《焊接冶金学及金属材料焊接-教案-模块七.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《焊接冶金学及金属材料焊接-教案-模块七.pdf（6页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、 1 授课题授课题目：目：模块七模块七 常用钢材的焊接常用钢材的焊接 授课方式 （请打） 理论课 讨论课 实验课 习题课 其他 课时 安排 教学大纲要求： 教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次） ：1、了解各种钢材焊接性。2、掌握各种常用钢材焊接工艺要点。 教学重点及难点： 重点：碳素钢、热轧及正火钢、低碳调质钢、中碳调质钢、耐热钢、低温钢的焊接工艺要点。 难点：掌握常用金属焊接时出现的焊接缺陷及其防止措施。 教 学内 容 备注 模块七模块七 常用钢材的焊接常用钢材的焊接 课题一课题一 碳素钢的焊接碳素钢的焊接 介绍碳素钢的一般知识 一一.低碳钢的焊接低碳钢的焊接 焊接时也会出现困难：
2、1）采用旧冶炼方法生产的转炉钢，由于含氮量高，杂质含量多，从而冷脆性大，时效敏感性增加，焊接接头质量降低，焊接性变差。 2）沸腾钢脱氧不完全，含氧量较高，P 等杂质分布不均匀，局部区域含量会超标，时效敏感性及冷脆敏感性大，热裂纹倾向也增大。 3）采用质量不符合要求的焊条焊接时，会使焊缝金属中的碳、硫含量过高，导致产生裂纹。如某厂采用酸性焊条焊接 Q235-A 钢时，因焊条药皮中锰铁的含碳量过高，引起焊缝产生热裂纹。 4）某些焊接方法会降低低碳钢焊接接头的质量。如电渣焊，由于线能量大，会使焊接热影响区的粗晶区晶粒长得十分粗大，引起冲击韧度的严重下降，焊后必需进行细化晶粒的正火处理，以提高冲击韧度
3、。 总之，低碳钢是属于焊接性最好、最容易焊接的钢种，所有焊接方法都能适用于低碳钢的焊接。 低碳钢焊接时一般不需预热，除重要结构焊后需进行去应力退火、电渣焊结构焊后需进行正火处理外，一般均不需焊后热处理。对于较厚的焊接结构、低温下进行焊接或焊接硫、磷杂质较多的钢材，焊前应适当预热，预热温度一般不超过 150C。 二二.中碳钢的焊接中碳钢的焊接 1、中碳钢的焊接性 中碳钢焊条电弧焊及其铸件焊补的主要特点如下： （）热影响区容易产生淬硬组织。含碳量越高，板厚越大，这种倾向也越大。如果焊接材料和工艺规范选用不当，容易产生冷裂纹。 （）由于基体金属含碳量较高，所以焊缝的含碳量也较高，容易产生热裂纹。 （
4、）由于含碳量的增高，对气孔的敏感性增加。因此对焊接材料的脱氧性，基本金属的除油除锈，焊接材料的烘干等，要求更加严格。 2、中碳钢的焊接工艺要点 （1）在大多数情况下，中碳钢的焊接需要预热。 （2）多层焊时要控制层间温度（一般不能低于预热温度） ，以降低冷却速度，控制马氏体的形成和焊接应力。 （3）焊条条件许可时优先选用碱性焊条。 （4）坡口形式将焊件尽量开成 U 形坡口式进行焊接。 本模块的重点是焊接性分析和工艺要点。焊接性部分要讲透。 2 （5）焊后最好对焊件立即进行消除应力热处理，至少应在焊件冷却到预热温度或层间温度之前进行。特别是对于大厚度焊件、高刚性结构件以及恶劣条件下(动载荷或冲击载
5、荷)工作的焊件更应如此。消除应力的回火温度为 600650。 若焊后不可能立即进行消除应力热处理，也应进行后热，以便去氢。 三三.高碳钢的焊接高碳钢的焊接 1、高碳钢的焊接性 高碳钢碳的质量分数大于 0.60%。高碳钢在焊接时，由于焊接高温的影响，碳化物容易在晶界处积聚长大，并且晶粒长大快，使接头强度降低。钢的含碳量增加，使钢在焊接时对淬硬和冷裂的倾向增大，又因高碳钢的导热性能也比低碳钢差，故在熔池及热影响区急剧冷却时，将产生脆硬组织，在结构中引起很大的应力集中，结果导致形成冷裂纹。高碳钢焊接的主要问题是，焊缝区容易产生热裂纹，近缝区极易形成冷裂纹。因此焊接性极差， 不能用于制造焊接结构。 常
6、用于制造需要更高硬度或耐磨的部件和零件，其焊接工作主要是焊补修复。 2、高碳钢的焊接工艺特点 （）由于高碳钢零件为了获得高硬度和耐磨性，材料本身都需经过热处理，所以焊前应先进行退火，才能进行焊接。 （）焊件焊前应进行预热，预热温度一般为 250350以上，焊接过程中必需保持层间温度不低于预热温度。 （）焊后焊件必需保温缓冷，并立即送入炉中在 650进行消除应力热处理。 （）尽量减小熔合比、小电流、低焊速，焊接过程中应尽量连续施焊，中间不停止。 （）焊后工件保温，并应立即将工件送入炉中进行消除应力高温回火，随后再根据需要进行相应的热处理。 （）焊条选用由于高碳钢的抗拉强度大都在 675MPa 以
7、上，所以常用的焊条型号为 E7015、E6015，对构件结构要求不高时可选用 E5016、E5015 焊条。此外，亦可采用铬镍奥氏体钢焊条进行焊接。 课题二课题二 热轧及正热轧及正火钢的焊接火钢的焊接 一一.热轧及正火钢的性能特点热轧及正火钢的性能特点 热轧及正火钢包括热轧钢及正火钢。正火钢中的含钼钢需在正火+回火条件下才能保证良好的塑性和韧性。因此，正火钢又可分为在正火状态下使用和正火+回火状态下使用的两类。 1、热轧钢 s=345420MPa 的钢，大都属于热轧钢。 2、正火状态下使用的钢 属于这类钢的钢种有 Q420、Q460 和近年来一些钢铁公司研制的新钢材。 3、正火+回火状态使用的
8、含 Mo 钢 二二.热轧及正火钢的焊接性分析热轧及正火钢的焊接性分析 1、焊接裂缝 （1）焊缝中的结晶裂纹 一般不会产生结晶裂纹。但母材成分反常，如碳与硫同时含量较高或存在严重偏析，则有产生结晶裂纹的可能。 （2）冷裂纹 冷速较高时，热轧钢的冷裂纹敏感性高于低碳钢。 （3）消除应力裂纹 在热轧及正火钢中，18MnMoNb 钢对消除应力裂纹比较敏感。通过提高预热温度（如将预热温度由 180提高到 230）或焊后及时进行后热（180预热，焊后立即进行 1802h 后热） ，可有效地消除应力裂纹。 （4）层状撕裂 2、热影响区性能的变化 （1）过热区脆化 （2）热应变脆化 3 三三.热轧及正火钢的焊
9、接工艺热轧及正火钢的焊接工艺 1、焊接材料的选用 选择焊接材料最重要的原则就是确保焊缝金属的性能，使之满足产品的技术要求，从而保证产品在服役中正常运行。 2、预热温度的确定 焊前预热是防止冷裂纹，改善接头性能的重要措施。 表 7-3 为几种常用热轧及正火钢的预热温度，可供参考。 3、焊接线能量的确定 (1) 含碳较低的 Q345 钢 在保证焊缝成形良好的条件下不必对线能量做过多的限制。 (2) Q390 和 18MnMoNb 等 这些钢大都有较多的沉淀强化元素，在选择线能量时必须考虑防止过热区因沉淀强化相的溶解而造成的脆化，固线能量不宜过大。对含碳及合金元素较多的钢，还需要考虑防止冷速过大而出
10、现淬火组织或冷裂纹，因而线能量也不宜过小。 4、焊后热处理 热轧及正火钢常用的热处理制度有消除应力退火， 正火或正火+回火等常用热处理参数见表 7-3。 在下列情况下，要求热轧及正火钢进行焊后热处理。 （1）母材屈服点490MPa，为了防止延迟裂纹，焊后应立即进行消除应力退火或消氢处理。 （2） 厚壁压力容器为了防止由于焊接时在厚度方向存在温差， 而形成三向应力场所导致的脆性破坏，焊后应进行消除应力退火。 （3）电渣焊接头为了细化晶粒，提高接头韧性，焊后一般要求进行正火或正火+回火处理。 （4）对可能发生应力腐蚀开裂或要求尺寸稳定的产品，焊后应进行消除应力退火。焊后要进行机械加工的构件，在加工
11、前应进行消除应力退火。 在确定退火温度时，应注意两点：一是退火温度不应超过焊前的回火温度，以保证母材的性能不发生变化；二是对有回火脆性的钢，应避开有回火脆性的温度区间。 四四.典型材料焊接示例典型材料焊接示例 见教材 课题三课题三 低碳调质钢的焊接低碳调质钢的焊接 一一.低碳调质钢的成分与性能低碳调质钢的成分与性能 低碳调质钢的特性是具有较高的强度(屈服强度 490980MPa)，并有良好的塑性、韧性和耐磨性。钢中强度级别不同加入的合金元素及其含量也不同。 （1） 强度级别 600MPa 的低碳调质钢为 Si-Mn 合金系和 Si-Mn 系基础上加少量 Cr、Ni、Mo、V。 （2）强度级别
12、700MPa 的低碳调质钢为 Si-Mn-Cr-Ni-Mo 合金系加少量 V，合金元素加入量较 600MPa 级高。具有较好的冲击韧性，用于低温服役的焊接结构，露天煤矿大型挖掘机的制造。 （3） 强度级别 800MPa 的低碳调质钢为 Si-Mn-Cr-Ni-Mo-Cu-V 合金系并加入一定的B。常用于工程机械、矿山机械。推土机、工程起重机、重型汽车的制造。 （4）强度级别 1000MPa 的低碳调质钢同 800MPa 合金系一样，只是合金加入量较多，为保证韧性加入较多的 Ni。常用在工程机械高耐磨件，核动力装置、航空航天装备上。 二二.低碳低合金调质钢的焊接性分析低碳低合金调质钢的焊接性分析
13、 低碳调质钢含碳量低，合金成分的确定也都考虑了材料的可焊性，其工艺要求基本与正火钢相似。差别是这类钢通过调质强化，故在焊接接头热影响区除了脆化外，还有软化问题。 4 （一）焊接裂纹 1、热裂纹 （1）焊缝中的结晶裂纹 （2）热影响区的液化裂纹 2、冷裂纹 3、再热裂纹 （二）热影响区性能的变化 1、过热区的脆化 2、焊接热影响区的软化 三低碳低合金调质钢的焊接工艺要点三低碳低合金调质钢的焊接工艺要点 1、在马氏体转变时冷速不能太快，以免产生冷裂； 2、在 800500之间的冷却速度大于产生脆性混合组织的临界温度。至于热影响区的软化问题，在采用小线能量的焊接后就可基本解决。 3、焊接工艺方法 4
14、、焊接材料 几种调质钢的焊接材料见表 7-6。 5、焊接线能量 在保证不出裂纹， 满足热影响区塑性、 韧性的条件下， 线能量应该尽可能选择大些。6、预热温度 几种低碳调质钢的最低预热温度和层间温度见表 7-7。 7、焊后热处理 四四.典型钢种的焊接实例典型钢种的焊接实例 见教材 课题四课题四 中碳调质钢的焊接中碳调质钢的焊接 一一.中碳调质钢的成分与性能中碳调质钢的成分与性能 1、Cr 钢 2、Cr-Mo 钢 3、Cr-Mn-Si 钢 4、Cr-Ni-Mo 钢 几种常用中碳调质钢的化学成分和力学性能见表 7-8 和表 7-9。 二二.中碳调质钢的焊接性分析中碳调质钢的焊接性分析 中碳调质钢的屈
15、服点可达到 1176MPa，淬透性很大，焊接性较差，主要表现在： (一)裂纹倾向严重 1、焊缝中的结晶裂纹 中碳调质钢的碳及合金元素含量高，熔池的结晶温度区间大，偏析严重，因而具有较大的热裂纹敏感性。 2、冷裂纹 对冷裂纹就敏感。为此，中碳钢焊接时，为了防止冷裂纹，就必须提高预热温度，并在焊后及时进行消除应力退火。 （二）热影响区性能的变化 1、中碳调质钢的过热区脆化 2、热影响区的软化 当中碳调质钢必须在调质状态下焊接时，还需考虑热影响区软化的问题。软化的程度与 三三.中碳调质钢的焊接工艺要点中碳调质钢的焊接工艺要点 （一）中碳钢在退火状态下的焊接工艺要点 1、在焊接方法选用上，由于不强调线
16、能量对接头性能的影响，因而基本上不受限制。常用的焊接方法几乎都可以焊接中碳调质钢。 5 2、由于不必顾虑回火区的软化，可以采用较大的线能量并适当提高预热温度，从而可有效的防止冷裂，一般预热温度及层间温度可控制在 250300之间。 3、为了保证焊缝与母材在相同热处理条件下获得相同的性能，焊接材料应保证熔敷金属的成分与母材基本相同。 4、为了防止延迟裂纹，焊后应及时进行热处理。 （二）在调质状态下焊接的工艺要点 1、预热温度，层间温度及焊后回火温度均应低于焊前回火温度 50以上。 2、采用热量集中，能量高的焊接热源，在保证焊透的条件下尽量用小线能量，以减少热影响区的软化。选用氩弧焊或等离子弧焊，
17、电子束焊效果较好。 3、因焊后不再进行调质处理，焊接材料成分可与母材有较大差别。为了防止冷裂纹，可以用奥氏体不锈钢焊条或镍基焊条。 四典型钢的焊接实例四典型钢的焊接实例 见教材 课题五课题五 耐热钢的焊接耐热钢的焊接 一一.耐热钢的成分与性能特点耐热钢的成分与性能特点 珠光体耐热钢主要用途及性能要求如下： (1)低合金耐热钢管用钢 (2)高压容器板用钢 (3)紧固件用钢 (4)转子(主轴、叶轮)用钢 (5)1Cr5Mo 及 Cr6SiMo 钢 常用珠光体耐热钢的化学成分见表 7-10。 二二.对耐热钢焊接接头基本要求对耐热钢焊接接头基本要求 对焊接接头的基本要求，就是达到焊缝的高温强度和抗氧化
18、性要求。解决热影响区的冷裂和软化问题。 三耐热钢的焊接工艺要点三耐热钢的焊接工艺要点 焊接珠光体耐热钢的焊接方法一般以手工电弧焊为主， 也可以使用埋弧焊、 电渣焊、气电焊等。 1、预热和焊后回火 具体预热温度和回火温度参考表 7-12。 2、采用合适的焊接线能量 选用合适的焊接线能量,一般不要大于 5060kJ/cm。 3、选用合适的焊接材料 常用珠光体耐热钢焊条选用见表 7-12。 4、焊后热处理 四四.典型材料焊接举例典型材料焊接举例 见教材 课题六课题六 低温钢的焊接低温钢的焊接 低温钢一般知识简介 低温用钢的类型很多，常用低温用钢的牌号、化学成分和力学性能分别见表 7-14和表 7-1
19、5。 9%Ni 钢的热处理制度如下： （1）二次正火+回火 第一次正火温度为 880920，第二次为 780820，回火温度为 560600，回火后快冷。 （2）淬火+回火 淬火温度 780 820，回火温度为 560600。 9%Ni 钢回火温度略高于 AC1（520） ，回火时可获得少量的逆变奥氏体。由于逆变 6 奥氏体中含碳量比较高，非常稳定，可保持到-200以下不发生相变，因而保证了好的低温韧性。用 9%Ni 钢取代奥氏体钢，不仅可以节约合金而降低成本，而且可以减轻结构自重。 一一.低温钢的焊接性分析低温钢的焊接性分析 二二.低温钢的焊接工艺要点低温钢的焊接工艺要点 低温用钢可以采用焊条电弧焊、熔化极气体保护焊或埋弧焊焊接，其工艺要点为： 1、焊接时采用小线能量 2、控制层间温度 层间温度对接头低温韧性有明显的影响，在多层多道焊中，应尽量保持较低的层间温度。 3、选择合适的焊材 三三.典型材料焊接举例典型材料焊接举例 见教材