1、焊接技术培训焊接技术培训质量部质量部 焊接室焊接室COSCO NANTONG SHIPYARD CO.,LTD.COSCO NANTONG SHIPYARD CO.,LTD.南通中远船务工程有限公司南通中远船务工程有限公司之高强钢和特殊钢材的焊接高强钢和特殊钢材的焊接质量部质量部 焊接室焊接室 标准中钢材的分类 船用低合金高强钢和超高强度钢 低合金高强钢容易产的的焊接缺陷 低合金高强钢焊接注意事项高强钢的焊接高强钢的焊接培训内容：培训内容：常用钢材在DNV标准中的分类DNV-OS-C401中阐述了这些材料的焊接工艺评定规则常用钢材在AWS标准中的分类 AWS中的常用钢材表列较多。按照表3.1，
2、材料被分成 共4组，材料的屈服强度级别依次递增。如果一定要与DNV对应的话，大致可以这样比较：NS，HS，EHS。表3.1中包括了美国材料与试验协会（ASTM）、美国石油工程协会（API）和美国船检局（ABS）的材料。表4.9（是表3.1的补充）中是ASTM中超高强钢材。其他标准 API 2Y,2H,2W,API 5L X52,ASTM A131/ABS标准的AF级的屈服强度在315（A32）以上的船板,16Mn,Q345等，均为普通低合金高强度C-Mn钢。船用高强钢的分类力学性能先来学习一下常用几种标准中高强钢的分类高强钢材在ABS标准中的分类及力学性能超高强钢材在ABS标准中的分类及力学性
3、能DNV中低合金高强钢船用钢材的分类和力学性能DNV中低合金超高强钢船用钢材的分类和力学性能高强钢的焊接公司现用的超高强钢有D420、E420、690、EQ43、EQ56、A514 Gr.Q 等。这些材料焊接过程中，相对来说容易出问题。下面我们来进一步来接这些材料的焊接性。2.1低合金高强钢的焊接性 强度级别较低的普通强度钢(屈服强度235-270MPa)，由于钢中合金元素含量较少，其焊接性良好，接近于低碳钢。随着钢中合金元素的增加，强度级别提高(屈服强度315MPa)，钢的焊接性也逐渐变差，出现的主要问题是：热影响区的淬硬倾向 冷裂纹 热裂纹 粗晶区脆化 2.1低合金高强钢的焊接性热影响区的
4、淬硬倾向 含碳量较少、强度级别较低的钢种，如A27钢等，淬硬倾向很小。随着强度级别的提高，淬硬倾向也开始加大，如16Mn、A36以上钢焊接时，快速度冷却会导致在热影响区出现马氏体组织。2.1低合金高强钢的焊接性冷裂纹 低合金高强钢焊接时，热影响区的冷裂纹倾向加大，并且这种冷裂纹往往具有延迟的性质，危害性很大。例如，某公司材料为EH36钢，壁厚88.9mm的一导管架钢桩结构，由于预热温度不够，焊后在热影响区形成大量冷裂纹。低合金高强钢的定位焊缝很容易开裂，其原因是由于焊缝尺寸小、长度短、冷却速度快，这种开裂属于冷裂纹性质。2.1低合金高强钢的焊接性 热裂纹 一般情况下，屈服强度等级为315400
5、MPa的热轧、正火钢，热裂倾向较小，但在厚壁板材的高稀释率焊道（如根部焊道或靠近坡口边缘的多层埋弧焊焊道）中也会出现热裂纹。电渣焊时，若母材的含碳量偏高并含镍时，电渣焊缝中可能会出现呈八字形分布的热裂纹。屈服强度等级为420690MPa的中碳调质钢，焊接时热裂的敏感性较大。因此，海工标准中对此类钢焊接时的线能量要求更严格。如EQ56,EQ-70,A514 Gr.Q,P460NL1,EH42,NV E420NV E690等。2.1低合金高强钢的焊接性粗晶区脆化 热影响区中被加热至1100以上的粗晶区，当焊接线能量过大时，粗晶区的晶粒将迅速长大或出现魏氏组织而使韧性下降，出现脆化段。2.2低合金高
6、强钢焊接时的主要工艺措施 预防冷裂纹的主要措施 这里主要从减少淬硬组织、减少扩散氢含量、减少残余应力三方面来讲施工上预防冷裂纹的措施：（1）焊前预热 （2）选择合适的线能量（3）后热和焊后热处理（4）焊材的发放、使用和存储2.2低合金高强钢焊接时的主要工艺措施预热 预热是防止裂纹的有效措施，并且还有助于改善接头性能。但预热会恶化劳动条件，使生产工艺复杂化，过高的预热温度还会降低接头韧性。因此，焊前是否需要预热以及预热温度的确定应根据钢材的成分（碳当量）、板厚、结构形状、刚度大小以及环境温度等决定。2.2低合金高强钢焊接时的主要工艺措施低合金高强钢焊接时的主要工艺措施焊接线能量的选择 含碳低的热
7、轧钢焊接时，因为这些钢的冷裂淬硬、脆化等倾向小，所以对焊接线能量没有严格的限制。焊接含V、Nb、Ti的钢种，为降低热影响区粗晶脆化所造成的不利影响，应选择较小的焊接线能量。如AF32到AF40钢的焊接线能量应控制在35kJ/cm以下。2.2低合金高强钢焊接时的主要工艺措施低合金高强钢焊接时的主要工艺措施后热及焊后热处理后热及焊后热处理 后热是指焊接结束或焊完一条焊缝后，将焊件立即加热至200250范围内，并保温一段时间(2h左右)，使接头中的氢扩散逸出，防止延迟裂纹产生。对于厚板及应力复杂区域的高强钢板，焊后应采取后热工艺措施或覆上足够厚的保温棉（毡）进行缓冷。2.2低合金高强钢焊接时的主要工
8、艺措施低合金高强钢焊接时的主要工艺措施后热及焊后热处理后热及焊后热处理 对于厚板、高刚性的焊接结构以及一些在低温、耐蚀条件下工作的构件，当现场条件允许时，焊后应及时进行消除应力的高温回火，其目的是消除焊接残余应力，改善组织。焊后立即进行高温回火的焊件，无需再进行后热处理。在低温下（如冬季露天作业）或在大刚性、大厚度结构上焊接时，为防止出现冷裂纹，需采取预热措施。低合金高强钢焊接时，焊材的选用原则为等强原则。焊 接 缺 陷焊接技术培训焊接技术培训1.1.裂纹裂纹 1.31.3 B.焊接缺陷焊接缺陷 焊 接 缺 陷焊接技术培训焊接技术培训1.1.裂纹裂纹 1.31.3 B.焊接缺陷焊接缺陷 焊 接
9、 缺 陷1.1.裂纹裂纹 1.3焊接技术培训焊接技术培训 B.焊接缺陷焊接缺陷 焊 接 缺 陷1.1.裂纹裂纹 1.3焊接技术培训焊接技术培训 B.焊接缺陷焊接缺陷 焊 接 缺 陷1.1.裂纹裂纹 1.3焊接技术培训焊接技术培训 B.焊接缺陷焊接缺陷 焊 接 缺 陷1.1.裂纹裂纹 1.3焊接技术培训焊接技术培训 B.焊接缺陷焊接缺陷 焊 接 缺 陷1.1.裂纹裂纹 1.31.3焊接技术培训焊接技术培训 B.焊接缺陷焊接缺陷 当扩散氢含量较高时，即使马氏体的数量或拘束应力比较小，当扩散氢含量较高时，即使马氏体的数量或拘束应力比较小，也可能会诱发出裂纹（如焊道下裂纹）。也可能会诱发出裂纹（如焊道
10、下裂纹）。以上三个因素的作用是相互联系，相互制约，不同条以上三个因素的作用是相互联系，相互制约，不同条件下起主要作用的因素不同。件下起主要作用的因素不同。而当材料的碳当量较高而在接头中形成较多的针状马氏而当材料的碳当量较高而在接头中形成较多的针状马氏体时，即使扩散氢很少甚至没有，也会产生裂纹。体时，即使扩散氢很少甚至没有，也会产生裂纹。焊 接 缺 陷1.1.裂纹裂纹 1.31.3焊接技术培训焊接技术培训 B.焊接缺陷焊接缺陷 根据主要因素之不同，将冷裂纹分为以下三类：根据主要因素之不同，将冷裂纹分为以下三类：3.低塑性脆化裂纹低塑性脆化裂纹 焊接塑性较低的材料（如铸铁），当焊后冷却到焊接塑性较
11、低的材料（如铸铁），当焊后冷却到400以以下时，由于焊接收缩应变超过材料的本身变形能力而导致下时，由于焊接收缩应变超过材料的本身变形能力而导致开裂，称之为低塑性脆化裂纹。它可在焊缝中出现，也可开裂，称之为低塑性脆化裂纹。它可在焊缝中出现，也可发生在焊接热影响区中。其断口具有脆性断裂的形貌特征。发生在焊接热影响区中。其断口具有脆性断裂的形貌特征。2.1.裂纹不在焊后立即出现。延迟现象的产生于扩散氢的活动裂纹不在焊后立即出现。延迟现象的产生于扩散氢的活动有有 着密切的关系。着密切的关系。焊 接 缺 陷1.1.裂纹裂纹 1.31.3 B.焊接缺陷焊接缺陷 溶解在液态金属中的氢原子，在连续冷却凝固和发
12、生固溶解在液态金属中的氢原子，在连续冷却凝固和发生固态相变时溶解度发生突变。氢在奥氏体态相变时溶解度发生突变。氢在奥氏体()中的溶解度大中的溶解度大大高于在铁素体大高于在铁素体()中的溶解度。在快冷时来不及析出，中的溶解度。在快冷时来不及析出，而以饱和溶解的形式存于铁素体而以饱和溶解的形式存于铁素体()中。由于氢的扩散中。由于氢的扩散能力很强，随着时间的延长过饱和的能力很强，随着时间的延长过饱和的H将不断扩散、迁将不断扩散、迁移，一部分扩散到金属外部，一部分留在金属内部。氢移，一部分扩散到金属外部，一部分留在金属内部。氢在不同组织中的扩散能力不同，在在不同组织中的扩散能力不同，在相中的扩散能力
13、比相中的扩散能力比在在相中高。在发生相中高。在发生 转变时，氢的溶解度突降，而转变时，氢的溶解度突降，而扩散能力突升。这两个突变决定了氢在焊接接头冷却过扩散能力突升。这两个突变决定了氢在焊接接头冷却过程中的扩散方向与分布。程中的扩散方向与分布。焊接技术培训焊接技术培训1.氢的作用氢的作用 焊接过程中进入熔池的氢主要来源于焊接材料中的水分、含氢物质、电焊接过程中进入熔池的氢主要来源于焊接材料中的水分、含氢物质、电弧周围空气的水蒸气、焊丝和母材坡口表面上的水、铁锈及油污等杂质。弧周围空气的水蒸气、焊丝和母材坡口表面上的水、铁锈及油污等杂质。1）氢在固体金属中的溶解与）氢在固体金属中的溶解与扩散扩散
14、焊 接 缺 陷1.1.裂纹裂纹 1.31.3 B.焊接缺陷焊接缺陷 2）氢在金属结晶过程中的扩散）氢在金属结晶过程中的扩散焊缝金属的焊缝金属的分解温度分解温度TFA高于母材高于母材的分解温度的分解温度TMA。图中图中ab两点间两侧的组织不同，两点间两侧的组织不同，焊缝已经完成分解为焊缝已经完成分解为-Fe+P(或B、M)，而仍为而仍为相。相。当焊缝进行当焊缝进行分解时，氢的溶解度分解时，氢的溶解度突降，扩散速速突升，过多的氢必突降，扩散速速突升，过多的氢必然通过熔合线向尚未转变的热影响然通过熔合线向尚未转变的热影响区扩散。氢扩散到区扩散。氢扩散到HAZ(或母材或母材)后，后，由于由于相中溶解度
15、大而扩散速度低，相中溶解度大而扩散速度低，在快冷时，就聚集在熔合线附近形在快冷时，就聚集在熔合线附近形成了高成了高H带。带。焊接技术培训焊接技术培训母材完成相变以后，氢以过饱和形母材完成相变以后，氢以过饱和形式残留于式残留于M（B）中，并扩散到应）中，并扩散到应力集中或晶格缺陷处结合成分子，力集中或晶格缺陷处结合成分子，形成较高的局部应力。加上热应力、形成较高的局部应力。加上热应力、组织应力的共同作用，就可能开裂。组织应力的共同作用，就可能开裂。焊 接 缺 陷1.1.裂纹裂纹 1.31.3焊接技术培训焊接技术培训 B.焊接缺陷焊接缺陷 氢以饱和的形式残留在组织中，并氢以饱和的形式残留在组织中，
16、并扩散到应力集中或扩散到应力集中或晶格缺陷晶格缺陷处结合处结合形成分子，形成较高的局部应力。形成分子，形成较高的局部应力。氢在金属中的扩散还受到应力状态氢在金属中的扩散还受到应力状态的影响，它有向三向应力区扩散的的影响，它有向三向应力区扩散的趋势。趋势。常在应力集中或缺口等有塑常在应力集中或缺口等有塑性应变的部位产生氢的聚集，使该性应变的部位产生氢的聚集，使该处最早达到氢的临界含量，这就是处最早达到氢的临界含量，这就是氢的应力诱导扩散现象。应力梯度氢的应力诱导扩散现象。应力梯度愈大，氢的驱动力也就愈大，也即愈大，氢的驱动力也就愈大，也即应力对氢的诱导扩散作用愈大。应力对氢的诱导扩散作用愈大。3
17、）氢的应力诱导扩散）氢的应力诱导扩散焊 接 缺 陷1.1.裂纹裂纹 1.31.3焊接技术培训焊接技术培训 B.焊接缺陷焊接缺陷 延时长短与与应力水平、扩散氢含量和氢的析出条件等因素延时长短与与应力水平、扩散氢含量和氢的析出条件等因素有关。具体的说，就是与焊接接头的拘束情况、应力集中程度、有关。具体的说，就是与焊接接头的拘束情况、应力集中程度、焊缝金属的扩散氢含量、冷却速度以及接头缺口处金属的韧性等焊缝金属的扩散氢含量、冷却速度以及接头缺口处金属的韧性等条件有关。条件有关。焊 接 缺 陷焊接技术培训焊接技术培训 B.焊接缺陷焊接缺陷 2.钢材的淬硬倾向作用（组织的钢材的淬硬倾向作用（组织的作用）
18、作用）M（马氏体）是典型的淬硬（马氏体）是典型的淬硬组织，这是由于间隙组织，这是由于间隙C原子的过原子的过饱和，使饱和，使Fe原子偏离平衡位置，原子偏离平衡位置，晶格发生明显的晶格发生明显的畸变畸变所致。当快所致。当快速冷却时，粗大的速冷却时，粗大的A转变成粗大转变成粗大的的M，硬淬的，硬淬的M断裂时所需的能断裂时所需的能量较低。量较低。因此，焊接接头中有马氏体存在因此，焊接接头中有马氏体存在时，裂纹易于形成和扩展。时，裂纹易于形成和扩展。马氏体对冷裂的影响除了其本马氏体对冷裂的影响除了其本身的脆性外，还与不平衡结晶所身的脆性外，还与不平衡结晶所造成的较多晶格缺陷有关。这些造成的较多晶格缺陷有
19、关。这些缺陷在应力作用下会迁移、集中，缺陷在应力作用下会迁移、集中，而形成裂源。裂源数量增多，扩而形成裂源。裂源数量增多，扩展所需能量又低，必然使冷裂敏展所需能量又低，必然使冷裂敏感性明显增大。感性明显增大。如果仅以如果仅以M的数量来对比不同钢的数量来对比不同钢种的冷裂敏感性，会造成较大的误种的冷裂敏感性，会造成较大的误差。不同组织对冷裂纹的敏感性，差。不同组织对冷裂纹的敏感性，大致按下列顺序递增：大致按下列顺序递增：焊 接 缺 陷 B.焊接缺陷焊接缺陷 焊接技术培训焊接技术培训某材料冷却速度对组织的影响：某材料冷却速度对组织的影响：焊 接 缺 陷 B.焊接缺陷焊接缺陷 焊接技术培训焊接技术培
20、训焊 接 缺 陷焊接技术培训焊接技术培训 B.焊接缺陷焊接缺陷 焊 接 缺 陷焊接技术培训焊接技术培训1.1.裂纹裂纹 1.31.3 B.焊接缺陷焊接缺陷 焊 接 缺 陷1.1.裂纹裂纹 1.31.3焊接技术培训焊接技术培训 B.焊接缺陷焊接缺陷 2.合理选择和使用焊接材料合理选择和使用焊接材料 1.选用对冷裂敏感性低的母材选用对冷裂敏感性低的母材2.1 选用优质低氢焊接材料或低氢的焊接方法。选用优质低氢焊接材料或低氢的焊接方法。对于重要结构，则应选择低氢、超低氢、超高强度韧性的焊接材对于重要结构，则应选择低氢、超低氢、超高强度韧性的焊接材料。料。严格控制氢的来源严格控制氢的来源。CO2气体保
21、护电弧焊具有氧化性，可以获得低氢焊缝（气体保护电弧焊具有氧化性，可以获得低氢焊缝（H仅仅为为0.041.0ml/100g）。）。焊 接 缺 陷1.1.裂纹裂纹 1.31.3焊接技术培训焊接技术培训 B.焊接缺陷焊接缺陷 2.合理选择和使用焊接材料合理选择和使用焊接材料 焊 接 缺 陷1.1.裂纹裂纹 1.31.3焊接技术培训焊接技术培训 B.焊接缺陷焊接缺陷 1）钢种的强度等级）钢种的强度等级 在焊缝与母材等强的情况下，钢材的强度在焊缝与母材等强的情况下，钢材的强度s越高，预热温度也应越高，预热温度也应越高越高 2）焊条类型）焊条类型 3）坡口形式）坡口形式 坡口根部所造成的应力集中越严重，要
22、求的预热温度越高。坡口根部所造成的应力集中越严重，要求的预热温度越高。4）环境温度）环境温度 环境温度过低会使冷却速度上升，预热温度应相应提高，环境温度过低会使冷却速度上升，预热温度应相应提高，DNV-OS-C401中规定最大可以提高中规定最大可以提高25。3.制定合理的焊接工艺制定合理的焊接工艺 3.1合理的预热温度和控制层间温度合理的预热温度和控制层间温度 选择最佳预热温度。影响预热温度的因选择最佳预热温度。影响预热温度的因素有以下几方面：素有以下几方面：焊 接 缺 陷焊接技术培训焊接技术培训 B.焊接缺陷焊接缺陷 3.1.1合理的预热温度合理的预热温度焊 接 缺 陷 3.1.2 预热预热
23、和和层间温层间温度控制度控制温度测量设备温度测量设备:在焊接操作规程中应规定用来测量温度的设备在焊接操作规程中应规定用来测量温度的设备 测温棒测温棒;炭棒炭棒 (温度敏感材料温度敏感材料)温度表温度表(接触式热电偶接触式热电偶)无接触式测量光装置无接触式测量光装置 B.焊接缺陷焊接缺陷 焊接技术培训焊接技术培训焊 接 缺 陷测测量点量点间间的距离的距离t 50:A=4 x t,Max.50mmt 50:A=75:在紧接实行下一层操作前在紧接实行下一层操作前,多焊道焊缝和濒临母材温度多焊道焊缝和濒临母材温度-通常表示为最高温度通常表示为最高温度-在电弧通过短时间前必须测量焊缝金属的的层间温度在电
24、弧通过短时间前必须测量焊缝金属的的层间温度-通常得通常得,层间温度不应超过层间温度不应超过 220-250 220-250C.C.B.焊接缺陷焊接缺陷预热和层间温度预热和层间温度焊接技术培训焊接技术培训焊 接 缺 陷1.1.裂纹裂纹 1.31.3焊接技术培训焊接技术培训 B.焊接缺陷焊接缺陷 一般不采用增加线能量的方式来降低冷却速度。可能造成过一般不采用增加线能量的方式来降低冷却速度。可能造成过热区晶粒粗大，接头韧性下降，降低其抗裂性能。但热输入过热区晶粒粗大，接头韧性下降，降低其抗裂性能。但热输入过小，冷却速度快，增加淬硬冷裂倾向。小，冷却速度快，增加淬硬冷裂倾向。因此，因此，对每种钢的焊接
25、工艺评定合格的焊接热输入，都应严对每种钢的焊接工艺评定合格的焊接热输入，都应严格执行，不能随意乱动。格执行，不能随意乱动。3.制定合理的焊接工艺制定合理的焊接工艺3.2严格控制焊接线能量严格控制焊接线能量焊 接 缺 陷1.1.裂纹裂纹 1.31.3焊接技术培训焊接技术培训 B.焊接缺陷焊接缺陷 因冷裂存在潜伏期，一般在焊后一段时间后因冷裂存在潜伏期，一般在焊后一段时间后才产生。所以在裂纹产生之前进行热处理，才产生。所以在裂纹产生之前进行热处理，及所谓紧急后热，也就能达到防止冷裂的目及所谓紧急后热，也就能达到防止冷裂的目的。紧急后热工艺的关键就在于及时，一定的。紧急后热工艺的关键就在于及时，一定
26、要在热影响区冷却到产生冷裂纹的上限温度要在热影响区冷却到产生冷裂纹的上限温度TUC（一般在（一般在100左右）之前迅速加热，左右）之前迅速加热，加热温度也应高于加热温度也应高于TUC，并且需保温一定时，并且需保温一定时间。间。目的是使氢充分扩散逸出。若焊后间隔目的是使氢充分扩散逸出。若焊后间隔时间较长裂纹已经产生才后热就失去意义。时间较长裂纹已经产生才后热就失去意义。钢的碳当量越高，后热所需温度也越高，钢的碳当量越高，后热所需温度也越高，后热温度越高，则后热时间越短。后热温度越高，则后热时间越短。一般一般200，12h。3.制定合理的焊接工艺制定合理的焊接工艺 3.3紧急后热紧急后热焊 接 缺
27、 陷1.1.裂纹裂纹 1.31.3焊接技术培训焊接技术培训 B.焊接缺陷焊接缺陷 3.4 必要时焊后热处理必要时焊后热处理 焊后进行不同的热处理，可以分别起到消除扩散氢、降低和焊后进行不同的热处理，可以分别起到消除扩散氢、降低和消除残余应力、改善组织性能。消除残余应力、改善组织性能。3.制定合理的焊接工艺制定合理的焊接工艺焊 接 缺 陷1.1.裂纹裂纹 1.31.3焊接技术培训焊接技术培训 B.焊接缺陷焊接缺陷 4.加强现场管理加强现场管理 许多焊接裂纹事故并不是由于母材或焊材选择不当或结构设计不许多焊接裂纹事故并不是由于母材或焊材选择不当或结构设计不合理，更多的由于合理，更多的由于施工质量差
28、施工质量差所造成。因此要防止冷裂纹，在施工中所造成。因此要防止冷裂纹，在施工中应注意：应注意：1）彻底清理焊接坡口）彻底清理焊接坡口（除油、水、锈等，（除油、水、锈等，渗碳层氧化层要清理干净，严格限制渗碳层氧化层要清理干净，严格限制C、H的的侵入，侵入，现场这些处理很不好，这是现场几个项目造成横向冷裂的最现场这些处理很不好，这是现场几个项目造成横向冷裂的最主要得原因之一）主要得原因之一）2）保证焊条焊剂的烘干，保温，焊条筒保证预热和通电，随取随用；）保证焊条焊剂的烘干，保温，焊条筒保证预热和通电，随取随用；3）提高装配质量，减少填充金属量；）提高装配质量，减少填充金属量；4）严格焊工持证上岗制
29、度，保证焊接质量）严格焊工持证上岗制度，保证焊接质量5）注意施工环境）注意施工环境焊 接 缺 陷1.1.裂纹裂纹 1.31.3焊接技术培训焊接技术培训 B.焊接缺陷焊接缺陷 4.加强现场管理加强现场管理6）背面碳刨时，在去除缺陷的同时，不可使剩余的金属太薄，否则容易）背面碳刨时，在去除缺陷的同时，不可使剩余的金属太薄，否则容易被撕裂。被撕裂。7）合理的减小应力的焊接顺序）合理的减小应力的焊接顺序 先焊收缩量大、自由度大的焊缝。先焊收缩量大、自由度大的焊缝。8）锤击焊缝表面，使其产生压应力，以改善焊缝应力场，减）锤击焊缝表面，使其产生压应力，以改善焊缝应力场，减小延迟裂纹产生的几率。小延迟裂纹产
30、生的几率。除底层和盖面层不许锤击外，在破口除底层和盖面层不许锤击外，在破口内和焊趾处敲击。用风铲更好（震动频率越高越好）。内和焊趾处敲击。用风铲更好（震动频率越高越好）。焊 接 缺 陷焊接技术培训焊接技术培训 （1）热影响区的淬硬倾向（硬化）：）热影响区的淬硬倾向（硬化）：强度等级和含碳量低的钢，热影响区淬硬倾向小；强度等级和含碳量低的钢，热影响区淬硬倾向小；屈服强度屈服强度450MPa以上的低合金高强钢，热影响区可能出以上的低合金高强钢，热影响区可能出现硬而脆的马氏体组织，冲击韧性下降，冷裂敏感性增大，可现硬而脆的马氏体组织，冲击韧性下降，冷裂敏感性增大，可焊性变差。焊性变差。防止硬化的措施
31、：防止硬化的措施：采用适中的线能量配合以适当的预热，以获得适当小的焊采用适中的线能量配合以适当的预热，以获得适当小的焊接冷却速度。因为线能量增大可使硬化倾向降低，但易使晶粒接冷却速度。因为线能量增大可使硬化倾向降低，但易使晶粒长大。长大。低合金结构钢的焊接特点：低合金结构钢的焊接特点：（2）焊接接头的冷裂纹倾向：）焊接接头的冷裂纹倾向：产生冷裂纹的三要素：产生冷裂纹的三要素：热影响区或焊缝金属的淬硬倾向（组织硬化）热影响区或焊缝金属的淬硬倾向（组织硬化）焊接接头的拉应力存在（拘束度大）焊接接头的拉应力存在（拘束度大）焊缝金属内的高含氢量（扩散氢的影响）焊缝金属内的高含氢量（扩散氢的影响）B.焊
32、接缺陷焊接缺陷 2.3 低温用钢的焊接工艺前面讲过的很多材料，如D级以上的船板，包括16Mn材料，都具有低温性能，随着行业分工的进一步深入，钢厂同时开发了专用的耐低温材料，如A333，16MnD，09MnNiD，KL33以及一些如2.5Ni（70）和3.5Ni（90）钢。对低温用钢的主要要求是应保证在使用温度下具有足够的塑性及抵抗脆性破坏的能力。低温用钢由于含碳量低,淬硬倾向和冷裂倾向小，所以焊接性良好。焊接时，为避免焊缝金属及热影响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
33、高，层间温度不得大于250。低温用钢焊后可进行消除应力热处理，以降低焊接结构的脆断倾向。A333及KL33焊接，我公司选用的焊材是TGS1N和LB52NS。2.4珠光体耐热钢的焊接工艺高温下具有足够的强度和抗氧化性的钢称为耐热钢，以Cr、Mo为主要合金元素的低合金耐热钢，基体组织是珠光体（或珠光体+铁素体）称为珠光体耐热钢，常用钢号有1.25Cr-0.5Mo,2.25Cr-1Mo等，我公司海工项目高压泥浆管线上使用的AISI 4130属于1.25Cr-0.5Mo系。由于珠光体耐热钢中含有一定量的Cr、Mo和其它一些合金元素，所以热影响区会产生硬脆的马氏体组织，低温焊接或焊接刚性较大的结构时，易
34、形成冷裂纹。因此在焊接时应采取以下几项工艺措施：预热 预热是焊接珠光体耐热钢的重要工艺措施。为了确保焊接质量，不论在定位焊或正式施焊过程中，焊件都应预热并保持为80150。焊后缓冷 焊后应立即用石棉布覆盖焊缝及热影响区，使其缓慢冷却。焊后热处理 焊后应立即进行高温回火，防止产生延迟裂纹、消除应力和改善组织。焊后热处理温度应避免在350500温度区间内进行，因珠光体耐热钢在该温度区间内有强烈的回火脆性现象。当耐热钢以调质(Q+T)供货时，焊后热处理的温度必须低于母材调质处理的回火温度。3.不锈钢 不锈钢是在空气中或化学腐蚀介质中能够抵抗腐蚀的一种高合金钢。不锈钢具有美观的表面和良好的耐腐蚀性能，
35、不必经过镀色等表面处理，就能发挥所固有的表面性能。从金相学角度分析，因为不锈钢含有铬而使表面形成很薄的铬膜，这个膜隔离开了介质中的氧化物质而使不锈钢起到耐腐蚀的作用。为了保持不锈钢所固有的耐腐蚀性，钢必须含有质量分数在12%以上的铬。不锈钢种类：不锈钢可以按用途、化学成分及金相组织来大体分类。以奥氏体系类的钢由18%铬-8%镍为基本组成，各元素的加入量变化的不同，而开发各种用途的钢种。以化学成分分类：Cr系列：铁素体系列、马氏体系列 Cr-Ni系列：奥氏体系列，异常系列，析出硬化系列。以金相组织的分类：奥氏体不锈钢 铁素体不锈钢 马氏体不锈钢 双相不锈钢 沉淀硬化不锈钢 3.1不锈钢的晶间腐蚀
36、不锈钢在腐蚀介质作用下，在晶粒之间产生的一种腐蚀现象称为晶间腐蚀。产生晶间腐蚀的不锈钢，当受到拉应力作用时，即会沿晶界断裂、强度几乎完全消失，这是不锈钢的一种最危险的破坏形式。晶间腐蚀可以分别产生在焊接接头的热影响区、焊缝或熔合线上，在熔合线上产生的晶间腐蚀又称刀状腐蚀。不锈钢具有耐腐蚀能力的必要条件是铬的质量分数必须大于12%。当温度升高时，碳在不锈钢晶粒内部的扩散速度大于铬的扩散速度。因为室温时碳在奥氏体中的熔解度很小，约为0.02%0.03%，而一般奥氏体不锈钢中的含碳量均超过此值，故多余的碳就不断地向奥氏体晶粒边界扩散，并和铬化合，在晶间形成碳化铬的化合物，如（CrFe）23C8等。但
37、是由于铬的扩散速度较小，来不及向晶界扩散，所以在晶间所形成的碳化铬所需的铬主要不是来自奥氏体晶粒内部，而是来自晶界附近，结果就使晶界附近的含铬量大为减少，当晶界的铬的质量分数低到小于12%时，就形成所谓的“贫铬区”，在腐蚀介质作用下，贫铬区就会失去耐腐蚀能力，而产生晶间腐蚀。3.2不锈钢产生晶间腐蚀的“危险温度区”（敏化温度区）不锈钢产生晶间腐蚀与钢的加热温度和加热时间有关。304(L)不锈钢的晶间腐蚀与加热温度和加热时间的关系，见图3。从图中可看出，当加热温度小于450或大于850时，不会产生晶间腐蚀。因为温度小于450时，由于温度较低，不会形成碳化铬化合物；而当温度超过850时，晶粒内的铬
38、扩散能力增强，有足够的铬扩散至晶界和碳结合，不会在晶界形成贫铬区。所以产生晶间腐蚀的加热温度为450850，这个温度区间就称为产生晶间腐蚀的“危险温度区”或称“敏化温度区”，其中尤以650为最危险。焊接时，焊缝两侧热影响区中处于危险温度区的地带最易发生晶间腐蚀，即使在焊缝冷却过程中，其温度也要穿过危险温度区，所以也会产生晶间腐蚀。焊接接头在危险温度区停留的时间越短，接头的耐晶间腐蚀能力越强，所以不锈钢焊接时，快速冷却是提高接头耐腐蚀能力的有效措施。由于奥氏体不锈钢冷却过程中没有马氏体的转变过程，所以快速冷却不会使接头淬硬（可以在非焊接侧浇水）。3.3不锈钢焊接时，为什么要控制焊缝中的含碳量？随
39、着不锈钢中含碳量的增加，在晶界生成的碳化铬随之增多，使得在晶界形成贫铬区的机会增多，在腐蚀介质中产生晶间腐蚀的倾向就会增加。因此不锈钢焊接时，为提高接头的耐腐蚀能力，必需控制焊缝中的含碳量，采取的措施是：采用超低碳不锈钢及其焊接材料 奥氏体不锈钢根据含碳量的不同，可分成三个等级：即一般含碳量级，碳的质量分数为0.14%；低碳级的为0.06%；超低碳级的为0.03。因为室温时，奥氏体中能溶解的最大碳的质量分数为0.02%0.03%，所以超低碳奥氏体不锈钢原则上就不会产生晶间腐蚀。属于超低碳的奥氏体不锈钢有304L和316L等。焊接这类钢时，应采用超低碳不锈钢焊材。在母材或焊接材料中添加稳定剂 在
40、钢材和焊接材料中加入Ti、Nb等与碳的结合能力比铬更强的元素，能够与碳结合成稳定的碳化物，可以避免在奥氏体晶界形成贫铬区。所以，常用奥氏体不锈钢及焊接材料中都含有Ti或Nb等元素。进行固溶处理 焊后将焊接接头加热到10501100，此时碳又重新溶入奥氏体中，然后急速冷却，便得到了稳定的奥氏体组织，这种工艺处理称为固溶处理。固溶处理的缺点是，如果焊接接头需要在危险温度区工作，则仍不可避免地会形成贫铬区。进行稳定化处理 将焊接接头加热至850900，保温2h，使奥氏体晶粒内部的铬有充分时间扩散至晶界，使晶界处铬的质量分数又恢复到大于12%，贫铬区得以消失。3.4为什么奥氏体不锈钢中要求具有一定数量
41、的铁素体组织？18-8型奥氏体不锈钢中，具有一定数量的铁素体组织，可以增加钢材的抗热裂纹及耐晶间腐蚀的能力。铁素体对热裂纹的影响1）铁素体可以细化奥氏体组织，并在一定程度上打乱树枝晶的方向性，见图4。如果焊缝是单相组织，奥氏体柱状晶很粗大，易熔共晶物集中在较少的晶界上，形成较厚的晶间偏析夹层，焊后冷却过程中在拉应力的作用下很容易沿晶界被拉裂，形成热裂纹。若在组织中加入了少量铁素体后，会使柱状晶变细，晶界增多，同样数量的易熔共晶物被分割，将不连续地分散在各个晶界上，从而降低热裂纹倾向。2）铁素体能比奥氏体溶解更多的有害杂质如S、P等。铁素体对晶间腐蚀的影响 双相组织对防止晶间腐蚀的有利作用，见图
42、5。单相组织的焊缝由于柱状晶发展较快，晶间夹层厚而连续，析出碳化物后，贫铬区贯穿于晶粒之间，构成侵蚀性介质的腐蚀通道。双相组织的焊缝由于树枝晶被打乱，晶间夹层分散而不连续，并且由于铁素体中的含铬量远高于奥氏体，碳化铬优先在铁素体的边缘以内析出，因而不致在晶界上形成贫铬区，即使形成了贫铬区，也容易从邻近的富铬铁素体中，及时得到铬的补充。3.5如何保证不锈钢焊缝金属能得到双相组织？钢中的合金元素是形成双相组织的主要因素。合金元素对组织的影响可以分为两大类：奥氏体生成剂：Ni、N、Cu、Co、C、Mn。铁素体生成剂：Cr、Nb、Ti、Si、V、Mo。当不锈钢中的含碳量与含镍量之比大于1.8时，就会出
43、现铁素体组织。因此，为了保证焊接不锈钢时焊缝金属能得到双相组织，关键在于选择含铁素体生成剂比较多的焊接材料。如焊接1Cr18Ni9Ti不锈钢时，常选用A132焊条，因为该焊条中含有一定量的Ti、Nb，焊缝金属为双相组织，具有较高的抗热裂和耐腐蚀能力。实践证明，焊缝组织中铁素体的质量分数为2%3%时，就能足以防止产生热裂纹，焊接18-8型不锈钢用焊条都能保证堆焊金属中含有质量分数为3%8%的铁素体，因此这类焊条都有较强的抗热裂能力。当焊接奥氏体不锈钢或多层焊的根部焊道，可采用铁素体含量更高（质量分数5%10%）的焊条，如Cr、Ni比更高的Cr22Ni9型焊条A122。但是，焊缝金属中出现更多的铁
44、素体含量是不必要的，因为过多的铁素体会引起焊缝金属的脆化，尤其是工作在高温下的焊接结构，通常铁素体的质量分数应控制在5%以内。3.6焊接单相奥氏体不锈钢时如何防止产生热裂纹？单相奥氏体不锈钢如0Cr25Ni20焊接时的热裂倾向比1Cr18Ni9Ti不锈钢要大得多，特别是在根部打底焊道以及弧坑处最易产生热裂纹。但是这类钢不能依靠加入少量铁素体来提高抗裂性。因为要在焊缝中形成铁素体，势必加入大量铁素体形成元素，这就使焊缝的成分和性能与母材相差太大，以致不能满足接头的使用要求。此外，更多的铁素体还会使接头脆化。焊接单相奥氏体钢时防止产生热裂纹的主要措施是：1）适当提高含碳量，使焊缝中形成一定数量的碳
45、化物，与奥氏体组织成双相组织。通常认为，碳是引起热裂纹的主要元素，特别是在18-8型钢焊缝中，当碳的质量分数从0.06%0.08%增加到0.12%0.14%时，热裂倾向显著增加；如果继续增高0.18%0.20%时，热裂倾向就更大。因此对于18-8型不锈钢，总是力求降低焊缝中的含碳量，以保证足够的抗裂性能。但是在单相奥氏体不锈钢中，由于含碳量比较高，已经高到足以引起热裂纹的程度，要限制它的含量已不可能。这时如果再提高碳的含量，使焊缝中保持适量的碳化物共晶，由于这种共晶物的熔点低、流动性好，在熔池结晶过程中呈弥散分布，可以细化奥氏体晶粒，并在熔池金属发生收缩和晶间薄层被拉断的瞬间及时填充到晶间的空
46、隙中去，使裂纹不致产生。2）在焊缝中加入适量的Mn、Mo金属元素，可提高抗热裂性，对于25-20型、15-36型等单相奥氏体不锈钢种，可加入质量分数为6%7%的Mn或2%5%的Mo。又例如，0Cr25Ni20Mo2型的焊条A412，就有质量分数为2%3%Mo。3）严格控制焊缝金属中S、P等有害杂质的含量。例如，焊接25-20型铸钢件时，如果用和母材成分相同的焊条或焊丝，只要焊缝中磷的质量分数不超过0.015%，不再采取其它措施，就能有效地防止裂纹。3.7不锈钢焊接接头的脆化现象不锈钢的焊缝在高温加热一段时间后，出现冲击韧度下降的现象称为脆化。475脆性 含有较多铁素体相（超过15%20%）的双
47、相焊缝金属，经过350500加热后，塑性和韧性会显著降低，即性质脆化。由于在475时脆化速度最快，故称为“475脆性”。铁素体越多，这种脆化越严重。已产生475脆化的焊缝，可以900淬火消除。相脆化 不锈钢焊接接头在375875范围内长期使用，会产生一种Fe-Cr金属间化合物，称为“相”。相硬而脆，硬度大于68HRC时，由于相析出的结果，焊缝的冲击韧度急剧下降，这种现象称为“相脆化”。通常认为，相是由铁素体演变而来，当铁素体的质量分数超过5%时，很快会形成相。因此，对于高温下使用的不锈钢材料，为了防止出现相，必须控制铁素体的含量。为了消除已经生成的相，恢复焊接接头的韧性，可以把焊接接头加热到1
48、0001050，然后快速冷却。相在1Cr18Ni9Ti不锈钢的焊缝中一般不会产生。熔合线脆断 不锈钢焊件在高温下长期使用，在沿焊缝熔合线外几个晶粒的地方，会发生脆断现象，此现象称为熔合线脆断。钢中加入Mo元素能提高钢材抗脆断的能力。AWS D 1.1/D1.1M:2019 C-3.14 Postweld Heat Treatment(continued)不妥之处,欢迎交流指正.谢谢大家!COSCO NANTONG SHIPYARD CO.,LTD.COSCO NANTONG SHIPYARD CO.,LTD.南通中远船务工程有限公司南通中远船务工程有限公司质量部质量部 焊接室焊接室docin/sanshengshiyuandoc88/sanshenglu 更多精品资源请访问更多精品资源请访问
