过程设备焊接课件.ppt

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1、2023/3/27,5 过程设备用金属材料的焊接5.1 金属材料的焊接性及其评定5.1.1 焊接性及其影响因素(1)焊接性概念 亦称可焊性。是指在一定的焊接工艺条件下,金属材料可以获得优质焊接接头的难易程度 工艺可焊性 对形成焊接缺陷的敏感程度 使用可焊性 接头在实际操作环境中安全持久运行的可靠性(2)焊接性的影响因素,2023/3/27,焊件母材的种类与化学成分 焊接方法与工艺 焊件的结构 施焊环境 焊接材料 焊件的使用条件5.1.2 工艺焊接性的评定方法(1)估算法 a.碳当量法 把其他合金元素对裂纹的影响折算成相当的碳含量，即用碳当量来估计钢材的焊接性,2023/3/27,当Ce0.4时

2、，良好,37mm时，焊接时一般不必须热 当Ce0.40.6时，焊接性较差钢材焊接时应适当预热 当Ce0.6时，焊接性差，应采取较高的预热温度和严格的工艺措施 b.冷裂纹敏感性指数法,2023/3/27,式中,h为板厚,mm,H为焊缝金属中扩散氢含量，10-2L/kg 为防止冷裂纹所需的最低预热温度Tp为 Tp 1440Pc-392(2)焊接性的抗裂性试验 抗裂试验对研究裂纹产生的机理及影响因素十分重要 我国于1984年颁布了焊接性试验方法的国家标谁GB 46751984，其中规定了5种国际通用的试验方法。5.2 低、中碳钢的焊接,2023/3/27,5.2.1 低碳钢的焊接(1)壳体常用钢号及

3、其焊接性 焊制受压壳体，必须采用含碳量025的低碳钢 常用的有Q235B(C、D)、20R、20g等 含碳量低，有良好的塑性，没有淬硬倾向，焊接性好。一般焊接时不需要采取特殊工艺措施，焊后也不需要进行热处理，且各种焊接方法都适用。注意：焊接接头应保证等强度 焊缝中不应有缺陷,2023/3/27,冬天(010)焊接1232mm的钢板，尤其是用不同类型焊条对不同板厚作手工堆焊或T形角焊时，会产生不同程度的微裂纹 用低氢焊条焊厚度超过32mm的500MPa强度钢角焊缝时，焊缝中也会产生微裂纹(2)焊接工艺要点 a.焊接方法与焊接材料 广泛采用的焊接方法 手工电弧焊、埋弧自动焊、C02气体保护焊和电渣

4、焊 焊接材料按等强度原则确定 手工电弧焊用焊条一般采用J42级,2023/3/27,二、三类压力容器承受冲击载荷的均要求采用碱性低氢型药皮焊条 埋弧自动焊时 焊剂多采用HJ431，焊丝Q235、10钢等多采用H08A；20R、20g、20钢多采用H08MnA b.含碳量0.24或大厚件时注意防热裂纹和冷裂纹 c.预热及热处理 板厚大或施焊环境温度过低时要求进行适当预热 在板厚小于100mm时，预热温度一般不大于100 对于盛装具有腐蚀介质或板厚大于34mm的壳,2023/3/27,体要求焊后进行600650的消除应力热处理5.2.2 中碳钢的焊接 含碳量0.250.6%时为中碳钢，常用的钢有3

5、5、40、45、Q275等。焊制承压壳体，我国不允许采用中碳钢 过程设备中，有些承载运动元件采用中碳钢,这类零件在加大尺寸或损坏后修复,往往采用焊接.(1)中碳钢的焊接性 随着含碳量，焊接性,当含碳量0.30%,且含Mn不高时，焊接性良好(2)中碳钢的焊接工艺要点 a.焊接方法与焊接材料,2023/3/27,一般采用手工电弧焊接，并采用强度相当的低氢型焊条 特殊情况下，可采用Cr、Ni不锈钢焊条焊接,可不需预热。焊条牌号有A102、A107、A302、A307、A402、A407等 b.焊前必须预热 预热温度随碳或板厚而 c.焊后进行消除应力热处理5.3 普通低合金钢的焊接 在普通低碳钢基础上

6、，添加少量合金元素而使强度提高的钢，称为普通低合金钢,2023/3/27,5.3.1 普低钢的分类与强化原理(1)热轧钢 强度级别:s=300400MPa 强化金属:加入Mn、Si固溶强化,Mn 1.8%常用钢号:16MnR、16Mng、15MnVR 焊接性：Ce16时,预热;刚性大时应注意防裂;16MnR,30,15MnVR,28时焊后要热处理(2)正火钢,2023/3/27,强度级别:s400500MPa 强化金属:在Mn、Si的基础上加少量的V、Nb、Ti等，起沉淀强化作用 常用钢号:15MnTi、15MnVNbR、18MnMoNbR 正火作用：使生成的碳化物或氮化物以细小质点从固溶体中

7、沉淀析出，弥散分布于晶内和晶界,同时细化晶粒,从而有效地提高强度和韧性 焊接性：Ce0.40.6%时较差,冷裂纹、再热裂纹、淬硬(3)低碳调质钢 强度级别:s600700MPa,2023/3/27,强化途径:调质热处理强化,添加少量合金元素通过淬火+回火来提高强度并保证韧性 常用钢号:14MnMoV、14MnMoNbB等5.3.2 普低钢的焊接性(1)焊缝金属中的热裂纹 普低钢由于含碳量低，热裂倾向均较小，一般不会产生热裂纹。当钢的成分不均，局部C、S、P含量过高，或焊接材料中S、P杂质偏高时，焊缝金属中有可能产生热裂纹。(2)粗晶区脆化 是焊接接头的薄弱区,2023/3/27,焊接线能量过大

8、时魏氏体组织等而韧性降低 焊接线能量过小，粗晶区中的马氏体比例增大也会使韧性降低(3)冷裂纹 主要产生于热影响区，在碳当量高和板厚大时，冷裂纹倾向也大。需要采取降低扩散氢含量、预热和后热等措施。(4)再热裂纹 含Mo、V、Nb、Ti等元素的正火或调质钢有再热裂纹倾向。在焊后热处理时应避开在再热裂纹敏感温度范围内加热。,2023/3/27,结论：普低钢品种多、成分和强度差异大，焊接性差别也大 16MnR等，其碳当量0.4，可焊性良好，接近于低碳钢 强度较高的正火普低钢，碳当量0.4%0.6，焊接性较差，易产生再热裂纹，焊接时要求在100200下进行预热，或进行后热 低碳调质钢如14MnMoNbB

9、等，碳当量0.6，焊接性差，主要问题是热影内区粗晶区的冷裂纹和韧性下降。,2023/3/27,5.3.3 普低钢的焊接要点 电渣焊，适用于热轧或正火钢30mm以上厚板焊接，且焊后必须进行正火处理，以细化晶粒，提高性能 焊条按等强度原则选择，多采用碱性低氢焊条减少氢的来源。采取适当的焊接规范以控制焊接冷却速度 焊前预热和好后低温消氢处理相配合，防止强度级别较高的低合金钢产生冷裂纹 尽量减小结构的刚性和装配应力 高强度正火钢，必须进行消除应力热处理,2023/3/27,正火和调质钢焊接工艺措施不同，前者线能量大，预热温度较高；后者线能量和预热温度均相对较低，且焊后热处理温度必须低于调质时的回火温度

10、5.4 低合金珠光体耐热钢的焊接5.4.1 耐热钢的性能要求 热强性提高抗蠕变能力加入Mo、W、V 抗氢化性加入Cr、Si、Al5.4.2 珠光体耐热钢 Cr-Mo系 Cr-Mo-V系 Cr-Mo-W-V系 Mo、W、Nb提高热强性 Cr提高抗氢性,2023/3/27,5.4.3 钢号 见表5-5。其中12CrMoV最为常用5.4.4 珠光体耐热钢的焊接性 其焊接性类似于低碳调质钢(1)淬硬、冷裂(2)再热裂纹(含V、Cr、Mo)(3)熔合线附近的淬硬、Acl附近的软化 珠光体耐热钢焊接接头的薄弱处多为硬度和强度明显下降的软化区，而不是热影响区的熔合线处。软化区只能采用正火+回火予以消除。5.

11、4.5 焊接工艺要点 预热温度较高150400的进行，焊后缓,2023/3/27,冷，点焊处亦应预热150以上 焊后进行680750回火热处理，以消除应力、降低淬硬区硬度 按等成分原则选用焊条,多采用用低氢型焊条。在补焊或焊后不能进行热处理时，可以选用奥氏体钢焊条5.6 奥氏体不锈钢的焊接5.6.1 不锈钢的分类与性能(1)分类 马氏体不锈钢 显微组织为马氏体，主要有1Crl3、2Crl3等,2023/3/27,铁素体不锈钢 显微组织为铁素体，典型钢号有1Crl7、Cr25等 奥氏体不锈钢 显微组织为奥氏体。在高铬不锈钢中添加825的Ni形成的具有奥氏体组织的不锈钢，应用广泛(2)奥氏体不锈钢

12、典型钢号 超低C 00Cr19Ni10(304L)C0.035%抗晶间腐蚀性 低C 0Cr19Ni10(304)C0.08%含Ti,Nb 0Cr18Ni10Ti 1Cr18Ni9Ti 0Cr18Ni10Ni抗晶间腐蚀性 含Mo,Cu 0Crl8Nil2Mo2Ti 0Crl8Nil2Mo2Cu2,2023/3/27,抗还原性酸腐蚀能力好(3)主要性能 电阻率高,约为碳钢的5倍,焊条易发红;导热系数小,仅为碳钢的1/3;线胀系数大，比碳钢大40以上，焊接时易变形;无磁,耐蚀,耐热,耐低温.5.6.2 奥氏体不锈钢的焊接(1)焊接性分析 无相变,无冷裂纹,焊接性好 存在晶间腐蚀 450850温度下在

13、腐蚀介质中会产生晶间腐蚀.由于晶粒边界形成贫Cr,2023/3/27,层造成的 含Ni,热裂纹 焊接变形与收缩(2)奥氏体不锈钢的焊接要点 a.防止晶间腐蚀 防止 采用超低C材料,C0.035%,含Ni钢 减少 快冷,电流较低碳钢小1020%消除 不含Ti,Nb 固熔处理,10501100;含Ti,Nb 稳定化处理,850950 24 hr 保温,使Cr到晶间 b.防裂纹 严格控制焊接中的S,P,杂质,减少低熔共,2023/3/27,晶体产生 使焊缝中含有5%左右的铁素体打乱结 晶方向,分割杂质 采用碱性焊条 c.焊接变形与收缩的控制 管线,细长件,每条环焊缝应留出23mm的收缩量(3)焊接方

14、法与焊材 手工电弧焊 氩弧焊 埋弧焊 焊条 奥氏体钢焊条 A,如A132等 焊丝 与母材同 焊剂 非氢化,弱氧化,如HJ152,260等,2023/3/27,5.7 异种钢的焊接 不同类别钢的焊接,如 A+P A+M A+F 同种钢不同强度等级的焊接,如 20R+16MnR5.7.1 奥氏体钢与珠光体钢的焊接(1)A+P的焊接 a.焊接特点 焊缝金属稀释 焊缝金属中出现脆性的马氏体组织，有产生裂纹的危险 存在熔合区脆性层 严重降低焊接接头的韧性和结构可靠性 存在熔合区扩散层 引起应变集中，降低接头的高温持久强度和塑性,2023/3/27,存在热应力和难以消除的残余应力 这种残余应力不可能用热处

15、理方法消除掉 b.焊接工艺要点 易采用手工电弧焊 易采用A307焊条,以克服珠光体对焊缝的稀释 应提高焊接材料中的Ni含量,以防止熔合区中碳的扩散 采用隔离(过渡)层堆焊法 在珠光体坡口一面先堆焊一层高合金钢的奥氏体金属隔离层。使易出问题的部分焊缝(即在珠光体钢上)在拘束度极小的情况下完成的,2023/3/27,(2)A+F的焊接(略)(3)A+M的焊接(略)5.7.2 不同强度级别珠光体钢的焊接 主要是防裂,焊接时应注意：焊接材料要按强度低的一方选择 而焊接工艺措施加预热和热处理等应按强度高的一方确定 例如Q235-B+16MnR的焊接，应按Q235-B选J42焊条，而预热温度则应按16Mn

16、R确定5.7.4 不锈复台钢板的焊接 复合钢板由基层和复层密切贴合而成 基层主要承担强度和刚度 厚度6mm,2023/3/27,复层主要满足耐蚀性要求 厚度23mm(1)不锈复合钢板的焊接性 基层与复层区应分别选用各自适用的焊接材料来焊接 焊接的关键是要处理好两层交界部位的焊接 解决的办法:基层与覆层之间设过渡层焊缝.(2)不锈复合钢板焊接工艺要点 a.焊接方法与焊接材料选择 手工电弧焊、埋弧焊、C02气体保护焊等 过渡层焊材必须选用铬、镍含量高于覆层中含量的不锈钢焊接材料;刚度特别大,可选用纯镍焊条,2023/3/27,基层的焊接材料应选用与基层碳钢或低合金结构钢单独焊接时相同的焊接材料 覆

17、层焊接材料原则上选用与单独焊接不锈钢时的焊接材辑相同,焊接工艺也相同 b.焊接坡口 坡口开在基层以节省不锈钢焊接材料 对于大厚度不锈复合钢板，应开成X形坡口，这样有利于减小焊接变形 c.焊接顺序 焊接的顺序：装配定位焊基层对于基层焊缝内部与表面进行检验在覆层一侧铲修焊根焊过渡层焊覆层，如下图所示,2023/3/27,2023/3/27,d.焊后热处理 大厚度不锈复合钢板的焊接构件,焊后应热处理可以消除焊接残余应力 注意:热处理温度高时碳钢一侧会形成铁素体脱碳层,使强度降低；不锈钢一侧则被渗碳而变硬脆，造成冲击韧度下降 正确方法是：基层焊接完毕，检测焊缝内部和表面质量均合格后进行热处理，且温度不宜超过400 热处理完成后方可焊隔离层和覆层不锈钢板。覆层焊接完毕后，不必进行任何热处理。,2023/3/27,5.8 有色金属的焊接5.8.1 铝及其合金的焊接(1)铝的特性 轻质，密度只有钢的1/3 良好的抗氧化性、耐蚀性和低温性能 强度低,工业上采用铝合金提高强度(2)铝及其合金的焊接性 易氧化及合金元素烧损 焊接熔池快速冷却凝固时，氢很容易在焊缝中聚集形成气孔 焊接会产生较大的热应力,当杂质含量或在刚性,可能产生热裂纹,谢谢你的阅读,知识就是财富丰富你的人生,