第二章_碳钢的焊接.ppt

1、金属焊接性，发表教师：陈思杰，补充内容碳钢的焊接，一碳钢和钢材分类方法二低碳钢的焊接三中碳钢的焊接四高碳钢的焊接，一非合金钢和钢材分类方法，钢材分类国标GB/T13304-1991钢分类将钢材分类为化学成分，另一个分类为化学成分非合金钢(碳钢)按碳的质量分数分为低碳钢(wc0.25% )、中碳钢(wc=0.25%0.60% )和高碳钢(wc0.60% )，“非合金钢”按传统的“碳钢”或2主要质量等级和主要性能或使用性能分类为普通质量非合金钢优质非合金钢特殊质量非合金钢。 3用途不同的碳结构钢碳工具钢。 另外，钢材也可以从专业类别(锅炉用钢、桥梁用钢、容器用钢等)、冶炼方法类别等其他角度进行分类

2、。 碳钢的焊接性主要依赖于碳的质量分数，随着碳的质量分数的增加，焊接性逐渐变差。 非合金钢的焊接性与碳的质量分数的关系、二低碳钢的焊接、一低碳钢的成分特征和焊接性成分特征：碳的质量分数低，硅、锰含量少。 焊接性优良的焊接一般不需要预热、过程间温度和后热，焊接后也不需要热处理来改善组织，整个焊接过程不需要特别的工艺措施，1 )组装成各种接头形式，能够应对各种不同位置的焊接，并且焊接工艺和技术简单，把握2 )塑性好，焊接接头发生裂纹的倾向小，适用于各种大型结构和受压容器的制造。 3 )不需要特殊复杂的设备，对焊接电源和焊接材料没有特别的要求，可以使用交直流焊机、酸碱性焊条和焊剂两种。 4 )如果焊

3、接时的热量过大，例如焊条的直径或焊接电流的选择错误，埋弧焊接电流或焊接速度错误，热影响部的晶粒变大，也有可能引起塑性降低。 2焊接的特点，3低碳钢的焊接技术要点1 )焊接方法低碳钢的焊接性良好，几乎可以选择所有的焊接方法，保证焊接接头的良好质量。 值得注意的是，电渣焊后的焊接金属组织比较粗大，热影响区存在过热组织，韧性低，一般要求焊接后对电渣焊接接头进行“正火退火”处理，改善焊接及热影响区组织，提高接头韧性，正火温度为Ac3 30-50 3，3低碳钢的焊接工艺点2 )作为焊接材料选择焊接的低碳钢的结构，由于通常使用抗拉强度的平均值为420MPa的钢材，因此经常选择E43和E50系列的焊条。焊接

4、低碳钢的常用焊接材料、3低碳钢的焊接工艺点3 )低碳钢的焊接工艺点低碳钢的焊接一般不需要特别的工艺措施，在工件厚度大或环境温度低(T0)时，由于冷速快，接头裂纹倾向于焊接直径3000mm，壁厚50mm 焊接壁厚增加到90mm的第一层焊道，受压容器壁厚增加到20，3低碳钢的焊接工艺点3 )低碳钢的焊接工艺点工件厚度大，或者周围温度低(T0)时，应采取以下工艺措施：1)焊接前预热，焊接时道2 )采用低氢或超低氢型焊接材料。 3 )连续焊接整体，避免中断。 4 )在坡口内划弧，注意不要损伤母材，在消弧时要注意填满陨石坑。 5 )不在低温下进行成形矫正组装。4低碳钢焊接例压力容器、锅炉及电站中的焊接1

5、窄间隙埋弧焊接窄间隙埋弧焊接可用于低碳钢焊接，合金结构钢焊接，大型火力发电厂锅炉，核电站主容器， 石油化工设备中的热壁加氢反应器等厚壁筒体结构都远小于该工艺常规埋弧焊缝，可节省焊接材料、缩短焊接时间、减少母材坡口时的浪费，同时提高接头焊接质量。 2窄间隙自动MIG全位置焊接主要用于大直径厚壁管构件的焊接，喷流过渡的脉冲MIG焊接，Ar CO2富氩混合气体保护，焊丝直径0.81.2mm，调节残奥表多，能很好地适应不同空间位置的焊接需要，保证满意的焊接接头质量3TIG焊封底背面成形工艺主要用于不能双面焊接，但需要焊接的受压容器、管道或其他结构的焊接施工。 焊接时根部熔化，要求背面形成焊接；或者背面

6、不要求成形，但根部必须完全熔化。 1 )不加填充焊丝，用TIG电弧使钝边熔化，或使其向里面稍微突出。 正面用氢弧焊、手焊棒弧焊或埋弧焊接接合。 密闭容器常用这种方法焊接。 2 )加坂充焊丝火力发电厂管道安装接口的焊接经常使用这一工艺。 母材为Q235和20时，焊丝为H05MnSiTiXt，这是电站安装系统中常用的TIG焊丝3 )可熔环可熔环为圆环，放置在管接头的间隙中，环的截面像铆钉，有的截面为矩形。 对于TIG封底焊接，将该环熔化，与两侧的坡口焊接一起形成封底焊接。 火力发电厂管道安装口的焊接也采用这种方法.管道为低碳钢时，环材料也为H05MnSiTiXt，4多头MIG焊接大型发电厂锅炉中的

7、膜式壁大，多根钢管和钢带可相互焊接，材料均为低碳钢，正反两面要求焊接. 国内采用12头MIG焊膜式壁专用焊机，正反各6个焊头同时焊接，即6个平焊，6个背焊。 焊接工艺不需要反转工件，效率高。 现在，日本有20头(平焊10个，背焊10个)专用焊机，焊接质量完全合格。 5等离子焊一部分钢管可进行等离子焊接，封底焊接利用小孔效应进行监测。 具体是： 1 )利用背面圆角的亮度差异进行监视。 亮度不足则无法熔化，亮度过度则会滴下背面液状焊接。 该光亮可通过光电管反馈到焊机系统，控制焊接工艺残奥仪表端口。 2 )利用背面成形时的声音差异进行监测。 从管内向焊机发送声音，控制焊接工艺残奥仪表端口的管为低碳钥

8、匙时，不需要预热，焊接质量完全合格。 这两种技术在实际生产中的应用很麻烦，近年来，一些先进工厂已经转向弧焊管道的对接接头。 6电阻焊一部分钢管也可以用电阻焊焊接。 低碳钢管对接焊接时，不需要预热及追加措施，可保证焊接质量。 焊接后，需要去除接头部的毛刺，特别是管内毛刺，工序复杂，作业量增加。 目前多采用弧焊管道对接接头。 大型气罐焊接、单结构形式大型气罐的槽壁板通常由中厚板构成，呈开放圆筒形，从下向上由几个带板构成，板厚s分别为6 mm、8 mm、10 mm、14 mm、18mm，材质为Q235A钢。 2焊料焊丝使用直径1. 2 mm、H08Mn2SiA型、气体使用纯度99.5%以上的CO2气

9、体。 对于大型气罐焊接、3焊接工艺坡口形式板厚10 mm以上的壁板，采用双y形坡口，如图1所示，坡口大的面位于槽体内侧。 板厚10 mm的壁板采用单面y型坡口，坡口形式如图2所示，坡口位于槽的内侧。 大型气罐焊接，3焊接工序焊接前，焊接前必须严格清除坡口两侧的油、污垢、铁锈等，用金属丝刷将坡口内外表面磨光为金属光泽。焊接工艺残奥表、大型气罐焊接、3焊工艺技术要求第一层焊接时，焊枪和焊道呈75的夹角(图3 )，采用小规范的小电流。 焊接时，焊丝轻轻摇动，从上到下进行焊接，焊接时的电流小，保证熔化，同时熔化的铁水在重力作用下不能流动。 大型气罐焊接，3焊接技术要求第二层焊接时，焊枪焊枪和工件可以保

10、持在75的角度以下，可以支撑持续熔化的铁水。 焊接采用自顶向下的顺序，电流电压相应增大，焊丝的摆动幅度大于第一层，最好超过前道焊各边的2 mm。 盖面焊接时，焊丝必须并排停留到坡口边缘，以免发生咬边等缺陷。 对于大型储气罐焊接、3焊接工艺不同厚度板材的焊接顺序板厚10 mm的壁板焊接，可采用图4所示的焊接顺序，焊接结束后，在背面用砂轮清洁根部，打磨坡口，实施焊接，最后实施焊接。 对于大型储气罐焊接、3焊工艺不同厚度板材的焊接顺序板厚10 mm的壁板，采用图5的焊接顺序，实施焊接前必须把根弄干净，露出部分焊接壁后进行焊接。 采用这种焊接步骤更有利于减少变形。 低碳钢焊接组织、低碳钢焊接组织、1低

11、碳钢焊接低碳结构钢的焊接金相所见均为焊接二次组织，常见的是铁素体十少量珠光体魏氏组织沿原奥氏体晶界析出，呈网状的铁素体为先共析铁素体。 它描绘了一次结晶柱状晶的轮廓，从尺寸和方向两方面显示了一次结晶组织的形态特征。 低碳结构钢焊接中从晶界向晶内生长的针状铁素体和向晶内形核生长的针状铁素体都是魏氏组织铁素体。 低碳钢的焊接组织，如果焊接线能量小、冷却速度大，则焊接中的柱状晶细长，初析铁素体大多呈片状析出，如果魏氏组织铁素体片薄、单间距窄、热输入大、冷却速度小，则沿结晶分布的初析铁素体大多呈块状出现冷却速度加快时，初析铁素体数减少，有可能出现粒状贝氏体或马氏体。 2低碳钢母材热影响区组织a熔接区：

12、熔接线附近的从焊接向母材的过渡部分，金属局部熔化，晶粒非常粗大，是化学成分和组织极不均匀的过热组织。 该区域狭窄，用金相观察很难明确区分。 b过热区域(粗粒区域) :的晶粒非常粗大，晶粒度都在3级以上。 粗大的初共析铁氧体针状铁氧体(魏氏组织)珠光体很常见，不呈带状分布特征。 2低碳钢母材热影响区组织c相变再结晶区(细粒区) :常见均匀细的铁氧体珠光体。 与正火组织相似，也被称为正火区。 铁氧体网状分布及魏氏组织消失。 d部分相变区(不完全再结晶区) :组织是未相变的铁素体经过部分相变生成的微细珠光体和铁素体。 组织通常部分保持原来的带状分布特征。 低碳钢焊接接头金相组织、材料名称：Q235蚀

13、刻剂：4%硝酸醇溶液处理状况：T形接头焊道电弧焊接组织说明：T形焊接接头低倍组织、焊接组织、焊接部附近组织， 母材未受热影响部组织材料名3360母材是Q235勇猛条是低碳钢焊条蚀刻剂：4%硝酸醇溶液处理状况：低碳钢焊条的电弧焊接、焊接组织、焊接部附近组织、热影响过热部和再结晶部边界、热影响再结晶部、热影响不完全再结晶部和母材原始组织边界、焊接上部表层(最终凝固部填充不足焊接材料在J501蚀刻剂：4%硝酸醇溶液处理的情况下为：母材20钢板厚32mm。熔敷部组织、母材热影响过热部近熔敷线部组织、母材热影响过热部远离熔敷线的组织、母材热影响再结晶部组织、母材热影响不完全再结晶部织、母材20钢焊接热影

14、响部组织、低碳钢焊接故障分析井口线焊接接头故障分析、井况断口宏观形态化学成分力学性能金相组织焊接接头分析结果、2007年井深2800m 生产线材质为20#钢，尺寸规格外径89mm，壁厚8mm。 井况、断口宏观形态、焊接、浸蚀槽、浸蚀槽、断口、管线底部、断口宏观形态、爆裂发生的管线从采油树到井口加热炉之间，在油口前管段，压力高，达到11爆裂管线的顶部和侧壁有轻微腐蚀，但管线底部腐蚀严重故障管线底部出现严重腐蚀，是因为莲4井CO2含量相对较高，井口水平管线底部易产生凝固水，高压气流引起强冲洗腐蚀。 观察断口宏观形态、焊接断口、起裂区域、管线底部、起裂区、断裂区、焊接断口、断口宏观形态，观察断口宏观

15、形态，失效管线底部的腐蚀大大减少，但管线爆裂的起裂点不是腐蚀最严重的地方，而且开裂沿侵蚀槽方向管线的破裂口发生在焊接和焊接侧的管线上，开裂的焊接超过管线环焊接的1/2，管线底部的焊接不开裂。 断口的宏观形态、焊接断口有较明显的黑亮区和暗红区，黑亮区是焊接断裂前裂缝表面发生CO2腐蚀而生成的FeCO3，暗红区是焊接断裂后形成的新鲜表面发生氧腐蚀而生成的氧化铁。 从断裂颜色可以预先判断在管线的上部和侧壁的焊根，部分焊接先断裂，然后向焊接侧的管线扩张。 化学成分、化学成分、化学成分分析结果表明，故障管线母材碳含量超过GB/T699优质碳结构钢对20#钢规定的化学成分范围，焊接碳含量超过GB/T 51

16、17 1995碳钢焊条对E-4303(J422 )焊条规定的化学成分范围。 普通宝钢、天钢等企业生产的20#无缝钢管硫磷含量均控制在0.01以下，故障管线母材和焊接的硫磷含量稍高，但均为GB/T699优质碳结构钢GB/T 5117 1995碳钢焊条为20#钢和20# 在钢焊接采用的E-4303焊条规定的化学成分范围内，力学性能、力学性能、硬度试验的结果，焊接和开裂侧管线母材和热影响部的硬度接近，未开裂侧管线母材和热影响部的硬度明显高于焊接和开裂侧管材。 从硬度和抗拉强度的对应关系可知，由于未开裂侧管材的抗拉强度比开裂侧管材高，因此管路的爆裂发生在强度低的一侧。金相组织-开裂线侧、母材、热影响部(细粒部)、母材和热影响部的迁移、热影响部(粗粒部)、熔接部、焊接、金相组织-未开裂线侧、母材开裂线侧的母材具有明显的带状组织，热影响区的晶粒