第七章非合金钢焊接.pptx
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1、 1 焊接工艺制定与评定2.非合金钢的焊接 2 Contents Page目录页 *2.1 非合金钢与钢材分类方法2.2 低碳钢的焊接2.3 中碳钢的焊接2.4 高碳钢的焊接2.5 非合金钢焊接工程实例 3 2.5 非合金钢焊接工程实例2.2 低碳钢的焊接2.3 中碳钢的焊接2.4 高碳钢的焊接 2.1 非合金钢与钢材分类方法2.1 非合金钢与钢材分类方法 国标GB/T13304-2008钢分类将钢材按两种方式进行分类:一种是按化学成分分类,另一种是按主要质量等级和主要性能及使用性能分类。钢材分类钢材分类钢材钢材分类分类132按化学成分分类按化学成分分类按主要质量等级和主要性能或使用性能分类按
2、主要质量等级和主要性能或使用性能分类按用途分类按用途分类 4 1.1 焊接性及影响素2.5 非合金钢焊接工程实例2.2 低碳钢的焊接2.3 中碳钢的焊接2.4 高碳钢的焊接 2.1 非合金钢与钢材分类方法2.1 非合金钢与钢材分类方法非合金钢按碳含量分:低碳钢,含碳量0.25 中碳钢,含碳量:0.250.6%高碳钢,含碳量0.6 “非合金钢”是指传统的“碳素钢”或“碳钢”,它是指在冶炼时没有特意加入合金元素,含有极少量的Si、Mn和微量的S、P等元素,其含碳量大于0.0218%而小于2.11%。具有较好的力学性能和各种工艺性能,并且冶炼工艺比较简单,价格低廉,因而在焊接结构制造中应用广泛,但一
3、般用于工作温度在350以下的结构。按化学成分刚分类为非合金钢非合金钢低合金钢低合金钢合金钢合金钢1.按化学成分分类 5 1.1 焊接性及影响素2.5 非合金钢焊接工程实例2.2 低碳钢的焊接2.3 中碳钢的焊接2.4 高碳钢的焊接 2.1 非合金钢与钢材分类方法2.1 非合金钢与钢材分类方法普通质量非合金钢普通质量非合金钢优质非合金钢优质非合金钢特殊质量非合金钢特殊质量非合金钢2.按主要质量等级和主要性能或使用性能分类3.按用途分类碳素结构钢碳素结构钢碳素工具钢碳素工具钢此外,钢材还可以从其他角度进行分类,如按专业(锅炉用钢、桥梁用钢、容器用钢等)、按冶炼方法进行分类。2.按主要质量等级和主要
4、性能或使用性能分类 3.按用途分类 6 1.1 焊接性及影响素2.5 非合金钢焊接工程实例2.2 低碳钢的焊接2.3 中碳钢的焊接2.4 高碳钢的焊接 2.1 非合金钢与钢材分类方法2.1 非合金钢与钢材分类方法钢的钢的种类种类碳的质量分碳的质量分数(数(%)典型硬度典型硬度典型用途典型用途焊接性焊接性低低碳碳钢钢0.150.1560HBW60HBW特殊板材和型材、特殊板材和型材、薄板、带材、焊薄板、带材、焊丝丝优优0.150.150.250.2590HBW90HBW结构用型材、板材结构用型材、板材和棒材和棒材良良中碳钢中碳钢0.250.250.600.6025HRC25HRC机器部件和工具机
5、器部件和工具中(通常需要预热和后中(通常需要预热和后热、推荐低氢焊接)热、推荐低氢焊接)高碳钢高碳钢0.600.6040HRC40HRC弹簧、模具、钢轨弹簧、模具、钢轨劣(必须用低氢焊接、劣(必须用低氢焊接、预热和后热)预热和后热)非合金钢焊接性与碳的质量分数的关系非合金钢焊接性与碳的质量分数的关系碳钢焊接性主要取决于碳的质量分数,随碳的质量分数的增加焊接性逐渐变差。7 1.1 焊接性及影响素2.5 非合金钢焊接工程实例2.3 中碳钢的焊接2.4 高碳钢的焊接 2.2 低碳钢的焊接2.2 低碳钢的焊接2.1 非合金钢与钢材分类方法成分特点:碳的质量分数较低,硅、锰含量较少。焊接性优良:焊接时一
6、般不需预热、控制道间温度和后热,焊后也不必采取热处理来改善组织,可以说在整个焊接过程中不需要特殊的工艺措施1.低碳钢的成分特点与焊接性 8 1.1 焊接性及影响素2.5 非合金钢焊接工程实例2.3 中碳钢的焊接2.4 高碳钢的焊接 2.2 低碳钢的焊接2.2 低碳钢的焊接2.1 非合金钢与钢材分类方法2.焊接特点 1)可装配成各种接头形式,适应各种不同位置的焊接,且焊接工艺和技术较简单,容易掌握。2)塑性好,焊接接头产生裂纹的倾向小,适合制造各种大型结构和受压容器。3)不需要使用特殊和复杂的设备,对焊接电源和焊接材料没有特殊要求,交直流焊机、酸碱性焊条和焊剂都可以使用。4)如果焊接时热输入过大
7、,例如焊条直径或焊接电流选择不当、埋弧焊电流或焊速不当,也可能出现热影响区晶粒长大而引起塑性降低。9 1.1 焊接性及影响素2.5 非合金钢焊接工程实例2.3 中碳钢的焊接2.4 高碳钢的焊接 2.2 低碳钢的焊接2.2 低碳钢的焊接2.1 非合金钢与钢材分类方法3.低碳钢的焊接工艺要点 n低碳钢焊接性良好,几乎可以选择所有的焊接方法,并能保证焊接接头的良好质量。n值得注意的是,电渣焊焊后焊缝金属组织比较粗大,热影响区存在过热组织,韧性低,一般要求焊后对电渣焊焊接接头进行“正火+回火”处理,改善焊缝及热影响区组织以提高接头韧性,正火温度一般为Ac3+30-501)焊接方法2)焊接材料n选择焊接
8、材料应遵循等强匹配的原则,根据母材强度等级及工作条件来选择焊接材料。n低碳钢结构通常使用抗拉强度平均值为420MPa的钢材,因而常选用E43和E50 系列焊条。10 1.1 焊接性及影响素2.5 非合金钢焊接工程实例2.3 中碳钢的焊接2.4 高碳钢的焊接 2.2 低碳钢的焊接2.2 低碳钢的焊接2.1 非合金钢与钢材分类方法 11 1.1 焊接性及影响素2.5 非合金钢焊接工程实例2.3 中碳钢的焊接2.4 高碳钢的焊接 2.2 低碳钢的焊接钢材分类钢材分类2.2 低碳钢的焊接2.1 非合金钢与钢材分类方法钢号钢号焊条电弧焊焊条电弧焊埋弧焊埋弧焊COCO2 2焊焊一般结构一般结构焊接动载荷、
9、复杂与厚板结构、焊接动载荷、复杂与厚板结构、重要受压容器和低温下焊接重要受压容器和低温下焊接焊丝牌号焊丝牌号焊剂牌号焊剂牌号Q235Q235Q255Q255E4303E4303、E4313E4313、E4301E4301、E4320E4320、E4311E4311E4315E4315、E4316E4316(E5015(E5015、E5016)E5016)H08AH08AHJ430HJ430HJ431HJ431H08Mn2SiH08Mn2SiH08Mn2SiAH08Mn2SiAQ275Q275E5015E5015、E5016E5016E5015E5015、E5016E5016H08MnAH08M
10、nA0808、10101515、2020E4303E4303、E4301E4301E4320 E4320、E4311E4311E4315E4315、E4316E4316(E5015(E5015、E5016)E5016)H08AH08AH08MnAH08MnAHJ430HJ430HJ431HJ431HJ330HJ3302525、3030E4315E4315、E4316E4316E5015E5015、E5016E5016H08MnAH08MnA、H10MnAH10MnA20g20gE4303E4303、E4301E4301E4315E4315、E4316 E4316 (E5015(E5015、E5
11、016)E5016)H08MnAH08MnAH08MnSiH08MnSi、H10Mn2H10Mn220R20RE4303E4303、E4301E4301E4315E4315、E4316 (E5015E4316 (E5015、E5016)E5016)H08MnAH08MnA焊接低碳钢常用的焊接材料焊接低碳钢常用的焊接材料 12 1.1 焊接性及影响素2.5 非合金钢焊接工程实例2.3 中碳钢的焊接2.4 高碳钢的焊接 2.2 低碳钢的焊接2.2 低碳钢的焊接2.1 非合金钢与钢材分类方法低碳钢焊接一般不需要特殊的工艺措施在工件厚度较大或环境温度较低(T0)时,会因冷速加快而导致接头裂纹倾向增加在
12、焊接直径3000mm且壁厚50mm的结构、焊接壁厚90mm的第一层焊道、受压容器壁厚20mm时的焊缝有可能产生裂纹。低碳钢施焊工艺要点 13 1.1 焊接性及影响素2.5 非合金钢焊接工程实例2.3 中碳钢的焊接2.4 高碳钢的焊接 2.2 低碳钢的焊接2.2 低碳钢的焊接2.1 非合金钢与钢材分类方法不在低温下进行成形、矫正和装配焊前预热,焊接时保持道间温度采用低氢或超低氢型焊接材料连续施焊整条焊缝,避免中断在坡口内引弧,避免擦伤母材,注意熄弧时填满弧坑工件厚度较大或环境温度较低(T0)时应采取如下工艺措施低碳钢施焊工艺要点241 153 14 1.1 焊接性及影响素2.5 非合金钢焊接工程
13、实例2.4 高碳钢的焊接2.3 中碳钢的焊接2.1 非合金钢与钢材分类方法 2.3 中碳钢的焊接2.2 低碳钢的焊接中碳钢中碳的质量分数为wc=0.25%0.60%,其强度和硬度较高,塑性和韧性较差,淬硬性较大,当wc接近下限时焊接性良好,随wc的增加焊接性严重恶化。在物理性能方面,中碳钢比低碳钢线膨胀系数略大,热导率稍低,这也就增加了中碳钢焊接时的热应力和过热倾向。1.中碳钢的成分特点与焊接性 15 1.1 焊接性及影响素2.5 非合金钢焊接工程实例2.4 高碳钢的焊接2.3 中碳钢的焊接2.1 非合金钢与钢材分类方法 2.3 中碳钢的焊接2.2 低碳钢的焊接当钢中碳的质量分数大于0.15%
14、时,碳本身偏析以及它促进硫等其它元素偏析都明显起来,如果钢中的硫较多,则会因形成低熔点硫化物 而导致热裂纹倾向增加,因此用于焊接的中碳钢必须严格控制硫的质量分数其次,由于碳的质量分数较大,在焊接冶金反应中,C和FeO反应生成的CO有可能产生CO气孔第三,碳的增加提高了钢材的淬硬性,焊接时如果冷速较快则会在热 影响区产生马氏体组织,且中碳钢的马氏体组织有较大的脆性,因此在焊接应力作用下容易发生冷裂纹和脆断 中碳钢的成分特点与焊接性 16 1.1 焊接性及影响素2.5 非合金钢焊接工程实例2.4 高碳钢的焊接2.3 中碳钢的焊接2.1 非合金钢与钢材分类方法 2.3 中碳钢的焊接2.2 低碳钢的焊
15、接中碳钢的焊接性较差,且随碳的质量分数增加而越来越差,焊接时的主要问题是热裂纹、冷裂纹、气孔和脆断,有时还会存在热影响区强度降低,钢中杂质越多、结构刚性越大,问题就越严重。中碳钢一般不用作焊接结构材料,而是用作机器部件和工具较多,多利用其较高强韧性及耐磨性,这种性能通常是经过热处理来达到的,因此焊接时就要注意母材热处理状态。如果是焊接已经过热处理的部件,则必须采取措施防止裂纹产生;如果是焊后进行热处理,要求热处理后接头与母材性能相匹配,则必须注意选择焊接材料。中碳钢 17 1.1 焊接性及影响素2.5 非合金钢焊接工程实例2.4 高碳钢的焊接2.3 中碳钢的焊接2.1 非合金钢与钢材分类方法
16、2.3 中碳钢的焊接2.2 低碳钢的焊接2.中碳钢的焊接工艺要点 1)焊接方法2)坡口制备中碳钢焊接时为了限制焊缝金属中碳的质量分数,应减小熔合比,所以一般采用U形或V形坡口,并注意将坡口及两侧20mm范围内的油污、铁锈等污物清理干净。中碳钢焊接性较差,一般用作机器部件,其焊接一般是修补性的,所以焊接中碳钢最合适的焊接方法是焊条电弧焊。18 1.1 焊接性及影响素2.5 非合金钢焊接工程实例2.4 高碳钢的焊接2.3 中碳钢的焊接2.1 非合金钢与钢材分类方法 2.3 中碳钢的焊接2.2 低碳钢的焊接3 3)焊接焊接材料材料n一般情况下选用去硫能力强,熔敷金属扩散氢含量低,塑、韧性较好的低氢型
17、焊条n在要求焊缝金属与母材等强度时,选相应级别的低氢焊条n在不要求等强度时,选用强度级别低于母材的低氢焊条,例如焊接强度级别为490MPa的母材,可选择E4315、E4316焊条,切不可选择强度级别比母材高的焊条。n对强度不做要求的中碳钢工具、模具等,焊接时要考虑其焊前状态n如果是在退火状态下(热处理前)焊接,选用焊条则必须要使焊缝金属与母材化学成分接近,以使焊后经热处理的焊缝金属达到与母材性能相同n如果是在热处理后的部件上焊接,则要选择低氢焊条,并采取相应的工艺措施,以防止裂纹和热影响区软化 19 1.1 焊接性及影响素2.5 非合金钢焊接工程实例2.4 高碳钢的焊接2.3 中碳钢的焊接2.
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