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金属材料焊接及热处理 中石化石油工程建设公司培训中心 本课程学时 1学时 60分钟 培训对象 焊接质量检查员 培训内容 焊接质量检查员岗位培训教材 第三章金属材料焊接及热处理 一 钢的分类和编号 二 低碳钢 低合金高强钢的焊接 三 热处理基本知识 一 钢材的分类和编号 中石化石油工程建设公司培训中心 钢 含碳量在0 04 2 3 之间的铁碳合金 为了保证钢的塑性和韧性 含碳量一般不超过1 7 钢的主要元素 铁 碳 锰 硅 硫 磷等 求实 求精 求新 1 钢的分类 中石化石油工程建设公司培训中心 b 用途 a 品质 普通钢 P 0 045 S 0 050 优质钢 P S均 0 035 高级优质钢 P 0 035 S 0 030 结构钢Q235 16Mn 40Cr 1Cr18Ni9Ti工具钢特殊性能钢 c 化学成分 合金钢 低合金钢 合金元素总含量 5 中合金钢 合金元素总含量 5 10 高合金钢 合金元素总含量 10 碳素钢 低碳钢 C 0 25 中碳钢 0 25 0 60 中石化石油工程建设公司培训中心 d 显微组织 1 平衡状态或退火状态的组织a 亚共析钢 铁素体 珠光体 b 共析钢 珠光体 c 过共析钢 珠光体 渗碳体 d 莱氏体钢 珠光体 渗碳体 2 正火组织 a 珠光体钢 b 贝氏体钢 c 马氏体钢 d 奥氏体钢 3 加热冷却时有无相变和室温时的显微组织a 铁素体钢b 奥氏体钢c 复相钢 中石化石油工程建设公司培训中心 2 钢的编号 钢编号的原则主要有两条 1 根据编号可以大致看出该钢的成分 2 根据编号可大致看出该钢的用途 我国的钢材编号 国际化学元素符号和汉语拼音字母并用的原则 GB T221 2008钢铁产品牌号表示方法 产品名称用途浇铸方法 钢号中的化学元素 中石化石油工程建设公司培训中心 例 通用结构钢 由Q 数字 质量等级符号 脱氧方法符号Q235AF表示A级沸腾钢 1 Q 代表钢材的屈服点 后面的数字表示屈服点数值 单位是MPaQ235表示屈服强度 s 为235MPa的碳素结构钢 2 质量等级 A B C D 3 脱氧方法 F 沸腾钢b 半镇静钢Z 镇静钢 优质碳素结构钢两位数字 表示平均碳含量 以万分之几计 例如平均碳含量为0 20 的钢 钢号为 20 不锈钢和耐热钢采用标准规定的合金元素符号和阿拉伯数字表示 1 含碳量用两位或三位数字表示碳含量的最佳控制值 以万分之几或十万分之几计 只规定碳含量上限者 当碳含量上限不大于0 10 时 以其上限的3 4表示含碳量 当碳含量上限大于0 10 时 以其上限的4 5表示含碳量 对超低碳不锈钢 0 030 C 以三位数字表示含碳量的最佳控制值 以十万分之几计 如 含碳量上限为0 030 以022表示 0 020 时以015表示 规定上下限者 以平均含碳量X100表示 如 0 16 0 25 C 以20表示 如20Cr15Mn15Ni2N 不锈钢 20Cr25Ni20 耐热钢 2 合金元素含量同合金结构钢 例如 平均含碳量为0 20 含铬量为13 的不锈钢 其牌号表示为 2Cr13 含碳量上限为0 08 平均含铬量为18 20 含镍量为8 11 的铬镍不锈钢 表示为06Cr19Ni10 中石化石油工程建设公司培训中心 1 低碳钢 C 0 25 二 低碳钢 低合金高强钢焊接 20R低碳钢应用在受压容器 低温环境下 一般选用J427焊条 典型钢号 Q235 10 20 20G 20R Q245R碳当量低 焊接性好 一般情况不需预热 寒冷 厚板预热 焊条电弧焊 SMAW 一般结构采用E4303等酸性焊条 重要结构采用E4315 E4316 E5015 E5016等 埋弧焊 SAW H08A HJ431 H08MnA HJ431氩弧焊 GTAW CO2气体保护焊 GMAW H08MnSiA 中石化石油工程建设公司培训中心 低碳钢结构钢在严寒冬天或类似的气温条件下焊接 焊接接头冷却速度较快 裂纹倾向增大 特别是焊接大厚度或大刚度结构更是如此 措施 1 焊前预热 焊时保持层间温度 2 采用低氢或超低氢焊接材料 3 点固焊时加大电流 减慢焊速 适当增大点固焊缝截面和长度 必要时进行预热 4 整条焊缝连续焊完 尽量避免中断 中石化石油工程建设公司培训中心 中石化石油工程建设公司培训中心 2 低合金高强钢 合金元素 5 屈服强度295 460MPa 热轧 正火钢 焊接工艺特点 1 焊接方法对许多焊接方法都适应 选择时主要考虑产品结构 板厚 性能要求和生产条件等因素 其中最为常用的是焊条电弧焊 SMAW 埋弧焊 SAW 和熔化极气体保护焊 GMAW FCAW 钨极氩弧焊 GTAW 通常用于较薄的板或要求全焊透的薄壁管和厚壁管道等工件的封底焊 大型厚板结构可以用电渣焊 ESW 2 焊接材料的选择依据 保证焊缝金属的强度 塑性和韧性等力学性能与母材相匹配 须注意以下问题 1 选择相应强度级别的焊接材料为了达到焊缝与母材的力学性能相等 选择焊接材料时应从母材的力学性能出发 而不是从化学成分出发选择与母材成分完全相同的焊接材料 往往要求焊缝的合金元素低于母材的含量 其中w C 0 14 2 工艺条件的影响主要从焊接工艺和焊后的加工工艺两方面考虑对焊缝金属力学性能的影响 坡口形状和接头形式的影响不同坡口形状和接头形式焊接时会有不同的熔合比和冷却速度 例如Q345 16Mn 钢不开坡口对接用埋弧焊 其熔合比大 从母材熔入焊缝金属的元素增多 这时宜采用合金成分低的H08A焊丝配合HJ431焊剂 即可满足焊缝金属的力学性能要求 焊后加工工艺的影响焊后须进行冷 热加工或热处理的焊件 必须考虑焊缝金属受到这些加工后其力学性能的变化 对于焊后消除应力热处理 焊缝强度有所降低 这时宜选用合金成分稍高的焊接材料 3 考虑结构因素的影响对于厚板 拘束度大或冷裂倾向大的焊接结构 以及重要的产品 应选用低氢或高韧性的焊接材料 表热轧及正火钢焊接材料选用举例 3 焊接工艺参数的选择1 焊接热输入焊接热输入的确定主要依据是防止过热区脆化和焊接裂纹两个力面 由于各种热轧及正火钢的脆化倾向和冷裂倾向不相间 因此对热输入的要求亦不同 碳当量CE IIW 0 4 的热轧正火钢 Q295 09Mn2 09MnNb 和含碳量偏下限的Q345 16Mn 钢等 强度级别在390MPa以下 过热敏感性不大 淬硬倾向较小 焊接热输入一般不予限制 含碳量偏高的Q345 16Mn 钢 淬硬倾向增加 为防止冷裂纹 宜用偏大一些的焊接热输入 3 79kJ mm 4 9kJ mm 2 预热主要是防止裂纹 同时兼有一定改善接头性能作用 随着钢材碳当量 板厚 结构拘束度增大和环境温度下降 焊接预热温度也需相应提高 焊后进行热处理的可以不预热或降低预热温度 多层焊时掌握好层间温度 本质上也是一种预热 一般层间温度等于或略大于预热温度 3 后热及热处理 后热焊后立即对焊件的全部 或局部 进行加热和保温 让其缓冷 使扩散氢逸出的工艺措施 目的是防止延迟裂纹的产生 主要用于强度级别较高的钢种和大厚度的焊接结构 焊后热处理除电渣焊使焊件严重过热而需要进行正火处理外 在其他焊接条件下 均须根据使用要求来确定是否需采取焊后热处理 一般情况下 热轧钢和正火钢焊后不需热处理 但是 对要求抗应力腐蚀的焊接结构 低温下使用的焊接结构及厚壁高压容器等 焊后都需要进行消除应力热处理 一 钢的热处理原理1 概述热处理是将固态金属或合金采用适当的方式进行加热 保温和冷却以获得所需要的组织结构与性能的工艺 根据热处理的目的和工艺方法的不同 热处理可分为 中石化石油工程建设公司培训中心 三 钢的热处理 23 任何一种热处理工艺都是由加热 保温 和冷却三个阶段所组成的 热处理工艺过程可以用温度一时间坐标系中的曲线图表示 这种曲线称为热处理工艺曲线 中石化石油工程建设公司培训中心 2 钢在加热时的转变在热处理工艺中 钢的加热目的是为了获得奥氏体 奥氏体是钢在高温状态时的组织 其强度及硬度高 塑性良好 晶粒的大小 成分及其均匀化程度 对钢冷却后的组织和性能有重要影响 因此 钢在加热时 为了得到细小均匀的奥氏体晶粒 必须严格控制加热温度和保温时间 以求在冷却后获得高性能的组织 3 钢在冷却时的转变冷却是热处理的关键工序 成分相同的钢经加热获得奥氏体组织后 以不同的速度冷却时 将获得不同的力学性能 中石化石油工程建设公司培训中心 二 退火与正火1 退火退火是将钢加热到适当温度 保持一定时间 然后缓慢冷却 一般随炉冷却 的热处理工艺 2 正火正火是指把钢加热到组织转变为奥氏体的临界温度以上保温 使其完全奥氏体化 在空气中冷却的热处理工艺 三 淬火与回火1 淬火淬火是将钢的组织加热到转变为奥氏体的临界温度以上 保温一定时间 以大于临界冷却速度快速冷却的热处理工艺 2 回火钢的回火是指将淬火后的钢 在组织转变为奥氏体的临界温度以下加热 保温一定时间 然后冷却到室温的热处理工艺 中石化石油工程建设公司培训中心 四 表面热处理常用的表面热处理方法有表面淬火及化学热处理两种 1 表面淬火 1 火焰加热表面淬火 2 感应加热表面淬火 中石化石油工程建设公司培训中心 2 化学热处理化学热处理是指将钢件放入一定温度的活性介质中保温 使一种或几种元素渗入它的表层 以改变其表层化学成分 组织和性能的热