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31焊接技术培训讲座 一 1 前言 焊接的启迪 在科学技术飞速发展的当今时代 焊接已经成功地完成了自身的蜕变 很少有人注意到这个过程何时开始 何时结束 但它确确实实地发生在过去的某个时段 识融合在焊接之中 2 我们今天面对着这样一个事实 焊接已经从一种传统的热加工技艺发展到了集材料 冶金 结构 力学 电子等多门类科学为一体的工程工艺学科 而且 随着相关学科技术的发展和进步 不断有新的知识融合在焊接之中 3 焊接技术已经成为发展工程结构强有力的技术手段 已经得到广泛的承认和信赖 焊接技术应用于焊接结构 概括起来致少有两个方面的优点 1 焊接结构生产容易实现 高效益 低成本 的要求 结构设计具有很大的灵活性 可以充分运用现代经济设计原理 能导致新型结构的广泛使用 可以有效地节省材料 费用低 在经济方面有明显的优越性 制造安装的速度快 能实应迅速变化的市坊需要 4 2 焊接结构的安全性得到信赖 焊接连接技术与焊接科学的形成 是多学科交融和相互渗透的结果 新材料的发展带来连接技术新概念 促进新型焊接设备的发展 推动新技术的应用 又促进新材料的发展 焊接技术水平不断发展提高 为高效优质生产焊接结构提供了重要基础 焊接冶金理论日益发展完善 为改进工程材料和完善配套的焊接材料 取得显著的进展 已可保证焊接质量能完全满足产品的设计要求 焊接结构理论的发展 使得设计更具有合理性 而焊接结构的紧密性和较大的刚度 可使焊接结构能更准确地符合设计规定 5 3 焊接结构破坏事故的启示 日本机械工程学会在60年代统计数据表明 在当时的技术水平下 事故的原因中由于施工不当的占42 设计不良的原因占32 材料不良的原因占24 在事故中 疲痨破坏占61 脆性断裂占15 因焊接裂纹引起的事故占13 腐蚀疲痨占32 而IIW第XIII委员会调查表明 疲痨破坏由于设计不良引起的占54 显然对于正确设计的结构 在当今焊接技术的水平下 不致于发生不应有的各种破坏事故 但是 偶然失误以致造成不良后果还是不能绝对避免的 6 依据资料报道 美国在第二次世界大战期间建造的船舶失效事故调查结果表明 50 的断裂源于结构不连续处 包括结构断面的突然变化 焊缝转折及拐弯处 此外 破断多数从焊接接头的裂纹 咬边 熔合不良 未焊透等缺陷处以及HAZ的缺陷和火焰切割钢板时冶金缺陷处发生 可以认为 断裂均发源于严重的应力集中区 还应指出 不少的缺裂部位处于焊缝的引弧点 包括非重要受力焊缝的引弧点 7 调查结果还表明 材料的无延性转变温度 零塑性上转变温度即 钢材的脆性转变温度 其数值高于运营环境温度 引发脆性断裂 此外 焊接残余应力的有害作用亦不可忽视 8 钢结构行业的主要工作流程 1 钢结构设计 2 钢结构深化设计 3 钢结构使用钢材的复检 4 钢结构使用焊材的复检 5 焊接工艺评定 PQR Weldingprocedurequalification 6 焊接专项方案 编制 WPS Specialweldingplan 7 钢结构号料放样 8 钢结构下料 9 钢结构组装 9 10 钢结构焊接 在焊接阶段之后进行NDT 11 钢结构的一次涂装 12 钢结构拼装 13 钢结构安装 14 钢结构安装阶段的焊接 在焊接阶段之后进行NDT 15 钢结构二次涂装 从钢结构设计开始 焊接应用技术贯穿上述13个阶段 钢结构的涂装可以除外 显而易见 焊接应用技术对整个业务流程起到决定性的作用 其重要性可谓 成也焊接 败也焊接 10 多学 方得立身本 多思 方得谋事之策 多辨 方得为人之法 多做 方得济世之绩 11 第一章基础知识 一 线能量基础知识 二 碳当量基础知识 三 焊接收缩量计算公式四 冷裂纹基础知识 五 热裂纹基础知识 六 层状撕裂基础知识 七 钢结构钢材 焊材的复检 八 焊缝成型系数 九 焊接强度配比 十 应力应变互相转换 十一 结晶理论基础知识 十二 异种钢焊接基础知识 十三 焊接接头脆断基础知识 12 定义 在焊接过程中 焊缝单位长度所吸收的能量 热量 叫线能量 E 一 线能量基础知识 13 线能量EE 0 A U V 0 总效率 A 焊接电流 U 电弧电压 V 焊接速度 14 一 SMAW应用AV值 控制焊缝的热输入量 控制线能量 SMAW控制热输入量理论计算是不准确的 很难在工程中得到实际应用 应用AV控制热输入量简便易行 容易成功 在鸟巢工程中 焊接位置O H F不容许摆动 焊接位置V可在15 20mm内摆动 因此规定在试验成功的基础上O H F AV 0 6 以实现大电流 薄焊道 多层多道的焊接技术 确保焊缝的质量 具体作法见左图 15 二 GMAW FCAW G多层多道错位焊接技术 控制线能量 1 所谓多层焊技术 不是一次成型 而是多层成型 焊接运条手法允许摆动 焊接厚度一般不控制 适合低碳钢厚板焊接 2 多层多道焊就是在多层焊的基础上 焊接手法上不允许摆动 焊接厚度要明确规定 以限制焊缝的热输入量 一般规定 GMAW FCAW G每一道不超过5mm 通常是3 5mm之间 在立焊位置允许摆动 但限制摆幅 允许摆动15 20mm 3 多层多道错位焊接技术就是在多层多道焊接技术的基础上 加入焊接接头每一道次错位连接 即 接头不在一个平面内 通常错位50mm以上 这种技术特别适合于高强钢厚板的焊接 16 二 碳当量基础知识 Ceq定义 钢的碳当量就是把钢中包括碳在内的 对淬硬 冷裂纹及脆化有影响的合金元素含量 质量分数 换算成碳的相当含量 17 Ceq用途 通过对钢的碳当量和冷裂纹敏感指数的估算 可以初步衡量低合金高强度钢冷裂纹敏感性的高低 这对焊接工艺条件如预热 焊后热处理 线能量的确定具有重要的指导作用 Ceq C Mn 6 Ni Cu 15 Cr Mo V 5 研究表明 该公式主要适用于含碳量较高的钢 含碳量 0 18 18 19 三 焊接收缩量计算公式 1 纵向收缩变形 L K1 Aw L A式中 Aw 焊缝截面积 mm2 A 杆件的截面积 mm2 L 杆件长度 mm L 纵向收缩量 mm K1 与焊接方法 材料热膨胀系数和多层多道焊的层数有关的系数 对不同的焊接方法 系数K1数值不同 GMAW K1 0 043SAW K1 0 071 0 076SMAW K1 0 048 0 057由于估算公式属于经验公式类型 应在工程实际中验证修改 为了工程便于应用 介绍三个焊缝纵向收缩量的近似值 mm m 对接焊缝 0 15 0 30 连续角焊缝 0 20 0 40 间断角焊缝 0 0 10 注 以上数据是在宽度大约为15倍板厚的焊缝区中的纵向收缩量 适用于中厚低碳钢 20 2 横向收缩变形 坡口形式 V形 L 0 1 0 6X型 L 0 1 0 4式中 为焊接接头的板厚 横向收缩典型计算经验公式焊接收缩量按下式计算 K AN 式中 焊缝的横向收缩量 AN 焊缝的截面积mm2 构件的板厚 K 系数 K 0 1 0 2 取K值 当RF 拘束度 高 K 0 1 当RF 拘束度 低时 K 0 2 当RF 拘束度 居中 K 0 15 经验公式均因不确定因素而影响其计算精度 其中以拘束度为主要因素 在使用上述公式之前对拘束度RF要进行认真的分析研究最后决定取舍 在我们长期的实践中认为 横向收缩量 2 式相对准确一些 该式最初起源于曾乐 焊接工程学 21 22 23 四 冷裂纹以及冷裂纹敏感系数基础知识 一 冷裂纹定义 焊接接头冷却到较低温度下 对于钢来说 在Ms温度以下 产生的焊接裂纹统称冷裂纹 它是焊接中 高碳钢 低合金高强钢 某些超高强钢 工具钢 钛合金及铸铁等材料易出现的一种工艺缺陷 24 二 冷裂纹特征 1 冷裂纹可以在焊后立即出现 有时却要经过一段时间 如几小时 几天 甚至更长时间才出现 开始时少量出现 随时间增长逐渐增多和扩展 对于这类不是在焊后立即出现的冷裂纹称为延迟裂纹 它是冷裂纹中较为常见的一种形态 25 2 冷裂纹多数出现在焊接热影响区 但一些厚大焊件和超高强钢及钛合金也出现在焊缝上 裂纹的起源多发生在具有缺口效应的焊接热影响区或物理化学不均匀的氢聚集的局部地带 裂纹有时沿晶界扩展 有时是穿晶前进 这要由焊接接头的金相组织 应力状态和氢的含量等而定 较多的是从沿晶为主兼有穿晶的混合形断裂 26 3 裂纹的分布与最大应力方向有关 纵向应力大 则出现横向裂纹 横向应力大 则出纵向裂纹 4 焊接生产中由于采用的钢种 焊接材料不同 结构的类型 刚度以及施工的条件不同 可能出现不同形态的冷裂纹 27 除碳当量外 焊缝含氢量和接头拘束度都对冷裂倾向有很大影响 因此日本伊藤等人采用Y形铁研试验对200多不同成分的钢材 不同的厚度及不同的焊缝含氢量进行试验 提出了 化学成分 扩散氢和拘束度 或板厚 所建立的冷裂纹敏感指数等数据 公式 并用冷裂纹敏感性指数去确定防止冷裂纹所须的焊前预热温度 表2 4列出了这些数据及确定相应预热温度的计算公式 三 冷裂纹敏感系数内函 28 Pcm C Si 30 Mn 20 Cu 20 Ni 60 Cr 20 Mo 15 V 10 5B Pcm冷裂纹敏感系数 又称化学冷裂纹敏感系数 其本质就是碳当量 60年代以后 世界各国为改进钢的性能和焊接性 大力发展了低碳微合金元素的低合金高强钢 对于这类钢 公式Ceq C Mn 6 Ni Cu 15 Cr Mo V 5 已不适用 为此提出了适用于含碳量较低 0 07 0 22 钢的碳当量公式Pcm 29 30 表式中 HD 焊缝中有效扩散氢含量 mL 100g H 熔敷金属中扩散氢含量 日本JIS甘油法与我国GB T3965 1995测氢等效 mL 100g 被焊金属的板厚 mm R 拘束度 N mm mm 有效系数 低氢型焊条 0 6 酸性焊条 0 48 31 五 焊接热裂纹 一 定义 在焊接过程中 焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区时 所产生的焊接裂纹称 热裂纹 32 二 热裂纹种类及特点 1 结晶裂纹结晶裂纹又称凝固裂纹 是在焊缝凝固过程的后期所形成的裂纹 它是生产中最为常见的热裂纹之一 33 34 1 结晶裂纹的位置 走向与焊缝结晶方向的关系 1 柱状晶界2 焊缝表面焊波3 弧坑裂纹4 焊缝中心线两侧的弧形结晶裂纹5 沿焊缝中心西线的纵向结晶裂纹 35 2 焊接结晶裂纹力学条件 焊接结晶裂纹具有高温沿晶断裂性质 发生高温沿晶断裂的条件是金属在高温阶段晶间塑性变形能力不足以承受当时所发生的塑性应变量 即 min式中 高温阶段晶间发生的塑性应变量 min 高温阶段晶间允许的最小变形量 36 min反映了焊缝金属在高温时晶间的塑性变形能力 金属在结晶后期 即处在液相线与固相线温度附近 有一个所谓 脆性温度区 在该区域范围内其塑性变形能力最低 脆性温度区的大小 及区内最小的变形能力 min由冶金因素决定 是焊缝金属在高温时各种力综合作用所引起的应变 它反应了焊缝当时的应力状态 这些应力主要是由于焊接的不均匀加热和冷却过程而引起 如热应力 组织应力和拘束应力等 与 有关的因素有 37 温度分布若焊接接头上温度分布很不均匀 即温度梯度很大 同时冷却速度很快 则引起的 就很大 极易发生结晶裂纹 金属的热物理性能若金属的热膨胀系数越大 则引起的 也越大 越易开裂 焊接接头的刚性或拘束度当焊件越厚或接头受到拘束度越强时 引起的 也越大 结晶裂纹也越易发生 38 2 液化裂纹在母材近缝区或多层焊的前一道因受热作用而液化的晶界上形成的焊接裂纹称液化裂纹 因是在高温下沿晶断裂 故是热裂纹之一 3 多边化裂纹焊接时在金属多边化晶界上形成的一种热裂纹称多边化裂纹 它是由于在高温时塑性很低而造成的 故又称高温低塑性裂纹 这种裂纹多发生在纯金属或单相奥氏体焊缝中 个别情况下也出现在热影响区中 39 三 工程中影响因素 1 坡口形状 窄而深的坡口形式容易形成热裂纹 2 焊缝冷却速度过快容易形成热裂纹 3 焊缝两侧冷却温差过大容易产生热裂纹 4 焊缝受拉应力的影响 特别是在丁字十字接头三维应力状态下容易形成热裂纹 5 母材和焊材含S P量超标容易形成热裂纹 6 多层多道焊层间温度过高 稀释率过大有可能形成热裂纹 40 某工程绞接支座焊缝出现热裂纹 41 42 某工程对接焊缝出现热裂纹 43 某工程BH焊接SAW焊剂含S P高而导至热裂纹的产生 广州C塔ER 50焊Q345C Z25 后错用为ER 55药芯焊丝而造成热裂纹 44 某工程BH焊接SAW焊剂含S P高而导至热裂纹的产生 45 某工程BH焊接SAW焊剂含S P高而导至热裂纹的产生 46 某工程BH焊接SAW焊剂含S P高而导至热裂纹的产生 47 六 层状撕裂基础知识 层状撕裂不发生在焊缝上 只产生HAZ或母材金属内部 一般钢材的表面难以发现 由焊趾或焊根冷裂纹诱发的层状撕裂有可能在这些部位显露于金属表面 从焊接接头断面可以看出 48 一 层状撕裂定义 在焊接接头设计不合理或错误和焊缝质量差的前提下 在焊接过程中钢板厚度方向受到较大的拉伸应力 就有可能在钢板内部出现沿钢板轧制方向具有阶梯状的裂纹 这种裂纹称层状撕裂 钢板愈厚 钢板内部的非金属夹杂物愈多 拉伸应力愈大 焊缝表面质量愈差 产生层状撕裂的危险性愈大 49 二 层状撕裂产生机理 判据 处理方式 50 三 钢结构厚板焊接工程深化设计要防 层状撕裂 产生 层状撕裂之所以危险 主要在它的隐蔽性 破坏性 外观上没有任何迹象 现有的NDT技术难以发现 即使发现了 修复起来也很困难 且成本很高 层状撕裂在焊接过程中即可形成 也可以在焊接结束后启裂和扩展 甚至还可以延迟至使用期间才见到层状撕裂 具有延迟破坏的性质 51 更为严重的是 发生层状撕裂的结构多为大型厚壁结构 如海洋石油平台 核反应堆压力容器 潜艇外壳等 在建筑钢结构焊接工程中是保证整个结构安全运营的受力焊接接头 这些焊接接头因层状撕裂造成的事故是灾难性的 层状撕裂的另外一种危险性是很难处理断根 当结构运营过程中 应力状态发生改变 特别是应力突然变大时仍然可能再次发生层状撕裂 对此 所有焊接技术工作者应当引起高度的重视 52 四 抓好设计选材关1 钢材的断面收缩量对层状撕裂的影响 z 10 在低度拘束度的T型接头 H型钢 有可能产生层状撕裂 z 15 在中等拘束的接头 如箱形梁柱 含有一些层状撕裂的倾向 z 20 只有在高拘束度接头 如节点板 时有一定层状撕裂倾向 z 25 在合理接头中 一般都不会产生层状撕裂 2 母材性能的影响层状撕裂敏感性不仅与夹杂物的特性有关 而且同母材本身的延性 韧性有关 53 3 接头形成方式的影响焊接接头形式决定焊接接头的选材 首先应判断产生层状撕裂危险性的大小 按以下方面进行 层状撕裂因接头形式的影响经验公式 LTR INF A INF B INF C INF D INF E 54 LTR LamellarTearingRisk的缩写 意思为 层状撕裂的危险性 INF Infiuener的缩写 意思为 影响 后面的A B C D E表示某因素X的影响 LTR为正值时 表示具有大的层状撕裂危险 其值越大 危险性越大 当LTR为负值时 表示具有抵抗层状撕裂的性能 且绝对值越大 抗层状撕裂的性能越好 55 56 57 五 防止层状撕裂的技术措施 预防为主是防止层状撕裂产生的主要技术措施 1 抓好焊接接头坡口设计关焊接坡口的设计关系到拉伸应力场的强弱 是影响层状撕裂的关键因素 甚至可以说 成败在此一举 从力学的观点分析 钢板一侧受力 产生层状撕裂的可能性远比两侧受力的机率小得多 截面积小的焊接坡口 产生层状撕裂的可能性远比截面积大的坡口小得多 焊缝少的焊接接头 产生层状撕裂厂的可能性比焊缝多的焊接接头要小得多 钢板内部的十字焊接接头 产生层状撕裂的可能性远比在钢板端部小得多 见图4 58 59 60 六 抓好确认最佳焊接工艺关 1 深化设计时 严把设计关 特别是坡口设计和构件加工精度指标要严格控制 从根本上消除层状撕裂出现的必要条件 2 优选钢材 焊材和供货商 在关键部位合理应用抗层状撕裂的优质Z向钢 并在加工前严格进行钢材Z向性能复检和UT探伤复查 从而保证接头抗层状撕裂能力 从材料品质上消除层状撕裂出现的必要条件 3 厚板火焰切割前预热 火焰切割后切割断面检查 提高坡口以及易产生层状撕裂面的加工精度 消除材料表面的微小应力集中点和硬化组织 从根本上杜决层状撕裂出现的充分条件 预热最好采取远红外电加热装置以获得准确的预热温度 防止付加应力的产生 61 七 采用特殊的焊接工艺a 采用合理科学的焊接顺序 尽量减少焊接应力 b 预热和后热 尽量减少和释放应力 c 选择高效 大熔敷 深熔的减少焊接次数的低氢焊接方法和低氢型焊材 并严格遵守操作要领 焊材强度适中 有足够的韧性 由此提高接头抗裂能力 d 采用非常规的道间消除应力方法 比如捶击 打渣等行之有效的方法 e 后热结束后用砂轮把焊缝的余高磨去一层 此举的目的是释放部分应力 消除应力集中点 消除焊缝表面的硬淬组织 彻底消除产生层状撕裂的一切环境条件 62 八 层状撕裂处理技术 1 首先应用UT MT PT探明层状撕裂产生的部位 深度 不漏过任何已经出现的层状撕裂裂纹 2 必须采用机械钻孔的工艺 对所有层状撕裂裂纹的两端钻止裂孔 钻孔直径8mm 10mm 钻孔深度在UT检测深度的基础上加约3mm 裂纹较长的中部可以增加钻孔数量 此举的目的是破坏由于焊缝收缩形成的强大拉伸应力场 3 钻孔完成后 对处理表面预热800C 然后进行气刨 气创深度以钻孔深度为准 同时必须刨除层状撕裂裂纹两端各50mm的完好金属 63 4 对刨削的坡口进行打磨 应用MT或PT检测 如果存在裂纹 还必须刨除打磨 直到裂纹消除为止 5 采用低强配比应用抗裂性能好的低氢型焊条进行多层多道焊 采用合理的焊接工艺 尽量减少焊缝的截面积 确定合理的 T0 6 焊接完成后进行去氢处理 2500C 3000C 保温一小时 64 七 钢结构使用钢材 焊材的复检 一 重要钢结构 特别是40mm以上的高强厚板钢结构 必须保证钢材的化学成份 机械性能合格 因此必须进行钢材的复检 二 属于下列情况之一的钢材 应进行抽样 见证取样 送样 复验 其复验结果应符合现行国家产品标准和设计要求 65 1 国外进口钢材 2 钢材混堆 混批 3 板厚等于或大于40mm 且设计有Z向性能要求的厚板 4 建筑结构安全等级为一级 大跨度钢结构中主要受力构件所采用的钢材 5 设计有复验要求的钢材 6 对质量有疑义的钢材 7 板厚等于或大于40mm的钢板应当进行钢板非金属夹杂UT检查 66 三 高强钢复检屈服点的判断除退火或热轧的低碳钢和中碳钢等少数合金有屈服现象外 大多数金属合金都没有屈服点 因此 规定产生0 2 残余伸长应力 作为屈服强度 以 0 2表示 0 2 P0 2 F0 a a 式中 P0 2为产生0 2 残余变形的载荷 N F0 试样的原截面积 mm2 屈服强度 0 2与屈服点一样 表征金属发生明显塑性变形的抗力 由于弹性极限与屈服强度都是金属的微量塑性变形抗力指标 因此 目前有用规定的残余伸长应力把比例极限 弹性极限及屈服强度的定义统一起来的趋势 67 四 钢结构使用焊材的复检 1 钢结构焊接工艺评定前 应按 强度配比 的原则选择焊接材料 2 对选定的焊接材料进行化学成份 熔敷金属国的复检 不同炉号 批号的焊接材料均应进行复检 3 所有焊接材料必须符合国家有关标准 68 五 焊材的选用原则 1 强度匹配原则 焊缝金属的强度同母材金属强度相比 大于1的为超强配比 等于1的为等强配比 小于1的为低强配比 2 异种钢焊接则选用强度级别较低的母材对应的焊条 1 2 1 23 重要钢结构应选用抗裂性能好的低氩型或超低氢型焊材 69 六 熔敷金属的检验 焊接材料试件制作和取样方法应符合现行国家标准 各种焊接材料已明确试件加工方法 焊材试件加工图为下图 图示 焊材力学性能试验的试件制备图1 测温点 2 拉伸试样 3 冲击试样 70 八 焊缝成型系数 B H式中 B 焊缝表面宽度 H 焊缝的深度 焊缝的成型系数 即宽深比 71 九 焊接强度配比观点 一 等强配比 焊缝强度同母材强度相等的配比 二 超强配比 焊缝强度比母材高的配比 三 低强配比 焊缝强度低于母材的配比 低于86 为不合格 72 十 应力应变互相转换的观点 设焊缝的总能量为E总E总 E有 E损 残 1 1 试中 E有 冶金反应形成焊缝有有用能 E损 焊接过程中的损耗 无用功 包括幅射 对流和传导方式损失的能量 残 焊接残余应力 短时间内为一常量 焊接变形的定量测量当冶金反应结束后 因E有能在冶金反应中转化为焊缝成型 E损在幅射 对流 传导中损失 所以 1 式变为 2 式 残 C 1 2 C 为常量 从理论上分析 式表明 焊接残余应力和变形是存在同一焊件的不同能量形成 服从于能量守恒定律 矛盾的双方相辅相成 并可以互相转化 减少一方必须增大另一方 73 74 十一 一 二次结晶理论基础知识 定义 液态金属从液态冷却为固态的过程叫一次结晶 金属从固相线冷却到常温而发生相变过程叫二次结晶 在焊接过程中 一次结晶对焊缝金属组织有重大影响 关键的因素有焊接气孔 裂纹 夹渣和偏析等缺陷的产生 而以偏析影响最大 一次结晶过程 晶核的形成和晶核的长大两个过程 特点 熔池体积小 冷却速度快 这样就使含碳量高 合金元素较多的钢种和铸铁等 易产生硬化组织和结晶裂纹 柱状晶 一次结晶过程中的偏析主要有以下内容 75 1 显微偏析最先结晶的中心最纯 后结晶的部分含合金元素和杂质略高 最后结晶的部分 即结晶的外端和前缘含合金元素和杂质最高 因此在一个晶粒内部分和晶粒之间化学成分不均匀的 这种现象称为显微偏析 2 区域偏析熔池结晶时 由于柱状晶不断的长大和推移 会把杂质推向中心 使熔池中心的杂质比其他部分多 这种现象叫区域偏析 在低温环境焊接时比较严重 极易产生热裂纹 76 3 层状偏析焊缝断面上不同分层的化学成分分布不均匀的现象叫层状偏析 焊缝在凝固过程中 晶粒的成长速度发生周期性变化 形成周期性偏析 4 焊缝中的夹杂物由焊缝冶金反应产生的焊后残留在焊缝金属中的微观金属杂质 如硫化物 其他元素的氧化物 称为夹杂物 是焊缝引起夹渣和热裂纹的主要原因 77 一次结晶结束后 熔池变为固体焊缝 高温的焊缝金属冷却到室温时 要经过一系列的相变过程 这种相变过程就称为焊缝金属的二次结晶 主要影响参数有t8 5 t8 3 t100等 改善一 二次结晶的主要办法是正确合理地选用焊材 通过焊材向熔池中加入V Mo Ti b Al B N等元素 细化晶粒即我们通常说的微合金化 使焊缝金属得到针状铁素体 而提高强韧性 改善二次结晶 控制t8 5 To E 即控制预热温度和控制线能量 多层多道焊 排列式 F H O焊缝基本不摆动 V焊条的摆幅不大于焊条的3倍直径 的作法也是改善二次结晶的重要方法 78 十二 异种钢焊接技术 常见的异种钢材焊接分为两大类 1 类钢 能发生相变的钢 包括铁素体为基础的钢 C钢 低合金钢 Cr M0耐热钢 高合金铁素体钢及马氏体钢等 2 类钢 不能发生相变的奥式体钢 包括18 8型 18 12M0型 25 20型钢等 异种钢焊接分三种情况 1 2 1 2在建筑钢结构工程中常见的异种钢焊接为 1 2 一般为碳素钢与低合金高强度钢 碳素钢与铸钢 低合金高强度钢与铸钢的焊接 难度最大的为低合金高强度钢与铸钢焊接 79 一 异种钢焊接的技术特点及问题 1 冶金相容性的差异晶格类型 晶格参数 原子半径等的差异也就是通常说的 冶金相容性的差异 2 物理性能的差异两种材料的物理性能差异主要是指熔化温度 线膨胀系数 热导系数电阻系数等差异 80 3 供货状态的差异正火钢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方面 由于各种正火钢的脆化倾向和冷裂倾向不同 因此对热输入的要求亦不同 调质钢 淬火 高温回火 调质钢焊接不宜采用大直径的焊条或焊丝 应尽量采用多层多道焊工艺 最好采用窄焊道而不用横向摆动的运条技术 4 表面状态的差异材料表面状态时复杂的 表面氧化层 氧化膜 结晶表面层 吸附的氧离子和空气分子 水 油污 杂质等状态 将直接影响异种材料的焊接性 必须给与充分重视 81 二 建筑钢结构异种钢焊接要点 1 焊接材料的选择 理论上分析 只要焊接材料适合于所焊材料的一方便可 习惯上选材按低强度材料选择 2 预热工艺 只能接Ceq高的一方来决定 82 3 无论焊缝长短 工件厚薄 一旦开始焊接必须一气呵成 4 焊接手法上采用多层多道错位焊接技术 严格控制程间温度 5 焊接结束后立即 紧急后热 或 紧急保温 83 十三 焊接接头脆断基础知识 一 金属脆性断裂的基本特征1 断裂时没有明显的塑像变形 断口平滑 一般与主应力垂直 边缘无剪切 断后断片能拼凑起来 两断口吻合很好2 断裂过程消耗能量小 断裂速度快 具有突发性3 断口