焊接技术与施工过程控制

1、 2 04d8dd 李春国李春国 电话：电话：25804386 手机：手机E-mail： 办公地点：海工建造公司焊接实验室办公地点：海工建造公司焊接实验室 3 04d8dd 海洋工程常用焊接方法：海洋工程常用焊接方法： SAW 埋弧焊埋弧焊 SMAW 手工电弧焊手工电弧焊 FCAW 药芯焊药芯焊 FCAW-S 自保护药芯焊自保护药芯焊 FCAW-G 气保护药芯焊（保护气体）气保护药芯焊（保护气体） GTAW 钨极氩弧焊钨极氩弧焊 GMAW 熔化极气体保护焊熔化极气体保护焊 TIG 钨极惰性气体保护焊钨极惰性气体保护焊 MIG 熔化极惰性气体保护焊熔化极惰性气体保护焊

2、MAG 熔化极活性气体保护焊熔化极活性气体保护焊 4 04d8dd 其他焊接方法：其他焊接方法： PAW 等离子弧焊等离子弧焊 ESW 电渣焊电渣焊 EBW 电子束焊电子束焊 LBW 激光焊激光焊 ICDFW 搅拌麽擦焊搅拌麽擦焊 EW 爆炸焊爆炸焊 Supersonic Welding 超声波超声波 Resistance Welding 电阻焊电阻焊 Diffusion Welding 扩散焊扩散焊 Brazing 钎焊钎焊 5 04d8dd 1、焊接热过程：、焊接热过程：被焊金属由于热的输入和传导，而被焊金属由于热的输入和传导，而 发经历加热、熔化（或达到热塑性状态）和随后的连发经历加热、

3、熔化（或达到热塑性状态）和随后的连 续冷却过程。续冷却过程。 特点：特点： 焊接热过程的局部集中性；焊接热过程的局部集中性； 焊接热源的运动性；焊接热源的运动性； 焊接热过程的瞬时性；焊接热过程的瞬时性； 焊接传热过程的复合型；焊接传热过程的复合型； 这正是其与一般热处理过程的不同之处这正是其与一般热处理过程的不同之处 6 04d8dd 过热区的晶粒粗过热区的晶粒粗 大，机械性能较大，机械性能较 差；差； 重结晶区为细晶重结晶区为细晶 粒组织，机械性粒组织，机械性 能优良，有时会能优良，有时会 优于母材；优于母材； 不完全重结晶区不完全重结晶区 是粗晶粒与细晶是粗晶粒与细晶 粒度混合区，机粒度

4、混合区，机 械性能一般；械性能一般； 再结晶区出现在再结晶区出现在 受冷作变形的母受冷作变形的母 材上，又称软化材上，又称软化 区；区； 7 04d8dd 1）使用焊接性：）使用焊接性：指焊接接头或整体焊接结构产品满足指焊接接头或整体焊接结构产品满足 使用性能的程度使用性能的程度 使用焊接性的测试方法：使用焊接性的测试方法： 焊缝及接头的常规力学性能试验；焊缝及接头的常规力学性能试验； 焊缝及接头的低温脆性试验；焊缝及接头的低温脆性试验； 焊缝及接头的断裂韧性试验；焊缝及接头的断裂韧性试验； 焊缝及接头的疲劳、动载试验；焊缝及接头的疲劳、动载试验； 焊缝及接头的应力腐蚀开裂试验；焊缝及接头的应

5、力腐蚀开裂试验； 8 04d8dd 在一定的焊接工艺条件下，材料能否获得无缺陷的、在一定的焊接工艺条件下，材料能否获得无缺陷的、 优质的焊接接头的能力；优质的焊接接头的能力； 工艺焊接性的测试方法：工艺焊接性的测试方法： 由碳当量评定焊接性；由碳当量评定焊接性； 由裂纹敏感性评定焊接性；由裂纹敏感性评定焊接性； 断口分析及金相组织分析；断口分析及金相组织分析； 焊接热、力模拟试验；焊接热、力模拟试验； 焊接裂纹试验；焊接裂纹试验； 热应变时效脆化试验；热应变时效脆化试验； 焊接气孔敏感性试验；焊接气孔敏感性试验； 9 04d8dd 1、缺陷的分类：、缺陷的分类： 固体夹渣固体夹渣 气孔气孔 未

6、熔合及未焊透未熔合及未焊透 咬边及其它外观缺陷咬边及其它外观缺陷 裂纹裂纹 缺陷的存在在某种程度上是不可避 免的！ 10 04d8dd 焊前应仔细清理焊件及焊丝的表面的氧化膜或焊前应仔细清理焊件及焊丝的表面的氧化膜或 铁锈以及油污等；铁锈以及油污等； 焊接材料的防潮和烘干；焊接材料的防潮和烘干； 加强焊接过程中的保护，防止空气侵入熔池；加强焊接过程中的保护，防止空气侵入熔池； 正确选择焊接材料；正确选择焊接材料； 增大热输入和适当预热都有助于减少气孔；增大热输入和适当预热都有助于减少气孔； 2、防止焊缝形成气孔的措施：、防止焊缝形成气孔的措施： 11 04d8dd 正确选择焊条、药芯焊丝、焊剂

7、的渣系，以便在焊接正确选择焊条、药芯焊丝、焊剂的渣系，以便在焊接 过程中脱氧、脱硫；过程中脱氧、脱硫； 选用相对较大的热输入；选用相对较大的热输入； 仔细清理层间焊渣，摆动焊条，以便熔渣浮出；仔细清理层间焊渣，摆动焊条，以便熔渣浮出； 降低电弧电压，以防止空气中氮的侵入；降低电弧电压，以防止空气中氮的侵入； 3、防止固体夹渣的措施：、防止固体夹渣的措施： 12 04d8dd 控制焊缝金属成分；控制焊缝金属成分； 限制过热，降低应变量；限制过热，降低应变量； 控制成型系数，即控制深宽比；控制成型系数，即控制深宽比； 减少熔合比，即降低焊接电流；减少熔合比，即降低焊接电流； 降低拘束度；降低拘束度

8、； 4、防止热裂纹的措施：、防止热裂纹的措施： 13 04d8dd 控制组织硬化：主要是通过控制焊接热输入和预热温控制组织硬化：主要是通过控制焊接热输入和预热温 度来控制熔池的温度从度来控制熔池的温度从800度度-500度的时间（度的时间（t8/5）; 控制拘束应力：可通过合理的焊缝设计和焊接施工顺控制拘束应力：可通过合理的焊缝设计和焊接施工顺 序；序； 限制扩散氢含量：可通过预热和后热处理；限制扩散氢含量：可通过预热和后热处理； 5、防止冷裂纹的措施：、防止冷裂纹的措施： 14 04d8dd 外观检验（外观检验（VT） 磁粉检验（磁粉检验（MT） 渗透检验（渗透检验（PT） 超声波检验（超声

9、波检验（UT） 射线检验（射线检验（RT） 根据规格书和相关标准中的规定（例如在根据规格书和相关标准中的规定（例如在AWS D1.1中对内中对内 部缺陷根据不同的载荷情况和不连续的程度等级，给出了部缺陷根据不同的载荷情况和不连续的程度等级，给出了 不同缺陷的可接受尺寸）；不同缺陷的可接受尺寸）； 通过工程临界评价（通过工程临界评价（ECA）方法）方法, 对特定接头根据对特定接头根据“合于使合于使 用用”的原则给出可接受缺陷的最大尺寸。的原则给出可接受缺陷的最大尺寸。 15 04d8dd 工程临界评价是以断裂力学为基础，科学的分析了载荷条工程临界评价是以断裂力学为基础，科学的分析了载荷条 件下，

10、缺陷对结构完整性的影响。件下，缺陷对结构完整性的影响。 应力应力 BS 7910 缺陷缺陷 韧性韧性 应力：存在缺陷部位（接应力：存在缺陷部位（接 头）承受的应力状态头）承受的应力状态 缺陷：缺陷的尺寸、位置缺陷：缺陷的尺寸、位置 和方向和方向 韧性：缺陷部位（接头）韧性：缺陷部位（接头） 断裂韧性断裂韧性（CTOD）和拉和拉 伸强度伸强度 16 04d8dd CTOD就是用于评价材料（母材，焊缝，热影响区）抵抗断就是用于评价材料（母材，焊缝，热影响区）抵抗断 裂的韧性指标。裂的韧性指标。 CTOD在海洋工程中的应用：在海洋工程中的应用： 海管上主要用于的进行海管上主要用于的进行 ECA评估时

11、的断裂韧性测评估时的断裂韧性测 试；试； 结构上主要是用于厚度大结构上主要是用于厚度大 于于50mm的接头免除焊后的接头免除焊后 热处理；热处理； 17 04d8dd （一）坡口准备 1、坡口形式及尺寸、坡口形式及尺寸 焊接坡口应根据图样要求或工艺条件选用标准坡口或自焊接坡口应根据图样要求或工艺条件选用标准坡口或自 行设计，坡口形式和尺寸的选择应根据易于保证焊接行设计，坡口形式和尺寸的选择应根据易于保证焊接 质量、填充金属量少、熔合比小、便于操作等原则，质量、填充金属量少、熔合比小、便于操作等原则， 常用坡口有常用坡口有V形、形、X形、单边形、单边V形、形、K形、形、U形等。形等。 2、坡口加

12、工方法：火焰和机械、坡口加工方法：火焰和机械 3、坡口组对：避免强力组对，控制好组对间隙和错边量、坡口组对：避免强力组对，控制好组对间隙和错边量 。 4、坡口清理：清理组对之后及时施焊。、坡口清理：清理组对之后及时施焊。 18 04d8dd （二）、焊接材料（二）、焊接材料 焊接材料种类有：电焊条、焊丝（实心和药芯）、焊剂、焊接材料种类有：电焊条、焊丝（实心和药芯）、焊剂、 气体等气体等 1、焊材保管要求、焊材保管要求 1）每种类型的焊条，焊丝和焊剂应根据其牌号及规格分）每种类型的焊条，焊丝和焊剂应根据其牌号及规格分 类摆放类摆放 。 2）焊条，焊丝和焊剂应存放于离地高）焊条，焊丝和焊剂应存放

13、于离地高0.3米以上，米以上， 3）仓库温度保持在最低）仓库温度保持在最低5，相对湿度最大为，相对湿度最大为60%。 19 04d8dd 2、焊材烘干及使用、焊材烘干及使用 1）焊条、焊剂在使用前应按要求进行烘干，）焊条、焊剂在使用前应按要求进行烘干， 2）烘干的焊条领出后应放在保温桶中随用随取，焊条在）烘干的焊条领出后应放在保温桶中随用随取，焊条在 保温桶中放置时间超过保温桶中放置时间超过4小时，应重新烘干，重新烘干小时，应重新烘干，重新烘干 不超过不超过2次。次。 3）对于密封包装的焊条可以开桶直接使用，不能立即使）对于密封包装的焊条可以开桶直接使用，不能立即使 用的，放入用的，放入120

14、保温箱。保温箱。 4）药芯焊丝要注意防潮以得到满意的性能和焊接效果。药芯焊丝要注意防潮以得到满意的性能和焊接效果。 未存放未存放于干燥场所并且未被下个班次使用的焊丝不允许于干燥场所并且未被下个班次使用的焊丝不允许 第二天继续使用第二天继续使用 。 20 04d8dd （三）、焊接环境（三）、焊接环境 1 1、对于、对于GMAW, FCAW-G, GTAWGMAW, FCAW-G, GTAW风速不得超过风速不得超过8km/hr8km/hr 2 2、焊缝及附近温度应高于、焊缝及附近温度应高于 -20-20 3 3、焊接的表面不能潮湿，或者暴露在雨雪中、焊接的表面不能潮湿，或者暴露在雨雪中 当焊接环

15、境出现下列任一情况时，应采取有效防护措施，当焊接环境出现下列任一情况时，应采取有效防护措施， 否则不得施焊：否则不得施焊： （四）、焊工（四）、焊工 焊工必须按照相应的标准规范进行考试，考试合格的焊工焊工必须按照相应的标准规范进行考试，考试合格的焊工 方可承担相应的项目焊接施工。方可承担相应的项目焊接施工。 21 04d8dd （五）焊前预热（五）焊前预热 1、 预热的目的：预热可以减慢焊缝金属和热影响区的冷预热的目的：预热可以减慢焊缝金属和热影响区的冷 却速度，降低焊接接头的淬硬倾向，有利于扩散氢从焊却速度，降低焊接接头的淬硬倾向，有利于扩散氢从焊 缝中逸出，防止冷裂纹的产生。缝中逸出，防止

16、冷裂纹的产生。 2、预热温度：预热常常会恶化劳动条件，使生产工艺复杂、预热温度：预热常常会恶化劳动条件，使生产工艺复杂 化，过高层间温度还会降低接头韧性，因此，焊前是否化，过高层间温度还会降低接头韧性，因此，焊前是否 预热和预热温度的确定要认真考虑预热和预热温度的确定要认真考虑 22 04d8dd 3、预热范围：是在焊道所有方向上不得小于焊件最大厚、预热范围：是在焊道所有方向上不得小于焊件最大厚 度值，但至少为度值，但至少为75mm。 4、预热方法：、预热方法： 1）火焰预热）火焰预热 ，以煤气、液化气、天然气等效果较好。氧，以煤气、液化气、天然气等效果较好。氧 乙炔火焰预热，温度不均匀。乙炔

17、火焰预热，温度不均匀。 2）电预热，有板式加热器、绳式加热器、履带式加热器）电预热，有板式加热器、绳式加热器、履带式加热器 等。等。 5、预热温度测量方法：用测温笔、半导体测温计、远红、预热温度测量方法：用测温笔、半导体测温计、远红 外测温仪等测温。外测温仪等测温。 23 04d8dd 6、焊接过程应连续进行，焊接过程如果需要中断，已经、焊接过程应连续进行，焊接过程如果需要中断，已经 完成封底焊并连续焊完六层焊道后，应采取缓慢冷却完成封底焊并连续焊完六层焊道后，应采取缓慢冷却 措施，重新焊接前要检验无缺陷可重新预热焊接。措施，重新焊接前要检验无缺陷可重新预热焊接。 焊接工艺参数包括焊接电流、电

18、压、焊接速度、气体流量焊接工艺参数包括焊接电流、电压、焊接速度、气体流量 等等 （六）、焊接工艺参数（六）、焊接工艺参数 热输入量大，则晶粒偏大，焊缝韧性差。热输入量大，则晶粒偏大，焊缝韧性差。 最大摆动宽度最大摆动宽度 SMAW 3D FCAW 15-17mm 24 04d8dd （七）、后热（七）、后热 后热处理又叫消氢处理，是指焊接后立即对焊件的后热处理又叫消氢处理，是指焊接后立即对焊件的 全部或局部进行加热或保温，使其缓冷的工艺措施。全部或局部进行加热或保温，使其缓冷的工艺措施。 对于强度等级较高且有延迟裂纹倾向的低合金高强钢对于强度等级较高且有延迟裂纹倾向的低合金高强钢 ，焊后应立即进行后热处理。，焊后应立即进行后热处理。 1、后热的目的：有利于焊缝中扩散氢加速逸出，是防止、后热的目的：有利于焊缝中扩散氢加速逸出，是防止 焊接冷裂纹的有效措施之一。焊接冷裂纹的有效措施之一。 2、后热参数：温度一般为、后热参数：温度一般为2003