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常用鋼材的焊接
3 `+ Q9 l* v( f V j) k0 c# m# D英文詞條名:4 N& M6 V; D1 v2 _ H
一,、鋼材的焊接性7 a1 z: ~3 o6 Y. m6 c
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。0 X( r% n% H* {7 Z% O
(一) 焊接性一般包括兩個(gè)方面:
( ]' f& W$ p p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,也稱抗裂性,;7 @, G: w/ O/ c- t# F
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)。
" d$ ]4 r$ E4 R" j5 `4 f( [; O! H 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),。
( L0 k. w: y4 c! ?(二)鋼的焊接性評(píng)定方法:
1 D0 C" p/ z b 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。
9 x9 R) z4 o. E8 C* ~- [4 M7 F 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)之和稱為碳當(dāng)量,它是評(píng)定鋼的焊接性的一個(gè)參考指標(biāo),。5 |; R0 _' B5 w/ _/ a
碳當(dāng)量(CARBON EQUIVALENT)公式
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6 w; S p( r U( |+ s 碳當(dāng)量越高,,裂紋傾向越大,鋼的焊接性越差,。一般認(rèn)為:7 B0 e, l8 g8 T" O9 L( r: ^' V
CEQ<0.4%時(shí),,鋼的淬硬和冷裂傾向不大,焊接性良好, @ [' H f- T- R
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;8 i/ M' Q2 x" `+ T: I9 U3 K( B
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),。
5 i( T; _% e6 Z" k 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)。
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/ e9 j6 j$ Z- U, S二,、碳素鋼的焊接
( B7 q, N5 f+ `& Z 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:1 f S+ L c) s+ K6 Y
(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。
$ ?) F, a1 V# T' q z(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,。
% g& h3 j6 V" _' a: R6 t 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,。
9 p7 h$ Z. W) i9 F9 N! Q* ?低碳鋼焊接材料的選擇
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9 }2 Z" Y& ^0 j, U4 |, R中碳鋼的焊接$ ^ I( f8 j& f% ~# ?
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,。
+ {4 U& p# H3 S# F1 ?/ M+ y焊接方法:手工電弧焊,。
( n L' T* P2 Y" g+ s, p/ Y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。4 D. \7 V% o2 Y
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,。
+ x/ Z- b) l; ^$ b! `0 t* ]高碳鋼的焊接
7 W$ ~, `& s( u) n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。/ ]2 O+ f4 w2 @: c' O4 \0 w G
9 H* C6 J8 O: m# b- m1 k% N三,、低合金鋼的焊接& } g! T5 _0 O/ f% w+ e) ~
低合金鋼焊接經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題
/ q. G2 q$ T0 ], q(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。
! q2 O2 b- ~3 m# W$ ]* |; A% p1 D(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,。 1 S6 F5 Q0 h! w8 x! R( `/ K; A
(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,,故又稱氫白點(diǎn)。, k* v" y4 h5 N
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。
Z$ L$ a. ` X9 k. O8 t低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接 ( V' n" \$ l1 f
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,。( ^; N7 N( v( ]
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,。
/ {3 I4 H6 J- a2 a4 Z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。
. ?/ H9 r% M* n0 ^5 C' ^ 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,;
( K) d6 h7 M$ Y 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,。) ~: {' J: J( o) l& C# Z/ J
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四、不銹鋼的焊接 4 G" ~& E. r4 E. B$ D+ h; q
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,。
- X ?. J& ?% e4 d8 e0 H 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。
3 E) ?( Q ^ o1 A(一)奧氏體不銹鋼的焊接性* D( d( M- `, |2 O
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,。
$ G/ W: g8 G! u! S! r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,。
6 U ~6 |( ?9 K0 E. y& Q奧氏體不銹鋼焊接的另一個(gè)問(wèn)題是熱裂紋,。( ]: t# }! j) X6 N; k+ n
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,。 q: S* t5 L; D- l! ~+ t7 a0 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。: {& f0 `# g& ?" {" c/ D
(二)奧氏體不銹鋼的焊接工藝
4 }- n a- C9 a( I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:
8 n5 C- ^. n8 }6 d+ \% C( C' a(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%,;; `! w$ S$ I% _/ R
(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。
/ c$ ~8 i: R1 s4 C' M2 A(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,。
2 x% \" b4 j* _* Y% O# K4 C- {- j(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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