七中碳钢热轧钢的焊接概要教学文案.ppt
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1、1 1碳素钢的焊接七中碳钢热轧钢的焊接概要表 3-10 焊接常用中碳钢的力学性能牌号力学性能屈服点s/MPa抗拉强度b/MPa伸长率5(%)收缩率(%)冲击吸收功(J)302954902150633531553020455545355600164039553806451335-ZG270-500270500182522ZG310-570310570152115ZG340-640340640101810 二、中碳钢的焊接性分析二、中碳钢的焊接性分析 中碳钢中碳钢(C)范围为范围为0.300.60。按。按IIW计算的碳当量在计算的碳当量在0.40080%之间,当之间,当(C)接近接近0.30而而(
2、Mn)不高的)不高的Q275、30、30Mn钢,焊接钢,焊接性良好。随着性良好。随着(C)的增加,焊接性逐渐变差。的增加,焊接性逐渐变差。冷裂纹冷裂纹 热影响区可能产生硬脆的马氏体组织,使其强度提高、脆化热影响区可能产生硬脆的马氏体组织,使其强度提高、脆化和硬化,冷裂纹敏感性增大。当焊接材料和焊接过程控制不和硬化,冷裂纹敏感性增大。当焊接材料和焊接过程控制不好,焊缝扩散氢含量较大时,焊缝也开裂。好,焊缝扩散氢含量较大时,焊缝也开裂。主要带来的问题:主要带来的问题:热裂纹热裂纹 随着碳含量的增加,增加了焊缝中的随着碳含量的增加,增加了焊缝中的S、P偏析,焊缝中的热偏析,焊缝中的热裂纹倾向增大,特
3、别是杂质硫控制不严时,更显示出来。这裂纹倾向增大,特别是杂质硫控制不严时,更显示出来。这种热裂纹在弧坑处更为敏感。种热裂纹在弧坑处更为敏感。气孔气孔 焊接时,因熔化母材中的碳进入熔池,导致焊缝金属碳含量焊接时,因熔化母材中的碳进入熔池,导致焊缝金属碳含量增加,也增加了气孔增加,也增加了气孔(CO)的敏感性。的敏感性。热影响区软化热影响区软化焊前经过淬火处理的中碳钢零件,在热影响区可能出现焊前经过淬火处理的中碳钢零件,在热影响区可能出现回火软化现象。回火软化现象。有时为了提高中碳钢耐磨或耐蚀性能,在表面堆焊一层高合金层。此时应防止堆焊层与基体成分差异过大在熔合区产生过多的合金马氏体组织,易造成该
4、区冷裂纹或产生剥离。对于中碳钢铸钢件,焊接修复时,应防止焊接冷裂纹或修复部位焊接残余应力过大而导致开裂。三、中碳钢的焊接工艺三、中碳钢的焊接工艺(一)焊接方法的选择常用方法常用方法中碳钢焊接性较差,大都用于制造机械零件,焊接方法应选用焊中碳钢焊接性较差,大都用于制造机械零件,焊接方法应选用焊接热输入易控制,且较小的焊接方法,如焊条电弧焊,接热输入易控制,且较小的焊接方法,如焊条电弧焊,CO2气体气体保护焊、氩弧焊等。保护焊、氩弧焊等。电渣焊电渣焊与埋弧焊相比,由于电渣焊渣池对焊件良好的预热作用,以及冷与埋弧焊相比,由于电渣焊渣池对焊件良好的预热作用,以及冷却速度极慢的特点,更适宜于中碳钢的焊接
5、。如焊丝却速度极慢的特点,更适宜于中碳钢的焊接。如焊丝-焊剂组合选焊剂组合选配恰当,焊接工艺参数合适,则焊缝及热影响区不至于出现淬硬配恰当,焊接工艺参数合适,则焊缝及热影响区不至于出现淬硬组织,焊后产生冷裂纹的倾向也小。缺点是只适合于厚板长直焊组织,焊后产生冷裂纹的倾向也小。缺点是只适合于厚板长直焊缝,且焊后应进行正火热处理以细化晶粒,如大型齿轮毛坯、电缝,且焊后应进行正火热处理以细化晶粒,如大型齿轮毛坯、电机座、压力机机架、压力机压辊、大型油压机支柱和柱体的焊接,机座、压力机机架、压力机压辊、大型油压机支柱和柱体的焊接,用电渣焊能减少制造时间,节省焊剂消耗。用电渣焊能减少制造时间,节省焊剂消
6、耗。埋弧焊埋弧焊不推荐使用埋弧焊。如必须使用,也只限于不推荐使用埋弧焊。如必须使用,也只限于(C)0.40的中的中碳钢中薄板,如含碳量处于下限的碳钢中薄板,如含碳量处于下限的35钢(钢(W(C)0.32 0.40)及及 30钢(钢(C)0.270.35)。选用低碳优质焊丝)。选用低碳优质焊丝 H08A、H08E、H08MnA配硅钙型烧结焊剂配硅钙型烧结焊剂SJ301、SJ302,焊前应预热到,焊前应预热到150。焊后立即进行消除应力处理或去氢处理。焊后立即进行消除应力处理或去氢处理。(二)焊接材料的选择尽量采用低氢型尽量采用低氢型焊接材料焊接材料 应尽量选用抗裂性好的低氢型焊条,因熔敷金属扩散
7、氢量少,应尽量选用抗裂性好的低氢型焊条,因熔敷金属扩散氢量少,去硫能力强,故熔敷金属塑性、韧性良好,抗裂性好。如果去硫能力强,故熔敷金属塑性、韧性良好,抗裂性好。如果选用非低氢型焊条,如钛铁矿型或钛钙型焊条进行焊接,必选用非低氢型焊条,如钛铁矿型或钛钙型焊条进行焊接,必须采取严格的工艺措施配合,如控制预热温度、减少母材熔须采取严格的工艺措施配合,如控制预热温度、减少母材熔合比等,才能获得满意的结果。合比等,才能获得满意的结果。特殊情况下选特殊情况下选择焊接材料择焊接材料如母材不允许预热时,可选用铬镍奥氏体不锈钢焊条焊接,如母材不允许预热时,可选用铬镍奥氏体不锈钢焊条焊接,焊缝金属为奥氏体组织,
8、塑性好,可减少焊接接头应力,避焊缝金属为奥氏体组织,塑性好,可减少焊接接头应力,避免热影响区冷裂纹的产生。用于中碳钢焊接的铬镍奥氏体不免热影响区冷裂纹的产生。用于中碳钢焊接的铬镍奥氏体不锈钢焊条有锈钢焊条有E30816(A102)、)、E30815(A107)、)、E30916(A302)、)、E30915(A307)、)、E31016(A402)、)、E31015(A407)等。)等。焊缝金属与母焊缝金属与母材强度匹配材强度匹配要求焊缝金属与母材等强度时,应选用强度级别相当的低氢碱性要求焊缝金属与母材等强度时,应选用强度级别相当的低氢碱性焊条;在不要求等强度时,可选用焊条;在不要求等强度时,
9、可选用强度级别低于母材强度级别低于母材的低氢碱性的低氢碱性焊条,例如焊接母材为焊条,例如焊接母材为490MPa的钢,可选用的钢,可选用E4316、E4315焊焊条。条。考虑焊前状态考虑焊前状态热处理前即退火状态下焊接,选用焊条必须使焊缝金属成分与热处理前即退火状态下焊接,选用焊条必须使焊缝金属成分与母材相近,以使焊后经热处理的焊缝金属达到与母材相同的性母材相近,以使焊后经热处理的焊缝金属达到与母材相同的性能;如在热处理后(一般为调质处理)的部件上焊接,则必须能;如在热处理后(一般为调质处理)的部件上焊接,则必须选用低氢碱性焊条,采取相应工艺措施,以防止裂纹和减少热选用低氢碱性焊条,采取相应工艺
10、措施,以防止裂纹和减少热影响区的软化。影响区的软化。(三)焊接工艺要点预热预热中碳钢焊接需要预热,控制层间温度(一般不能低于预热温度),中碳钢焊接需要预热,控制层间温度(一般不能低于预热温度),以降低焊缝金属和热影响区的冷却速度,抑制马氏体的形成,提以降低焊缝金属和热影响区的冷却速度,抑制马氏体的形成,提高焊接接头的塑性,减小残余应力。预热温度取决于碳当量、母高焊接接头的塑性,减小残余应力。预热温度取决于碳当量、母村厚度、结构刚度、焊条类型和工艺方法。如表村厚度、结构刚度、焊条类型和工艺方法。如表3-6 焊后热处理焊后热处理焊后最好立即消除应力热处理,至少应在焊件冷却到预焊后最好立即消除应力热
11、处理,至少应在焊件冷却到预热温度或层间温度之前进行,消除应力回火温度一般为热温度或层间温度之前进行,消除应力回火温度一般为600650,焊件在炉中加热和冷却应平缓,以减少截,焊件在炉中加热和冷却应平缓,以减少截面厚度方向的温度梯度。面厚度方向的温度梯度。工艺措施工艺措施降低母材熔合比(降低母材熔合比(U形坡口),减小热输入,降低冷却速度形坡口),减小热输入,降低冷却速度(细焊条,小电流,多层焊等),焊件置于立焊或半立焊(细焊条,小电流,多层焊等),焊件置于立焊或半立焊位置,焊条作横向摆动,其幅度取焊条直径的位置,焊条作横向摆动,其幅度取焊条直径的58倍。倍。冶金保护冶金保护焊接中碳钢采用焊接中
12、碳钢采用J507焊条,当焊接沸腾钢时,加入含有足焊条,当焊接沸腾钢时,加入含有足够数量脱氧剂(例如够数量脱氧剂(例如 Al、Mn、Si)的填充金属,可以防)的填充金属,可以防止焊缝气孔。止焊缝气孔。后热后热若焊后不可能立即消除应力,也应当进行后热,以便去氢。后若焊后不可能立即消除应力,也应当进行后热,以便去氢。后热保温时间大约每热保温时间大约每10mm厚度为厚度为lh左右。左右。中碳钢的焊接并不少见,例如40、45或 50钢的焊接时有发生。不过,这些钢材往往制成机器零件,并非大型结构,所以大多为焊条电弧焊。三、中碳钢焊接实例 例如,一根45钢、75mm的机轴,采用焊接办法接长。焊前接头处开成坡
13、口,预热200,采用E5015(J507)焊条(预先按焊条说明书规定烘培)焊接。第1层焊缝焊接电流为170180A,务必焊透;第2层及以后各层焊接电流为180190A。焊接时,保持层间温度200,焊完以后立即消除应力,T65015、2.5h,接着缓冷,24h以后打开取出。又如中碳钢的CO2气体保护焊,工件为锻压机的对击锤头,工况条件恶劣,承受250kg的巨大冲击载荷。锤头材质为ZG270-500,b490MPa,s275MPa。使用过程中,锤头滑道板断裂,共4道通长裂纹,总长约6m。如用焊条电弧焊,估计需焊条2t,焊接及中间消除应力热处理时间总共约需1个月,劳动强度也大。因此,选用CO2气体保
14、护焊,焊丝为H08Mn2SiA,其熔敷金属的b和s皆与母材匹配。锤头滑道板曾经表面淬火强化,故焊前先行退火。预热和层间温度为200250。焊接时先用J350焊条在工件表面进行预堆焊,再用CO2气体保护焊焊接。当坡口中焊缝金属约达1/2时,进行450480、2.5h的中间消除应力热处理。焊缝全部完成后,立即进炉进行最后消除应力热处理。第第二二节节 热轧及正火钢的焊接工艺热轧及正火钢的焊接工艺 热轧钢或正火钢热轧钢或正火钢-屈服强度为屈服强度为295490Mpa的低合金的低合金高强钢,一般是在热轧或正火状态下供货使用,故称为高强钢,一般是在热轧或正火状态下供货使用,故称为热轧钢或正火钢,属于非热处
15、理强化钢。热轧钢或正火钢,属于非热处理强化钢。热轧钢热轧钢正火钢正火钢正火状态下使用正火状态下使用正火正火+回火状态下使用(含钼(回火状态下使用(含钼(Mo)钢)钢)一、热轧及正火钢的性能特点 典型热轧及正火钢的化学成分及牌号见表7-2,力学性能见表7-3。热轧钢热轧钢s295390MPa的钢,主要以的钢,主要以Mn、Si起固溶强化。起固溶强化。也可再加入也可再加入V、Nb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。Q295、Q345、Q390;组织为细晶粒;组织为细晶粒F+P。正火正火+回火状回火状态使用的钢态使用的钢正火状态下正火状态下使用的钢使用的钢Q420、HW53
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