Q235的焊接性.doc

毕业设计（论文）任务书学生姓名林天宇专业班级焊接81设计（论文）题目Q235 B+12CrMoV (12)异种钢焊接工艺编制接受任务日期2011年6月15日完成任务日期2011年9月30日指导教师（签名）郑永新指导教师单位东锅技术培训学校设计（论文）内容目标通过本课题的实施，提高同学对珠光体耐热钢焊接性的了解，帮助同学们对异种钢焊接特点的认识，从而提高实际工作能力。该课题涉及知识面广，实用性强，能对学生综合知识进行准确评价。论文（设计）要求1. 说明珠光体耐热钢在化工化肥领域的应用。2. 分别阐述两种不同材料的焊接性。3. 制定焊接工艺：正确选用坡口型式，选用焊接方法和焊接材料的依据，焊接工艺参数。4. 焊接检测手段，合格标准。参考资料教材熔焊原理及金属材料焊接；中国焊接网：.现代焊接技术手册（曾乐著 上海科学技术出版社 1993.11.）焊接技术第二卷材料焊接（机械工业出版社）外文资料翻译网站 WWW.GOOGLE.cn锅炉用钢及其焊接（黑龙江科学技术出版社1988.11.）一、 说明珠光体耐热钢在化工化肥领域的应用。1.1珠光体耐热钢的高温性能在高温下具有较高的强度和良好的化学稳定性的合金钢。它包括抗氧化钢(或称高温不起皮钢)和热强钢两类。抗氧化钢一般要求较好的化学稳定性，但承受的载荷较低。热强钢则要求较高的高温强度和相应的抗氧化性。耐热钢常用于制造锅炉、汽轮机、动力机械、工业炉和航空、石油化工等工业部门中在高温下工作的零部件。这些部件除要求高温强度和抗高温氧化腐蚀外，根据用途不同还要求有足够的韧性、良好的可加工性和焊接性，以及一定的组织稳定性。中国自1952年开始生产耐热钢。以后研制出一些新型的低合金热强钢，从而使珠光体热强钢的工作温度提高到600620；此外，还发展出一些新的低铬镍抗氧化钢种。珠光体组织耐热钢，在高温下具有较高的热强性和抗氧化性，并具有一定的抗氢腐蚀能力。由于钢中含有较高含量的Cr、C和其它合金元素，钢材的淬硬倾向较明显，焊接性差。 在高温条件下，具有抗氧化性和主够的高温强度以及良好的耐热性能的钢称作耐热钢。耐热钢包括抗氧化钢和热强钢两类。抗氧化钢又简称不起皮钢。热强钢是指在高温下具有良好的抗氧化性能并具有较高的高温强度的钢。耐热钢主要用于在高温下长期使用的零件 .1.2珠光体耐热钢的应用珠光体耐热钢以Cr-Mo以及Cr-Mo基多合金钢为主，加入合金元素Cr、Mo、V，有时加入少量W、Nb、B等，合金元素总的质量分数少于10%。低、中合金珠光体耐热钢具有很好的抗氧化性和耐热性，工作温度可达到600，广发应用于制造蒸汽动力发电设备。这类刚还具有良好的抗硫和氢腐蚀的能力，在石油、化工。电力和其他工业部门也得到了广泛的应用。钢的持久强度和使用温度逐渐提高，导热性好，膨胀系数小，价格较低，广泛用于制作450620范围内各种耐热结构材料。如电站用锅炉钢管，汽轮机叶轮、转子、紧固件、炼油及化工用的高压容器、废热锅炉、加热炉管及热交换器管等。 Q235是一种刚才的材质。Q代表的是这种材质的屈服强度，后面的235，就是指这种材料的屈服值，在235MPa左右。并会随着材质的厚度的增加而使屈服值减小。由于含碳适中，综合性能较好，强度、塑性的焊接等性能得到较好的配合，用途广泛。常轧制成盘条或圆钢、方钢、扁钢、角钢、槽钢、窗框钢等型钢，中厚钢板。大量应用于建筑及工程结构。用以制作钢筋或建造厂房房架、高压输电铁塔、桥梁、车辆、锅炉、容器、船舶等，也大量用作对性能要求不太高的机械零件。CD级钢还可作某些专业用钢使用。 二.分别阐述两种不同材料的焊接性1.1Q235的焊接性由于低碳钢含碳量低，锰、硅含量也少，所以，通常情况下不会因焊接而产生严重硬化组织或淬火组织。低碳钢焊后的接头塑性和冲击韧度良好，焊接时，一般不需预热、控制层间温度和后热，焊后也不必采用热处理改善组织，整个焊接过程不必采取特殊的工艺措施，焊接性优良。 但在少数情况下，焊接时也会出现困难： 1)采用旧冶炼方法生产的转炉钢含氮量高，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，局部地区含量会超标，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，使焊缝金属中的碳、硫含量过高，会导致产生裂纹。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，会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。 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 低合金结构钢的焊接性分析16Mn和15MnV均属于低合金结构钢中的热轧钢，这类钢价格便宜，而且具有满意的综合力学性能和加工工艺性能，首先来分析一下这类钢的焊接性，焊接性通常变现为两方面的问题：一是焊接引起的各种缺陷，对这类钢来说主要是各类裂纹问题；二是焊接时材料性能的变化，对这类钢来说主要是脆化问题。一 裂纹问题（1） 热裂纹：热轧钢一般含碳量较低，而含锰量较高，因此它们Mn/S比较大，具有良好的抗热裂性能。正常情况下焊缝中不会出现热裂纹，但当材料成分不合格或有严重偏析，使碳、硫含量偏高，Mn/S比偏低，易出现热裂纹。锰在钢种可与硫形成硫化锰，减少了硫的有害影响，增强了钢的抗热裂性能。（2） 冷裂纹：钢材冷裂纹主要取决于钢材的淬硬倾向，而刚才的淬硬倾向又主要取决于它的化学成分。热轧钢由于含有少量合金元素，其碳当量比低碳钢碳当量略高些，所以这种钢淬硬倾向比低碳钢要大些，而且随钢材强度级别的提高，合金元素的增加，它的淬硬倾向逐渐增大，应根据接头形式和钢材厚度来调整线能量、预热和后热温度，以控制热影响区的冷却速度，同时降低焊缝金属的含氢量等措施，防止冷裂纹的产生。（3） 再热裂纹：从钢材的化学成分考虑，由于热轧钢中不含强碳化物形成元素，因此对再热裂纹不敏感，而且还可以通过提高预热温度和焊后立即后热等措施来防止再热裂纹的产生。二 脆化问题（1） 过热区脆化：热轧钢焊接时近缝区中被加热到100以上粗晶区，易产生晶粒长大现象，是焊接接头中塑性最差的部位，往往会承受不住应力的作用而破坏。防止过热区脆化的措施是提高冷却速度，尤其是提高奥氏体最小稳定性范围内的冷却速度，缩短在这一温度区间停留时间，减少或防止奥氏体组织的出现，以提高钢的冲击韧度，而且为防止过热区粗晶脆化，也不宜采用过大线能量。（2） 热应变脆化：热应变脆化是由于焊接过程中热应力产生塑性变形使位错增殖，同时诱发氮碳原子快速扩散聚集在位错区，出现热应变脆化。16Mn和15MnV这两类钢具有一定得热应变脆化倾向，焊接时消除热应变脆化的有效措施是焊后退火处理。低合金结构钢的焊接工艺.2.212CrMoV的焊接性已知 (C)=0.15%, (Mn) =0.6%, (Cr) =1.2%, (Mo) =0.3%, (V) =0.3% 由公式得 CE= (C) + + + =0.15%+ + +0 =0.61%所以该材料焊接性约等于高碳钢焊接性，焊接性能一般或较差。3.3制定焊接工艺：正确选用坡口型式，选用焊接方法和焊接材料的依据，焊接工艺参数。1.焊前准备：（1）焊接坡口形式的设计应避免采用焊不透或局部焊透的坡口，还要尽量减少焊缝的横截面积，以降低接头的残余应力，同时也可减少焊接材料的消耗量。（2）坡口加工采用热切割时应注意防止母材边缘会形成一定深度的淬硬层，这种低塑性的淬硬层往往成为冷加工的开裂源。（3）焊前必须消除焊接区钢板表面的水分，坡口表面的氧化皮、锈斑、油脂以及其他污物。（4）焊接材料在使用前应按生产厂推荐的规范进行烘干。（5）装配定位焊缝必须采用与正式焊缝同一类型的焊条。2.焊接线能量的选择：线能量的参数是指焊接电流、电弧电压和焊接速度。低合金结构钢焊接时，线能量参数除要保证接头的熔透性和焊缝成型外，还要考虑其对接头性能的影响。焊接含碳量低的热轧钢以及含碳量偏下限的16Mn钢时，对焊接线能量没有严格的限制，但从提高过热区塑性和韧性考虑还是采用偏小线能量更为有利；当焊接含碳量偏高的16Mn钢时，为降低淬硬倾向，防止冷裂纹产生，焊接时线能量应偏大些。3.预热、后热及热处理（1）预热：焊接低合金结构钢时，焊前预热时防止接头冷裂，改善接头组织性能，减小焊接应力的重要工艺措施。焊前预热的有利作用还在于：改变了焊接过程的热循环，降低焊接接头各区高温转变和低温转变温度区间的冷却速度，避免或减少了淬硬组织的形成；减少焊接区的温度梯度，降低了焊接接头的内应力，并使之较均匀地分布；扩大了焊接区的温度场，使焊接接头在较宽的区域内处于塑性状态，减弱了焊接应力的不利影响；延长了焊接区在100以上温度的停留时间，有利于氢从焊缝金属中逸出。预热温度的确定，随钢材碳当量、板厚、结构的拘束度的增加而增加，环境温度的升高而降低。（2）后热及热处理：后热是指焊接结束后将焊件或整条焊缝立即加热到150250温度范围内，并保持一段时间，这种工艺简称后热。其作用在于首先是降低了接头低温转变区的冷却速度，其效果比预热更显著，其次是延长了接头在100以上温度区间的停留时间，使焊缝金属中的氢有充分时间向外扩散。在寒风金属氢扩散阶段，从根本上消除了导致冷裂纹形成的力学因素。后热的温度和时间，取决于被焊钢的冷裂敏感性，焊接材料的含氢量和接头的拘束度。后热温度愈高，保温时间愈长，去氢效果愈明显。去氢处理是将焊件在焊后立即加热到300400温度并保温一段时间，可加速焊接接头氢的扩散逸出。氢的排除程度取决于加热温度和时间，温度高保温时间可短一些，温度低去氢时间就要加长。生产中消氢处理的温度为300400，消氢时间为12小时。消除