1、121 1-1 -1 金属焊接性概念金属焊接性概念1 1、金属焊接性概念、金属焊接性概念GB/T3375-94GB/T3375-94焊接术语焊接术语 它包括两方面的内容：它包括两方面的内容：A A、结合性能：、结合性能：即在一定的焊接工艺条件下，被焊金属形即在一定的焊接工艺条件下，被焊金属形成焊接缺陷（裂纹、夹渣、气孔等）的敏感性；成焊接缺陷（裂纹、夹渣、气孔等）的敏感性；B B、使用性能：、使用性能：即在一定的焊接工艺条件下，被焊金属的即在一定的焊接工艺条件下，被焊金属的焊接接头对使用性能要求的适应性。焊接接头对使用性能要求的适应性。好焊与不好焊的问题好焊与不好焊的问题3 （二）工艺焊接性（
2、二）工艺焊接性 材料具有一定的焊接性，但不一定能够形成材料具有一定的焊接性，但不一定能够形成一个真正能用的焊接接头，要考虑工艺焊接性一个真正能用的焊接接头，要考虑工艺焊接性。即实际工艺的可行性。即实际工艺的可行性。理论上具有焊接性，但实际实施非常困难，需理论上具有焊接性，但实际实施非常困难，需要复杂的苛刻的施工条件才能完成焊接施工；或要复杂的苛刻的施工条件才能完成焊接施工；或者即使完成焊接施工，焊接接头质量（使用性能）者即使完成焊接施工，焊接接头质量（使用性能）也不能保证。也不能保证。焊接性不良焊接性不良 4 工艺焊接性包括冶金焊接性与热焊接性工艺焊接性包括冶金焊接性与热焊接性（1 1）冶金焊
3、接性）冶金焊接性冶金焊接性是指冶金反应对焊缝性能和产生缺陷的影冶金焊接性是指冶金反应对焊缝性能和产生缺陷的影响程度，它包括合金元素的氧化、还原、蒸发、氢、氧响程度，它包括合金元素的氧化、还原、蒸发、氢、氧、氮的溶解，对气孔、夹杂、裂纹等缺陷的敏感性。、氮的溶解，对气孔、夹杂、裂纹等缺陷的敏感性。（2 2）热焊接性）热焊接性热焊接性是指焊接热过程对焊接热影响区组织性能及热焊接性是指焊接热过程对焊接热影响区组织性能及产生缺陷的影响程度，它用于评定被焊金属对热作用的产生缺陷的影响程度，它用于评定被焊金属对热作用的敏感性。敏感性。5（三）使用焊接性（三）使用焊接性 使用焊接性是指焊接接头或整体结构满足
4、各使用焊接性是指焊接接头或整体结构满足各种使用性能的程度，其中包括常规的力学性能，种使用性能的程度，其中包括常规的力学性能，低温韧性，高温蠕变，疲劳性能，持久强度，以低温韧性，高温蠕变，疲劳性能，持久强度，以及抗腐蚀性和耐磨性等。及抗腐蚀性和耐磨性等。6（四）、焊接性评价标准（四）、焊接性评价标准工艺焊接性工艺焊接性7 （五）、影响焊接性的因素（五）、影响焊接性的因素（1 1）材料因素）材料因素 焊接金属、焊接材料（焊条、焊丝、焊剂、保焊接金属、焊接材料（焊条、焊丝、焊剂、保护气体）所有材料护气体）所有材料影响熔池冶金和结晶过程，焊影响熔池冶金和结晶过程，焊接金属主要影响焊接接金属主要影响焊接
5、HAZHAZ区性能区性能 （2 2）工艺因素）工艺因素 同一材料，不同的方法同一材料，不同的方法不同的焊接性不同的焊接性 焊前预热、焊后热处理焊前预热、焊后热处理 焊条焊剂的烘干，坡口清理等：严格按规范焊条焊剂的烘干，坡口清理等：严格按规范执行执行 8 纯铝焊接：纯铝焊接：气焊热源温度低、热量分散、保气焊热源温度低、热量分散、保护不良护不良难以避免气孔、未焊透等缺陷难以避免气孔、未焊透等缺陷焊接性焊接性很差；氩弧焊很差；氩弧焊焊接性良好焊接性良好焊接接头质量满足焊接接头质量满足性能要求。性能要求。过热敏感的低合金高强钢：过热敏感的低合金高强钢：为了降低焊接线为了降低焊接线能量，避免过热，可采用
6、电子束焊、等离子焊能量，避免过热，可采用电子束焊、等离子焊和和脉冲电弧焊等脉冲电弧焊等铸铁：铸铁：防止产生白口，加大线能量，减缓冷防止产生白口，加大线能量，减缓冷却速度，宜采用电渣焊、气焊等，焊接热源分散，却速度，宜采用电渣焊、气焊等，焊接热源分散，功率密度低，冷却慢功率密度低，冷却慢 9 （3 3）结构因素）结构因素 焊接接头的刚度、应力集中和多轴应力等，在焊接接头的刚度、应力集中和多轴应力等，在拘束尽量小的条件下焊件拘束尽量小的条件下焊件（4 4）使用条件）使用条件 焊接结构必需符合使用条件的要求。焊接结构必需符合使用条件的要求。载荷性质、工作温度、介质性质载荷性质、工作温度、介质性质 极
7、端条件下的焊接：腐蚀环境（海洋平台），极端条件下的焊接：腐蚀环境（海洋平台），高温环境（汽轮机、发电机），低温环境（低温设高温环境（汽轮机、发电机），低温环境（低温设施），辐射环境（核设施），等施），辐射环境（核设施），等 10常用金属材料的焊接性能常用金属材料的焊接性能材料种类材料种类焊接性焊接性主要焊法主要焊法工艺措施工艺措施低碳钢低碳钢良好良好所有方法所有方法 一般不需，只有一般不需，只有焊厚大构件或在焊厚大构件或在00以以下低温环境中焊接时，下低温环境中焊接时，应适当预热应适当预热低合金结低合金结构钢构钢低强度低强度良好良好焊弧、埋弧、焊弧、埋弧、电渣、电渣、COCO2 2高强度高强度
8、较差较差焊弧、埋弧、焊弧、埋弧、电渣、电渣、Ar+COAr+CO2 2焊前需预热，重要件焊焊前需预热，重要件焊后去应力退火后去应力退火中碳钢中碳钢较差较差焊弧、埋弧、焊弧、埋弧、气焊等气焊等 焊前预热，焊前预热，焊后缓冷焊后缓冷高碳钢高碳钢很差很差焊弧、埋弧、焊弧、埋弧、气焊等气焊等 焊前预热，焊前预热，焊后缓冷并热处理焊后缓冷并热处理11材料种类材料种类焊接性焊接性主要焊法主要焊法工艺措施工艺措施不锈不锈钢钢奥氏体奥氏体良好良好 氩弧焊、氩弧焊、焊弧、埋弧焊弧、埋弧不需不需马氏体马氏体铁素体铁素体较差较差焊前预热，焊后缓冷焊前预热，焊后缓冷，有时需热处理，有时需热处理铜、铝、钛铜、铝、钛等有
9、色金属等有色金属较差较差氩弧焊、气焊、氩弧焊、气焊、电阻焊、钎焊电阻焊、钎焊 厚板需焊前预热厚板需焊前预热铸铁铸铁极差极差（只焊补）（只焊补）焊弧焊、焊弧焊、气焊（薄壁）气焊（薄壁）重要件、复杂件重要件、复杂件 焊前焊前预热，焊后缓冷预热，焊后缓冷（续表）12在环境温度0oC以下施工，构件预热100150oC常见缺陷是裂纹和气孔。氩弧焊、气焊、电阻焊、钎焊自回火：碳原子通过扩散沿晶体缺陷偏聚而使M强化的现象a 研制能在窄坡口中实现埋弧焊的焊嘴F、在焊后回火时，注意回火脆性。夹具和焊件必须是无磁性物质，否则必须进行完全的退磁处理。（9）明弧，能观察电弧及熔池目的：评价低合金钢冷裂纹敏感性为了保证
10、母材性能在制造过程中不下降，不允许采用热弯、热卷成形，矫正的加热温度不得超过焊前回火温度。目的：评价低合金钢冷裂纹敏感性电子束焊接是利用会聚的高能量电子束轰击工件后，将动能转化为热能，从而使焊件熔化，形成焊缝焊接后为改善焊接接头的组织和性能或消除残余应力而进行的热处理。第六章 金 属 焊 接 性试验按GB232-88金属弯曲试验法，在拉力机上进行。（5）计算：（3）抗锈能力强，焊缝含氢量低。防止裂纹、过热区脆化和HAZ软化防止冷裂纹的临界预热温度C、A不锈钢应防止出现晶间腐蚀倾向；13（一）从金属的特性分析焊接性（一）从金属的特性分析焊接性1.化学成分化学成分1）碳当量法）碳当量法 钢材中的各
11、种元素，碳对淬硬及冷裂影响最显著钢材中的各种元素，碳对淬硬及冷裂影响最显著，所以有人将钢材中各种元素的作用按照相当于若干，所以有人将钢材中各种元素的作用按照相当于若干含碳量折合并迭加起来，求得所谓的含碳量折合并迭加起来，求得所谓的“碳当量碳当量”(Ceq)，以，以Ceq值的大小估价冷裂纹倾向的大小，认为值的大小估价冷裂纹倾向的大小，认为Ceq值值越小，钢材的焊接性能越好。越小，钢材的焊接性能越好。14 15 16 17 18 三、焊接性试验三、焊接性试验（一）试验内容（一）试验内容1 1、焊缝金属抵抗产生热裂纹的能力、焊缝金属抵抗产生热裂纹的能力2 2、焊缝及、焊缝及HAZHAZ区抵抗产生冷裂
12、纹的能力区抵抗产生冷裂纹的能力3 3、焊接接头金属抗脆性转变能力、焊接接头金属抗脆性转变能力4 4、焊接接头的使用性能、焊接接头的使用性能 （二）焊接性试验方法（二）焊接性试验方法模拟类方法，实焊类方法，理论计算类方法模拟类方法，实焊类方法，理论计算类方法 1920（三）（三）焊接性评定及试验方法焊接性评定及试验方法1 1、间接评定、间接评定1 1）、）、b b 20mm20mm的钢材的钢材 ：CECE0.4%0.4%时，钢材的淬硬性不大，焊接性良好，焊前不需要预热时，钢材的淬硬性不大，焊接性良好，焊前不需要预热 CECE0.4-0.6%0.4-0.6%时，钢材易于淬硬，需预热，预热温度时，钢
13、材易于淬硬，需预热，预热温度70-20070-200；CECE0.6%0.6%时，钢材的淬硬倾向大，焊接性差。时，钢材的淬硬倾向大，焊接性差。碳当量越小，焊接性越好碳当量越小，焊接性越好21 适用对象：适用对象：低合金调质钢（低合金调质钢（b b=500-1000MPa=500-1000MPa）成分要求：成分要求：w wC C0.2%0.2%；w wSiSi0.55%0.55%；w wMnMn1.5%1.5%；w wCuCu2.5%2.5%；w wNiNi2.5%2.5%；w wCrCr1.25%1.25%；w wMoMo0.7%0.7%；w wV V0.1%0.1%；w wB B0.006%
14、0.006%。b b500MPa500MPa，CeqCeq0.46%0.46%时，可不预热时，可不预热b b600MPa600MPa，CeqCeq0.52%0.52%时，预热时，预热7575b b700MPa700MPa，CeqCeq0.52%0.52%时，预热时，预热100100b b800MPa800MPa，CeqCeq0.62%0.62%时，预热时，预热150150 适用对象：适用对象：碳钢和低合金高强钢碳钢和低合金高强钢222 2）、冷裂纹敏感系数法）、冷裂纹敏感系数法P PcmcmC CMn/20Mn/20Si/30Si/30Cu/20Cu/20Ni/60Ni/60Cr/20Cr/2
15、0Mo/15Mo/15V/10V/105B5B（%）适用条件：适用条件：w wC C0.07-0.22%0.07-0.22%；w wSiSi0.60%0.60%；w wMnMn0.4-1.40%0.4-1.40%；w wCuCu0.50%0.50%；w wNiNi1.20%1.20%；w wCrCr1.20%1.20%；w wMoMo0.7%0.7%；w wV V0.12%0.12%；w wNbNb0.04%0.04%；w wTiTi0.05%0.05%；w wB B0.005%0.005%。19-50mm19-50mm；HH1.0-5.0mL/100g1.0-5.0mL/100g。板厚（板厚
16、（mmmm）R-R-拘束度（拘束度（MPaMPa）HH焊缝中扩散氢含量（焊缝中扩散氢含量（mL/100gmL/100g）；）；HHDD熔敷金属中的有效扩散氢含量（熔敷金属中的有效扩散氢含量（mL/100gmL/100g）有效系数（低氢型焊条有效系数（低氢型焊条=0.5=0.5，HHD=HD=H；酸性焊条；酸性焊条=0.48=0.48，HHD=H/2D=H/2）23第六章 金 属 焊 接 性出现冷裂，采用小线能量焊接，可降低脆化第六章 金 属 焊 接 性B、对含有一定量Cr、Mo、V等的低合金钢结构，应防止出现再热裂纹；第六章 金 属 焊 接 性熔池凹度越大，敏感性大15MnVNCu、15MnV
17、TiRe、14MnVTiRe等，厚度大于但也不是冷速越高越好，过分提高冷速可能使塑性下降并导致冷裂纹产生，对强度级别高的钢都存在一个韧性最佳的冷却时间t8/5，此时对应的组织为M+B下（10-30%）；第六章 金 属 焊 接 性主要是过热区的脆化问题。整齐、焊剂耗量低等优点。（2）机械结构类型插销试样形状、尺寸实例（2）根据焊接结构所用材料、板厚范围、结构形式等因素确定所需弧焊电源的容量，参照弧焊电源技术数据，选用相应的电源第六章 金 属 焊 接 性软化部位：加热温度为t回Ac1之间的区域只有当焊接线能最过大时，会导致过热区奥氏体晶粒严重粗化，冷却时生成魏氏组织，这时才会出现脆化现象。能伸入窄
18、坡口的导电嘴、焊剂输出口，焊缝跟踪自动检测传感器490MPa级，Ceq0.主合金化元素：Mn、Ni、Cr（s s 时，认为工艺安全。时，认为工艺安全。33 342 2、焊接热裂纹敏感性试验方法、焊接热裂纹敏感性试验方法 1 1）压板对接（压板对接（FISCO)FISCO)焊接裂纹试验方法焊接裂纹试验方法GB4675.4-84),GB4675.4-84),可用于评定焊条焊缝的热裂纹敏感性。可用于评定焊条焊缝的热裂纹敏感性。（1 1）准备试件）准备试件 试件材质与焊件相试件材质与焊件相同，采用原板厚，开同，采用原板厚，开I I形坡口。形坡口。采用机械加工方法。采用机械加工方法。35（2 2）试验装
19、置）试验装置36（3 3）试验步骤）试验步骤 把试件安装在把试件安装在C C形装置中，调好坡口间隙。将螺栓旋形装置中，调好坡口间隙。将螺栓旋紧，在水平、垂直方向顶紧试板。用待试焊条焊紧，在水平、垂直方向顶紧试板。用待试焊条焊4 4条长条长约约40mm40mm的试验焊缝。的试验焊缝。10min10min后，取出试件，沿焊缝弯断后，取出试件，沿焊缝弯断，观察断面有无裂纹。，观察断面有无裂纹。（4 4）计算裂纹率）计算裂纹率C C C=(l C=(li i/L/Li i)100%100%式中：式中：l li i 4 4条试验焊缝上的裂纹长度之和（条试验焊缝上的裂纹长度之和（mmmm）；）；L Li
20、i 4 4条焊缝的长度之和（条焊缝的长度之和（mm mm）。）。37第六章 金 属 焊 接 性强化机理：相变强化（调质处理b500MPa，Ceq0.线能量越大，过热区晶粒粗大，晶界熔化严重，晶界面积减少，容易形成液态薄膜，液化裂纹敏感性增大4%时，钢材的淬硬性不大，焊接性良好，焊前不需要预热（2）机械结构类型F、在焊后回火时，注意回火脆性。345MPa级，Ceq0.2）焊接冷裂纹敏感系数熔覆率高、熔覆面积大、埋弧边缘平整、熔合线5%）、Cr-Mn-Ni-Mo-Si系Ar中加入He、CO2、O2，可以提高焊接效率电子束是最佳焊接方法。1、焊缝金属抵抗产生热裂纹的能力The demonstrati
21、on weld completed第六章 金 属 焊 接 性脉冲电弧间歇时维持导电状态。（10）填充金属的填加量不受焊接电流影响要采取严格的工艺措施。四、熔化极气体保护焊（三）（三）使用焊接性直接试验方法使用焊接性直接试验方法 不同产品有不同使用性能要求，共同的性能要不同产品有不同使用性能要求，共同的性能要求是必需满足常规的力学性能要求。求是必需满足常规的力学性能要求。1 1、焊接接头常规力学性能试板制备、焊接接头常规力学性能试板制备 宽度：应满足焊接接头拉伸试样、弯曲试样长度要求宽度：应满足焊接接头拉伸试样、弯曲试样长度要求；长度：应满足制取各种性能试样以及舍弃部分的要求长度：应满足制取各种
22、性能试样以及舍弃部分的要求；厚度：为焊件板厚。厚度：为焊件板厚。382 2、焊接接头拉伸试验、焊接接头拉伸试验 板接头板形拉伸试样板接头板形拉伸试样如图所示，至少如图所示，至少1 1个。个。按按GB228-87GB228-87金属拉金属拉伸试验法伸试验法，在拉力机，在拉力机上进行。上进行。393 3、焊接接头弯曲试验、焊接接头弯曲试验 试样种类和数量按相关标准制取。如无注明，可制试样种类和数量按相关标准制取。如无注明，可制取正弯、背弯、侧弯试样各不少于取正弯、背弯、侧弯试样各不少于1 1个，纵弯不少于个，纵弯不少于2 2个个。尺寸按。尺寸按GB2649-89GB2649-89中的规定。中的规定
23、。试验按试验按GB232-88GB232-88金属弯曲试验法金属弯曲试验法，在拉力机上，在拉力机上进行。进行。404 4、焊接接头冲击试验、焊接接头冲击试验 试样尺寸如图所示：试样尺寸如图所示：41 缺口按要求可开在焊缝、熔合线或缺口按要求可开在焊缝、熔合线或HAZHAZ，如图所，如图所示。示。冲击试样每组冲击试样每组3 3个。个。试验按试验按GB2106-80GB2106-80金属夏比（金属夏比（V V形缺口）冲击试验形缺口）冲击试验方法方法和和GB4159-84GB4159-84金属低温夏比冲击试验方法金属低温夏比冲击试验方法，在冲击试验机上进行。在冲击试验机上进行。（五）其它特殊性能试验
24、（五）其它特殊性能试验 如：耐腐蚀性能试验、高温性能试验等。如：耐腐蚀性能试验、高温性能试验等。42（四）析因理化试验（四）析因理化试验目的：分析影响金属焊接性的内在原因。目的：分析影响金属焊接性的内在原因。主要包括：主要包括：（1 1）焊接材料熔敷金属扩散氢测定试验；）焊接材料熔敷金属扩散氢测定试验；（2 2）焊接接头金相分析试验；）焊接接头金相分析试验；（3 3）焊接接头维氏硬度试验；）焊接接头维氏硬度试验；（4 4）化学成分分析试验；）化学成分分析试验；（5 5）焊接接头断口分析试验。）焊接接头断口分析试验。431 1、焊接材料熔敷金属扩散氢测定试验、焊接材料熔敷金属扩散氢测定试验 试验
25、方法有甘油法、水银法、色谱法等，常用的试验方法有甘油法、水银法、色谱法等，常用的是甘油法。是甘油法。（1 1）甘油法试验原理：甘油法试验原理：焊接试样，利用仪器收焊接试样，利用仪器收集从试样扩散出来的氢气。集从试样扩散出来的氢气。（2 2）测定装置：如图所示。测定装置：如图所示。（3 3）试样：焊条电弧焊：试样：焊条电弧焊：100100252512mm12mm （4 4）试验方法：试样焊接试验方法：试样焊接 以后，用丙酮清洗、吹干；以后，用丙酮清洗、吹干；在在90s90s内放入氢气收集器内；内放入氢气收集器内；经经72h72h后读取气体读数后读取气体读数VoVo。44 （5 5）计算：计算：V
26、 o=PVTo/PoWT V o=PVTo/PoWT 100100 式中：式中：P P 实验室气压实验室气压 KPa;KPa;V V 收集的氢气体积数收集的氢气体积数 ml;ml;W W 熔敷金属质量熔敷金属质量 （焊后试样质量（焊后试样质量焊前试样质量）焊前试样质量）g;g;Po Po 101 KPa;101 KPa;To To 273 K;273 K;T T （273+t273+t）k;k;t t 恒温箱中的温度恒温箱中的温度 。每组做每组做4 4个试样，求平均值。个试样，求平均值。452 2、焊接接头金相分析试验、焊接接头金相分析试验 从裂纹试件截取金相分析试样，对断面进行磨光、抛从裂纹
27、试件截取金相分析试样，对断面进行磨光、抛光和浸蚀，在光学显微镜下观察。光和浸蚀，在光学显微镜下观察。观察部位：焊缝、熔合观察部位：焊缝、熔合区、区、HAZHAZ、母材。、母材。3 3、焊接接头维氏硬度试验、焊接接头维氏硬度试验 在金相分析试样断面画一在金相分析试样断面画一 条平行于表面，且穿过各个区条平行于表面，且穿过各个区 的直线，在维氏硬度计上打硬的直线，在维氏硬度计上打硬 度。每隔度。每隔0.5mm0.5mm打一硬度，分打一硬度，分 布曲线如图所示，取布曲线如图所示，取HVmaxHVmax为为 评定参数。评定参数。46返回47第六章 金 属 焊 接 性同一材料，不同的方法不同的焊接性根据
28、材料厚度、产品结构和具体施工条件选择：对16Mn来说，只要板厚不太大巨冷却速度控制得当，由于焊接温度高，增强了氢的话动能力，使大部分氢会从焊缝中扩散逸出:同时，当焊缝冷却时，其组织会由奥氏体向铁素体等转变，由于氢在奥氏体中的溶解度大大高于在铁素体中的溶解度，又会有部分氮逸出。焊后于800500 冷却速度越大，淬硬越严重，生产率低，性能差非动载荷构件，可使用酸性焊条；在高Ni、低Mn的低合金高强钢中出现，其产生与Mn/S有关，C高，要求Mn/S高；典型钢种：14MnMoVN、HT60-HT80、HY80-HY130热裂纹是在焊接高温下产生的，其中危害最为严重的是结晶裂纹，由于结晶裂纹是在结晶后期
29、，由低熔点物质所形成液态薄膜而引发的。原因：在冷速较大时很容易形成硬脆的高碳M；焊缝及HAZ产生裂纹的敏感性如何第六章 金 属 焊 接 性T （273+t）k;16Mn含w(C)较低，w(Mn)较高，Mn/S比可以达到要求，具有较好的抗热裂性能、抗结晶裂纹性能，正常情况下不会出现热裂纹。5）焊枪结构及电气控制电路较复杂。第六章 金 属 焊 接 性酸性焊条焊接低碳钢：交流弧焊变压器或者即使完成焊接施工，焊接接头质量（使用性能）也不能保证。52%时，预热100焊前先根据具体焊接要求选定Ip、fP、K这些脉冲参数，焊接时主要调节焊接电流（总平均电流）、电弧电压及焊接速度等。典型钢种：30CrMnSi
30、、40Cr、35CrMoA、35CrMoVA（三）、常用焊接工艺措施（三）、常用焊接工艺措施1 1、预热、预热焊接开始前对焊件的全部（或局部）进行加热的工艺措施，焊接开始前对焊件的全部（或局部）进行加热的工艺措施，预热需达到的温度称为预热温度。预热需达到的温度称为预热温度。（1 1）作用：）作用：A A、减缓焊后的冷却速度，便于焊缝扩散氢的逸出，同时减轻、减缓焊后的冷却速度，便于焊缝扩散氢的逸出，同时减轻焊缝及焊缝及HAZHAZ淬硬程度，提高接头抗裂性；淬硬程度，提高接头抗裂性；B B、降低焊接应力；、降低焊接应力；C C、降低焊接结构的拘束度，降低裂纹发生率。、降低焊接结构的拘束度，降低裂纹
31、发生率。但焊前预热将增加能耗，同时使焊接条件恶化，因此，但焊前预热将增加能耗，同时使焊接条件恶化，因此，只要可能都应采用不预热或低温预热；铬镍只要可能都应采用不预热或低温预热；铬镍A A钢，预热将增加钢，预热将增加晶间腐蚀倾向，一般不能进行预热。晶间腐蚀倾向，一般不能进行预热。48（2 2）预热温度选择：）预热温度选择：多层多道焊时，应保证层间温度不低于预热温度。多层多道焊时，应保证层间温度不低于预热温度。（3 3）预热方法：）预热方法：对接接头每侧加热宽度不得小于板厚的对接接头每侧加热宽度不得小于板厚的5 5倍，一般在坡口倍，一般在坡口两侧各两侧各75-100mm75-100mm范围内保持一
32、个均热区域；范围内保持一个均热区域；局部预热，应根据被焊工件拘束度而定，一般应为焊缝局部预热，应根据被焊工件拘束度而定，一般应为焊缝区周围各区周围各3 3倍壁厚，且不小于倍壁厚，且不小于150-200mm150-200mm。492 2）、后热）、后热 焊接后立即对焊件的全部（或局部）进行加热或保温，焊接后立即对焊件的全部（或局部）进行加热或保温，使其缓冷的工艺措施。使其缓冷的工艺措施。后热的作用可避免形成淬硬组织及使氢逸出焊缝表面，后热的作用可避免形成淬硬组织及使氢逸出焊缝表面，防止裂纹产生。防止裂纹产生。消氢处理：消氢处理：焊后立即将焊件加热到焊后立即将焊件加热到250-350250-350
33、温度范围，温度范围，保温保温2-6h2-6h后空冷，它可使焊缝中的扩散氢加速逸出，大大降后空冷，它可使焊缝中的扩散氢加速逸出，大大降低焊缝和低焊缝和HAZHAZ中的氢含量，防止冷裂纹。中的氢含量，防止冷裂纹。对于焊后要求进行热处理的焊件，热处理过程中可以除对于焊后要求进行热处理的焊件，热处理过程中可以除氢，不需另做消氢处理。氢，不需另做消氢处理。后热的加热方法、加热区宽度与预热相同。后热的加热方法、加热区宽度与预热相同。503 3、焊后热处理、焊后热处理 焊接后为改善焊接接头的组织和性能或消除残余应力而进焊接后为改善焊接接头的组织和性能或消除残余应力而进行的热处理。行的热处理。（1 1）应用范
34、围）应用范围A A、母材金属强度等级较高，产生延迟裂纹倾向大的低合金钢；、母材金属强度等级较高，产生延迟裂纹倾向大的低合金钢；B B、处在低温下工作的压力容器及其它焊接结构，尤其在脆性转、处在低温下工作的压力容器及其它焊接结构，尤其在脆性转变温度一下使用的压力容器；变温度一下使用的压力容器；C C、厚度超过一定限度的压力容器，如、厚度超过一定限度的压力容器，如GB150-1998GB150-1998规定，碳钢规定，碳钢32mm32mm，16MnR 16MnR 30mm30mm，16MnV 16MnV 28mm;28mm;D D、焊后机械加工余量大，或对尺寸稳定性要求高的焊接结构；、焊后机械加工
35、余量大，或对尺寸稳定性要求高的焊接结构；E E、有应力腐蚀危险的结构。、有应力腐蚀危险的结构。51（2 2）热处理种类）热处理种类去应力退火：去应力退火：加热温度一般为加热温度一般为600-650600-650，与高温回火相同；，与高温回火相同；含含V V低合金钢，应在低合金钢，应在550-590550-590下进行（在下进行（在600-620600-620会导致塑会导致塑性和韧性变差）；性和韧性变差）；保温时间：保温时间：按厚度按厚度1-2min/mm1-2min/mm确定，厚度超过确定，厚度超过50mm50mm，每增加，每增加25mm25mm加加15min15min，最短不少于，最短不少于
36、30min30min，最多不超过，最多不超过3h3h。（3 3）焊后热处理方法）焊后热处理方法A A、整体热处理：、整体热处理：将焊件整体置于加热炉中，可消除将焊件整体置于加热炉中，可消除80-90%80-90%残残余应力。余应力。焊件进炉和出炉温度应在焊件进炉和出炉温度应在300300以下，在以下，在300300以上的以上的加热和冷却速度与板厚有关，一般应满足加热和冷却速度与板厚有关，一般应满足 v200v20025/25/（v v：冷却速度）：冷却速度）52B B、局部热处理、局部热处理 局部热处理应保证焊缝两侧有足够的加热宽度，对筒体：局部热处理应保证焊缝两侧有足够的加热宽度，对筒体：B
37、=5(R B=5(R）1/2 B1/2 B：筒体加热宽度；：筒体加热宽度；R R：筒体半径。：筒体半径。（4 4）注意事项）注意事项 A A、母材和焊缝金属性能恶化：如低温用、母材和焊缝金属性能恶化：如低温用NiNi钢经消除应钢经消除应力处理后，断裂韧度下降；力处理后，断裂韧度下降；B B、对含有一定量、对含有一定量CrCr、MoMo、V V等的低合金钢结构，应防等的低合金钢结构，应防止出现再热裂纹；止出现再热裂纹；C C、A A不锈钢应防止出现晶间腐蚀倾向；不锈钢应防止出现晶间腐蚀倾向；D D、母材为调质钢的，焊后消除应力退火温度应比母材、母材为调质钢的，焊后消除应力退火温度应比母材回火温度
38、低回火温度低30-6030-60；E E、热处理过程中，要注意防止结构变形。、热处理过程中，要注意防止结构变形。53四四 利用焊接性试验拟定焊接工艺的基本思路利用焊接性试验拟定焊接工艺的基本思路一一 焊接工艺焊接工艺 在在GB1T3375-1994GB1T3375-1994焊接术语焊接术语中下的定义是：中下的定义是：焊接工艺是制造焊件所有有关的加工方法和实焊接工艺是制造焊件所有有关的加工方法和实施要求。包括：施要求。包括：1 1 焊前准备焊前准备 2 2 选择焊接方法选择焊接方法 3 3 选择焊接材料选择焊接材料 4 4 选择焊接参数：例如：焊接电流、电弧电选择焊接参数：例如：焊接电流、电弧电
39、压、焊接速度等。压、焊接速度等。5 5 制定工艺措施：例如：预热、焊后缓冷、制定工艺措施：例如：预热、焊后缓冷、焊后热处理焊后热处理 、焊后去氢处理等、焊后去氢处理等 。6 6 制定操作要求制定操作要求 54二 拟定焊接工艺的基本思路 1 1 选择焊接方法选择焊接方法 依据：依据：a a 被焊材料的种类；被焊材料的种类；b b 焊接产品的结构特点；焊接产品的结构特点；c c 生产效率和生产成本。生产效率和生产成本。2 2 选择焊接材料选择焊接材料 依据：依据：a a 被焊材料的化学成分或力学性能；被焊材料的化学成分或力学性能；b b 产品的工作条件和使用性能要求；产品的工作条件和使用性能要求；
40、c c 焊件刚性的大小、几何形状的复杂程度；焊件刚性的大小、几何形状的复杂程度；d d 焊接施工条件；焊接施工条件；f f 劳动生产率和经济合理性。劳动生产率和经济合理性。553 3 选择焊接参数选择焊接参数 （1 1）利用间接的焊接性试验方法分析材料的焊接性）利用间接的焊接性试验方法分析材料的焊接性和初步拟定焊接参数。和初步拟定焊接参数。（2 2）利用直接的焊接性试验方法对初步拟定的焊接）利用直接的焊接性试验方法对初步拟定的焊接参数进行检验和调整。参数进行检验和调整。a a 利用工艺焊接性试验（焊接冷裂纹敏感性试验利用工艺焊接性试验（焊接冷裂纹敏感性试验）确定热输入）确定热输入E E的下限的
41、下限 E=36IU/V E=36IU/V b b 利用使用焊接性试验（焊接接头冲击试验）确利用使用焊接性试验（焊接接头冲击试验）确定热输入定热输入E E的上限。的上限。4 4 确定工艺措施确定工艺措施 当按上述方法确定的热输入下限高于上限时，应考当按上述方法确定的热输入下限高于上限时，应考虑采用预热、缓冷、后热、焊后热处理等工艺措施。虑采用预热、缓冷、后热、焊后热处理等工艺措施。561、热扎钢热扎钢：S 294343Mpa，基本属于，基本属于C-Mn，Mn-Si系列系列的钢种的钢种，有时有时通过固溶强化获得高强度、或在特殊状态下以通过固溶强化获得高强度、或在特殊状态下以V、Nb代替部分代替部分
42、Mn，以达到细化晶粒和沉淀强化的作用，以达到细化晶粒和沉淀强化的作用。典型钢种：典型钢种：16Mn 组织：组织：细晶铁素体细晶铁素体+珠光体珠光体特例：特例：15MnV V细化晶粒和沉淀强化细化晶粒和沉淀强化第二节第二节 合金钢的焊接合金钢的焊接 一、热轧及正火钢的焊接一、热轧及正火钢的焊接热轧及正火钢的分类、成分、性能热轧及正火钢的分类、成分、性能 57第六章 金 属 焊 接 性Laser Welding Equipment and2mm细焊丝，保护气体为Ar+O215%或Ar+CO2525%混合气。（二）从焊接工艺条件分析焊接性第六章 金 属 焊 接 性有(工件为负的半周时)较手弧焊高得多
43、：连续送丝，不需要换焊条；要采取严格的工艺措施。目的：评价低合金钢冷裂纹敏感性线能量过高，过热度大，晶粒粗大，接头塑目的：评价低合金钢冷裂纹敏感性D、焊后机械加工余量大，或对尺寸稳定性要求高的焊接结构；母材的强度越高，软化越显著如：耐腐蚀性能试验、高温性能试验等。（二）熔化极脉冲氩弧焊焊前先根据具体焊接要求选定Ip、fP、K这些脉冲参数，焊接时主要调节焊接电流（总平均电流）、电弧电压及焊接速度等。与腐蚀介质接触的工作面应最后焊保护：气体，隔离空气99%的工业纯氩纯洁几百倍。铬镍A钢，预热将增加晶间腐蚀倾向，一般不能进行预热。防止裂纹、过热区脆化和HAZ软化4-84),可用于评定焊条焊缝的热裂纹
44、敏感性。2、正火钢：正火钢：固溶强化基础上，通过细化晶粒和沉淀强化提高固溶强化基础上，通过细化晶粒和沉淀强化提高强度保证韧性的低合金高强钢强度保证韧性的低合金高强钢 S 343490 Mpa成分：成分：C-Mn，Mn-Si系列基础上加入一些碳化物和氮化物的系列基础上加入一些碳化物和氮化物的形成元素形成元素V、Nb、Ti、Mo等等正火的目的：正火的目的：使合金元素以细小的化合物质点从固溶体中充分使合金元素以细小的化合物质点从固溶体中充分析出，并同时细化晶粒，提高强度的同时改善塑性、韧性、达析出，并同时细化晶粒，提高强度的同时改善塑性、韧性、达到最佳的综合性能到最佳的综合性能16Mn化学成分化学成
45、分58 （一）焊接性分析（一）焊接性分析 焊接缺陷（裂纹）；材料性能（脆化）焊接缺陷（裂纹）；材料性能（脆化）1、热裂纹、热裂纹 热裂纹是在焊接高温下产生的，其中危害最为严重的是结晶热裂纹是在焊接高温下产生的，其中危害最为严重的是结晶裂纹，由于结晶裂纹是在结晶后期，由低熔点物质所形成液态薄裂纹，由于结晶裂纹是在结晶后期，由低熔点物质所形成液态薄膜而引发的。它与焊缝金属的成分，主要是膜而引发的。它与焊缝金属的成分，主要是C、S、Mn有关。有关。16Mn含含w(C)较低，较低，w(Mn)较高，较高，Mn/S比可以达到要求，具比可以达到要求，具有较好的抗热裂性能、抗结晶裂纹性能，正常情况下不会出现热
46、有较好的抗热裂性能、抗结晶裂纹性能，正常情况下不会出现热裂纹。裂纹。当成分不合格，出现波动，偏析当成分不合格，出现波动，偏析C、S含量偏高含量偏高Mn/S比比低于要求低于要求出现裂纹出现裂纹可以通过焊接材料调整焊缝金属成分。降低焊剂中的可以通过焊接材料调整焊缝金属成分。降低焊剂中的C、S含量含量 59 2 2、冷裂纹、冷裂纹 大量的生产实践和理论研究表明，钢种的淬硬倾向、一定的大量的生产实践和理论研究表明，钢种的淬硬倾向、一定的含氢量和足够的约束应力是焊接时产生冷裂纹的三大主要因素。含氢量和足够的约束应力是焊接时产生冷裂纹的三大主要因素。（1 1）淬硬倾向：）淬硬倾向：16Mn 16Mn由于其
47、含碳量低，故在淬火时，如冷却速度不是太快由于其含碳量低，故在淬火时，如冷却速度不是太快，就会得到低碳马氏体组织，或者是铁素体十珠光体组织，由于，就会得到低碳马氏体组织，或者是铁素体十珠光体组织，由于这些组织的硬度不高这些组织的硬度不高.因而其淬硬倾向小，只有在冷却速度较快因而其淬硬倾向小，只有在冷却速度较快时，才会得到高碳马氏体组织，则有一定的淬硬倾向。时，才会得到高碳马氏体组织，则有一定的淬硬倾向。（2 2）拘束应力）拘束应力 焊接时，焊缝中的应力主要包括热应力、组织应力和由于焊接时，焊缝中的应力主要包括热应力、组织应力和由于自身拘束条件所造成的应力。自身拘束条件所造成的应力。由上式可见，拘
48、束度与材料板厚有很大关系，板厚越大，由上式可见，拘束度与材料板厚有很大关系，板厚越大，所造成的拘束度也越大，则拘束应力也就越大，因而我们只所造成的拘束度也越大，则拘束应力也就越大，因而我们只要选择合适的板厚，就可以控制拘束应力。要选择合适的板厚，就可以控制拘束应力。60 （3 3）含氢量）含氢量 焊缝中的氢主要来源干焊接材料中的水分、焊件坡口处的焊缝中的氢主要来源干焊接材料中的水分、焊件坡口处的铁锈、油污，以及环境湿度等。对铁锈、油污，以及环境湿度等。对16Mn16Mn来说，只要板厚不太来说，只要板厚不太大巨冷却速度控制得当，由于焊接温度高，增强了氢的话动能大巨冷却速度控制得当，由于焊接温度高
49、，增强了氢的话动能力，使大部分氢会从焊缝中扩散逸出力，使大部分氢会从焊缝中扩散逸出:同时，当焊缝冷却时，同时，当焊缝冷却时，其组织会由奥氏体向铁素体等转变，由于氢在奥氏体中的溶解其组织会由奥氏体向铁素体等转变，由于氢在奥氏体中的溶解度大大高于在铁素体中的溶解度，又会有部分氮逸出。因而到度大大高于在铁素体中的溶解度，又会有部分氮逸出。因而到最后，焊缝中的残余氢量就不足以形成冷裂纹。最后，焊缝中的残余氢量就不足以形成冷裂纹。16Mn 16Mn钢在板厚不是太大，冷却速度适当的情况下是不钢在板厚不是太大，冷却速度适当的情况下是不会出现冷裂纹的，只有在板厚会出现冷裂纹的，只有在板厚(40mm(40mm以
50、上以上)太大，冷速较快的太大，冷速较快的悄况下，才有出现冷裂纹的倾向，不过，我们可以通过焊前适悄况下，才有出现冷裂纹的倾向，不过，我们可以通过焊前适当顶热等措施来预防。当顶热等措施来预防。613 3、再热裂纹、再热裂纹 再热裂纹是由于钢中含有再热裂纹是由于钢中含有Cr,Mo,V,NbCr,Mo,V,Nb等强碳化物形成等强碳化物形成元素，以及存在一定的残余应力，并在焊后进行再次加热元素，以及存在一定的残余应力，并在焊后进行再次加热的情况下产生的。由表可知的情况下产生的。由表可知,16Mn,16Mn不含强碳化物形成元素不含强碳化物形成元素，在热轧状态下供货，焊后一般不进行热处理，因而对再，在热轧状
