过程设备焊接课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,5,过程设备用金属材料的焊接,5.1,金属材料的焊接性及其评定,5.1.1,焊接性及其影响因素,(1),焊接性概念,亦称可焊性。是指在一定的焊接工艺条件下,金属材料可以获得优质焊接接头的难易程度,工艺可焊性,对形成焊接缺陷的敏感程度,使用可焊性,接头在实际操作环境中安全,持久运行的可靠性,(2),焊接性的影响因素,2024/9/16, 焊件母材的种类与化学成分, 焊接方法与工艺, 焊件的结构, 施焊环境, 焊接材料, 焊件的使用条件,5.1.2,工艺焊接性的评定方法,(1),估算法,a.,碳当量法,把其他合金元素对裂纹的影响折算成相当的,碳含量，即用碳当量来估计钢材的焊接性,2024/9/16,当C,e,0,.,4时，,良好,37mm时，焊接,时一般不必须热,当C,e,0,.,4,0.,6时，焊接性较差钢材,焊接时应适当预热,当C,e,0,.,6时，焊接性差，应采取较高,的预热温度和严格的工艺措施,b.,冷裂纹敏感性指数法,2024/9/16,式中,h,为板厚,mm,H,为焊缝金属中扩散氢含,量，,10,-2,L/kg,为防止冷裂纹所需的最低预热温度,T,p,为,T,p,1440,P,c-392 ,(2),焊接性的抗裂性试验,抗裂试验对研究裂纹产生的机理及影响因,素十分重要,我国于,1984,年颁布了焊接性试验方法的国,家标谁,GB 46751984,，其中规定了,5,种国际通,用的试验方法。,5.2,低、中碳钢的焊接,2024/9/16,5.2.1,低碳钢的焊接,(1),壳体常用钢号及其焊接性,焊制受压壳体，必须采用含碳量,0,25,的低碳钢,常用的有,Q235B(C,、,D),、,20R,、,20g,等,含碳量低，有良好的塑性，没有淬硬倾向，,焊接性好。,一般焊接时不需要采取特殊工艺措施，焊后,也不需要进行热处理，且各种焊接方法都适用。,注意：,焊接接头应保证等强度,焊缝中不应有缺陷,2024/9/16,冬天,(0,10),焊接,12,32mm,的钢板，尤其,是用不同类型焊条对不同板厚作手工堆焊或,T,形,角焊时，会产生不同程度的微裂纹,用低氢焊条焊厚度超过,32mm,的,500MPa,强,度钢角焊缝时，焊缝中也会产生微裂纹,(2),焊接工艺要点,a.,焊接方法与焊接材料,广泛采用的焊接方法,手工电弧焊、埋弧自动焊、,C0,2,气体保护,焊和电渣焊,焊接材料按等强度原则确定,手工电弧焊用焊条一般采用,J42,级,2024/9/16,二、三类压力容器承受冲击载荷的均要求采,用碱性低氢型药皮焊条,埋弧自动焊时,焊剂多采用,HJ431,，焊丝,Q235,、,10,钢等多采,用,H08A,；,20R,、,20g,、,20,钢多采用,H08MnA,b.,含碳量,0,.,24,或大厚件时注意防热裂纹,和冷裂纹,c.,预热及热处理,板厚大或施焊环境温度过低时要求进行适当,预热,在板厚小于,100mm,时，预热温度一般不大于,100,对于盛装具有腐蚀介质或板厚大于,34mm,的壳,2024/9/16,体要求焊后进行,600,650,的消除应力热处理,5.2.2,中碳钢的焊接,含碳量,0.25,0.6%,时为中碳钢，常用的钢,有,35,、,40,、,45,、,Q275,等。焊制承压壳体，我国不,允许采用中碳钢,过程设备中，有些承载运动元件采用中碳钢,这类零件在加大尺寸或损坏后修复,往往采用焊接,.,(1),中碳钢的焊接性,随着含碳量，焊接性,当含碳量,0.30%,且含,Mn,不高时，焊接性良好,(2),中碳钢的焊接工艺要点,a.,焊接方法与焊接材料,2024/9/16,一般采用手工电弧焊接，并采用强度相当的,低氢型焊条,特殊情况下，可采用,Cr,、,Ni,不锈钢焊条焊接,可不需预热。焊条牌号有,A102,、,A107,、,A302,、,A307,、,A402,、,A407,等,b.,焊前必须预热,预热温度随碳或板厚而,c.,焊后进行消除应力热处理,5.3,普通低合金钢的焊接,在普通低碳钢基础上，添加少量合金元素而,使强度提高的钢，称为普通低合金钢,2024/9/16,5.3.1,普低钢的分类与强化原理,(1),热轧钢, 强度级别,:,s,=300,400MPa, 强化金属,:,加入,Mn,、,Si,固溶强化, Mn,1.8%, 常用钢号,:16MnR,、,16Mng,、,15MnVR, 焊接性：,C,e,16,时,预热,;,刚性大时,应注意防裂,;16MnR,30, 15MnVR ,28,时焊,后要热处理,(2),正火钢,2024/9/16, 强度级别,:,s,400,500MPa, 强化金属,:,在,Mn,、,Si,的基础上加少量的,V,、,Nb,、,Ti,等，,起沉淀强化作用, 常用钢号,:15MnTi,、,15MnVNbR,、,18MnMoNbR, 正火作用：,使生成的碳化物或氮化物以细,小质点从固溶体中沉淀析出，弥散分布于晶内和,晶界,同时细化晶粒,从而有效地提高强度和韧性, 焊接性：,C,e,0.4,0.6%,时较差,冷裂纹、,再热裂纹、淬硬,(3),低碳调质钢, 强度级别,:,s,600,700MPa,2024/9/16, 强化途径,:,调质热处理强化,添加少量合金,元素通过淬火,+,回火来提高强度并保证韧性, 常用钢号,:14MnMoV,、,14MnMoNbB,等,5.3.2,普低钢的焊接性,(1),焊缝金属中的热裂纹,普低,钢由于含碳量低，热裂倾向均较小，,一般不会产生热裂纹。,当钢的成分不均，局部,C,、,S,、,P,含量过高，,或焊接材料中,S,、,P,杂质偏高时，焊缝金属中有可,能产生热裂纹。,(2),粗晶区脆化,是焊接接头的薄弱区,2024/9/16,焊接线能量过大时魏氏体组织等而韧性降低,焊接线能量过小，粗晶区中的马氏体比例增,大也会使韧性降低,(3),冷裂纹,主要产生于热影响区，在碳当量高和板厚大,时，冷裂纹倾向也大。需要采取降低扩散氢含,量、预热和后热等措施。,(4),再热,裂纹,含,Mo,、,V,、,Nb,、,Ti,等,元素的正火或调质钢有再,热裂纹倾向。,在焊后热处理时应避开在再热裂纹敏感温度,范围内加热。,2024/9/16,结论,：, 普低钢品种多、成分和强度差异大，,焊接性差别也大,16MnR,等，其碳当量,0.4,，可焊性,良好，接近于低碳钢,强度较高的正火普低钢，碳当量,0.4%,0.6,，焊接性较差，易产生再热裂纹，焊接时要,求在,100,200,下进行预热，或进行后热, 低碳调质钢如,14MnMoNbB,等，碳当量,0.6,，焊接性差，主要问题是热影内区粗晶区的冷,裂纹和韧性下降。,2024/9/16,5.3.3,普低钢的焊接要点,电渣焊，适用于热轧或正火钢,30mm,以上,厚板焊接，且焊后必须进行正火处理，以细化,晶粒，提高性能,焊条按等强度原则选择，多采用碱性低,氢焊条减少氢的来源。, 采取适当的焊接规范以控制焊接冷却速,度, 焊前预热和好后低温消氢处理相配合，防,止强度级别较高的低合金钢产生冷裂纹, 尽量减小结构的刚性和装配应力, 高强度正火钢，必须进行消除应力热处理,2024/9/16, 正火和调质钢焊接工艺措施不同，前者线,能量大，预热温度较高；后者线能量和预热温度,均相对较低，且焊后热处理温度必须低于调质时,的回火温度,5.4,低合金珠光体耐热钢的焊接,5.4.1,耐热钢的性能要求,热强性,提高抗蠕变能力加入,Mo,、,W,、,V,抗氢化性,加入,Cr,、,Si,、,Al,5.4.2,珠光体耐热钢,Cr-Mo,系,Cr-Mo-V,系,Cr-Mo-W-V,系,Mo,、,W,、,Nb,提高热强性,Cr,提高抗氢性,2024/9/16,5.4.3,钢号,见表,5-5,。其中,12CrMoV,最为常用,5.4.4,珠光体耐热钢的焊接性,其焊接性类似于低碳调质钢,(1),淬硬、冷裂,(2),再热裂纹,(,含,V,、,Cr,、,Mo),(3),熔合线附近的淬硬、,Acl,附近的软化,珠光体耐热钢焊接接头的薄弱处多为硬度和,强度明显下降的软化区，而不是热影响区的熔合,线处。,软化区只能采用正火,+,回火予以消除。,5.4.5,焊接工艺要点, 预热温度较高,150400,的进行，焊后缓,2024/9/16,冷，点焊处亦应预热,150,以上,焊后进行,680,750,回火热处理，以消,除应力、降低淬硬区硬度, 按等成分原则选用焊条,多采用用低氢型,焊条。在补焊或焊后不能进行热处理时，可以选,用奥氏体钢焊条,5.6,奥氏体不锈钢的焊接,5.6.1,不锈钢的分类与性能,(1),分类,马氏体不锈钢 显微组织为马氏体，,主要有,1Crl3,、,2Crl3,等,2024/9/16,铁素体不锈钢 显微组织为铁素体，典型,钢号有,1Crl7,、,Cr25,等,奥氏体不锈钢 显微组织为奥氏体。在高,铬不锈钢中添加,8,25,的,Ni,形成的具有奥氏,体组织的不锈钢，应用广泛,(2),奥氏体不锈钢典型钢号,超低,C 00Cr19Ni10(304L) C0.035%,抗,晶间腐蚀性,低,C 0Cr19Ni10(304) C0.08%,含,Ti,Nb 0Cr18Ni10Ti 1Cr18Ni9Ti,0Cr18Ni10Ni,抗晶间腐蚀性,含,Mo,Cu,0Crl8Nil2Mo2Ti 0Crl8Nil2Mo2Cu2,2024/9/16,抗还原性酸腐蚀能力好,(3),主要性能, 电阻率高,约为碳钢的,5,倍,焊条易发红,;, 导热系数小,仅为碳钢的,1/3;, 线胀系数大，比碳钢大,40,以上，焊接,时易变形,;, 无磁,耐蚀,耐热,耐低温,.,5.6.2,奥氏体不锈钢的焊接,(1),焊接性分析, 无相变,无冷裂纹,焊接性好, 存在晶间腐蚀,450,850,温度下在腐蚀,介质中会产生晶间腐蚀,.,由于晶粒边界形成贫,Cr,2024/9/16,层造成的,含,Ni,热裂纹,焊接变形与收缩,(2),奥氏体不锈钢的焊接要点,a.,防止晶间腐蚀,防止 采用超低,C,材料,C0.035%,含,Ni,钢,减少 快冷,电流较低碳钢小,10,20%,消除 不含,Ti,Nb,固熔处理,1050,1100;,含,Ti,Nb,稳定化处理,850,950 2,4,hr,保温,使,Cr,到晶间,b.,防裂纹,严格控制焊接中的,S,P,杂质,减少低熔共,2024/9/16,晶体产生,使焊缝中,含有,5%,左右的铁素体打乱结,晶方向,分割杂质, 采用碱性焊条,c.,焊接变形与收缩的控制, 管线,细长件,每条环焊缝应留出,2,3mm,的收缩量,(3),焊接方法与焊材, 手工电弧焊 氩弧焊 埋弧焊, 焊条 奥氏体钢焊条,A,如,A132,等, 焊丝 与母材同, 焊剂 非氢化,弱氧化,如,HJ152,260,等,2024/9/16,5.7,异种钢的焊接,不同类别钢的焊接,如,A+P A+M A+F,同种钢不同强度等级的焊接,如,20R+16MnR,5.7.1,奥氏体钢与珠光体钢的焊接,(1)A+P,的焊接,a.,焊接特点,焊缝金属稀释 焊缝金属中出现脆性的马,氏体组织，有产生裂纹的危险, 存在熔合区脆性层 严重降低焊接接头,的韧性和结构可靠性,存在熔合区扩散层 引起应变集中，降低,接头的高温持久强度和塑性,2024/9/16, 存在热应力和难以消除的残余应力 这种,残余应力不可能用热处理方法消除掉,b.,焊接工艺要点, 易采用,手工电弧焊, 易采用,A307,焊条,以克服珠光体对焊缝的,稀释, 应提高焊接材料中的,Ni,含量,以,防止熔合,区中碳的扩散, 采用隔离,(,过渡,),层堆焊法 在珠光体坡,口一面先堆焊一层高合金钢的奥氏体金属隔离,层。使易出问题的部分焊缝,(,即在珠光体钢,上,),在拘束度极小的情况下完成的,2024/9/16,(2)A+F,的焊接,(,略,),(3)A+M,的焊接,(,略,),5.7.2,不同强度级别珠光体钢的焊接,主要是防裂,焊接时应注意：, 焊接材料要按强度低的一方选择, 而焊接工艺措施加预热和热处理等应按,强度高的一方确定,例如,Q235-B+16MnR,的焊接，应按,Q235-B,选,J42,焊条，而预热温度则应按,16MnR,确定,5.7.4,不锈复台钢板的焊接,复合钢板由基层和复层密切贴合而成,基层主要承担强度和刚度 厚度,6mm,2024/9/16,复层主要满足耐蚀性要求 厚度,2,3mm,(1),不锈复合钢板的焊接性,基层与复层区应分别选用各自适用的焊接材,料来焊接,焊接的关键是要处理好两层交界部位的焊接,解决的办法,:,基层与覆层之间设过渡层焊缝,.,(2),不锈复合钢板焊接工艺要点,a.,焊接方法与焊接材料选择,手工电弧焊、埋弧焊、,C02,气体保护焊等,过渡层焊材必须选用铬、镍含量高于覆,层中含量的不锈钢焊接材料,;,刚度特别大,可选用,纯镍焊条,2024/9/16,基层的焊接材料应选用与基层碳钢或低,合金结构钢单独焊接时相同的焊接材料,覆层焊接材料原则上选用与单独焊接不,锈钢时的焊接材辑相同,焊接工艺也相同,b.,焊接坡口,坡口开在基层以节省不锈钢焊接材料,对于大厚度不锈复合钢板，应开成,X,形坡,口，这样有利于减小焊接变形,c.,焊接顺序,焊接的顺序：装配定位焊基层对于基层,焊缝内部与表面进行检验在覆层一侧铲修焊根,焊过渡层焊覆层，如下图所示,2024/9/16,2024/9/16,d.,焊后热处理,大厚度不锈复合钢板的焊接构件,焊后应热,处理可以消除焊接残余应力,注意,:,热处理温度高时碳钢一侧会形成铁素,体脱碳层,使强度降低；不锈钢一侧则被渗碳而,变硬脆，造成冲击韧度下降,正确方法是：,基层焊接完毕，检测焊缝内部和表面质量均,合格后进行热处理，且温度不宜超过,400,热处理完成后方可焊隔离层和覆层不锈钢,板。覆层焊接完毕后，不必进行任何热处理。,2024/9/16,5.8,有色金属的焊接,5.8.1,铝及其合金的焊接,(1),铝的特性, 轻质，密度只有钢的,1/3, 良好的抗氧化性、耐蚀性和低温性能, 强度低,工业上采用铝合金提高强度,(2),铝及其合金的焊接性, 易氧化及合金元素烧损, 焊接熔池快速冷却凝固时，氢很容易在,焊缝中聚集形成气孔, 焊接会产生较大的热应力,当杂质含量,或在刚性,可能产生热裂纹,2024/9/16,谢谢你的阅读,知识就是财富,丰富你的人生,