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1、YCF（中职）熔焊基础与金属材料焊接第七章电子教案第七章第七章 低合金特殊用钢的焊接低合金特殊用钢的焊接7.1低温用钢的焊接低温用钢的焊接7.2珠光体耐热钢的焊接珠光体耐热钢的焊接7.3低合金耐蚀钢的焊接低合金耐蚀钢的焊接返回第七章第七章 低合金特殊用钢的焊接低合金特殊用钢的焊接特殊用钢又称专业用钢，是专用于某些特殊工作条件下的钢种的总称，特殊用钢又称专业用钢，是专用于某些特殊工作条件下的钢种的总称，按不同用途分类很多，常用于焊接结构制造的有低温用钢、珠光体耐按不同用途分类很多，常用于焊接结构制造的有低温用钢、珠光体耐热钢、低合金耐蚀钢等。热钢、低合金耐蚀钢等。低温用钢主要用于制造在低温用钢主
2、要用于制造在-20 -253低温下工作的设备，其韧脆转低温下工作的设备，其韧脆转变温度低，具有良好的低温韧性。目前应用最多的是低碳的含镍钢，变温度低，具有良好的低温韧性。目前应用最多的是低碳的含镍钢，材料选用的主要依据是产品在工作温度下要求的韧度指标。材料选用的主要依据是产品在工作温度下要求的韧度指标。珠光体耐热钢主要用于制造工作温度在珠光体耐热钢主要用于制造工作温度在500 600范围内的设备，范围内的设备，具有较好的高温强度和抗氧化能力。珠光体耐热钢的合金系统以具有较好的高温强度和抗氧化能力。珠光体耐热钢的合金系统以Cr、Mo为基础，适当加入为基础，适当加入V、W、Nb、B等元素。根据化学
3、成分和使用要等元素。根据化学成分和使用要求，可以进行各种热处理，焊后一般进行高温回火。求，可以进行各种热处理，焊后一般进行高温回火。下一页返回第七章第七章 低合金特殊用钢的焊接低合金特殊用钢的焊接低合金耐蚀钢主要用于制造在大气、海水、石油北工产品等腐蚀介质低合金耐蚀钢主要用于制造在大气、海水、石油北工产品等腐蚀介质中工作的各种设备，除要求钢材具有合格的力学性能外，还应对相应中工作的各种设备，除要求钢材具有合格的力学性能外，还应对相应的介质有耐蚀能力。耐蚀钢的合金系统随工作介质与腐蚀形式的不同的介质有耐蚀能力。耐蚀钢的合金系统随工作介质与腐蚀形式的不同而变化。应用低合金耐蚀钢，可以有效地减少因海
4、水、大气等介质的而变化。应用低合金耐蚀钢，可以有效地减少因海水、大气等介质的腐蚀而消耗的钢材，具有重大的经济意义。腐蚀而消耗的钢材，具有重大的经济意义。上一页返回7.1低温用钢的焊接低温用钢的焊接7.1.1概述概述用于制造在用于制造在-20 -253低温下工作的焊接结构的钢称为低温用钢。低温下工作的焊接结构的钢称为低温用钢。低温用钢的最主要的特点是在低温工作条件下，具有足够的韧性，并低温用钢的最主要的特点是在低温工作条件下，具有足够的韧性，并且钢材的脆性转变温度低于最低工作温度。低温钢主要是为了适应石且钢材的脆性转变温度低于最低工作温度。低温钢主要是为了适应石油化工发展需要而发展起来的一种专用
5、钢，它主要用于存储和运输各油化工发展需要而发展起来的一种专用钢，它主要用于存储和运输各类液化气体，所以，低温钢必须具备的、最重要的性能是足够的低温类液化气体，所以，低温钢必须具备的、最重要的性能是足够的低温韧性和抗低温脆化能力。常用的低温钢及低温韧性见韧性和抗低温脆化能力。常用的低温钢及低温韧性见表表7-1。下一页返回7.1低温用钢的焊接低温用钢的焊接低温钢按不同使用温度的最低温度分级为低温钢按不同使用温度的最低温度分级为:-40、-50 、-60 、-70 、80 、-90 、-100 、-196 、-253等九个级等九个级别别;低温钢按其化学成分和组织特点分为低温钢按其化学成分和组织特点分
6、为:第一类低温钢，合金元素总的第一类低温钢，合金元素总的质量分数质量分数10%，其组织为奥氏体，钢中含，其组织为奥氏体，钢中含有较高的奥氏体化合金元素和稳定奥氏体的合金元素，是高合金奥氏有较高的奥氏体化合金元素和稳定奥氏体的合金元素，是高合金奥氏体型低温钢，在体型低温钢，在-196-253的低温下仍保持相当高的韧性。的低温下仍保持相当高的韧性。上一页 下一页返回7.1低温用钢的焊接低温用钢的焊接低温钢按有无镍、铬元素可分为低温钢按有无镍、铬元素可分为:含含Ni或含或含Ni、Cr元素的低温钢，元素的低温钢，如如2.5Ni钢用于钢用于-60、9Ni钢用于钢用于-196的低温条件下工作的焊接结的低温
7、条件下工作的焊接结构用钢。构用钢。无无Ni或无或无Ni、Cr元素的低温钢，如元素的低温钢，如16MnDR钢用于钢用于-40、09Mn2VR钢用于钢用于-70 、06MnNb钢用于钢用于-90 ,20Mn23Al钢用钢用于于-1960C、15Mn26A14钢用于钢用于-253的低温条件下工作的焊接结的低温条件下工作的焊接结构用钢。构用钢。按照合金元素的含量和组织特点，国产低温钢分为两大类按照合金元素的含量和组织特点，国产低温钢分为两大类:第一类是第一类是用于用于-40-120 的低温钢，这类钢的含碳量低，合金元素含量也不的低温钢，这类钢的含碳量低，合金元素含量也不多，组织呈铁素体和少量珠光体，属
8、于低碳低合金结构钢多，组织呈铁素体和少量珠光体，属于低碳低合金结构钢;第二类是第二类是用于用于-196 -253的低温钢，它是铁的低温钢，它是铁-锰锰-铝系统的单相奥氏体型钢，铝系统的单相奥氏体型钢，以热轧或固溶处理的状态供应。以热轧或固溶处理的状态供应。上一页 下一页返回7.1低温用钢的焊接低温用钢的焊接常见低温钢的种类和化学成分见常见低温钢的种类和化学成分见表表7-2。7.1.2低温用钢的焊接性低温用钢的焊接性1.不含不含Ni的低温钢的低温钢这类钢实际上就是前面的热轧正火钢和低碳低合金调质钢。由于碳含这类钢实际上就是前面的热轧正火钢和低碳低合金调质钢。由于碳含量低，硫、磷又限制在较低的范围
9、内，其淬硬倾向和冷裂倾向小，室量低，硫、磷又限制在较低的范围内，其淬硬倾向和冷裂倾向小，室温下焊接不易产生冷裂纹，板厚小于温下焊接不易产生冷裂纹，板厚小于25mm时不需预热。板厚超过时不需预热。板厚超过25 mm或接头刚性拘束较大时，应考虑预热，但预热温度不要过高，否或接头刚性拘束较大时，应考虑预热，但预热温度不要过高，否则热影响区晶粒长大，预热温度一般在则热影响区晶粒长大，预热温度一般在100150。当板厚大于。当板厚大于16 mm时，焊后往往要进行消除应力热处理。时，焊后往往要进行消除应力热处理。上一页 下一页返回7.1低温用钢的焊接低温用钢的焊接2.含含Ni较低的低温钢较低的低温钢如如3
10、.5Ni钢，虽然加入钢，虽然加入Ni提高了钢的淬透性，但由于含碳量低，冷裂提高了钢的淬透性，但由于含碳量低，冷裂纹倾向并不严重，焊接薄板时可以不预热纹倾向并不严重，焊接薄板时可以不预热;焊接厚板可进行焊接厚板可进行100左右左右的预热。镍虽然提高钢对热裂纹的敏感性，但低温钢中对的预热。镍虽然提高钢对热裂纹的敏感性，但低温钢中对S、P控制很控制很严，所以低镍低温用钢的热裂纹敏感性也不高。严，所以低镍低温用钢的热裂纹敏感性也不高。3.含含Ni较高的低温钢较高的低温钢如如9Ni钢，其淬透性大，热影响区中加热温度超过临界点的部位，焊钢，其淬透性大，热影响区中加热温度超过临界点的部位，焊后总是得到淬火组
11、织后总是得到淬火组织;但因为含碳量低，仍有较好的韧性。一般情况但因为含碳量低，仍有较好的韧性。一般情况下，焊前不需预热，同时由于对下，焊前不需预热，同时由于对S、P等杂质控制严格，热影响区也不等杂质控制严格，热影响区也不会发生高温液化裂纹。会发生高温液化裂纹。上一页 下一页返回7.1低温用钢的焊接低温用钢的焊接但是，焊接但是，焊接9Ni钢时，须注意以下问题钢时，须注意以下问题:(1)焊接材料要匹配焊接材料要匹配所选用的焊接材料必须使焊缝金属具有与母材相近的低温韧性和线胀所选用的焊接材料必须使焊缝金属具有与母材相近的低温韧性和线胀系数。若选用与系数。若选用与9 Ni钢成分相近的合金系统，焊缝金属
12、的低温韧性将钢成分相近的合金系统，焊缝金属的低温韧性将比母材低得多，除了因焊缝为铸造组织外，还和焊缝中含氧量有关。比母材低得多，除了因焊缝为铸造组织外，还和焊缝中含氧量有关。通常是采用镍基合金焊接材料，焊后焊缝为奥氏体组织，虽然强度较通常是采用镍基合金焊接材料，焊后焊缝为奥氏体组织，虽然强度较低，但低温韧性好，而且线胀系数与低，但低温韧性好，而且线胀系数与9Ni钢接近。钢接近。(2)磁偏吹现象磁偏吹现象9Ni钢属强磁性材料，用直流电焊接时会产生磁偏吹现象。防止措施钢属强磁性材料，用直流电焊接时会产生磁偏吹现象。防止措施是避免接触强磁场、退磁、检测残留磁场，使其低于是避免接触强磁场、退磁、检测残
13、留磁场，使其低于50A/m。也可选。也可选用适于交流焊接的镍基合金焊条。用适于交流焊接的镍基合金焊条。上一页 下一页返回7.1低温用钢的焊接低温用钢的焊接(3)热裂纹热裂纹当采用镍基焊接材料时，焊缝金属容易产生热裂纹，尤其是弧坑裂纹。当采用镍基焊接材料时，焊缝金属容易产生热裂纹，尤其是弧坑裂纹。因此，应选用抗裂性能好，线胀系数与母材相近的焊接材料。在工艺因此，应选用抗裂性能好，线胀系数与母材相近的焊接材料。在工艺上采取一些措施，如收弧时注意填满弧坑等。上采取一些措施，如收弧时注意填满弧坑等。另外，含另外，含Ni钢有回火脆性，需要注意控制焊后回火温度及冷却速度。钢有回火脆性，需要注意控制焊后回火
14、温度及冷却速度。7.1.3低温钢的焊接工艺低温钢的焊接工艺1.焊接材料焊接材料低温钢焊接，目前以焊条电弧焊工艺方法为主，所以，正确选用焊条低温钢焊接，目前以焊条电弧焊工艺方法为主，所以，正确选用焊条是保证焊接接头具有满足低温下使用性能的重要因素，而合金系统的是保证焊接接头具有满足低温下使用性能的重要因素，而合金系统的选择和化学成分的确定，主要应以保证低温性能为依据，因此，低温选择和化学成分的确定，主要应以保证低温性能为依据，因此，低温钢焊接时，要选用良好的低温韧性、特定的合金系统和成分的焊条。钢焊接时，要选用良好的低温韧性、特定的合金系统和成分的焊条。上一页 下一页返回7.1低温用钢的焊接低温
15、用钢的焊接目前，为了提高韧性，低温钢焊条多采用低氢型药皮，而且，还要向目前，为了提高韧性，低温钢焊条多采用低氢型药皮，而且，还要向熔敷金属中加入一定数量的熔敷金属中加入一定数量的Ni元素。元素。选择低温钢焊接用的焊条时，按照使用性能选择低温钢焊接用的焊条时，按照使用性能(强度、塑性、韧性、耐强度、塑性、韧性、耐腐蚀性和抗氧化性等腐蚀性和抗氧化性等)，应考虑低温钢的化学成分、性能和焊接特点，应考虑低温钢的化学成分、性能和焊接特点，焊接结构的设计要求和工作条件，焊接结构接头形式和结构刚性拘束焊接结构的设计要求和工作条件，焊接结构接头形式和结构刚性拘束度大小，焊接方法和工艺特点等因素。度大小，焊接方
16、法和工艺特点等因素。为适应新的高性能、高效率钢材出现带来的变化，低温钢焊接时，多为适应新的高性能、高效率钢材出现带来的变化，低温钢焊接时，多采用向焊缝金属添加采用向焊缝金属添加Ti和和B元素的方法来细化焊缝金属结晶晶粒，从元素的方法来细化焊缝金属结晶晶粒，从而获得稳定的高韧性焊缝。而获得稳定的高韧性焊缝。上一页 下一页返回7.1低温用钢的焊接低温用钢的焊接与以往采用的向焊接材料中加与以往采用的向焊接材料中加Ni或或Mo(或同时加入或同时加入Ni和和Mo)并同时利并同时利用焊道重叠再加热的效果以保证焊缝冲击韧度的方法相比，加用焊道重叠再加热的效果以保证焊缝冲击韧度的方法相比，加Ti和和B的方法可
17、以在不受后续焊道影响的条件下，保证焊缝金属结晶晶粒细的方法可以在不受后续焊道影响的条件下，保证焊缝金属结晶晶粒细化，从而获得稳定的高韧性焊缝。化，从而获得稳定的高韧性焊缝。上一页 下一页返回7.1低温用钢的焊接低温用钢的焊接Ti-B系或高韧性普通低合金钢焊条，在系或高韧性普通低合金钢焊条，在-45以上工作环境中，能满以上工作环境中，能满足低温钢焊接结构的使用性能足低温钢焊接结构的使用性能;含含Ni的低温钢焊条，可以用于的低温钢焊条，可以用于-60以以下的低温钢焊接结构的焊接下的低温钢焊接结构的焊接;含含3.5Ni或含有一定量或含有一定量Mo的高含的高含Ni量的低量的低温钢焊条，可以焊接在温钢焊
18、条，可以焊接在-100左右温度中工作的焊接结构左右温度中工作的焊接结构;焊接低温焊接低温用的低合金高强度结构钢时，在保证焊缝金属具有足够的低温韧性的用的低合金高强度结构钢时，在保证焊缝金属具有足够的低温韧性的前提下，还要考虑到与母材相适应的强度要求，因此，这类钢的焊接前提下，还要考虑到与母材相适应的强度要求，因此，这类钢的焊接材料中，除了要求材料中，除了要求(Ni)为为1%3%外，还应要求外，还应要求(Mo)为为0.2%0.5%;低低Ni钢焊接时，所用的焊条含钢焊接时，所用的焊条含Ni量应与母材相等或略高于母材量应与母材相等或略高于母材;焊焊接接s588MPa的低温钢时，所用的焊条中除含有的低
19、温钢时，所用的焊条中除含有Ni、Mo外，还应含外，还应含有少量的有少量的Cr。上一页 下一页返回7.1低温用钢的焊接低温用钢的焊接当不同钢号的低温钢焊接在一起时，应选择与低温韧性较高钢材相匹当不同钢号的低温钢焊接在一起时，应选择与低温韧性较高钢材相匹配的焊条焊接配的焊条焊接;当铁素体型、马氏体型和奥氏体型三类不同组织的低当铁素体型、马氏体型和奥氏体型三类不同组织的低温钢相互焊接在一起时，为防止因成分的差异而在熔合区附近产生脆温钢相互焊接在一起时，为防止因成分的差异而在熔合区附近产生脆性带，使该区的韧性急剧下降，可选择镍基合金焊条焊接或在坡口上性带，使该区的韧性急剧下降，可选择镍基合金焊条焊接或
20、在坡口上堆焊过渡层等。常用的低温钢焊条的用途见堆焊过渡层等。常用的低温钢焊条的用途见表表7-3。2.焊接参数焊接参数低温钢焊后，影响焊缝金属低温韧性的因素很多，主要有低温钢焊后，影响焊缝金属低温韧性的因素很多，主要有:(1)焊接电流焊接电流焊接电流的影响应从焊接热输入的角度来考虑。焊接电流的影响应从焊接热输入的角度来考虑。上一页 下一页返回7.1低温用钢的焊接低温用钢的焊接当焊接电流增大时，也应加大焊接速度，否则，由于焊接电流的增大，当焊接电流增大时，也应加大焊接速度，否则，由于焊接电流的增大，使焊接热输入加大，从而导致熔敷金属化学成分发生变化，引起焊缝使焊接热输入加大，从而导致熔敷金属化学成
21、分发生变化，引起焊缝金属的力学性能下降。金属的力学性能下降。(2)焊接速度焊接速度焊接过程中，在焊接电流不变的情况下，随着焊接速度的加大，焊接焊接过程中，在焊接电流不变的情况下，随着焊接速度的加大，焊接热输入减小，每道焊缝的厚度变薄，焊缝的焊道数量就要增多，而后热输入减小，每道焊缝的厚度变薄，焊缝的焊道数量就要增多，而后面焊道的焊接加热作用使焊缝晶粒细化的区域增大，有利于低温韧性面焊道的焊接加热作用使焊缝晶粒细化的区域增大，有利于低温韧性的提高。的提高。(3)电弧电压电弧电压在焊接速度不变的情况下，加大电弧电压，会使焊接热输入加大，焊在焊接速度不变的情况下，加大电弧电压，会使焊接热输入加大，焊
22、接热影响区变宽，焊缝晶粒易粗大，从而导致焊缝力学性能的降低。接热影响区变宽，焊缝晶粒易粗大，从而导致焊缝力学性能的降低。上一页 下一页返回7.1低温用钢的焊接低温用钢的焊接(4)焊接热输入焊接热输入低温钢焊接过程中，除了要防止出现裂纹外，关键是要保证焊缝和热低温钢焊接过程中，除了要防止出现裂纹外，关键是要保证焊缝和热影响区的低温韧性，这是制定低温钢焊接工艺的根本出发点。当前，影响区的低温韧性，这是制定低温钢焊接工艺的根本出发点。当前，主要是通过控制焊接热输入来保证热影响区韧性，而低温韧性除了与主要是通过控制焊接热输入来保证热影响区韧性，而低温韧性除了与热输入有关外，最根本的还是取决于对焊缝成分
23、的选择。热输入有关外，最根本的还是取决于对焊缝成分的选择。例如例如:铝镇静钢焊接，用焊条电弧焊时，热输入应控制在铝镇静钢焊接，用焊条电弧焊时，热输入应控制在2040kJ/cm;用用MIG和和TIG焊时，热输入应控制在焊时，热输入应控制在2845 kJ/cm;埋弧埋弧焊时，热输入应控制在焊时，热输入应控制在2845 kJ/cm。s 490 MPa的低温钢用焊条电弧焊时，热输入应控制在的低温钢用焊条电弧焊时，热输入应控制在1535 kJ/cm。上一页 下一页返回7.1低温用钢的焊接低温用钢的焊接用焊条电弧焊焊接用焊条电弧焊焊接3.5Ni低温钢时，热输入应控制在低温钢时，热输入应控制在20 25 k
24、J/cm范范围内围内;埋弧焊时埋弧焊时,19mm时，热输入应控制在时，热输入应控制在 30kJ/cm,=25mm时，热输入应控制在蒸时，热输入应控制在蒸40kJ/cm。9Ni钢焊条电弧焊时，热输入应控钢焊条电弧焊时，热输入应控制在制在1035kJ/cm范围内。范围内。(5)焊接层数焊接层数低温钢进行多层焊或多层多道焊接时，前一层焊道对后一层焊道起到低温钢进行多层焊或多层多道焊接时，前一层焊道对后一层焊道起到预热作用，而后一层焊道对前一层焊道有细化晶粒的热处理的作用，预热作用，而后一层焊道对前一层焊道有细化晶粒的热处理的作用，对提高焊缝金属的塑性和韧性有很大好处。但是，每层焊道焊缝不应对提高焊缝
25、金属的塑性和韧性有很大好处。但是，每层焊道焊缝不应太厚，不应大于太厚，不应大于23mm，否则，会使焊缝金属组织晶粒变粗，降低，否则，会使焊缝金属组织晶粒变粗，降低低温钢的力学性能。低温钢的力学性能。上一页 下一页返回7.1低温用钢的焊接低温用钢的焊接(6)坡口形式和尺寸坡口形式和尺寸低温钢焊接时，在满足焊缝根部焊透的情况下，坡口的角度及间隙不低温钢焊接时，在满足焊缝根部焊透的情况下，坡口的角度及间隙不宜过大，应尽量减少焊缝金属的填充量，从而避免由于焊接应力较大宜过大，应尽量减少焊缝金属的填充量，从而避免由于焊接应力较大而引起裂纹。但也不宜过小，过小的坡口尺寸会在焊缝中产生未熔合、而引起裂纹。但
26、也不宜过小，过小的坡口尺寸会在焊缝中产生未熔合、未焊透缺陷。正确选择焊缝坡口的形式和尺寸，将获得焊接热影响区未焊透缺陷。正确选择焊缝坡口的形式和尺寸，将获得焊接热影响区较小而力学性能却较高的焊缝。较小而力学性能却较高的焊缝。(7)常用的低温钢焊接参数常用的低温钢焊接参数低温钢焊接时，最重要的是保证焊缝区和粗晶区的低温韧性，为此，低温钢焊接时，最重要的是保证焊缝区和粗晶区的低温韧性，为此，常采用小电流、快速焊、焊条不摆动、多层多道焊以减轻焊道过热。常采用小电流、快速焊、焊条不摆动、多层多道焊以减轻焊道过热。常用低温钢的焊接参数见常用低温钢的焊接参数见表表7-4。上一页 下一页返回7.1低温用钢的
27、焊接低温用钢的焊接3.焊前预热和层间温度焊前预热和层间温度低温钢焊前预热是避免产生淬硬组织、减小焊接应力、防止产生焊接低温钢焊前预热是避免产生淬硬组织、减小焊接应力、防止产生焊接裂纹的有效措施之一。预热可起到以下作用裂纹的有效措施之一。预热可起到以下作用:(1)降低焊缝与母材的温度差，使焊件所受到的局部、不均匀的加热降低焊缝与母材的温度差，使焊件所受到的局部、不均匀的加热状态得到改善，从而减少温度应力的峰值。状态得到改善，从而减少温度应力的峰值。(2)预热可以减缓焊接接头的冷却速度，使焊缝熔池氢气得以扩散逸预热可以减缓焊接接头的冷却速度，使焊缝熔池氢气得以扩散逸出，减少热影响区中氢的含量，防止
28、冷裂纹的产生，同时还可减少淬出，减少热影响区中氢的含量，防止冷裂纹的产生，同时还可减少淬硬倾向，避免由淬硬组织的形成而导致产生裂纹。硬倾向，避免由淬硬组织的形成而导致产生裂纹。(3)预热可以减少焊接过程中的热输入，从而改善钢材的焊接性。预热可以减少焊接过程中的热输入，从而改善钢材的焊接性。上一页 下一页返回7.1低温用钢的焊接低温用钢的焊接预热时，必须注意选择的温度是否合适，如果预热温度不够高，近缝预热时，必须注意选择的温度是否合适，如果预热温度不够高，近缝区的金属仍会产生淬硬组织，甚至还会有冷裂纹产生区的金属仍会产生淬硬组织，甚至还会有冷裂纹产生;如果预热温度如果预热温度过高，又会因为焊缝晶
29、粒粗大而引起该钢材的塑性、韧性急剧下降。过高，又会因为焊缝晶粒粗大而引起该钢材的塑性、韧性急剧下降。预热的温度应该根据板厚决定，当板厚预热的温度应该根据板厚决定，当板厚16mm时，预热的温度以时，预热的温度以100200为好。为好。预热方法应根据焊件的结构形式选择，有条件的采用整体预热最好。预热方法应根据焊件的结构形式选择，有条件的采用整体预热最好。当采用局部预热时，预热范围应从焊缝中心到坡口两侧各当采用局部预热时，预热范围应从焊缝中心到坡口两侧各3倍以上的倍以上的壁厚并且不小于壁厚并且不小于30 mm。可以使用氧乙炔火焰、液化石油气火焰、煤。可以使用氧乙炔火焰、液化石油气火焰、煤气火焰、电阻
30、热或中频感应等方法加热。加热时要注意温度分布均匀，气火焰、电阻热或中频感应等方法加热。加热时要注意温度分布均匀，在露天或野外进行预热要注意防风，雨天应停止预热作业。在露天或野外进行预热要注意防风，雨天应停止预热作业。上一页 下一页返回7.1低温用钢的焊接低温用钢的焊接在进行预热温度数值测量时，每米长度内用温度计或测温笔最少测量在进行预热温度数值测量时，每米长度内用温度计或测温笔最少测量两点，达到预热温度后即可进行焊接。两点，达到预热温度后即可进行焊接。为了减少焊接接头热影响区硬化组织的产生，避免形成焊接裂纹，多为了减少焊接接头热影响区硬化组织的产生，避免形成焊接裂纹，多层焊缝或多层多道焊缝应控
31、制好层间温度，层间温度应与预热温度等层焊缝或多层多道焊缝应控制好层间温度，层间温度应与预热温度等同。同。4.焊后热处理焊后热处理低温钢的焊后热处理，不仅可使焊缝组织晶粒细化、改善焊接接头的低温钢的焊后热处理，不仅可使焊缝组织晶粒细化、改善焊接接头的组织与性能，增加焊缝抗应力腐蚀的能力，而且还可消除焊接残余应组织与性能，增加焊缝抗应力腐蚀的能力，而且还可消除焊接残余应力，从而提高了焊缝冲击韧度。力，从而提高了焊缝冲击韧度。上一页 下一页返回7.1低温用钢的焊接低温用钢的焊接焊件焊后热处理时，最好采用整体热处理操作，这样可以使温度分布焊件焊后热处理时，最好采用整体热处理操作，这样可以使温度分布均匀
32、，热处理的效果更好。如受条件限制只能在热处理炉内分段进行均匀，热处理的效果更好。如受条件限制只能在热处理炉内分段进行热处理时，被加热的各段至少应有热处理时，被加热的各段至少应有1500mm长的重叠加热，而且在热长的重叠加热，而且在热处理炉外的部分还应进行绝热措施。凡需热处理的焊件，必须先经过处理炉外的部分还应进行绝热措施。凡需热处理的焊件，必须先经过无损探伤检查合格，否则，热处理会失去作用，因为，热处理不可能无损探伤检查合格，否则，热处理会失去作用，因为，热处理不可能消除焊缝中的各种缺陷，探伤不合格的焊缝经返修后还得重新进行焊消除焊缝中的各种缺陷，探伤不合格的焊缝经返修后还得重新进行焊后热处理
33、。后热处理。常用低温钢的焊前预热和焊后热处理见常用低温钢的焊前预热和焊后热处理见表表7-5。上一页返回7.2珠光体耐热钢的焊接珠光体耐热钢的焊接7.2.1概述概述珠光体耐热钢是以珠光体耐热钢是以Cr、Mo为主要合金元素的低合金高强度结构钢，为主要合金元素的低合金高强度结构钢，在正火或正火加回火的供货状态下，其基本组织是珠光体，该钢种在在正火或正火加回火的供货状态下，其基本组织是珠光体，该钢种在高温下具有足够的强度和抗氧化性，用于制造长期在高温下具有足够的强度和抗氧化性，用于制造长期在600以下高温以下高温使用的零部件。使用的零部件。珠光体耐热钢中铬含量一般为珠光体耐热钢中铬含量一般为0.5%9
34、%，钼含量为，钼含量为0.5%或或1%，随，随着着Cr、Mo含量的增加，钢的抗氧化性、抗高温强度和抗硫化物腐蚀含量的增加，钢的抗氧化性、抗高温强度和抗硫化物腐蚀性能也都在增加。当在性能也都在增加。当在Cr-Mo钢中加入少量的钢中加入少量的V、W、Nb、Ti等元素等元素后，还可进一步提高珠光体型耐热钢的热强性。后，还可进一步提高珠光体型耐热钢的热强性。下一页返回7.2珠光体耐热钢的焊接珠光体耐热钢的焊接这类钢的合金系统基本分为这类钢的合金系统基本分为Cr Mo、Cr Mo-V、Cr Mo-W-V、Cr Mo-W-V-B、Cr Mo-V-Ti-B等。常用的珠光体耐热钢的种类和等。常用的珠光体耐热钢
35、的种类和化学成分见化学成分见表表7-6。7.2.2珠光体型耐热钢的焊接性珠光体型耐热钢的焊接性珠光体型耐热钢焊接的主要问题是热影响区的硬化、冷裂纹、软化，珠光体型耐热钢焊接的主要问题是热影响区的硬化、冷裂纹、软化，以及焊后热处理或高温条件下长期使用时产生再热裂纹缺陷。此外，以及焊后热处理或高温条件下长期使用时产生再热裂纹缺陷。此外，有些有些Cr-Mo钢焊后有明显的回火脆化现象，产生回火脆化的主要原因钢焊后有明显的回火脆化现象，产生回火脆化的主要原因是珠光体型耐热钢长期在回火脆化温度内加热后，由于是珠光体型耐热钢长期在回火脆化温度内加热后，由于P、As、Sn、Sb等杂质元素，在奥氏体晶界偏析而引
36、起的晶界脆化现象。等杂质元素，在奥氏体晶界偏析而引起的晶界脆化现象。上一页 下一页返回7.2珠光体耐热钢的焊接珠光体耐热钢的焊接值得一提的是，回火脆化的产生，还与促进回火脆化的元素值得一提的是，回火脆化的产生，还与促进回火脆化的元素Si、Mn的含量也有关，所以，珠光体型耐热钢焊接时，必须严格控制焊接材的含量也有关，所以，珠光体型耐热钢焊接时，必须严格控制焊接材料和母材中的料和母材中的P和和Si的含量，才能获得低回火脆性的焊缝金属。的含量，才能获得低回火脆性的焊缝金属。1.冷裂纹冷裂纹珠光体型耐热钢具有很强的淬透性，而扩散氢是造成热影响区产生冷珠光体型耐热钢具有很强的淬透性，而扩散氢是造成热影响
37、区产生冷裂纹的重要因素。随着焊接过程热影响区温度的升高，氢在奥氏体中裂纹的重要因素。随着焊接过程热影响区温度的升高，氢在奥氏体中的溶解度比在铁素体中大得多，当焊缝金属随着温度的降低转变成珠的溶解度比在铁素体中大得多，当焊缝金属随着温度的降低转变成珠光体时，此时的氢便从焊缝向热影响区扩散，集聚在离熔合线不远的光体时，此时的氢便从焊缝向热影响区扩散，集聚在离熔合线不远的奥氏体组织中，在焊接残余应力的作用下，便容易在热影响区产生冷奥氏体组织中，在焊接残余应力的作用下，便容易在热影响区产生冷裂纹。裂纹。上一页 下一页返回7.2珠光体耐热钢的焊接珠光体耐热钢的焊接2.再热裂纹再热裂纹焊件焊完后，在一定的
38、温度范围内，因再次加热而产生的裂纹称为再焊件焊完后，在一定的温度范围内，因再次加热而产生的裂纹称为再热裂纹。再热裂纹产生的机理是热裂纹。再热裂纹产生的机理是:焊接过程中，靠近熔合线的热影响焊接过程中，靠近熔合线的热影响区被加热到区被加热到1300以上，此时的珠光体耐热钢中的以上，此时的珠光体耐热钢中的Cr、Mo、V、Ni、Ti等元素从碳化物溶入固溶体，当焊接接头再次被加热时，碳化等元素从碳化物溶入固溶体，当焊接接头再次被加热时，碳化物从固溶体中析出，使焊缝晶粒强化，在焊接应力松弛过程中，晶界物从固溶体中析出，使焊缝晶粒强化，在焊接应力松弛过程中，晶界处发生蠕变，导致产生再热裂纹。处发生蠕变，导
39、致产生再热裂纹。3.热裂纹热裂纹上一页 下一页返回7.2珠光体耐热钢的焊接珠光体耐热钢的焊接在珠光体型耐热钢焊接过程中，由于在珠光体型耐热钢焊接过程中，由于C、S、P等杂质与等杂质与Ni等合金元等合金元素形成低熔点共物素形成低熔点共物(Ni3P-Ni共晶熔点为共晶熔点为880,NiS-Ni共晶熔点共晶熔点645)，集聚在晶界处，在焊缝临界凝固温度区内，因焊接残余应力的作，集聚在晶界处，在焊缝临界凝固温度区内，因焊接残余应力的作用，便会在焊缝及弧坑处产生热裂纹。用，便会在焊缝及弧坑处产生热裂纹。7.2.3珠光体型耐热钢的焊接工艺珠光体型耐热钢的焊接工艺1.焊接材料的选择焊接材料的选择珠光体型耐热
40、钢选择焊接材料的原则是珠光体型耐热钢选择焊接材料的原则是:焊缝金属的合金成分与强度焊缝金属的合金成分与强度性能应基本上与母材相应指标一致，或应达到产品技术条件提出的最性能应基本上与母材相应指标一致，或应达到产品技术条件提出的最低性能指标。但是，如果焊后需要经过退火、正火或热加工成形等热低性能指标。但是，如果焊后需要经过退火、正火或热加工成形等热处理或热加工时，则应选择合金成分或强度级别较高的焊接材料。处理或热加工时，则应选择合金成分或强度级别较高的焊接材料。上一页 下一页返回7.2珠光体耐热钢的焊接珠光体耐热钢的焊接为了提高焊缝金属的抗裂能力，焊接材料的总含碳量，应控制在略低为了提高焊缝金属的
41、抗裂能力，焊接材料的总含碳量，应控制在略低于母材的含碳量。珠光体型耐热钢焊接材料见于母材的含碳量。珠光体型耐热钢焊接材料见表表7-7。用焊条电弧焊焊接珠光体型耐热钢时，大多使用碱性低氢焊条，焊接用焊条电弧焊焊接珠光体型耐热钢时，大多使用碱性低氢焊条，焊接过程中电弧吹力大、焊缝金属熔深大，含氢量少、抗裂性能高，塑性、过程中电弧吹力大、焊缝金属熔深大，含氢量少、抗裂性能高，塑性、韧性和高温性能也较好，适合焊接较厚的焊件。但是，这种焊条特别韧性和高温性能也较好，适合焊接较厚的焊件。但是，这种焊条特别容易吸潮，对铁锈敏感性也大，而且还需要使用直流焊机焊接。此外，容易吸潮，对铁锈敏感性也大，而且还需要使
42、用直流焊机焊接。此外，珠光体耐热钢焊条药皮中含有纯碱、过锰酸钾、重铬酸钾等易潮的原珠光体耐热钢焊条药皮中含有纯碱、过锰酸钾、重铬酸钾等易潮的原料，虽然在焊条出厂前已经进行了高温烘干，但在各级仓库储存期间料，虽然在焊条出厂前已经进行了高温烘干，但在各级仓库储存期间还会返潮，所以，焊前必须重新进行烘干，烘干温度为还会返潮，所以，焊前必须重新进行烘干，烘干温度为350 400，烘焙烘焙2h，然后再放入，然后再放入80100保温箱中保温，随用随取。保温箱中保温，随用随取。上一页 下一页返回7.2珠光体耐热钢的焊接珠光体耐热钢的焊接2.焊接热输入的选择焊接热输入的选择当焊接热输入较大时，会造成热影响区因
43、晶粒粗大而脆化当焊接热输入较大时，会造成热影响区因晶粒粗大而脆化;焊接热输焊接热输入较小，对改善热影响区的冲击韧度有很大的好处，因此，焊接珠光入较小，对改善热影响区的冲击韧度有很大的好处，因此，焊接珠光体型耐热钢时，要严格地控制焊接热输入量。珠光体型耐热钢焊条电体型耐热钢时，要严格地控制焊接热输入量。珠光体型耐热钢焊条电弧焊的焊接参数见弧焊的焊接参数见表表7-8。珠光体型耐热钢管子钨极氩弧焊打底的焊。珠光体型耐热钢管子钨极氩弧焊打底的焊接参数见接参数见表表7-9。珠光体型耐热钢埋弧焊的焊接参数见。珠光体型耐热钢埋弧焊的焊接参数见表表7-10。3.焊前预热和层间温度的选择焊前预热和层间温度的选择
44、珠光体型耐热钢主要元素是珠光体型耐热钢主要元素是C，此外还含有一定数量的，此外还含有一定数量的Cr,、Mo以及以及V、W、Si、Ti、B等元素。在焊接热循环的作用下，热影响区和焊等元素。在焊接热循环的作用下，热影响区和焊缝都可能产生淬硬组织和冷裂纹，为了减小焊后冷却速度，珠光体耐缝都可能产生淬硬组织和冷裂纹，为了减小焊后冷却速度，珠光体耐热钢焊前都采取预热措施。热钢焊前都采取预热措施。上一页 下一页返回7.2珠光体耐热钢的焊接珠光体耐热钢的焊接因为焊前预热不仅降低了冷却速度、避免产生脆硬的马氏体组织，减因为焊前预热不仅降低了冷却速度、避免产生脆硬的马氏体组织，减少因马氏体组织转变而产生的组织应
45、力，还能因减少焊缝金属周围的少因马氏体组织转变而产生的组织应力，还能因减少焊缝金属周围的温差而使热应力减小，从而降低近缝区的应力峰值，提高焊缝金属的温差而使热应力减小，从而降低近缝区的应力峰值，提高焊缝金属的塑性。塑性。焊前预热温度通常根据被焊材料的化学成分、裂纹的倾向性而定。在焊前预热温度通常根据被焊材料的化学成分、裂纹的倾向性而定。在确定预热温度时，需要同时考虑焊件的尺寸大小、焊接结构的形式以确定预热温度时，需要同时考虑焊件的尺寸大小、焊接结构的形式以及焊接现场周围的空气温度等及焊接现场周围的空气温度等;多层焊的层间温度应不小于预热温度多层焊的层间温度应不小于预热温度的最低温度。的最低温度
46、。进行预热操作时应注意进行预热操作时应注意:升温速度不能太快，要均匀，整条焊缝的升温速度不能太快，要均匀，整条焊缝的各部位温度基本一致，局部温度不能过高。各部位温度基本一致，局部温度不能过高。上一页 下一页返回7.2珠光体耐热钢的焊接珠光体耐热钢的焊接火焰的加热点应放在焊接处的背面。如在结构内部焊接时，预热点火焰的加热点应放在焊接处的背面。如在结构内部焊接时，预热点应在结构的外壁加热。应在结构的外壁加热。焊接结构的预热温度应该一致。如在外壁加焊接结构的预热温度应该一致。如在外壁加热时，应以内壁的测量温度为准。热时，应以内壁的测量温度为准。焊前的预热方法有氧乙炔火焰预热、煤气预热、喷油燃烧预热、
47、焦碳焊前的预热方法有氧乙炔火焰预热、煤气预热、喷油燃烧预热、焦碳炉预热、红外线预热、感应加热和炉内整体预热等。常用珠光体型耐炉预热、红外线预热、感应加热和炉内整体预热等。常用珠光体型耐热钢的焊前预热温度、层间温度见热钢的焊前预热温度、层间温度见表表7-11。4.后热处理和焊后热处理后热处理和焊后热处理珠光体型耐热钢经过珠光体型耐热钢经过300 x 1h后热处理就能防止延迟裂纹的产生。后热处理就能防止延迟裂纹的产生。珠光体耐热钢焊后热处理的方法有以下几种珠光体耐热钢焊后热处理的方法有以下几种:(1)回火回火上一页 下一页返回7.2珠光体耐热钢的焊接珠光体耐热钢的焊接大多数珠光体型耐热钢焊接接头的
48、回火温度在大多数珠光体型耐热钢焊接接头的回火温度在680 760之间。常之间。常用的珠光体型耐热钢回火温度见用的珠光体型耐热钢回火温度见表表7-11。(2)正火正火正火可以细化晶粒、提高钢材的综合力学性能，但却不能消除内应力，正火可以细化晶粒、提高钢材的综合力学性能，但却不能消除内应力，珠光体型耐热钢在正火处理后，还要进行高温回火。珠光体型耐热钢在正火处理后，还要进行高温回火。(3)退火退火珠光体型耐热钢常用的退火方法有完全退火和消除应力退火。完全退珠光体型耐热钢常用的退火方法有完全退火和消除应力退火。完全退火的加热温度与正火相同，只是冷却速度更缓慢，以获得较粗的珠光火的加热温度与正火相同，只
49、是冷却速度更缓慢，以获得较粗的珠光体组织，消除应力。消除应力退火是把焊件整体或局部缓慢均匀地加体组织，消除应力。消除应力退火是把焊件整体或局部缓慢均匀地加热到热到500 6500，即以此温度在加热和保温过程中消除内应力。，即以此温度在加热和保温过程中消除内应力。上一页 下一页返回7.2珠光体耐热钢的焊接珠光体耐热钢的焊接5.焊接工艺方法的选择焊接工艺方法的选择珠光体型耐热钢具有优良的焊接性，可以用焊条电弧焊、钨极氩弧焊、珠光体型耐热钢具有优良的焊接性，可以用焊条电弧焊、钨极氩弧焊、熔化极氩弧焊、埋弧焊和电渣焊等方法焊接，最常用的是焊条电弧焊熔化极氩弧焊、埋弧焊和电渣焊等方法焊接，最常用的是焊条
50、电弧焊和氩弧焊。和氩弧焊。(1)焊条电弧焊焊条电弧焊焊条电弧焊的焊条选用应根据焊件化学成分来考虑，焊条的化学成焊条电弧焊的焊条选用应根据焊件化学成分来考虑，焊条的化学成分类型应尽量与母材相近，焊条的合金含量应与母材相当或略高于母分类型应尽量与母材相近，焊条的合金含量应与母材相当或略高于母材。材。焊条电弧焊机动灵活，可以进行全位置焊接，广泛用于现场组装焊焊条电弧焊机动灵活，可以进行全位置焊接，广泛用于现场组装焊接珠光体型耐热钢管。但是，焊条电弧焊在焊接过程中，很难做到低接珠光体型耐热钢管。但是，焊条电弧焊在焊接过程中，很难做到低氢焊接，因此焊接工艺复杂。氢焊接，因此焊接工艺复杂。上一页 下一页返