船舶焊接工艺 船舶焊接与材料.pptx
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1、第1页/共28页 二、金属焊接性影响因素二、金属焊接性影响因素 (一)材料因素(一)材料因素 (二)工艺因素(二)工艺因素 (三)结构因素(三)结构因素 (四)使用条件(四)使用条件 三、金属焊接性评定三、金属焊接性评定 焊接性评定有间接判断法和直接试验法。焊接性评定有间接判断法和直接试验法。(一)焊接性间接判断法(一)焊接性间接判断法 1 1 1 1碳当量法碳当量法 所谓碳当量是指把钢中的合金元素(包括碳)的含量按其所谓碳当量是指把钢中的合金元素(包括碳)的含量按其作用换算成碳的相当含量,作为评定钢材焊接性的一种参考指作用换算成碳的相当含量,作为评定钢材焊接性的一种参考指标。标。国际焊接协会
2、推荐,国际焊接协会推荐,估算碳钢和低合金钢碳当量的公式为:估算碳钢和低合金钢碳当量的公式为:C C C CE E E E=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 (%)=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 (%)=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 (%)=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 (%)根据经验:根据经验:C C C CE E E E越小,焊接性越好。当越小,焊接性越好。当C C C CE E E E 0.250.250.250.25时,接时,接性优良;当性优良;当C C C CE E E
3、E 0.25%0.25%0.25%0.25%0.4%0.4%0.4%0.4%时,焊接性良好;时,焊接性良好;C C C CE E E E 0.40.40.40.40.60.60.60.6时,焊接性尚可;当时,焊接性尚可;当C C C CE E E E 0.60.60.60.6时,焊接性差。时,焊接性差。第2页/共28页 2 2 2 2焊接冷裂纹敏感指数焊接冷裂纹敏感指数 焊接冷裂纹敏感指数(焊接冷裂纹敏感指数(PcPcPcPc)不仅包括了母材的化学成分,)不仅包括了母材的化学成分,又又考虑了熔敷金属含氢量与拘束条件的作用。公式如下:考虑了熔敷金属含氢量与拘束条件的作用。公式如下:PcPcPcP
4、c=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+B/5+=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+B/5+=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+B/5+=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+B/5+/600+/600+/600+/600+H H H H/60/60/60/60 式中:式中:板厚(板厚(mmmmmmmm);HHHH焊缝中扩散氢含量(焊缝中扩散氢含量(mL mL mL mL/100g/100g/100g/100g)。)。当产品的
5、结构材料及工艺已定,当产品的结构材料及工艺已定,PcPcPcPc数值越大,表示冷裂数值越大,表示冷裂纹的倾向越大。纹的倾向越大。用公式计算粗步判断金属材料焊接性以后,还需进行试验用公式计算粗步判断金属材料焊接性以后,还需进行试验加以加以检验。检验。第3页/共28页 (二)焊接性直接试验法(二)焊接性直接试验法 焊接性直接试验法可分为抗裂性试验,接头使用性能焊接性直接试验法可分为抗裂性试验,接头使用性能试试验和工艺适应性试验。验和工艺适应性试验。由于焊接裂纹是焊接接头中最危险的缺陷,所以用得由于焊接裂纹是焊接接头中最危险的缺陷,所以用得最最多的是焊接裂纹试验。多的是焊接裂纹试验。通过焊接性试验,
6、可以用较小得代价达到以下几个目通过焊接性试验,可以用较小得代价达到以下几个目的:的:第一、选择适用于基本金属的焊接材料。第一、选择适用于基本金属的焊接材料。第二、确定合适的焊接工艺规范参数,包括焊接电流,第二、确定合适的焊接工艺规范参数,包括焊接电流,电弧电压,焊接速度以及预热温度,层间温电弧电压,焊接速度以及预热温度,层间温度,度,焊后缓冷及热处理等。焊后缓冷及热处理等。第三、发展和研制新型材料,确定它的适应性并作出第三、发展和研制新型材料,确定它的适应性并作出评评 价。价。第4页/共28页 1 1 1 1抗裂性试验抗裂性试验 这种试验的目的在于了解材料焊接后产生裂缝的倾向,常用这种试验的目
7、的在于了解材料焊接后产生裂缝的倾向,常用的的抗裂试验方法有:(抗裂试验方法有:(1 1 1 1)Y Y Y Y型坡口裂纹实验;(型坡口裂纹实验;(2 2 2 2)菲斯柯裂纹试)菲斯柯裂纹试验(验(FISCOFISCOFISCOFISCO);();(3 3 3 3)插销试验;()插销试验;(4 4 4 4)Z Z Z Z向拉伸试验向拉伸试验。抗裂性试验结果的评定,一般是用比较的方法,即把未知焊抗裂性试验结果的评定,一般是用比较的方法,即把未知焊接接性的材料与已知焊接性的材料进行对比;或在不同工艺措施下性的材料与已知焊接性的材料进行对比;或在不同工艺措施下(如(如不同预热温度)的结果进行比较,也可
8、以裂或不裂作为标准。不同预热温度)的结果进行比较,也可以裂或不裂作为标准。2 2 2 2接头使用性能试验接头使用性能试验 这类试验是为保证焊接接头或整个结构在预定试验条件下安这类试验是为保证焊接接头或整个结构在预定试验条件下安全全运行而进行的。包括力学性能试验、接头腐蚀试验及产品技术条运行而进行的。包括力学性能试验、接头腐蚀试验及产品技术条件件中所规定的其它性能试验。中所规定的其它性能试验。常用的接头使用性能试验方法有:常用的接头使用性能试验方法有:T T T T字型弯曲试验;字型弯曲试验;缺口冲击试验;缺口冲击试验;接头腐蚀试验。接头腐蚀试验。3 3 3 3工艺适应性试验工艺适应性试验 这种
9、试验主要是根据实际生产条件而设计的。如多次重复焊这种试验主要是根据实际生产条件而设计的。如多次重复焊接,火焰切割(如碳弧气刨)后的影响,定位焊试验等。接,火焰切割(如碳弧气刨)后的影响,定位焊试验等。第5页/共28页第二节 一般强度船用结构钢的焊接内容:一般强度船用结构钢焊接性及焊接工艺。目的:了解一般强度船用结构钢的焊接工艺。第6页/共28页 一、一般强度船用结构钢的焊接性一、一般强度船用结构钢的焊接性 一般强度船用结构钢含碳量一般强度船用结构钢含碳量0.22%0.22%0.22%0.22%,属于低碳钢,属于低碳钢,焊焊接性良好,焊接时一般不需要采取特殊的工艺措施。接性良好,焊接时一般不需要
10、采取特殊的工艺措施。但为了获得良好的焊接接头,操作时应注意以下问但为了获得良好的焊接接头,操作时应注意以下问题:题:1 1 1 1当焊件厚度大,结构刚性大,或施焊环境温度较当焊件厚度大,结构刚性大,或施焊环境温度较低低时,尤其是对时,尤其是对D D D D、E E E E钢的焊接。要求进行预热。钢的焊接。要求进行预热。2 2 2 2为了获得良好的焊缝形状,应适当增加焊缝宽度,为了获得良好的焊缝形状,应适当增加焊缝宽度,特别是埋弧自动焊,使焊缝的成型系数大于特别是埋弧自动焊,使焊缝的成型系数大于1.51.51.51.5为佳,以为佳,以防防止产生热裂纹。止产生热裂纹。第7页/共28页 二、一般强度
11、船用结构钢的焊接工艺二、一般强度船用结构钢的焊接工艺 (一)焊接方法(一)焊接方法 一般强度船用结构钢几乎一般强度船用结构钢几乎适用各种焊接方法适用各种焊接方法进行焊接,船进行焊接,船厂常用的焊接方法是焊条电弧焊、埋弧自动焊、厂常用的焊接方法是焊条电弧焊、埋弧自动焊、COCOCOCO2 2 2 2气体保护焊气体保护焊以及电渣焊等。以及电渣焊等。(二)焊接材料(二)焊接材料 可根据可根据“等强度原则等强度原则”选择焊条或焊丝。焊接一般简单且选择焊条或焊丝。焊接一般简单且承受静载荷的船体结构,可选用酸性焊条;焊接承受动载荷和承受静载荷的船体结构,可选用酸性焊条;焊接承受动载荷和复杂或大厚度的重要船
12、体结构,最好选用碱性焊条;焊丝常采复杂或大厚度的重要船体结构,最好选用碱性焊条;焊丝常采用用H08AH08AH08AH08A、H08MnAH08MnAH08MnAH08MnA或或H08Mn2SiAH08Mn2SiAH08Mn2SiAH08Mn2SiA;焊剂常用;焊剂常用HJ431HJ431HJ431HJ431。(三)焊接工艺要点(三)焊接工艺要点 1 1 1 1一般不需要预热、保持层间温度和后热处理;一般不需要预热、保持层间温度和后热处理;2 2 2 2在低温环境下焊接厚件时,应预热焊件,防止产生冷裂纹;在低温环境下焊接厚件时,应预热焊件,防止产生冷裂纹;3 3 3 3厚度超过厚度超过50mm
13、50mm50mm50mm的焊件,应进行焊后热处理以消除应力;的焊件,应进行焊后热处理以消除应力;4 4 4 4电渣焊焊件焊后应正火以细化电渣焊焊件焊后应正火以细化HAZHAZHAZHAZ晶粒。晶粒。第8页/共28页第三节 高强度船用结构钢的焊接内容:高强度船用结构钢焊接性及焊接工艺。目的:了解高强度船用结构钢的焊接工艺。第9页/共28页 一、高强度船用结构钢的焊接性一、高强度船用结构钢的焊接性 高强度船用结构钢的含碳量高强度船用结构钢的含碳量0.18%0.18%0.18%0.18%,同时由于钢中,同时由于钢中通通过加入合金元素来提高强度和韧性,因此对焊接性的影过加入合金元素来提高强度和韧性,因
14、此对焊接性的影响也响也很复杂。很复杂。强度级别较低时具有良好的焊接性强度级别较低时具有良好的焊接性,焊接过程,焊接过程中不中不需要采用特殊的工艺措施便可保证接头质量,但对需要采用特殊的工艺措施便可保证接头质量,但对强度强度级别级别大于大于450MPa450MPa450MPa450MPa级以上,其厚度较大或结构刚性较大的焊件,级以上,其厚度较大或结构刚性较大的焊件,焊焊接时就必须采取一定的工艺措施,避免出现缺陷。接时就必须采取一定的工艺措施,避免出现缺陷。高强度船用结构钢焊接时易出现的主要问题有:高强度船用结构钢焊接时易出现的主要问题有:(一)焊接接头中产生裂纹(一)焊接接头中产生裂纹 (二)热
15、影响区淬硬倾向(二)热影响区淬硬倾向 (三)对焊接热输入的敏感性(三)对焊接热输入的敏感性第10页/共28页(一)焊接接头中产生裂纹(一)焊接接头中产生裂纹 裂纹是船体结构中最危险的一种缺陷,各种裂纹的分裂纹是船体结构中最危险的一种缺陷,各种裂纹的分布布情况如图情况如图6-16-16-16-1。图图6 61 1 各种裂纹的分布情况各种裂纹的分布情况1-1-焊道下裂纹焊道下裂纹 2-2-焊趾裂纹焊趾裂纹 3-3-根部裂纹根部裂纹 4-4-热影响区裂纹热影响区裂纹 5-5-焊缝纵向裂纹焊缝纵向裂纹6-6-焊缝横向裂纹焊缝横向裂纹 第11页/共28页 1 1热裂纹 (1 1)热裂纹的特点 产生的温度
16、和时间 在高温下,是处于焊接过程中;产生的部位 热裂纹绝大多数是出现在焊缝金属中;外观特征 热裂纹沿焊缝长度方向分布,大多数向表面开口,有明显的氧化色彩。金相特征 热裂纹都发生在晶界上,具有晶间断裂特征,所以又称为晶间裂纹。(2 2)热裂纹产生的原因 产生热裂纹的原因就在于焊缝中存在液态薄膜和在焊缝凝固过程中有拉应力共同作用的结果。因此,低熔点共晶所形成的液态薄膜是产生热裂纹的根本原因,而拉伸应力是产生热裂纹的必要条件。(3 3)防止热裂纹的措施 选择合适的焊接材料;采用合适的焊接工艺参数;采用引弧板和熄弧板;减小焊接应力。第12页/共28页 2.2.2.2.冷裂纹冷裂纹 (1 1 1 1)冷
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