金属材料的焊接性和焊接结构的设计.ppt
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1、关于金属材料的焊接性和焊接结构的设计1现在学习的是第1页,共46页2第一节第一节 金属材料焊接性的概念及评估方法金属材料焊接性的概念及评估方法一、可焊性的概念一、可焊性的概念 金属材料的可焊性,是指被焊金属在金属材料的可焊性,是指被焊金属在采用一定的焊接方法、焊接材料、工采用一定的焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构型式条件下艺参数及结构型式条件下,获得,获得优质焊接接头的难易程度优质焊接接头的难易程度,即,即金属材料在一定金属材料在一定的焊接工艺条件下,的焊接工艺条件下,获得获得优质焊接接头的难易程度优质焊接接头的难易程度。p焊接性包括两个方面:焊接性包括两个方面:一一是工艺焊接性是工艺焊接性
2、 主要是指焊接主要是指焊接接头接头产生工艺缺陷的倾向产生工艺缺陷的倾向,尤其是出现各种,尤其是出现各种裂纹裂纹的可的可能性;能性;二是使用焊接性二是使用焊接性 主要是指焊接主要是指焊接接头接头在使用中的在使用中的可靠性可靠性,包括焊接接头的,包括焊接接头的力学性能及力学性能及其它特殊性能其它特殊性能(如耐热、耐蚀性能等如耐热、耐蚀性能等)。现在学习的是第2页,共46页3金属材料的焊接性可通过金属材料的焊接性可通过估算估算和和试验方法试验方法来确定。来确定。二、估算钢材可焊性的方法二、估算钢材可焊性的方法碳当量法:碳当量法:碳钢及低合金结构钢的碳当量经验公式为:碳钢及低合金结构钢的碳当量经验公式
3、为:各种化学元素对各种化学元素对焊缝组织性能焊缝组织性能、夹杂物的分布夹杂物的分布以及对以及对焊接热影响焊接热影响区的淬硬程度区的淬硬程度等的影响不同,对产生裂纹倾向的影响也不同。等的影响不同,对产生裂纹倾向的影响也不同。在各种元素中,在各种元素中,碳的影响最为明显碳的影响最为明显,其它元素的影响可折合成碳其它元素的影响可折合成碳的影响的影响。影响钢材焊接性的主要因素是化学成分。影响钢材焊接性的主要因素是化学成分。现在学习的是第3页,共46页4根据经验:根据经验:p C当量当量0.4%时,时,钢材塑性良好,钢材塑性良好,淬硬倾向不明显淬硬倾向不明显,可焊性良好可焊性良好。在一般的焊接工艺条件下
4、,焊件在一般的焊接工艺条件下,焊件不会产生裂缝不会产生裂缝,但,但对厚大工件或低对厚大工件或低温下焊接时应考虑预热温下焊接时应考虑预热。p C当量当量=0.4%0.6%时,时,钢材塑性下降,钢材塑性下降,淬硬倾向明显淬硬倾向明显,可焊性较差可焊性较差。焊前工件需要适当预热,焊后应注意缓冷,要采取一定的焊接工焊前工件需要适当预热,焊后应注意缓冷,要采取一定的焊接工艺措施才能防止裂缝。艺措施才能防止裂缝。p C当量当量0.6%时,时,钢材塑性较低,钢材塑性较低,淬硬倾向很强淬硬倾向很强,可焊性不好可焊性不好。焊前工件必须预热到较高温度,焊接时要采取减少焊接应力和防止开焊前工件必须预热到较高温度,焊
5、接时要采取减少焊接应力和防止开裂的工艺措施,焊后要进行适当的热处理,才能保证焊接接头质量。裂的工艺措施,焊后要进行适当的热处理,才能保证焊接接头质量。现在学习的是第4页,共46页5三、小型抗裂试验三、小型抗裂试验 从应用一般从应用一般焊接工艺焊焊接工艺焊后后试板有无裂缝或裂缝多少试板有无裂缝或裂缝多少,可初步评定材料的可焊性好可初步评定材料的可焊性好坏;若有裂缝,应调整工艺坏;若有裂缝,应调整工艺(如预热、缓冷等)再焊接(如预热、缓冷等)再焊接试板,直至达到不裂。因此试板,直至达到不裂。因此可通过参考抗裂试验制订出可通过参考抗裂试验制订出合理的焊接工艺规程与规范。合理的焊接工艺规程与规范。现在
6、学习的是第5页,共46页6第二节第二节 碳钢的焊接碳钢的焊接 低碳钢含碳量不大于低碳钢含碳量不大于0.25%,塑性好,一般没有淬硬倾向,对焊接热,塑性好,一般没有淬硬倾向,对焊接热过程不敏感,可焊性良好。焊这类钢时,不需要采取特殊的工艺措施,过程不敏感,可焊性良好。焊这类钢时,不需要采取特殊的工艺措施,通常在焊后也不需要进行热处理(电渣焊除外)。通常在焊后也不需要进行热处理(电渣焊除外)。一、一、低碳钢的焊接低碳钢的焊接 低碳钢低碳钢可以用可以用各种焊接方法各种焊接方法进行焊接。进行焊接。应用最广泛的:应用最广泛的:焊条电弧焊、埋弧焊、电渣焊、气体保护焊和焊条电弧焊、埋弧焊、电渣焊、气体保护焊
7、和电阻焊等电阻焊等。熔焊法熔焊法焊接结构钢时,焊接材料及工艺的选择主要焊接结构钢时,焊接材料及工艺的选择主要应保证焊接接应保证焊接接头与工件材料等强度头与工件材料等强度。现在学习的是第6页,共46页7焊条电弧焊焊条电弧焊焊接一般焊接一般低碳钢结构低碳钢结构,可选用,可选用E4313(J421)、E4303(J422)、E4320(J424)焊条。焊条。焊接动载荷结构、复杂结构或厚板结构时,应选用焊接动载荷结构、复杂结构或厚板结构时,应选用E4316(J426)、E4315(J427)或或E5015(J507)焊条。焊条。埋弧焊埋弧焊时,一般采用时,一般采用H08A或或H08MnA焊丝配焊剂焊丝
8、配焊剂431进行焊接。进行焊接。二、二、中、高碳钢的焊接中、高碳钢的焊接 中碳钢含碳量在中碳钢含碳量在0.25%0.6%之间,随含碳量的增加,之间,随含碳量的增加,淬硬倾向愈发明显,淬硬倾向愈发明显,可焊性逐渐变差可焊性逐渐变差。在实际生产当中,主要是焊接各种中碳钢的铸钢件与在实际生产当中,主要是焊接各种中碳钢的铸钢件与锻件。锻件。现在学习的是第7页,共46页8热影响区易产生淬硬组织和冷裂缝热影响区易产生淬硬组织和冷裂缝 中碳钢属于易淬火钢,热影中碳钢属于易淬火钢,热影响区被响区被加热超过淬火温度的区段时加热超过淬火温度的区段时,受工件低温部分的受工件低温部分的迅速冷却作用迅速冷却作用,将出现
9、将出现马氏体等淬硬组织马氏体等淬硬组织。如焊如焊件刚性较大或工艺不恰当时件刚性较大或工艺不恰当时,就,就会在淬火区产生冷裂缝会在淬火区产生冷裂缝,即焊,即焊接接头焊后冷却到相变温度以接接头焊后冷却到相变温度以下或冷却到常温后下或冷却到常温后产生裂缝产生裂缝。p中碳钢的焊接特点:中碳钢的焊接特点:现在学习的是第8页,共46页9焊缝金属热裂缝倾向较大焊缝金属热裂缝倾向较大 焊接中碳钢时,因母材含碳量与焊接中碳钢时,因母材含碳量与硫、磷杂质硫、磷杂质远远远远高于焊条钢芯,高于焊条钢芯,母材熔化后进入熔池母材熔化后进入熔池,使,使焊缝金属含焊缝金属含碳量增加塑性下降碳量增加塑性下降,加上硫、磷低熔点杂
10、质的存在,加上硫、磷低熔点杂质的存在,焊缝及熔合区在相变前就可能焊缝及熔合区在相变前就可能因内应力而因内应力而产生裂缝产生裂缝。现在学习的是第9页,共46页10焊接前:焊接前:焊接中碳钢构件,焊接中碳钢构件,焊前必须进行预热焊前必须进行预热,使焊接时工件各部分的温差,使焊接时工件各部分的温差小,以小,以减小焊接应力减小焊接应力,同时,同时减慢热影响区的冷却速度减慢热影响区的冷却速度,避免产生淬硬避免产生淬硬组织组织。一般情况下,一般情况下,3535钢和钢和4545钢的预热温度可选为钢的预热温度可选为150150250250。结构。结构刚度刚度较大或钢材含碳量更高时较大或钢材含碳量更高时,预热温
11、度应再提高些。,预热温度应再提高些。焊接后:焊接后:由于中碳钢主要用于制造各类机器零件,焊缝一般有一定的由于中碳钢主要用于制造各类机器零件,焊缝一般有一定的厚度,但长度不大:厚度,但长度不大:焊接中碳钢多焊接中碳钢多采用焊条电弧焊采用焊条电弧焊。厚件可考虑采用电渣焊,但焊后要进行厚件可考虑采用电渣焊,但焊后要进行相应的热处理相应的热处理。现在学习的是第10页,共46页11焊条选择焊条选择 焊接中碳钢焊件,焊接中碳钢焊件,应选用抗裂能力较强的低氢型焊条应选用抗裂能力较强的低氢型焊条(碱性焊条)。碱性焊条)。要求焊缝与工件材料等强度时要求焊缝与工件材料等强度时,可根据钢材强度选用,可根据钢材强度选
12、用E5016(J506)、E5015(J507)、E6016D1(J606)、E6015D1(J607)焊条。焊条。若若不要求等强度时不要求等强度时,可选用,可选用E4315(J427)型强度低些的焊条,以提高焊型强度低些的焊条,以提高焊缝的塑性。缝的塑性。不论用哪种焊条焊接中碳钢件,均应选用不论用哪种焊条焊接中碳钢件,均应选用细焊条、小电流,开坡口进细焊条、小电流,开坡口进行多层焊行多层焊,以防止,以防止工件材料过多地熔入焊缝工件材料过多地熔入焊缝,同时减小焊接热影响区的宽,同时减小焊接热影响区的宽度。度。现在学习的是第11页,共46页12p高碳钢的焊接:高碳钢的焊接:特点:特点:高碳钢的焊
13、接特点与中碳钢基本相似。由于含碳高碳钢的焊接特点与中碳钢基本相似。由于含碳量更高,量更高,焊接性变得更差焊接性变得更差。工艺:工艺:进行焊接时,应采用进行焊接时,应采用更高的预热温度更高的预热温度、更严格的工、更严格的工艺措施。艺措施。应用:应用:实际上,高碳钢的焊接一般实际上,高碳钢的焊接一般只限采用焊条电弧只限采用焊条电弧焊焊进进行修补工行修补工作。作。现在学习的是第12页,共46页13 合金结构钢分类:合金结构钢分类:机械制造用合金结构钢机械制造用合金结构钢低合金结构钢低合金结构钢 用于机械制造的用于机械制造的合金结构钢零件合金结构钢零件(包括调质钢、渗碳钢包括调质钢、渗碳钢),一般都一
14、般都采用轧制采用轧制或或锻造锻造的的坯料坯料,焊接结构较少焊接结构较少。如需焊接,因其焊接性与中碳钢相似,所以其如需焊接,因其焊接性与中碳钢相似,所以其焊接工艺措施与中碳焊接工艺措施与中碳钢基本相同钢基本相同。第三节第三节 合金结构钢的焊接合金结构钢的焊接现在学习的是第13页,共46页14 焊接结构中,用得最多的是焊接结构中,用得最多的是低合金结构钢低合金结构钢,又称低合金高,又称低合金高强钢强钢。其焊接特点如下:其焊接特点如下:(1)热影响区的淬硬倾向热影响区的淬硬倾向 低合金结构钢焊接时,低合金结构钢焊接时,热影响区可能热影响区可能产生淬硬组织产生淬硬组织,淬硬程度淬硬程度与钢材与钢材的的
15、化学成分化学成分和和强度级别强度级别有关有关。钢中钢中含碳含碳及及合金合金元素元素越多越多,钢材,钢材强度级别强度级别越高越高,则则焊后热影响区的焊后热影响区的淬硬倾向越大淬硬倾向越大。如如300 MPa级的级的09Mn2、09Mn2Si等钢材的淬硬倾向很小,其等钢材的淬硬倾向很小,其焊接性与一般低碳钢基本焊接性与一般低碳钢基本一样一样。350 MPa级的级的 Q345(即即16Mn)钢淬硬倾向也不大,但当实际含碳量接近允许上限或钢淬硬倾向也不大,但当实际含碳量接近允许上限或焊接参数不当时,过热区也完全可能出现焊接参数不当时,过热区也完全可能出现马氏体等淬硬组织马氏体等淬硬组织。强度强度级别大
16、于级别大于450MPa级的级的低合金钢低合金钢,淬硬倾向增加淬硬倾向增加,热影响区容易,热影响区容易产产生马氏体组织生马氏体组织,硬度明显增高,塑性和韧度则下降。,硬度明显增高,塑性和韧度则下降。现在学习的是第14页,共46页15(2)焊接接头的裂纹倾向焊接接头的裂纹倾向 随着钢材强度级别的提高,产生冷裂纹的倾向也加剧随着钢材强度级别的提高,产生冷裂纹的倾向也加剧。影响影响冷裂纹冷裂纹的因素主要有三个方面:的因素主要有三个方面:l焊缝及热影响区的焊缝及热影响区的含氢量含氢量;l热影响区的热影响区的淬硬程度淬硬程度;l焊接接头的焊接接头的应力大小应力大小。对于热裂纹,由于我国对于热裂纹,由于我国
17、低合金结构钢低合金结构钢系统其含碳量低,且大部分系统其含碳量低,且大部分含有一定的锰,对脱硫有利。因此含有一定的锰,对脱硫有利。因此产生产生热裂纹热裂纹的倾向不大的倾向不大。现在学习的是第15页,共46页16 根据低合金结构钢的焊接特点,生产中可分别采取以下根据低合金结构钢的焊接特点,生产中可分别采取以下措措施进行焊接施进行焊接。对于强度级别较低的钢材:对于强度级别较低的钢材:l在在常温下常温下焊接时与对待焊接时与对待低碳钢低碳钢基本一样。基本一样。l在在低温低温或在或在大刚度、大厚度构件上大刚度、大厚度构件上进行进行小焊脚小焊脚、短焊缝焊接短焊缝焊接时,应防时,应防止出现止出现淬硬组织淬硬组
18、织,要适当,要适当增大焊接电流增大焊接电流、减慢焊接速度减慢焊接速度、选用、选用抗裂性抗裂性强的低氢型焊条强的低氢型焊条。必要时需采用。必要时需采用预热措施预热措施。l对对锅炉、受压容器等重要构件锅炉、受压容器等重要构件,当厚度大于,当厚度大于20 mm时,焊后必须时,焊后必须进进行退火处理,以消除应力行退火处理,以消除应力。现在学习的是第16页,共46页17 不同环境温度的预热要求:不同环境温度的预热要求:工件厚度工件厚度/mm:16以下,不低于以下,不低于-10不预热不预热,-10以下预热以下预热100150 工件厚度工件厚度/mm:1624,不低于,不低于-5不预热不预热,-5以下预热以
19、下预热100150 工件厚度工件厚度/mm:2440,不低于,不低于0不预热不预热,0以下预热以下预热100150 工件厚度工件厚度/mm:40以上,均应预热以上,均应预热100150低合金钢的焊接措施低合金钢的焊接措施现在学习的是第17页,共46页18对于强度级别高的低合金结构钢件:对于强度级别高的低合金结构钢件:l焊前一般均需预热。焊前一般均需预热。l焊接时,应焊接时,应调整焊接参数调整焊接参数,以控制热影响的,以控制热影响的冷却速度不宜过快冷却速度不宜过快。l焊后还应进行热处理以消除内应力焊后还应进行热处理以消除内应力。不能立即热处理时,可先。不能立即热处理时,可先进行进行消氢处理消氢处
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