焊接技术培训-高强钢和特殊钢材的焊接

焊接技术培训，质量部门焊接室，COSCONANTONGSHIPYARDCO。LTD南通中原航运工程有限公司，高强度钢和特种钢焊接，质量部门焊接室，标准钢分类海洋低合金高强度钢和超高强度钢低合金高强度钢焊接缺陷低合金高强度钢焊接注意事项，高强度钢焊接，培训内容：DNV-OS-c4101是DNV标准中常用钢的分类，DNV-OS-c 4101是这些材料的根据表3.1，材料分为共4组，材料屈服强度水平依次增加。如果需要DNV，可以大致比较如下：I-ns，-hs， -EHS。表3.1包含美国材料和测试协会(ASTM)、美国石油工程协会(API)和美国船舶检验局(ABS)的数据。表4.9(表3.1的补充)是ASTM的超高强度钢。其他标准，api2y、2h、2w、API 5l x 52，astma 131/ABS标准的a到f等级屈服强度大于315(A32)的船板，16Mn、Q345等是普通低合金高强度C-Mn钢、海洋高强度钢的分类和力学性能、高强度钢在几个标准中的分类和机械性能、高强度钢在ABS标准中的分类和机械性能、低合金高强度钢海洋钢在DNV中的分类和机械性能、低合金高强度钢海洋钢在DNV中的分类和机械性能、低合金超高强度钢在DNV中的分类和机械性能、高强度钢的焊接、公司活性超高强度钢在D420、公司q等。这种材料在焊接过程中比较容易出现问题。现在，让我们进一步了解这些材料的焊接性。2.1低合金高强度钢的焊接性，强度等级低的普通强度钢(屈服强度235-270MPa)，钢的合金元素含量少，因此接近低碳钢的焊接性好。随着钢中合金元素的增加，强度水平提高(屈服强度315MPa)，钢的焊接性也逐渐恶化，主要问题包括：热影响区的硬化倾向冷却裂纹热裂纹粗晶区脆性，2.1低合金高强度钢的焊接性，热影响区的硬化倾向是碳量小、强度低的钢种(例如A27钢等)硬化倾向很小。随着强度水平的提高，硬化倾向(例如16Mn、A36以上的钢)也开始增加，快速冷却可能导致热影响区域出现马氏体组织。2.1低合金高强度钢的焊接性，冷裂纹低合金高强度钢的焊接时热影响区冷裂纹倾向增加，这些冷裂纹往往具有延迟特性，危害性大。例如，在公司材料为EH36钢、壁厚为88.9mm的导管架钢桩结构中，预热温度不足，焊接后热影响区域出现了大量冷却裂纹。低合金高强度钢的位置焊接，焊接尺寸小，长度短，冷却速度快，容易出现裂纹。这些裂纹属于冷裂纹特性。2.1低合金高强度钢的焊接性，热裂纹一般为屈服强度等级为315400MPa的热轧，正热钢倾向于热裂，但厚壁板材的高稀释比焊道(例如根焊道或凹槽边附近的多层埋弧焊道)也可能出现热裂纹。电渣焊接时，母材的碳含量高，含镍时，电渣焊接接缝可能会发生八字形热裂纹。屈服强度等级在420690MPa之间的碳淬火和回火钢在焊接时对热裂纹更敏感。因此，在海工标准中，焊接这种钢时，线能量要求更严格。Eq56、eq-70、a514gr.q、p 460nl 1、eh42、nve 420到nve 690等。2.1低合金高强度钢的可焊性，从粗晶区脆性热影响区加热到1100 以上的粗晶区，如果熔接痕能量太大，粗晶区的粒度会迅速增大，或者因为组织的出现而减少韧性，从而出现脆性段。，2.2低合金高强度钢焊接主要工艺措施，防止冷裂纹的主要措施，其中主要包括减少硬化组织、减少氢扩散、减少残余应力三个方面的冷却裂纹预防措施：(1)焊接前预热(2)选择合适的线能量(3)后热和焊后热处理(4)焊接材料发放、使用和储存但是预热会恶化劳动条件，使生产过程复杂化，预热温度过高会降低接合韧性。因此，焊接前是否需要预热以及预热温度的确定必须根据钢的组成(碳当量)、板厚度、结构形状、刚度大小、环境温度等进行确定。2.2低合金高强度钢焊接主要工艺措施焊接线能量选择含碳热轧焊接，由于这些钢的冷裂纹硬化、脆性等小趋势，焊接线能量没有严格限制。要焊接包含v、Nb、Ti的钢，以减少热影响区域粗糙结晶带来的不利影响，请选择较小的熔接痕能量。AF32 AF40钢的熔接痕能量必须控制在35kJ/cm以下。2.2低合金高强度钢焊接时的主要工艺措施后热，焊接后热，是在完成或焊接一个焊接后立即加热到200 250范围内的焊接，并在一段时间(2h左右)内氢扩散逸出，防止延迟裂纹的发生。对于厚板和应力复杂的区域中的高强度钢板，焊接后应采取后续工艺措施，或复盖足够厚的绝缘面(毡)，慢慢冷却。2.2低合金高强度钢焊接时的主要工艺措施后热和焊后热处理，对于在厚板、高刚度焊接结构以及低温和防腐条件下工作的某些零件，在现场条件允许的情况下，要消除焊后焊接残余应力，改善组织，应在焊接后及时消除应力的高温回火。焊接后立即高温回火的焊接件无需进一步热处理。在低温下或以大刚度、大厚度结构焊接时(例如冬季露天作业)，要防止冷裂纹，必须采取预热措施。低合金高强度钢焊接，焊接材料选择原则是等强度原则。焊接缺陷，焊接连接在焊接后冷却到低温度(钢的Ms温度以下)时产生的焊接裂纹称为冷裂纹。焊接裂纹引起的事故约有90%是冷裂纹引起的。焊接技术培训，1 .裂纹1.3冷裂纹，b .焊接缺陷，焊接脚趾裂纹，焊接缺陷，焊接技术培训，1 .裂纹1.3冷裂纹、b .焊接缺陷、1.3.1冷裂纹的特性：在发生条件和原因方面与其他裂纹本质不同。2)产生冷裂纹的材料大部分发生在具有淬火倾向的低合金高强度钢和中、高碳钢的焊接接头上。裂纹大部分发生在热影响区，通常是混合区，或者高强度钢或钛合金的焊接中。1)冷裂纹形成温度的许多研究结果表明，钢的冷裂纹形成温度一般在(-100100)之间，铸铁焊缝一般在400 以下。具体温度取决于母材和焊接条件。所以，为什么要现场把需要焊接的地方都挖出来，打磨金属原色呢！焊接缺陷，1。裂纹1.3冷裂纹，焊接技术培训，b .焊接缺陷，3)冷却裂纹断裂特性宏观上一般分为热影响区高硬度的马氏体区域，脆性断裂特性，表面金属光泽，人字形式的开发。从微观上看，粗奥氏体晶粒的晶界扭转较多。与热裂纹单晶界断裂不同，冷裂纹可以沿晶界延伸，也经常混合晶界和晶界断裂。4)冷裂纹引起的时间冷裂纹仅在焊接后延迟一定时间才会发生，部分还出现在焊接工程中。延迟时间可以是几个小时，几天，十几天，甚至几个月。，1.3.1冷裂纹特性：焊接缺陷，1 .裂纹1.3冷裂纹，焊接技术培训，b .焊接缺陷，5)冷裂纹分布，1 .焊道裂纹导致的冷裂纹，接近焊道的热影响区域。方向几乎与熔合线平行。裂纹没有明显的应力集中或大收缩应力，但奥氏体化温度最高，晶粒群大。主要由铁氧体电极焊接产生，扩散氢含量高。2 .焊接脚趾裂纹应力集中焊脚趾球内形成的焊接冷裂纹。裂缝一般延伸到热影响区粗糙晶体区，有时延伸到焊接。1.3.1冷裂纹的特征：焊接缺陷，1 .裂纹1.3冷裂纹，焊接技术培训，b .焊接缺陷，5)冷裂纹分布，4 .侧裂纹侧裂纹始于熔合线，以垂直于焊接长度的方向延伸到焊接和热效应。产生类似焊道裂纹的条件，主要发生在多层焊接表面下的金属上。在焊接接头剖面上延伸。3 .焊缝根部裂纹沿着应力集中的焊缝根部形成的焊缝冷裂纹。主要发生在氢含量高、预热不足的条件下。可能出现在焊缝中，具体取决于热影响区域中的粗糙结晶区域(过热区域)或母材的强度和根部状态。焊接脚趾裂纹和焊接根裂纹属于缺口裂纹。槽口应力集中严重，容易出现裂纹，容易扩大。焊接缺陷，1。裂纹1.3冷裂纹，焊接技术培训，b .焊接缺陷，形成1.3.2冷裂纹的三个基本因素，许多实验研究证实冷裂纹是扩散氢，钢的硬化倾向(硬化组织)，接合焊接应力，三个因素共同作用的结果。1)焊缝扩散氢含量增加，冷却裂纹速度增加。扩散氢含量对延迟裂纹延迟的长度也有影响，扩散氢含量越高，延迟也越短。2)钢的硬化倾向越大，接合处出现马氏体的可能性越大，出现冷裂纹的可能性越大。材料固定时，冷却速度不同会相应地变更接合组织，冷却速度越高，马氏体含量越高。3)熔接接合中的约束应力包括熔接期间由非均匀加热施加的热应力、相变应力和结构本身几何因素决定的内部应力。在其他条件固定的情况下，约束应力达到一定值时会裂开。焊接缺陷，1。形成裂纹1.3冷裂纹、焊接技术培训、b .焊接缺陷、1.3.2冷裂纹的三个基本元素在扩散氢含量高时，即使马氏体数或约束应力相对较小，也可能导致裂纹(例如焊道下的裂纹)。上述三个因素的作用是互连、互约束、在其他条件下发挥主要作用的因素是不同的。如果材料的碳当量高，接合处形成了大量针状马氏体，即使氢扩散很少或完全没有，也会发生裂纹。焊接缺陷，1。形成裂纹1.3冷裂纹、焊接技术培训、b .焊接缺陷、1.3.3冷裂纹的三个基本因素根据主要因素，将冷却裂纹分为以下三类：3.低塑性脆裂焊接塑性低的材料(如铸铁)焊接后冷却到400 以下时，焊接收缩变形超出材料的自变形能力，产生裂纹。这称为低塑性脆性断裂。可以发生在焊接中，也可以发生在焊接热影响区域中。断裂具有易碎断裂的形态特征。2 .硬化脆性裂纹(或淬火裂纹)主要是发现了硬化倾向较大的钢，在应力作用下，即使没有氢的诱导，也可能出现裂纹。1 .延迟裂纹裂纹不会在焊接后立即出现。延迟现象的发生与氢扩散活动密切相关。焊接缺陷，1。裂纹1.3冷裂纹1.3.4冷裂纹形成机制，b .焊接缺陷，溶于液态金属的氢原子，发生连续冷却凝固和固体相变时的溶解度变化。氢在奥氏体()中的溶解度比在铁氧体()中的溶解度大得多。急冷时不能来不及析出，以饱和溶解的形式保存在铁氧体()中。氢的扩散能力很强，因此随着时间的推移，过度饱和的h继续扩散，移动，一部分扩散到金属外部，一部分留在金属内部。氢在其他组织中的扩散力不同，在上的扩散能力比相高。发生 变异时，氢的溶解度突然下降，扩散能力突然提高。这两个突变决定了氢在焊接接头冷却过程中的扩散方向和分布。焊接技术培训，1 .氢的作用，在焊接过程中进入熔池的氢主要来源于焊接材料中的水分、含氢物质、电弧周围空气中的水蒸气、电线和母材凹槽表面的水、铁锈和油等杂质。1)氢在固体金属中的溶解和扩散，焊接缺陷，1。裂纹1.3冷裂纹，b .焊接缺陷，1.3.4冷裂纹形成机理2)氢在金属结晶过程中的扩散，焊缝金属的分解温度TFA高于母材的分解温度TMA。图中ab两点之间的两个面组织不同，焊缝分解为-Fe P(或b，m)，但仍为伽玛射线。如果在焊接中进行分解，氢的溶解度急剧下降，扩散速度急剧上升，过多的氢必然通过熔合线扩散到尚未转换的热影响区。氢扩散到HAZ(或母材料)后，上的溶解度大，扩散速度低，在快冷的时候聚集在熔合线附近，形成高h带。焊接技术培训，母材相变完成后，氢以过饱和形式留在M(B)中，以应力集中或晶格缺陷结合，形成高局部应力。热应力，组织应力的共同作用会导致裂纹。焊接缺陷，1 .裂纹1.3冷裂纹，焊接技术培训，b .焊接缺陷，1.3.4冷裂纹形成机制，氢以饱和形式留在组织中，与应力集中或晶格缺陷相结合，形成分子，形成高局部应力。氢在金属中的扩散也会影响应力状态，倾向于扩散到三向应力区。经常在应力集中或缺口等有塑性变形的部位发生氢的聚集，这是氢的应力诱导扩散现象。应力梯度越大，氢的推力也越大。也就是说，由应力引起的氢诱导扩散的效果更大。3)氢的应力诱导扩散，焊接缺陷，1 .裂纹1.3冷裂纹，焊接技术培训，b .焊接缺陷，1.3.4冷裂纹形成机制，概括地说，氢的扩散行为由各种机制控制，从高温到低温，氢在热影响区域的熔合线附近，特别是应力集中的部位扩散群集。当这部分氢含量达到一定的临界含量值时，会引起冷裂纹。氢的扩散速度是恒定的，到临界点有一定的时间。这是宏观上的表示，焊接后必须有潜伏期(接种期)，直到出现裂纹为止。也就是说，冷裂纹具有裂纹延迟的特征。延迟长度与应力水平、扩散氢含量和氢沉淀条件等有关。具体地说，与焊缝的约束、应力集中度、焊缝金属的扩散氢含量、冷却速度、焊缝间隙中金属的韧性等有关。焊接缺陷，焊接技术培训，b .焊接缺陷，1.3.4冷裂纹形成机制，2 .钢的硬化倾向作用(组织的作用)m(马氏体)是由于间隙c原子的过度饱和，Fe原子偏离平衡位置，晶格明显扭曲而产生的典型硬化组织。如果快速冷却，粗a会变成粗m，而坚硬m断裂时所需的能量会减少。因此，如果焊接接头有马氏体，则裂纹容易形成和扩展。马氏体对冷裂纹的影响除了其本身的脆性外，还与不平衡晶体引起的更多晶格缺陷有关。这些缺陷在应力下形成了移动、集中和裂纹的来源。裂纹发生次数增加，扩展所需的能量也降低，一定会大大提高冷却裂纹敏感性。仅用m的数量比较其他铁种的冷裂纹敏感性，可能会产生很大的误差。、焊接缺陷、b .焊接缺陷、焊接技术培训、材料冷却速度对组织的影响：焊接缺陷、b .焊接缺陷、焊接技术培训、焊接缺陷、焊接技术培训、焊接技术培训、b .焊接缺陷、焊接技术培训裂纹1.3冷裂纹，b .焊接缺陷，三向应力集中区因组织应力而产生热应力，约束