船体焊接工艺讲义.docx

船体焊接讲义焊接工艺评定 焊接工艺评定就是对事先拟定的焊接工艺能否合乎质量要求的焊接接头进行评价。焊接工艺评定试验不是金属材料焊接性的实验，它是在金属的焊接性试验之后，产品投产之前，在焊接施工单位的具体条件下进行的。 为了做到最少的评定工作量就能涵盖整个产品的焊接工艺，一方面要找标准中的各项规定，其中注意评定规则，替代范围，实验方法和合格标准。（具体内容可以参看各产品的焊接工艺评定书）。焊接工艺评定计划书主要包括以下内容：1， 母材的牌号、级别、厚度以及出货状态。2， 焊接材料（焊条，焊丝，焊剂和保护气体）的型号、等级和规格。3， 焊接设备的型号和主要参数。4， 坡口设计，加工要求以及衬垫材料（如果有）。5， 焊道布置，焊接顺序。6， 焊接位置（平，立，横，仰焊等）。7， 焊接规范参数。8， 焊前预热和道间温度，焊后热处理以及焊后消除热应力的一些措施。9， 施焊环境（车间施焊，现场施焊）。焊接工艺规程对钢材的适用规定1， 对每一强度级别的钢材，适用于试验母材韧性等级相同或较低的钢材。2， 对每一韧性级别的钢材，屈服强度小于或等390N时，适用于与试验母材等级相同或低两个等级的钢材，对高强度淬火回火钢，适用于与试验母材等级相同或低一个等级的钢材。3， 当采用热输入大于50KJ的焊接方法时，焊接工艺可覆盖与试验母材韧性等级相同，强度第一个级别的钢材。4， 淬火加回火状态和形变-温度控制轧制状态不能相互覆盖。焊接工艺规程对厚度的适用规定屈服强度：金属材料在拉伸过程中当载荷不再增加甚至稍微下降时，仍继续发生明显塑性变形的屈服现象，材料产生屈服现象时的应力，称为屈服强度。抗拉强度：材料在拉断千所承受的最大应力，称为抗拉强度。抗拉强度是衡量金属材料强度的一个重要指标。（一般用抗拉强度来判断材料的韧性）试验材料的厚度t(mm)认可范围单面单道或双面单道的对接接头和T型接头多道焊的对接接头和T型接头以及填角焊-3mm（0.7-1.1）t（1-2）t3mm-12mm（0.7-1.1）t3mm-2t12mm-100mm（0.7-1.1）t（0.5-2）t最大150mm注：A通常来说合格的对接焊工艺也适用相应厚度的填脚焊，但对于铝合金以及屈服强度大于355N的钢材应增加填脚焊工艺评定。B,试板的尺寸如下：焊接方法试板长度试板宽度手工焊，半自动焊350mm-150mm-自动焊1000mm-200mm-C,对于一般强度钢或高强度的船体结构钢，应时焊缝方向垂直于轧制方向。（具体形式参照UT788焊接工艺计划书）被焊接金属的焊接性如何？需不需要采取一些特殊的措施。金属材料的焊接性：金属材料的焊接性是影响焊接过程中工艺设计最关键的因素之一。金属的焊接性又碳当量决定。金属的焊接性金属的焊接性。金属材料的性能通常包括物理性能（如形态，密度，导热性，热膨胀性，导电性等）化学性质（金属各元素的成分比例以及与其它元素发生化学反应的难易程度等）工艺性能（可加工性）和力学性能。碳当量T50mm50mm T70mmT70mmCeq0.3950Ceq0.4175Ceq0.4350100Ceq0.4550100125Ceq0.47100125150Ceq0.50125150175根据材料种类的不同，选择的焊接方法，焊接参数就有所不同。焊接前需不需要预热，预热的温度范围是多少？采用什么方法进行预热？ 预热温度时间按照厚度一分钟一毫米计算。焊件焊接前是否需要预热以及预热温度是多少，应根据钢材的化学成分（碳当量），厚度，结构钢性，接头的形式，焊接方法以及环境因素综合考虑。可以参考上表。必要时通过焊接试验来确定。 层间温度：层间温度是指后层寒风焊接前的温度。层间温度对于高强度钢的焊接非常重要，如果层间温度低于预热温度，仍然会造成冷却速度过快，形成淬硬组织，造成裂纹的产生。实例：UT788三用工作船EH36Z25高强钢100mm超厚板的对接焊：采用与焊缝等长度的电热板对接焊缝进行预热以及预热宽度控制，把长度为0.4Mx0.4M的电热板连接成旭预热焊缝的长度，并把电热板至于焊缝的下端，将测温仪与电热板控制电路相连接；在焊缝的上端覆盖宽度为0.6m的岩棉布。接通电路，电热板对焊缝加热；120-180min后，把焊缝预热至200度，通过控制测温仪电路断开及连接，使电热板对焊缝的预热始终保持在200度，当预热温度达到200度时。立即移开焊缝上的岩棉开始施焊。施焊时，电热板继续工作，并把温度控制在200-250。要不要开坡口？开什么样的坡口？坡口如何加工？需不需要采用什么样工装设备。 选择坡口的一般原则：A，能够保证焊件熔透，B，坡口形式应容易加工，C，尽可能的提高生产效率和节省材料。D，尽可能减少焊接变形。采用什么样的焊接方式进行焊接？焊条电弧焊：手工操作焊条进行电弧焊的焊接方式。埋弧焊:电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法钨极氩弧焊（TIG焊）：在惰性气体的保护下，利用钨电极和共建之间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝的焊接 方式。最适合于铝合金的焊接。熔化极惰性气体保护焊（MIG焊）：因为惰性气体与液态空气隔离的作用，所以电弧燃烧稳定，熔滴向熔池平稳过渡，无激烈飞溅，最适合于铝铜钛等有色金属的焊接，也适合于不锈钢和耐热钢的焊接。熔化极氧化性混合气体保护电弧焊(MAG焊):加入的少量的氧化性气体在不改变或基本上不改变惰性气体的电弧特性的条件下，进一步提高电弧的稳定性，改善焊缝成形和降低电弧辐射强度等，这种方法常用于黑色金属的焊接。二氧化碳气体保护焊：本质上属于MAG焊的一种，但是由于二氧化碳的物理性能和化学性能，需在过程中从设备，工艺以及焊丝方面采取措施，才能获得良好的焊接效果。使用什么样的焊接材料进行焊接，第一道焊缝和后面的焊缝焊接材料是否应有所不同？焊接参数如果让确定？焊接材料的选择对取得良好的焊接效果起着至关重要的作用。焊材分为焊条和焊丝两种，根据不同的焊接形式，以及焊接方法和，焊件本身的材料属性决定选取和中焊材。现通过UT788焊材的种类对各种焊材进行说明。焊接参数具体到某层焊缝上，焊接参数近包括焊接电流，电弧电压，焊接速度，保护气体以及流量。实例：UT788采用的焊接方法及焊材如下：1）埋弧自动焊 焊丝 H08A ,3, 4, H08Mn2E, 5, 焊剂 HJ431、SJ1012）CO2气体保护焊 焊丝型号 E501T-1，1.2 ER50-6，0.8 CO2气体纯度：99.53）CO2陶质衬垫焊 焊丝型号 E501T-1，1.2 衬垫 TG-1.0 CO2气体纯度：99.54）手工电弧焊 焊条 J422, J427 焊材的表达形式分为型号和牌号两种，由于多年的使用习惯问题，这两种表达方法在各种焊材都有使用。埋弧自动焊：焊丝 H08A ,3, 4, H08Mn2E, 5；埋弧自动焊的焊丝通常都用实芯钢焊丝的牌号来表达。H08A和H08Mn2E都是实芯焊丝，H-表示焊接用实芯焊丝；08-表示含碳量约为0.08%；Mn2-表示Mn的含量约为2%。A-表示硫磷含量要求低的优质钢焊丝。E-表示硫磷含量要求特别低的特优质钢焊丝。焊剂 HJ431、SJ101；焊剂分为熔炼焊剂和非烧结焊剂（非熔炼焊剂）两种，两种的制作方法不同。熔炼形焊剂：将各种配料按比例混合，并在电弧炉或火炉中熔炼，在1300摄氏度的高温下熔融，低温冷凝，在粉碎制成颗粒。烧结型焊剂：在粉末状态下加入粘结剂，经搅拌，造粉并进过500-1000的温度烘焙而成。由于熔炼型焊剂需要经过高温熔化，故焊剂中不能加入碳酸盐，脱氧剂和合金剂，制造高碱度焊剂很困难。而非熔炼型焊剂的碱度可以在较大范围内调节仍能保持良好的工艺性能。CO2气体保护焊 焊丝型号 E501T-1，1.2 ER50-6，0.8在UT788的建造过程中，焊丝选用两种焊丝分别为实芯焊丝ER50-6，0.8和药芯焊丝型号 E501T-1，1.2两种，这两种焊丝分别都是用焊丝的型号来表示的。实芯焊丝ER50-6；ER表示焊丝，50表示熔敷金属的抗拉强度最低值为500MPa，-6表示焊丝化学成分分类代码。药芯焊丝E501T-1；E表示焊丝，50表示熔敷金属的抗拉强度最低值为500MPa，1表示焊丝的位置为全位置。T表示药芯焊丝。-1表示类别特点;外加保护气体，直流电源，焊丝接正极，用于单道贺多道焊。手工电弧焊 焊条 J422, J427 手工电弧焊的焊条牌号表达方式使用比较常见。J表示结构钢焊条。42表示熔敷金属的抗拉强度的最小值为420MPa。2表示药皮类别，氧化钛钙型，交流或直流；7也是表示药皮类别，低氢钠型，直流。焊条分为酸性焊条和碱性焊条。酸性焊条：如上J422，酸性焊条氧化性较强，焊缝金属中的氧含量较高，合金元素烧损较多，熔敷金属中的含氢量也较高，因而其焊缝金属的塑性和韧性低于碱性焊条。碱性焊条：如上J427药皮中含有大量的碱性造渣剂，焊缝金属中的氧和氢的含量低，由于药皮中含有较多的萤石，电弧的稳定性差，多采用直流反接；当药皮中含有较多的稳弧剂时，可以采用交直流两用。电流：确定焊接电流需要考虑的因素很多，但主要是焊条（焊丝）直径，焊缝位置及层数，焊条电弧焊时的焊条类型。1，根据焊条或者焊丝的直径选择。一般可以按照下面的经验公式来选择：I=（33-35）d，实际生产中可以自行调试，重要焊缝一般需经焊接工艺评定来确定。2，平焊是可以选择大的电流来进行焊接，但在其他位置时，为避免熔化金属从熔池中流出，要使熔池尽可能小，所以电流相应要比平焊时小一些。3，多层焊时，第一层焊缝的电流选择十分关键，过大容易烧穿，过小容易造成未焊透，所以焊条电弧焊时，在保证熔透的情况下采取比较小的电流。以后各层可选取比第一层大一些的电流易提高焊接效率。各种焊接形式下的电流见下。注：上表只是武船一般情况下的经验值，特殊情况包括薄板或者特厚板另作考虑焊接方式电流（A）电压（V）焊接速度（cm/min）焊接线能量(KJ/cm)双面埋弧焊550-75032-3635-4931-45二氧气体保护焊160-22023-3318-2617-25电压：电弧电压主要是由电弧的长度来控制的，电弧长，电压就高，电弧短，电弧电压就低。 焊接速度：焊接速度对焊接热影响区域的宽度由直接地影响，在相同情况下，焊接速度过慢使高温停留的时间增长，热影响区变宽，焊接接头晶粒变粗，力学性能下降，焊接速度过快，则易造成熔池温度不够，造成未焊透。 如何优化焊接参数焊接电流，电弧电压和焊接速度都对焊缝质量，热影响区大小和焊接效率以及焊接变形大小都有直接的关系，但这三者之间是相互联系的，不能单一以一个参数的大小来衡量。需要用一个综合参数来进行衡量，即线能量。每道焊缝必然存在最佳的线能量各参数的配比。先确定电流，电压，然后给局最佳线能量选择一个合适的焊接速度。 金属材料的焊接碳钢：碳钢的有不同的分类方法，因而有各种名称。A,按碳含量分为低碳钢，中碳钢和高碳钢。A,按品质分；主要已有害杂质硫，磷的元素含量来划分为普通碳素钢和优质碳素钢以及高级优质碳素钢。C,按照脱氧程度分为沸腾钢，镇静钢以及半镇静钢。D,按用图分为结构钢和工具钢。低合金钢：合金结构钢是在碳素钢的基础上有目的的加入一种或集中合金元素的钢。加入的合金元素可以使钢产生预期的变化。船用结构钢分为一般强度钢和高强度钢以及高强度淬火回火钢（有名为超高强度钢）。船用的一般强度钢属于碳素钢的范畴。而高强度钢一般属于低合金钢范畴。一般强度钢的屈服强度为235N，抗拉强度为400-520，按照质量等级分为A、B、D、E四个等级。每一等级的冲击韧性要求又不一样。具体为CCSA(NVA)、CCSB(NVB)、CCAD(NVD)、CCAE(NVE)。高强度船体结构用钢按照其最小屈服强度划分等级，每一强度等级又按照其冲击韧性的不同划分为A、D、E、H四个等级。高强度淬火回火钢按照其最小屈服强度划分等级，分别有420N、460N、500N、550N、620N、690N六个等级。每一强度等级又按照其冲击韧性的不同划分为A、D、E、H四个等级。冲击韧性：冲击韧性是指金属材料康冲击载荷不致破坏的能力。 冲击试验的温度由材料的质量等级进行确定，质量等级越高，冲击试验时候的温度要求越低。平均冲击功由钢材的屈服强度进行确定。屈服强度越大，冲击试验时的冲击功越大。钢板的几种出货状态的说明：AR：轧制状态 N：正火状态 CR：控制轧制（在正火状态下轧制成型的结果，相当于正火后再产生的结果）QT：淬火加回火状态 TM：热机控制法 （钢材的性能不可能由随后的正火或其他处理方式得到）以上的各种轧制方式所得到的钢板性能原则上式依次变优。淬火：是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1(过共析钢)以上温度，保温冷却一段时间，使之全部或部分奥氏体化然后以大于临界冷却速度快冷到AS以下进行马氏体的转变的热处理工艺。淬火配合不同温度的回火可以大幅度的提高钢的强度，耐磨性，疲劳强度以及韧性等。回火：是将淬火后的钢在Ac1(过共析钢)以下温度，保温后冷却下来的金属热处理工艺。其主要作用：A，消除淬火时的残余应力。B，调整工件的硬度，强度，塑性和韧性。C，改善和提高加工性能。退火：是将钢缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜的速度冷却的一种热处理工艺。正火: 是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1(过共析钢)以上30到50度之间，保温一段时间后，从炉中取出再空气中或喷水，喷雾或吹风冷却的金属处理工艺。其目的是在于使晶粒细化和碳化物分布均匀。正火与退火的不同点是正火冷却速度比退火速度快一些，因此组织更细化，机械性能也有所提高。不锈钢：不锈钢是指能耐空气、水、酸、盐及其溶液和其他腐蚀介质腐蚀的，具有高度化学稳定性的钢种。双相不锈钢通常选用与母材同一类型的焊接材料，Cr、Mn含量与母材相当，但Ni的含量通常比母材的高2%-4%.不锈钢与船用结构钢异种材料焊接时，应选用含Cr、Ni等合金元素高于不锈钢母材的焊接材料，并使焊接接头满足较低级别母材的力学性能。焊接过程中主要出现的问题：1， 裂纹。裂纹的种类：冷裂纹；热裂纹；再热裂纹 。冷裂纹：焊接接头冷却到较低的温度下（对于钢来说，在MS温度以下）产生的焊接裂纹统称为冷裂纹。主要出现在高碳钢，低合金高强钢，某些超强钢，工具钢，钛合金及铸铁等材料易出现的一种工艺缺陷。三大原因：A，扩散氢对钢的焊接产生裂纹起直接作用。B，组织作用，组织结构中马氏体的数量越多，月容易产生裂纹，因为马氏硬度大，韧性差，对冷裂纹特别敏感。C，应力作用，主要分为热应力，组织应力和拘束应力三种。热裂纹：焊接过程中，焊缝和热影响区金属冷却到固相现附近所产生的焊接裂纹称为热裂纹。再热裂纹:焊后，焊件在一定温度范围再次加热而产生的裂纹称再热裂纹。再热裂纹有如下特点：A，只发生在某些金属内，一般的低碳钢和固溶强化类低合金强度钢，均无再热裂纹的倾向。而含有一定的沉淀强化元素的金属焊件中常常产生再热裂纹。B，只发生在某一温度区间。对于一般的低合金钢温度区间为500-700，而遂于奥氏体不锈钢无损探伤 超声波探伤： 它是利用焊缝中的缺陷与正常组织具有不同的声阻抗和声波在不同声阻抗的异质界面上会产生反射的 原理来发现缺陷的。按焊缝质量要求，超声波检验等级分A，B，C 三级。一般来说，A级适用于普通结构钢，B级适用于压力容器，C级适用于核容器和管道。射线探伤： 利用射线透过工件时，却欠（气孔，夹杂等）与无缺陷部分对射线吸收程度不同来检验焊接。焊缝等级可以分为，。级要求最高，其他次之，具体的分级方