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1、5 钢制压力容器的焊接1听雨D书屋SIT5.1 焊接接接接头5.2 常用常用焊接方法及其接方法及其焊接工接工艺5.3 常用常用钢材的材的焊接接5.4 焊后后热处理理2SIT5.3 常用钢材的焊接常用钢材的焊接5.3.1 金属材料的金属材料的焊接性接性5.3.2 碳碳钢的的焊接接5.3.3 低合金低合金钢的的焊接接5.3.4 奥氏体不奥氏体不锈钢的的焊接接5.3.5 铝及及铝合金的合金的焊接接5.3.6 钛及及钛合金的合金的焊接接5.3.7 异种金属的异种金属的焊接接3SIT5.3.1 金属材料的焊接性金属材料的焊接性v金属材料的金属材料的焊接性：指材料在一定的接性：指材料在一定的焊接工接工艺条
2、件下（包条件下（包括括焊接方法、接方法、焊接材料、接材料、焊接工接工艺参数和参数和结构形式等），构形式等），能否能否获得得优质焊接接接接头的的难易程度和易程度和该焊接接接接头能否在使能否在使用条件下可靠运行。用条件下可靠运行。工艺焊接性：指在一定焊接工艺条件下，能否获得组织、性能均匀一致，无缺陷的焊接接头的能力。即复杂的焊缝冶金反应对焊缝性能和产生缺陷的影响程度，以及焊接热源对热影响区组织性能及产生缺陷的影响程度。使用焊接性：指焊接接头或整体结构满足技术条件所规定的各种使用性能的程度。包括常规的力学性能及特定条件下的性能，如抗脆性断裂性能，蠕变、疲劳性能，持久强度，耐腐蚀性能等。4SIT5.3
3、.1 金属材料的焊接性金属材料的焊接性1.评定金属材料的定金属材料的焊接性接性v需要通需要通过一系列的一系列的试验 和理和理论分析、分析、计算，来算，来进行行综合合判断。无判断。无论是工是工艺焊接性接性还是使用是使用焊接性，接性，评定判断方定判断方法有三种：法有三种：实际焊接法实际焊接法模拟焊接法模拟焊接法理论估算法理论估算法5SIT5.3.1 金属材料的焊接性金属材料的焊接性2.工工艺焊接性接性试验方法方法v碳当量法：把碳当量法：把钢材化学成分中的碳和其他合金元素的含材化学成分中的碳和其他合金元素的含量多少量多少对焊后淬硬、冷裂及脆化等的影响折合成碳的相后淬硬、冷裂及脆化等的影响折合成碳的相
4、当含量，并据此含量的多少来判断材料的工当含量，并据此含量的多少来判断材料的工艺焊接性和接性和裂裂纹的敏感性。的敏感性。v冷裂冷裂纹敏感指数敏感指数Pcm：根据：根据Pcm 、板厚及、板厚及焊条熔敷金属中条熔敷金属中的含的含氢量，可确定防止冷裂所需的量，可确定防止冷裂所需的预热温度。温度。6SIT5.3.1 金属材料的焊接性金属材料的焊接性3.使用使用焊接性的接性的试验方法方法a.常常规力学性能力学性能试验主要是测定焊接接头在不同载荷作用下的强度、塑性和韧性。拉伸、冲击、弯曲、应变时效敏感性试验、接头及堆焊金属硬度试验法b.焊接接接接头抗脆断抗脆断性能性能试验c.焊接接接接头疲疲劳及及动载试验、
5、焊接接接接头的抗腐的抗腐蚀试验、焊接接接接头的高温性能的高温性能试验7SIT5.3.2 碳钢的焊接碳钢的焊接1.碳碳钢的分的分类按含碳量分：低碳钢C0.25%；中碳钢0.25%0.6%。按冶炼方法分：平炉钢；转炉钢，又分为氧气转炉钢和碱性空气转炉钢；电炉钢。按钢材脱氧程度不同分：沸腾钢（F）半镇静钢（b）镇静钢（Z）特殊镇静钢（TZ）。按用途分：结构钢；工具钢。按质量钢中有害元素、硫和磷的含量分：普通钢（P0.045%，S0.050%）；优质钢（P、S0.035%）；高级优质钢（P0.035%，S0.030%)8SIT5.3.2 碳钢的焊接碳钢的焊接2.低低碳碳钢的的焊接接v低碳低碳钢的的焊接
6、性接性优良。因低碳良。因低碳钢含碳量低，含碳量低，锰、硅含量又少，所以、硅含量又少，所以一般情况不会因一般情况不会因为焊接而引起接而引起严重硬化重硬化组织或淬火或淬火组织。这种种钢的的塑性和冲塑性和冲击韧性性优良，良，焊后的后的焊接接接接头塑性和冲塑性和冲击韧性也很好。性也很好。焊接接时一般不需要一般不需要预热和后和后热，不需要特殊注意，不需要特殊注意层间温度，温度，焊后也不后也不必采用必采用热处理改善理改善组织和性能。整个和性能。整个焊接接过程中不需要特殊的工程中不需要特殊的工艺措施。措施。v低碳低碳钢焊接接时应注意以下几点。注意以下几点。被焊材料和焊接材料的质量是否合格。焊接线能量不宜过大
7、，特别是埋弧焊时。刚性大的焊接结构在温度较低的情况下焊接时，可能产生裂纹，可以适应考虑预热。v总之，低碳之，低碳钢是最容易是最容易焊接的接的钢种，可以采用常用的所有种，可以采用常用的所有焊接方法接方法焊接。接。9SIT5.3.2 碳钢的焊接碳钢的焊接3.中碳中碳钢的的焊接接v当含碳量在当含碳量在0.25%左右而含左右而含锰量不高量不高时，焊接性良好。随着含碳量的接性良好。随着含碳量的增加，增加，焊接性逐接性逐渐变差。当含碳量达差。当含碳量达0.50%左右而仍按左右而仍按焊接低碳接低碳钢工工艺施施焊时，则热影响区可能影响区可能产生硬脆的生硬脆的马氏体氏体组织，易于开裂。，易于开裂。v中碳中碳钢焊
8、接接时应注意以下几点。注意以下几点。大多数情况下需要预热和控制层间温度，以降低冷却温度，防止产生马氏体组织。焊后最好立即进行消除残余应力热处理，特别是在厚大件、钢性大的结构或工作条件较苛刻的情况下。如果不能立即消除残余应力，也应采用后热工艺，以便使扩散氢逸出。焊接沸腾钢时注意向焊缝过渡锰、硅、铝等脱氧剂元素，以防止减少气孔的产生。应选低氢焊接材料。10SIT5.3.2 碳钢的焊接碳钢的焊接4.高碳高碳钢的的焊接接v由于其含碳量更高，更容易由于其含碳量更高，更容易产生硬脆的高碳生硬脆的高碳马氏体，淬硬氏体，淬硬倾向和裂向和裂纹敏感敏感倾向更大，从而向更大，从而焊接性更差。接性更差。这类钢不用于制
9、造不用于制造焊接接结构，主要构，主要用于制造高硬度耐零部件，高碳用于制造高硬度耐零部件，高碳钢的的焊接的接的补焊修理修理为主。主。为了了获得得高硬度和耐磨性，高碳高硬度和耐磨性，高碳钢零件一般都零件一般都经过热处理。理。焊接前接前应退火，以退火，以减少裂减少裂纹倾向，向，焊后再后再经热处理，以达到高硬度和耐磨的要求。理，以达到高硬度和耐磨的要求。v高碳高碳钢焊接接时应注意以下几点。注意以下几点。高碳钢焊接前应先进行退火。焊接材料通常不用高碳钢，应是低氢的。采用结构钢焊接时必须预热，一般预热温度为250350以上。焊接过程中需要保持与预热温度一样的层间温度。焊后工件应立即送入650的炉中保温，进
10、行消除残余应力的热处理。11SIT5.3.3 低合金钢的焊接低合金钢的焊接1.强度用度用钢（高（高强钢）的）的焊接接v特点：特点：强度高，塑性、度高，塑性、韧性也性也较好。好。屈服屈服强度在度在400MPa的低合金的低合金钢，一般都在，一般都在热轧或正火或正火状状态下使用，基体下使用，基体组织为铁素体素体+珠光体，如珠光体，如16Mn钢（现归为Q345）。）。加工性能与低碳钢相似，具有较好的塑性和焊接性。强度增加，淬硬倾向比低碳钢稍大。在较低温度下或刚性大、厚壁结构的焊接时，需要考在较低温度下或刚性大、厚壁结构的焊接时，需要考虑采取预热措施，预防冷裂纹产生虑采取预热措施，预防冷裂纹产生。12S
11、IT5.3.3 低合金钢的焊接低合金钢的焊接1.强度用度用钢（高（高强钢）的）的焊接接屈服屈服强度度为500MPa的低合金的低合金钢，典型代表，典型代表18MnMoNb，以正火，以正火+回火状回火状态供供货。I.除电渣焊外，应采取预热措施，预热温度一般为150180，对拘束度较大的接头，预热温度应提高到180230。焊后或中断焊接时，应后热处理。II.焊接材料III.为保证焊接接头的性能和质量，焊接线能量适当大些，否则易出现淬硬组织而降低韧性，同时注意多层焊时层间温度控制在预热温度和300之间。IV.焊后要进行热处理。电渣焊接头进行正火+回火处理，如遇钢材性能偏低或要充分发挥钢材性能潜力时，可
12、采用调质处理；在手工电弧焊或埋弧自动焊后，进行回火或消除残余应力热处理。13SIT5.3.3 低合金钢的焊接低合金钢的焊接2.低温用低温用钢的的焊接接v在使用温度下具有足在使用温度下具有足够的的韧性及抵抗脆性破坏的能力。性及抵抗脆性破坏的能力。v一般通一般通过合金元素的固溶合金元素的固溶强化化细化晶粒，并通化晶粒，并通过正火、回火正火、回火处理理细化晶粒、均化化晶粒、均化组织，从而，从而获得良好的低温性能。得良好的低温性能。v含碳量低，其淬硬含碳量低，其淬硬倾向和冷裂向和冷裂倾向小，具有良好的向小，具有良好的焊接，但接，但应关注关注焊缝和粗晶区的低温脆性。和粗晶区的低温脆性。为了避免了避免焊缝
13、金属和金属和热影响区形成粗晶影响区形成粗晶组织而降低低温而降低低温韧性，要求采用小的性，要求采用小的焊接接线能量。能量。焊接接电流不宜流不宜过大，宜用快速多道大，宜用快速多道焊的方法以减的方法以减轻过热，并通，并通过多多层焊的重的重热作用作用细化晶粒，多道化晶粒，多道焊时要控制要控制层间温度。温度。v应注意避免注意避免产生缺陷（弧坑、未生缺陷（弧坑、未焊透及透及焊缝成形不良等），并注意成形不良等），并注意及及时修修补产生的缺陷，否生的缺陷，否则装装备在低温运行在低温运行时，因，因钢材材对缺陷和缺陷和应力集中的敏感性大，而增大装力集中的敏感性大，而增大装备的低温脆性破坏的低温脆性破坏倾向。向。v
14、焊后消除后消除应力力处理可以降低低合金低温用理可以降低低合金低温用钢焊接装接装备的脆断的脆断倾向。向。14SIT5.3.3 低合金钢的焊接低合金钢的焊接3.耐耐蚀钢的的焊接接v虽含有含有铜、磷等合金元素，但含量、磷等合金元素，但含量较低，所以低，所以焊接接时不会不会产生生热裂裂纹，冷脆，冷脆倾向也不大，向也不大，焊接性仍接性仍较好。耐好。耐蚀钢的的焊接工接工艺与与强度度级别较低的低的热轧钢相同。相同。4.耐耐蚀钢的的焊接接v珠光体耐珠光体耐热钢的的焊接接厚板的Cr-Mo耐热钢，在加工焊接坡口时，可以采用火焰切割，但要预热，并做磁粉检测表面是否产生裂纹。焊接材料的选择要注意保证焊后Cr和Mo等重
15、要合金元素的含量，控制碳的含量。焊前预热是防止低合金耐热钢焊接冷裂纹和消除应力裂纹的有效措施之一。焊后热处理既可以消除焊接残余应力，又可以改善组织、提高接头的综合力学性能，包括提高高温蠕变强度和组织稳定性、降低焊缝及热影响区的硬度等。15SIT5.3.4 奥氏体不锈钢的焊接奥氏体不锈钢的焊接v不但能抗很多介不但能抗很多介质（主要是氧化性介（主要是氧化性介质）的腐）的腐蚀，而且，而且高温、低温的力学性能均高温、低温的力学性能均较好，好，-196仍具有相当的塑仍具有相当的塑性和性和韧性、性、较好的好的焊接性。接性。v在在实际焊接生接生产中，中，这类钢易易产生的生的问题是是晶晶间腐腐蚀和和热裂裂纹。
16、v预防防焊接接热裂裂纹的措施：的措施：严格限制焊缝中的硫、磷等有害元素的含量。控制焊缝成分，使其形成由奥氏体与铁素体组成的双相组织。选用碱性焊接材料，低线能量，快焊快冷，防止过热。尽量减少焊接残余应力，注意正确的焊接结构，选择减少焊缝金属充填量的坡口。16SIT5.3.4 奥氏体不锈钢的焊接奥氏体不锈钢的焊接v预防晶防晶间腐腐蚀的措施：的措施：控制焊缝的化学成分：控制焊缝的含碳量；添加稳定化元素在被焊母材和焊接材料中；双相组织法。从焊接工艺着手：以快焊快冷为原则，尽量采用大的焊接速度，短弧焊，不横向摆动。多层焊时层间要完全冷却后再焊接下一层，允许采用焊后快冷的方法，如用水激冷焊缝；采用小电流、
17、直流反接为宜；不要在焊接接头附近引弧，不要敲打工件；与腐蚀介质接触侧焊缝尽量安排在最后焊接，以免其受另一侧焊缝热源影响而增大晶间腐蚀倾向；当存在有晶间腐蚀时，可采用焊后热处理工艺。稳定化退火：加热到850保温2h后空冷，使碳化物充分析出，铬得到充分扩散以补充贫铬区的铬，减少晶间腐蚀的产生。固溶处理17SITv5.3.5 铝及及铝合金的合金的焊接接v5.3.6 钛及及钛合金的合金的焊接接v5.3.7 异种金属的异种金属的焊接接1.熔合比、稀释率熔合比、稀释率异种金属焊接时，通常以熔敷的焊接材料的化学成分作为焊缝金属的基本成分，而将熔入的母材引起焊缝中合金元素所占比例的变化视为“稀释”。稀释的程度
18、取决于焊缝金属的熔合比。熔合比即母材金属在焊缝金属中所占的百分比。熔合比高时，稀释的程度大，反之则稀释的程度小。18SIT5.3.7 异种金属的焊接异种金属的焊接2.异种金属的焊接特点异种金属的焊接特点异种金属焊接时，焊缝金属与母材热影响区金属之间没有明显的界线，而是形成了一个化学成分即不同于焊缝金属又不同于母材的过渡层。当焊缝金属与母材金属化学成分差别很大时，过渡层不易充分混合，过渡层明显，其各部位的性能将对焊接接头的整体性能有重要影响。熔合比或稀释率高时，过渡层更明显。19SIT5.4 焊后热处理焊后热处理5.4.1 目的和目的和规范范5.4.2 方法方法5.4.3 钢制制压力容器力容器应
19、进行行焊后后热处理的条件理的条件20SIT5.4.1 目的和规范目的和规范1.焊后后热处理的目的理的目的a.松弛焊接残余应力b.稳定结构形状和尺寸c.改善母材、焊接接头和结构件的性能2.焊后后热处理理规范范a.加热温度b.保温时间c.升温速度d.冷却速度e.进出炉温度21SIT5.4.2 方法方法v炉内整体炉内整体热处理理优点：被处理的焊接构件、容器温度均匀，比较容易控制，因而残余应力的消除和焊接接头性能的改善都较为有效，并且热损失少。但需要有较大的加热炉，投资较大。v炉内分段加炉内分段加热处理理v炉外整体加炉外整体加热处理理v炉外局部加炉外局部加热处理理22SIT作业作业2名名词解解释：工工艺焊接性、使用接性、使用焊接性、稀接性、稀释率、率、热裂裂纹、冷裂、冷裂纹vP1545-19、5-20、5-21、5-2423
