1 v$ P1 X. d$ P5 p
防止的辦法是選用含碳量很低的母材和焊接材料,采用含適量MO,、SI等鐵素體形成元素的焊接材料,,使焊縫形成奧氏體加鐵素體的雙相組織,減少偏析,。
D/ K# J+ p3 w0 S! x(二)奧氏體不銹鋼的焊接工藝9 n* I: [" {( z7 H
一般熔焊方法均能用于奧氏體不銹鋼的焊接,目前生產(chǎn)上常用的方法是手工電弧焊、氬弧焊和埋弧焊,。在焊接工藝上,,主要應(yīng)注意以下問(wèn)題:
: ]$ J$ {. ^6 I0 d(1)采用小電流、快速焊,,可有效地防止晶間腐蝕和熱裂紋等缺陷的產(chǎn)生,。一般焊接電流應(yīng)比焊接低碳鋼時(shí)低20%;
+ U2 A) r( u4 w/ S' a3 s1 T( g(2)焊接電弧要短,,且不作橫向擺動(dòng),,以減少加熱范圍。避免隨處引弧,,焊縫盡量一次焊完,,以保證耐腐蝕性。
+ v$ c4 U. E2 t( w( B) {/ i(3)多層焊時(shí),,應(yīng)等前面一層冷至60℃以下,,再焊后一層。雙面焊時(shí)先焊非工作面,,后焊與腐蝕介質(zhì)接觸的工作面,。+ l& U M( f1 w+ N6 s3 P
(4)對(duì)于晶間腐蝕,在條件許可時(shí),,可采用強(qiáng)制冷卻,。必要時(shí)可進(jìn)行穩(wěn)定化處理,消除產(chǎn)生晶間腐蝕的可能性,。 |
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