焊接的基本知识.docx

1、焊接的基本知识第四部分:钢 材 的 焊 接碳钢的焊接：一.低碳钢的焊接及热处理工艺1. 低碳钢的焊接特点:(1).可装配成各种不同的接头,适应各种不同位置的施焊,焊接工艺和技术比较简单,容易握。(2).焊前一般不需要预热。(3).塑性较好,焊缝产生裂缝和气孔的倾向较小,可制造大型的构架及受压容器。(4).不需要使用特殊和复杂的设备,对焊接电源没有特殊要求,交直流弧焊机都可焊接。(5).焊接溶池可能受到空气中氧和氮的侵袭,使焊缝金属氧化和氮化。焊缝中有氧化亚铁的在可能引起热裂缝。此外,焊接沸腾钢时由于硫合磷的影响,裂缝倾向更大一些。2.焊接工艺: 低碳钢几乎可以采用所有的焊接方法进行焊接,并都能

2、保证焊接接头的良好质量。用最好的焊接方法是手工电弧焊、埋弧自动焊及二氧化碳气体保护焊等。焊 接 方 法焊接材料 应 用 情 况手工电弧焊 J422 J427 焊接强度等级较低的低碳钢或一般的低碳钢结构J500 J507 焊接强度等级较高的低碳钢、重要的低碳钢结构或低温下工作的结构 3.焊后注意事项: 低碳钢的焊接,焊后一般不需要进行热处理。但当工件较厚或工件刚性很大,同时对接头性能的要求又高时,则在焊后进行回火热处理。例如锅炉汽包,及时采用象20g和22g等焊接性能良好的低碳钢板材,在焊后仍要进行600-650的回火热处理。4.焊接实例： (1).母材: 20# Q235-A (2).焊条:

3、E4303(J422) 焊条直径： 烘干温度: 150恒温小时后，降至100恒温，使用前放入焊条保温筒随用随取。(3).焊接设备: 交、直流弧焊机; (4).焊接电流: (100-140)A ，焊条直径:。焊缝层数: 单道多层焊。(5).焊前准备工作及焊接注意事项： a.用磨光机磨出坡口的同时，清理焊口内外附近100mm范围内的油、锈、水等杂质。 b.焊接过程中，工件不得受风、雪、雨的直接侵袭。 c.每焊完一层焊道时，要彻底清除熔渣，并进行仔细检查无缺陷后，才可继续焊下一层。二、中碳钢的焊接1. 中碳钢的焊接特点:(1).热影响区容易产生低塑性的淬硬组织。含碳量越高,板厚越大,这种淬硬倾向越大

4、。焊件刚度较大和焊条选用不当时,容易产生冷裂纹。(2).焊缝金属的含碳量比较高容易产生热裂纹。2. 焊接工艺:(1).尽可能选用碱性低氢焊条。当焊接接头的强度不要求与基本金属相等时,应选用强度较低的碱性低氢焊条,如J422。 J427等。 特殊情况下,可采用铬镍不锈钢焊条焊接或焊补中碳钢。其特点是焊前不需要预热。如A402。A407。A302。A307(2).预热 预热是焊接中碳钢的主要工艺措施。 一般情况下35#、45#(包括铸钢)预热温度可选用150-250 ,含碳量再高或因刚度和厚度很大，裂纹倾向大时可将预热温度提高到250-400。(3).焊接要点: a.焊条使用前要按规定烘干。 b.

5、焊接第一层焊缝时,尽量采用小电流、慢焊速,焊后注意保温,使焊件缓慢冷却。 C.在焊接中可以采用轻敲焊缝表面的方法,以减少焊件残余应力,细化晶粒。 d.每层焊缝应清理干净,特别是雾状飞溅很牢的附着在焊缝周围,影响焊接质量,必需铲除。 e.焊接时最好采用直流反接,以减少金属飞溅及焊缝中的气孔。 f.如焊件几何形状复杂或焊缝过长,可分成若干小段,分段跳焊,使其热量分部崐均匀。 g.如第一层焊缝出现裂纹,应降低焊速,及时排除裂纹,重新焊接。收尾时,电弧慢慢拉长，将溶池添满,防止收尾处裂缝。三、高碳钢的焊接1. 焊接特点:(1).高碳钢焊件通常是处于热处理状态。一般高碳钢不用于制造焊接结构,其焊接大多属

6、于焊补或堆焊。对于承受大震动负荷的焊接构件,一般不用高碳钢。 高碳钢焊接时产生裂纹的倾向比较大。焊缝脆弱,接头强度低。2. 焊接工艺:(1).选用含碳量低于高合金钢的高强度低合金钢焊条,使焊缝金属含碳量降低。目前多采用J857或J857Gr等焊条。焊接前,焊条在350-400温度下烘烤一小时,使用前放入焊条保温桶随用随取。(2).焊前应清理焊接坡口处的脏物。如焊件厚度大于10mm。可在300-500预热。(3).为了防止热影响区金属组织硬化,焊接时要降低焊接速度使溶池缓冷。也可以采用多层焊接,使后焊的焊缝部分的经过前一焊缝的硬化区,使之回火。(4).定位焊应用小直径焊条焊透。受尾时必需将弧坑焊

7、满。(5).焊后,焊件应在600-700进行回火处理,以消除应力,固定组织防止裂纹,改善焊缝的性能。 合金钢的焊接一、低合金结构钢的焊接1. 焊接特点:(1).低合金结构钢的重要特点是热影响区有比较大的淬硬倾向。为了避免淬硬,焊接时必需控制焊接电弧的线能量(2).焊接接头的冷裂纹 随着钢材强度等级的提高,冷裂倾向加剧。冷裂倾向主要发生在高强度厚板中。2. 16Mn 16MnR焊接材料应选用 J502焊条。3. 焊接实例：(1).焊接材料：母材：16Mn，焊条：E5015(J507) 烘干温度: (350-400)恒温 2小时后降至100保温。使用前放入焊条保温筒随用随取。(2).焊接设备：直流

8、弧焊机；接头方式：直流反接法。(3).工艺参数：a.焊接电流：（100-130）A;b.焊缝层数: 单道多层焊。要求每一层焊层要薄, 每焊完一层用小锤轻轻敲击焊缝及热影响区, 消除焊接应力。(4).焊接热处理： a.焊前，用火焰将已磨好坡口的焊缝周围 200mm范围内，加热至150，同时进一步将未清除干净的油、锈等杂质清除干净。 b.每焊接完一个接头，立即用氧乙炔火焰将焊接接头及其周围加热至(200-250)，用石棉布等保温材料进行保温缓冷，进行消氢热处理。二、低合金珠光体耐热钢的焊接 1. 珠光体耐热钢的特性: 珠光体耐热钢一般使用于350-550之间,和普通碳素钢相比,有两个特殊性能:一是

9、高温强度(又叫抗热性)二是高温抗氧化性(又叫热稳定性)(1).高温强度 影响耐热钢高温强度大小的主要因素是它的成分。钼本身的溶点很高,因而能显著提高金属的高温强度,所以珠光体铬钼耐热钢都含有钼。(2).高温抗氧化性 铬不仅能提高钢材的高温抗氧化性,还可以提高钢材高温耐腐崐蚀性。所以珠光体铬钼耐热钢中都含有铬。同时铬钼耐热钢中常加入一些钒、钨、铝崐、硼等元素,其目的都是为了提高高温强度。2.铬钼耐热钢焊接 铬钼钢焊接有明显的淬硬倾向,常常导致焊缝的热影响区发生裂纹。 珠光体耐热钢发生裂缝除因为焊缝区组织硬化外,氢的扩散也是一个原因。要减少裂缝的危险,就应该对焊件预热缓冷,焊条应采用低氢型的,并且

10、焊后要缓冷。常用耐热钢焊条的选用如下:钢号工作环境适用焊条牌号 施 工 条 件12CrMo工作温度510R202、R207预热150-300,焊后650-710回火15CrMo工作温度520R307预热250-350,焊后680-720回火12CrMoV工作温度540R317预热250-350,焊后680-750回火15CrMoV工作温度570R327、R337预热300,焊后720-750回火Cr5Mo受腐蚀作用的管道R507预热300-400,焊后740-760回火3.铬钼耐热钢焊接要点:(1).预热 预热是焊接铬钼钢的最重要的措施。(2).保温焊和连续焊 所谓保温焊,是指在整个焊接过程中

11、,应使被焊工件保持足够的温度。所谓连续焊,是指焊接过程最好不要中断。如果必须间断,则应在间断焊时使焊件缓慢均匀的冷却,再焊之前仍要重新预热。(3).短道焊 如果要焊一道长的焊缝,则每一道不要太长,使得被焊的这一段在较短的时间内重复受热。(4).锤击焊缝 在厚板多层焊时,每焊完一根或两根焊条,可对焊缝进行锤击。目的是消除内应力,改善焊缝的机械性能。锤击应在温度高于30时进行,锤击的力量不必过大。(5).焊后缓冷 焊后缓冷是焊接铬钼耐热钢必须严格遵循的原则,即使在炎热的夏季也必须做到这一点。一般是焊后立即用石棉布覆盖焊缝及近缝区。(6).焊后热处理 铬钼耐热钢焊后必须进行热处理,如果条件许可,应在

12、焊后立即送到炉子里处理。这是因为铬钼钢产生的裂缝略有延迟性,焊后立即热处理是避免延迟裂缝的最有效措施。如果条件不许可,则要做到焊后保温缓冷。 焊后热处理的工艺有两中: 一种是正火加回火,另一种是单一的高温回火。4.焊接实例：(1).焊接材料：母材: Cr5Mo，焊条:.R507，焊条直径：。烘干温度: 350恒温1小时后，降至100恒温，使用前放入焊条保温筒随用随取。(2).焊接设备: 直流弧焊机;电极接法: 直流反接法。(3).工艺参数: 焊接电流: (100-140)A ,焊缝层数: 单道多层焊。焊前预热温度: (150-200) 焊后高温回火温度：(740-760)(4).焊前准备工作及

13、焊接过程中的注意事项：a.焊接场地的环境温度不宜过低。气温低时要注意避免点固焊缝开裂。b.坡口若是用气割成形时，焊前，管子或管端200mm范围内必须退火，并用角向磨光机将渗碳层磨掉。c.焊前应将焊口两边各100mm范围内用火焰预热，其预热温度为(350-400)。点固焊时也要进行预热，以防点固焊的开裂。d.焊接过程中，应不使工件受风、雪、雨的直接侵袭，管子两头要堵住，避免受穿堂风影响。e.焊接时要连续焊完，焊接完后或中断焊接时，应立即用石棉布包好，使其缓冷，再焊时要重新预热。f.由于焊缝金属比管材线膨胀系数大，冷凝时弧坑焊肉较薄处易出现裂纹，所以，不得多次引弧和断弧。弧坑应填平后再断弧。换焊条

14、时要快，同时不得在管子上引弧，以免损伤管子。g.每焊完一层焊道时，要彻底清除熔渣，并进行仔细检查。同时注意在整个焊接过程中，焊口附近温度不得低于预热温度。h.焊接完毕，要立即进行焊后高温回火热处理。不能立即进行回火热处理的，要立即将焊完的焊缝附近200mm的范围内加热到250保温小时以上，进行消氢热处理，待以后再做回火热处理。不锈钢的焊接一、不锈钢的类型和特性: 通常不锈钢按其显微组织的不同,分为马氏体型、铁素体型、奥氏体型、奥氏体-铁素体型和沉淀硬化型。1. 马氏体不锈钢 马氏体不锈钢中铬的含量为12-17,而碳为。这类钢能接受淬火,回火后硬度有所降低但韧性增加,且耐腐蚀性为最佳。 马氏体不

15、锈钢具有高的耐腐蚀性、热稳定性及热强性,可以制造温度低于700下长期工作的机器。尤其广泛地用它制造韧性和冲击负荷要求较高的零件。常用牌号有Cr13、2Cr13等。2. 铁素体不锈钢 其含铬量为16-30。这类钢比马氏体不锈钢具有较高耐腐蚀性和抗氧化性能，特别在硝酸中化学稳定性较高。常用的牌号有Cr17、Cr17Ni。3. 奥氏体不锈钢 奥氏体不能钢是高铬不锈钢中添加适当的镍(8-25)而形成的，经固溶处理后，保持奥氏体组织。这类钢没有磁性，但冷加工后易发生硬化现象。 奥氏体不锈钢是应用最广的一类不锈钢。其中18-8型不锈钢(钢中含有铬18左右，含镍为8以上)是最有代表性的一种。它具有良好的耐腐

16、蚀性能和耐酸性能，又便于进行机械加工、冲压和焊接，所以在各个领域中广为使用。在18-8型不锈钢中添加钼和铜时，可以增强对还原性酸的耐腐蚀性能；添加钛和铌时，能够提高崐它的抗晶间腐蚀能力。4. 奥氏体铁素体不锈钢 它于奥氏体不锈钢相类似，不过在组织中含有一定数量的铁素体。它用于制造有一定耐腐蚀要求的高强度容器及其零件、结构件。常用的牌号有Cr17Mn13Mo2N。5. 沉淀硬化不锈钢 它具有良好的耐蚀性和较高的强度，并有良好的加工性能和可焊性，因此广泛用它作为高强度结构的材料。常用的牌号有Cr17Ni4Cu4Nb。二、马氏体不锈钢的焊接 1. 焊接特点：马氏体不锈钢的可焊性较差。它有较强烈的淬硬

17、倾向，焊后残余应力也较大，容易产生裂纹。为了提高焊接接头的塑性，减小内应力，避免产生裂纹，焊前必须进行预热。一般预热温度不宜超过400。焊后将焊件缓慢冷却到150-200。当使用马氏体不锈钢焊条焊接时，焊件应及时进行高温回火处理，以提高焊接接头的塑性、韧性及抗腐蚀性能。此外，还要选用大的焊接电流，以减缓冷却速度，防止裂纹产生。2. 焊接工艺： (1).焊条的选用：可以选用两种焊条，一种是选用G202、G207焊条，焊后要进行热处理(730回火处理)。另一种是不锈钢焊条A102、A107、A202、A207、A402、A407等。焊后不进行热处理。(2).2Cr13钢的焊接：手工电弧焊接时，选用

18、G207施焊，焊前预热到300以上，焊后必须700以上高温回火。三、奥氏体不锈钢的焊接. 焊接特点： 铬镍奥氏体不锈钢的可焊性良好，焊接时一般不需要采取特殊的工艺措施。但是，假如焊条选用不当或焊接工艺不正确时，会出现晶间腐蚀及热裂纹等缺陷。2. 焊接工艺：(1).手工电弧焊 适用于1mm以上的钢板，坡口机械加工或等离子切割。焊前必须严格清理坡口及其附近。焊接过程中应防止表面损伤，以免降低耐腐蚀性能。 为了防止焊接接头在危险温度范围内(450-850)停留时间过长而产生晶间腐蚀，并防止接头过热而产生热裂纹,焊接铬镍奥氏体不锈钢时,要采用快速焊、小焊缝。焊条最好不作横向摆动,一次焊成的焊缝宽度不宜

19、超过焊条直径的3倍,运条要稳,收弧时要添满弧坑。焊接电流比低碳钢焊接时降低20左右,一般是焊条直径的25-30倍。焊接规范如下:焊条直径,mm焊接电流,A 焊条直径,mm 焊接电流,A2。5 50-804110-1503280-1105160-200 多层焊时,每焊完一层须彻底清除溶渣,并对焊缝进行仔细检查,确无缺陷,并等到前层缝冷却后(小于60),再焊接下一层。与腐蚀介质接触的焊缝尽量最后焊。焊条可以采用A132、A137(2).焊接实例：a.焊接材料：母材:0Cr18Ni9Ti,焊条:E0-19-10Nb-16(A132)，直径： 烘干温度: 150恒温1小时后降至100恒温。使用前放入焊

20、条保温筒随用随取。b.焊接设备: 直流弧焊机或交流弧焊机;c.工艺参数: 焊接电流: (70-100)A ,焊缝层数: 单道多层焊。要求焊每一层焊层时用小电流、薄焊层。d.焊前准备及工艺顺序： (a).用手动砂轮机磨出要求的坡口形式，并将焊缝周围20mm范围内清除油、锈、水等杂质, 露出金属光泽。用渗透法探伤确定其周围无裂纹等缺陷。 (b).焊缝填满并清理后，进行无损探伤，确认无裂纹等缺陷。(3).氩弧焊 氩弧焊可以保证获得高质量的焊接接头。目前,手工氩弧焊广泛应用于不锈钢薄板结构和薄壁管的焊接。1Cr18Ni9Ti钢可采用焊丝H0Cr19Ni9Ti或00Cr19Ni10。不锈钢氩弧焊采用的氩

21、气纯度一般应不低于99。6。钨极氩弧焊多采用直流电源正接(焊把接负极),但也可以用交流电源焊接。异种钢的焊接一、异种钢焊接结构所用的材料 异种钢焊接结构所用的材料归纳起来不外乎是珠光体钢、铁素体钢、奥氏体钢、马氏体钢及奥氏体-铁素体钢等几种类型。常用于异种钢焊接结构的材料如下:组织类型类别钢 号珠 光 体钢碳钢:A1,A2,A3,A4,B1,B2,B3,B4,08,10,15,20,25,20g,22g中碳钢及低合金钢：15Mn,16MnR,20Mn,15cr,20Cr,18CrMnTi,10CrV船用特殊低合金钢:AK25,AK27强度中碳钢及低合金钢:35,40,45,50,55,35Mn

22、,40Cr,25CrMnSi铬钼耐热钢:15CrMo,30CrMo,12CrMo,20CrMo铬钼钒(钨)耐热钢:12Cr1MoV,25CrMoV,铁素体（马氏体）钢 高铬不锈钢:0Cr13,1Cr13,Cr14,2Cr13,3Cr13 高铬耐酸耐热钢:Cr17,Cr17Ti,Cr25,1Cr28,1Cr17Ni2高铬热强钢:1Cr11MoVNb,1Cr11MoV,1Cr12WNiMoV奥氏体及奥氏体耐酸钢:00Cr18Ni10,0C18Ni9,0Cr18Ni9Ti,1Cr18Ni11Nb奥氏体-铁素体钢奥氏体耐热钢:0Cr23Ni18,Cr18Ni18,0Cr20Ni14Si2无镍或少镍的铬

23、锰氮奥氏体钢和无铬镍奥氏体钢:3Cr18Mn12Si2N铁素体-奥氏体高强度耐酸钢:0Cr12Ni5Ti二、不同珠光体钢的焊接:1. 焊接注意事项: 焊接时首先要考虑的是:必须采取防止近缝区裂纹的措施。第二个必须采取的措施是要防止焊接接头的不均匀性。2. 焊接材料的选择: 不同珠光体焊接时,焊接材料应保证焊缝金属能达到与强度较低的母材等强。如果产品不允许进行预热和焊后热处理时,可以采用奥氏体钢的焊缝。 不同珠光体钢焊接时可参考以下选择焊接材料,确定预热与回或温度: 母材组合焊条预热温度回火温度 备注J427100200600650J426、J427150250640660J426、J42720

24、0250600650焊后立即热处理A402、A407不预热不回火焊后不能热处理时选用焊后立即热处理200250640670焊后立即热处理150250640660200250600650不预热不回火200250640670R317200250640670200250640670A507不预热不回火200250640670A507不预热不回火200250640670A507不预热不回火J707200250640670焊后立即热处理A507不预热不回火J707200250670690焊后立即热处理A507不预热不回火200250700720焊后立即热处理A507不预热不回火三、不同马氏体(铁素体)钢

25、的焊接1. 焊接特点:在热影响区形成低塑性组织或晶粒过分长大而使冲击韧性严重降低。因此必须采取措施防止近缝区产生裂纹或冲击韧性降低。2. 焊接材料的选择: 不同马氏体钢焊接时的焊接材料及预热、回火温度见下:母材组合焊 接 材 料预热温度回火温度备注G207200300700740A307不预热不回火焊后保温缓冷后立即回火处理A307不预热不回火焊后保温缓冷后立即回火处理A312不预热不回火镍材焊接1.母材:LC-Ni99(NO：。低碳镍材质2.低碳镍管道焊接焊丝牌号和规格: ERNi-1，3.低碳镍管道和焊材的领用管理由于低碳镍易受硫的污染,当其温度在300时，硫在镍中存在的微小颗粒能导致镍材

26、的劣化，形成的镍化硫渗入到镍的晶界处，使镍的抗腐蚀能力大大下降。而硫的来源很广，主要有油、油脂、垃圾、油漆、漆、标记墨水、胶布带、胶、焦油或油纸及指纹(汗渍)、脚印以及大气中含硫的工业空气。因此为了保证镍管的洁净，在镍管材的领用过程中必须做到：a.参与领用镍材的人员必须穿干净的工作服、戴干净的手套。b.领用镍的运输工具(汽车、板车等)必须经过处理，确保镍材不与普通碳钢、有污染的隔垫(指木板等)相接触，可在干净干燥的木板上铺一层干净的白布或用干净的不锈钢钢板进行隔离。c.领回的镍材及时安装，随领随用。当天未用完的镍材退还给工地仓库。d.对镍材专门设置临时仓库，专人保管，分规格堆放，同时确保其不受

27、污染。e.在不污染镍材、焊材的前提下，进行挂牌标识，谨防用错。f.在镍材、焊材出库的同时，发货单位同时出具材质说明书和合格证。g.在镍材的搬动和运输过程中，不得使用钢丝绳、叉车装车。h.镍材的搬动和运输不允许碰撞，应轻拿轻放。i.在镍材和焊材的领用过程中实行严格的审批手续。j.在镍管施工时，工地上要安排专人监护。.4、焊接方法：手工钨氩弧焊接5、低碳镍管道的焊接要点：5.施工场所必须保持干净整洁，地面上铺上薄木板(指包装板)以降低粉尘，工人穿干净工作服和戴白色布手套，用导链或用吊车辅助安装时，采用尼龙绳作为吊装索具。5.配备丙酮或酒精，发现有污染点及时擦拭。5.镍材禁止强力组对，禁止锤击和火焰

28、烘烤。5.禁止在镍管上乱图乱画和打任何标记。5.除施工必需外，不允许用手摸镍管道。6、低碳镍管道的下料加工.低碳镍管的下料采用砂轮切割机切割，做到专机专用(切割镍材的不得用于其他材料的切割)。砂轮机的金属部分(紧固部分)用白布缠绕隔离做到镍管不与碳钢接触，防止渗碳而降低镍材的耐蚀性。.低碳镍管道的坡口加工采用100X2的角向磨光机，亦禁止砂轮机的金属部分与镍的接触，同时做到专机专用。7、低碳镍管道的坡口尺寸和组对要求.低碳镍管道的坡口尺寸选用大角度,小钝边的形式,对接焊缝坡口角度为80+，钝边，组对间隙为，见图1。80 图1.管口平面最大垂直偏差为管子直径的1%，且不大于2mm。.管子和管子之

29、间或管子与管件的组对应内外平齐,内壁错口量不大，使用刮刀进行刮削，使其达到此精度。8、低碳镍管道的焊前准备.焊前用丙酮将坡口两侧(每侧不小于50mm)的表面污染物进行清洗（其中应包括内壁的清理）。清洗分为两步,第一遍用丙酮清除污染物，第二步用白布擦拭干净待组对点焊。.低碳镍管道在15以上温度环境下焊接，在镍管施工时，每天用温度计测量环境温度，当温度低于15时，采用措施提高环境温度达到要求，另外采用电加热器（碘钨灯或大功率电吹风）加热焊缝两侧，每侧不少于300mm，使之达到15以上。.焊丝的清洗为先用220#砂纸打磨，再用丙酮和白布清理擦拭干净。.点固焊：对于60mm的管道采用两点点固，60mm管道采用三点点固，焊点的长度为1015mm。高度管壁厚度的2/3，点固焊的要求与正式焊接相同，不得有裂纹、气孔、夹渣、末熔合等缺陷。发现问题必须及时处理。点固焊亦要进行充氩保护。焊点对称等份分布，在焊接前将点