合金钢的焊接工艺

合金钢的焊接工艺 用于制造工程构件和机器零件的钢统称为结构钢 概述 1. 合金结构钢分为高强度钢（GB/T13304—1991规定屈服点δs≥195Mpa ,抗拉强度δb≥390Mpa的钢均为高强度钢）和专业用钢两大类。 2. 高强度钢按钢材供货的热处理状态分为热扎及正火钢、低碳调质钢和中碳调质钢。 1） 热扎及正火钢 ：这类钢的屈服点295≤δs≥490Mpa，属于非热处理强化钢 主要包括GB/T1591—1994《低合金结构钢》中的Q295—Q460钢 特点：冶炼工艺比较简单，价格低廉，综合力学性能良好，具有良好的焊接性 2） 低碳调质钢：这类钢屈服点441≤δs≥980Mpa，属于热处理强化钢 特点：具有较高的强度、优良的塑性和韧性 生产工艺复杂、成本高、进行热加工时对工艺参数较严格。 3） 中碳调质钢：含碳量高Wc>0.3%，880≤δs ≥980Mpa，属于热处理强化钢 一般在退火状态下进行焊接，焊后需进行调质处理 主要用于制造大型机器上的零件和要求强度而自重小的构件 3. 专业用钢：按用途分为珠光体耐热钢、低温用钢和低合金耐热钢 1）珠光体耐热钢：用于制造在500—600度范围内的设备，具有一定的高温强度和抗氧化能力。 2）低温用钢：用于制造在-20——196度低温工作的设备韧脆性转变温度低良好的低温韧性 3）低合金耐蚀钢：用于制造在大气、海水、石油、化工产品等腐蚀介质中工作的各种设备。 合金元素 对合金结构钢焊接性的影响及作用 含量Wc/% 碳 含量多，使焊缝中的结晶裂纹和焊接接头冷裂纹倾向增大 0.05~0.16 硅 有固容强化作用，可以有效提高钢的强度，是良好的脱氧剂，并防止CO气孔，残余硅回形成低熔点的硅酸盐夹渣导致结晶裂纹，增加熔渣和熔化金属粘度，引起严重的飞溅。 0.4 ~ 0.7 锰 可提高钢的强度和淬透性，可脱氧和脱硫，增加力学性能，降低焊缝金属对结晶裂纹的敏感性。 <1% 铬 提高淬透性，耐热性和耐蚀性，强烈增加淬透性，并提高韧脆转变温度 —— —— 钼 提高热强性元素和热影响区的淬硬倾向，使裂纹敏感性增大 <0.65 镍 提高强度不降低塑性和韧性，从避免产生硬淬组织考虑，对焊接性有利 —— —— 钒 能改善低合金结构钢的焊接性 少量 钛 强脱氧和脱氮剂，细化晶粒，可改善钢的焊接性 适量 铌 细化晶粒 少量 合金结构钢焊接性分析： 1热影响区的脆化是焊后产生裂纹，造成脆性破坏的主要原因之一。 1） 热轧纲过热区脆化的原因：过热去晶粒严重粗化，冷却时生成魏氏组织及 马氏体组织，正火钢热影响区脆化是由于焊接热源的高温作用，使母材焊前的正火效果消失的结果。 2） 低碳调质钢的过热区脆化是过热区产生由铁素体、高碳马氏体和高碳贝氏体组成的混合组织而造成的。防止过热区脆化的关键在于冷却速度的控制，在焊接时应采用较小的热输入。 3） 中碳调质钢的过热区容易得到硬脆的淬火组织—高碳马氏体，为此一般需采用预热缓冷等措施与适当的热输入配合，并在退火状态下焊接，焊后整体调质处理 2焊接接头的冷裂纹： 产生的原因：焊接接头产生淬硬组织，接头内含氢量多，残余应力较大。 防止措施：尽量避免在焊接接头中形成硬脆组织，可以通过工艺措施和冷却速度来达到。还课题通过控制热影响区的最高硬度来防止冷裂纹。 3焊接接头的热裂纹： 选用低氢型焊条或超低碳焊丝配合高锰高硅焊剂进行埋弧焊，在提高焊缝含锰的同时，降低碳硫的含量，均时防止结晶裂纹的有效措施。 合金结构钢的焊接工艺 1焊材的选择 最重要的选材原则：确保焊缝的金属力学性能，使之满足产品的技术要求保证产品在使用中正常运行。 热轧及正火钢主要用于制造受力结构，要求焊接接头有足够的强度适当的屈强比足够的韧性和较低的时效敏感性。 低碳调质钢焊接时，焊接的选用原则依母材的热处理状态的不同而异。 中碳调质钢焊接时，焊接材料应保证熔敷金属的成分与母材基本一致。 钢号 焊条电弧焊牌号 埋弧焊 电渣焊 CO2气体保护焊焊丝 GB/T1591—1994 旧牌号 GB/T15911988 焊丝 焊剂 焊丝 焊剂 Q295 09Mn2 09Mn2Si 09MnV J422 J423 J426 J427 H08A H08MnA HJ431 H10MnSi H08Mn2Si Q345 16Mn 14MnNb J502 J503 J506 J507 不开坡口对接 H08 中板开坡口对接 H08MnA H10Mn2 H10MnSi HJ431 HJ350 H08MnMoA HJ431 HJ360 H08Mn2Si Q390 15MnV 15MnTi 15MnNb J502 J503 J506 J507 J556 不开坡口对接 H08MnA 中板开坡口对接 H10Mn2 H08MnSi H08Mn2SI HJ431 HJ350HJ250 H08Mn2MoA HJ431 HJ360 H08Mn2Si Q420 15MnVN J556 J557 J606 J607 H08MnMoA H04MnVTiA HJ431 HJ350 H10Mn2MoA HJ431 HJ360 Q460 J606 J607 J706 J707 H08Mn2MoA H08Mn2MoVA HJ250 HJ350 H10Mn2MoA H10Mn2MoV HJ431 HJ360 HJ350 HJ250 钢号 焊条电弧焊 埋弧焊 气体保护焊 电渣焊 14MnMoVN J707 J857 H08Mn2MoA H08Mn2NiMoVA HJ350焊剂 H08Mn2NiMoA HJ250焊剂 H08Mn2Si H08Mn2Mo H10Mn2NiMoA HJ360焊剂 H10Mn2NiMoVA HJ431焊剂 14MnMoNbB H14(Mn—Mo) J857 H08Mn2MoA H08Mn2Ni2CrMoA HJ350焊剂 H10Mn2MoA H10Mn2NiMova H08mN2nI2CrMoA HJ360,HJ431焊剂 2焊接方法的选择 目前低合金钢的焊接方法可分为两类：1）焊接热输入大的焊接法 2）焊接热输入小的焊接法 热轧及正火钢可以用各种方法进行焊接，一般焊接方法对产品质量无显著影响。 低碳调质钢状态下焊接，为了使回火区的软化降到最低程度应采用比较集中的热源δs <980Mpa的钢，可用焊条电弧焊、埋弧焊、钨极或熔化极气体保护焊 δs >980Mpa的钢必须用钨极氩弧焊或电子束焊。 中碳调质钢在焊接方法选择上，由于不强调热输入对接头性能的影响，所以一般焊接方法都可以采用。 3焊前准备 1、 接头形式及坡口备制 在坡口时，首先应避免采用易产生未焊透的坡口形式因为焊缝根部缺口往往是各种裂纹的起源区，其次应尽量减少焊缝的横截面积，以降低接头的残余应力，同时也可以减少焊接材料的消耗量，提高生产效率。 应根据因坡口形式和接头形式而改变的熔合比和冷却速度的变化来选择相应的焊接材料，才能获得综合力学性能优良的焊缝与接头。 合金结构钢在坡口时，为了防止产生切割裂纹，屈强点超过500Mpa或合金总的质量分数大于3%的低合金结构钢，当板厚δ>50mm时，切割前应将钢板切割区预热到100度以上，切割后，采用磁粉探伤对切割表面裂纹检查。低合金结构钢接头坡口背面采用碳弧气刨清根时，气刨前应对工件进行预热。 2、 焊接区的清理 合金结构钢接头焊接区的清理是为了建立低氢环境的主要环节之一，钢的脆硬倾向越大，对焊接区清理的要求更高。 焊条电弧焊接头的打磨区要求每侧为20mm，埋弧焊为30mm，电渣焊为40mm。 3、 焊接材料的焊前处理P120（书）表9-8 常用低合金钢焊条和焊剂烘干温度 焊条牌号 焊剂牌号 烘干温度 烘干时间 保存温度 J502\J503\R102\R202\R302 105~205 1~2 50~80 J506、J507、J607、J807、J857、R307、R317、R407、R437 350~400 2~3 120~150 HJ350、HJ250 400~450 2~3 120~250 SJ101、SJ301（烧结型） 300~350 2~3 120~150 4焊接工艺参数的选择P120（书）9-9 牌号 预热温度 焊后热处理 电弧焊 电渣焊 Q235 不预热（一般供应的板厚δ ≤16mm） 不热处理 Q345 100—150度（δ≥30mm 600—650度回火 900-930度正火 600-650度回火 Q390 100—150度（δ≥28mm 550度或650度回火 950-980度正火 550度或650度回火 Q420 100—150度（δ≥ 25mm　　　　 950度正火 650度回火 Q460 ≥200度 600—650度回火 950-980度正火600-650度回火 5焊后热处理 1） 消除应力退火处理 焊后是否需要热处理，要根据钢板的化学成分、厚度、结构性能、焊接方法及使用条件等因素进行考虑， 在下列情况下，要求合金结构钢进行消除应力退火处理。 1、 母材屈服点≥490Mpa，为了防止延迟裂纹，焊后进行退火处理。 2、 对厚壁压力容器，为防止三局应力场所造成的脆性破坏，焊后应进行退火处理。 3、 对可能发生应力腐蚀开裂或要求尺寸稳定的产品，焊后进行退火处理，低碳调质钢一般不必进行退火处理，只有属于下列情况之一者，才需要进行退火处理。1>钢材在焊后或冷变形加工后，韧性达不到要求。2>结构要求尺寸稳定。3>钢材对应力腐蚀敏感。 2） 正火+回火热处理 合金结构钢厚板，在电渣焊之后，或者热校，热变形之后需作正火热畜力，以细化电渣焊接头晶粒，调整高温热成形的母材和焊缝金属性能。 合金成分较高的合金结构钢正火处理后，只有经过回火处理后才能达到符合要求的综合性能，回火处理的目的是改善钢材和接头的组织和性能 3） 淬火+回火热处理 当钢材的屈服点δs≥50MPs时，在正火状态下的韧性会出现不稳定，采用淬火+回火热处理的方法，可以提高钢材的强度，同时改善性能。 6焊后检验 合金钢的焊接接头的焊后检验比普通的碳钢接头要严格。在低合金结构钢焊后检验时，应考虑这种刚的焊接特点，制定合理的检查规程。对于具有延迟裂纹倾向的焊接接头，应规定在焊接工作全部结束后48h后再进行焊缝无损探伤。由于表面裂纹对结构的安全构成极大威胁，故在低合金结构钢焊缝及热影响区表面都应作表面磁粉探伤。低合金结构钢的接头的强度越高，裂纹敏感性越大，无损检测，包括磁粉探伤的检查几率也应相应提高。