焊接的基本知识
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第四部分:钢 材 的 焊 接
碳钢的焊接：
一.低碳钢的焊接及热处理工艺
1. 低碳钢的焊接特点:
(1).可装配成各种不同的接头,适应各种不同位置的施焊,焊接工艺和技术比较简单,容易
握。
(2).焊前一般不需要预热。
(3).塑性较好,焊缝产生裂缝和气孔的倾向较小,可制造大型的构架及受压容器。
(4).不需要使用特殊和复杂的设备,对焊接电源没有特殊要求,交直流弧焊机都可焊接。
(5).焊接溶池可能受到空气中氧和氮的侵袭,使焊缝金属氧化和氮化。焊缝中有氧化亚铁的
在可能引起热裂缝。此外,焊接沸腾钢时由于硫合磷的影响,裂缝倾向更大一些。
2.焊接工艺:
低碳钢几乎可以采用所有的焊接方法进行焊接,并都能保证焊接接头的良好质量。用
最好的焊接方法是手工电弧焊、埋弧自动焊及二氧化碳气体保护焊等。
焊 接 方 法 焊接材料 应 用 情 况
手工电弧焊 J422 J427 焊接强度等级较低的低碳钢或一般的低碳钢结构
J500 J507 焊接强度等级较高的低碳钢、重要的低碳钢结构或低温下工作的结构
3.焊后注意事项:
低碳钢的焊接,焊后一般不需要进行热处理。但当工件较厚或工件刚性很大,同时对接头性能的要求又高时,则在焊后进行回火热处理。例如锅炉汽包,及时采用象20g和22g等焊接性能良好的低碳钢板材,在焊后仍要进行600-650℃的回火热处理。
4.焊接实例：
(1).母材: 20# Q235-A
(2).焊条: E4303(J422) 焊条直径：Φ
烘干温度: 150℃恒温小时后，降至100℃恒温，使用前放入焊条保温筒随用随取。
(3).焊接设备: 交、直流弧焊机;
(4).焊接电流: (100-140)A ，焊条直径:Φ。焊缝层数: 单道多层焊。
(5).焊前准备工作及焊接注意事项：
a.用磨光机磨出坡口的同时，清理焊口内外附近100mm范围内的油、锈、水等杂质。
b.焊接过程中，工件不得受风、雪、雨的直接侵袭。
c.每焊完一层焊道时，要彻底清除熔渣，并进行仔细检查无缺陷后，才可继续焊下一层。
二、中碳钢的焊接
1. 中碳钢的焊接特点:
(1).热影响区容易产生低塑性的淬硬组织。含碳量越高,板厚越大,•这种淬硬倾向越大。焊
件刚度较大和焊条选用不当时,容易产生冷裂纹。
(2).焊缝金属的含碳量比较高容易产生热裂纹。
2. 焊接工艺:
(1).尽可能选用碱性低氢焊条。当焊接接头的强度不要求与基本金属相等时,•应选用强
度较低的碱性低氢焊条,如J422。 J427等。
特殊情况下,可采用铬镍不锈钢焊条焊接或焊补中碳钢。其特点是焊前不需要预热。
如A402。A407。A302。A307
(2).预热 预热是焊接中碳钢的主要工艺措施。
一般情况下35#、45#(包括铸钢)预热温度可选用150-250℃ ,•含碳量再高或因刚
度和厚度很大，裂纹倾向大时可将预热温度提高到250-400℃。
(3).焊接要点:
a.焊条使用前要按规定烘干。
b.焊接第一层焊缝时,尽量采用小电流、慢焊速,焊后注意保温,•使焊件缓慢冷却。 C.在焊接中可以采用轻敲焊缝表面的方法,以减少焊件残余应力,细化晶粒。
d.每层焊缝应清理干净,特别是雾状飞溅很牢的附着在焊缝周围,影响焊接质量,必需铲除。
e.焊接时最好采用直流反接,以减少金属飞溅及焊缝中的气孔。
f.如焊件几何形状复杂或焊缝过长,可分成若干小段,分段跳焊,•使其热量分部崐均匀。
g.如第一层焊缝出现裂纹,应降低焊速,及时排除裂纹,重新焊接。收尾时,•电弧慢慢拉长，
将溶池添满,防止收尾处裂缝。
三、高碳钢的焊接
1. 焊接特点:
(1).高碳钢焊件通常是处于热处理状态。一般高碳钢不用于制造焊接结构,其焊接大多属于焊补或堆焊。对于承受大震动负荷的焊接构件,一般不用高碳钢。
高碳钢焊接时产生裂纹的倾向比较大。焊缝脆弱,接头强度低。
2. 焊接工艺:
(1).选用含碳量低于高合金钢的高强度低合金钢焊条,使焊缝金属含碳量降低。•目前多采用J857或J857Gr等焊条。焊接前,焊条在350-400℃温度下烘烤一小时,使用前放入焊条保温桶随用随取。
(2).焊前应清理焊接坡口处的脏物。如焊件厚度大于10mm。可在300-500℃预热。
(3).为了防止热影响区金属组织硬化,焊接时要降低焊接速度使溶池缓冷。•也可以采用多层焊接,使后焊的焊缝部分的经过前一焊缝的硬化区,使之回火。
(4).定位焊应用小直径焊条焊透。受尾时必需将弧坑焊满。
(5).焊后,焊件应在600-700℃进行回火处理,以消除应力,固定组织防止裂纹,•改善焊缝的性能。
合金钢的焊接
一、低合金结构钢的焊接
1. 焊接特点: (1).低合金结构钢的重要特点是热影响区有比较大的淬硬倾向。为了避免淬硬,焊接时必需控制焊接电弧的线能量
(2).焊接接头的冷裂纹 随着钢材强度等级的提高,冷裂倾向加剧。冷裂倾向主要发生在高强度厚板中。
2. 16Mn 16MnR焊接材料应选用 J502焊条。
3. 焊接实例：
(1).焊接材料：
母材：16Mn，焊条：E5015(J507)Φ
烘干温度: (350--400)℃恒温 2小时后降至100℃保温。使用前放入焊条保温筒随用随取。
(2).焊接设备：直流弧焊机；接头方式：直流反接法。
(3).工艺参数：
a.焊接电流：（100--130）A;
b.焊缝层数: 单道多层焊。要求每一层焊层要薄, 每焊完一层用小锤轻轻敲击焊缝及热影响区, 消除焊接应力。
(4).焊接热处理：
a.焊前，用火焰将已磨好坡口的焊缝周围 200mm范围内，加热至150℃，同时进一步将
未清除干净的油、锈等杂质清除干净。
b.每焊接完一个接头，立即用氧乙炔火焰将焊接接头及其周围加热至(200--250)℃，用石棉布等保温材料进行保温缓冷，进行消氢热处理。
二、低合金珠光体耐热钢的焊接
1. 珠光体耐热钢的特性:
•• •珠光体耐热钢一般使用于350-550℃之间,和普通碳素钢相比,有两个特殊性能:一是高温强度(又叫抗热性)二是高温抗氧化性(又叫热稳定性)
(1).高温强度 影响耐热钢高温强度大小的主要因素是它的成分。钼本身的溶点很高,因而能显著提高金属的高温强度,所以珠光体铬钼耐热钢都含有钼。
(2).高温抗氧化性 铬不仅能提高钢材的高温抗氧化性,•还可以提高钢材高温耐腐崐蚀性。所以珠光体铬钼耐热钢中都含有铬。同时铬钼耐热钢中常加入一些钒、钨、铝崐、硼等元素,其目的都是为了提高高温强度。
2.铬钼耐热钢焊接
铬钼钢焊接有明显的淬硬倾向,常常导致焊缝的热影响区发生裂纹。
珠光体耐热钢发生裂缝除因为焊缝区组织硬化外,氢的扩散也是一个原因。要减少裂缝的危险,就应该对焊件预热缓冷,焊条应采用低氢型的,并且焊后要缓冷。常用耐热钢焊条的选用如下:
钢号
工作环境
适用焊条牌号
施 工 条 件
12CrMo 工作温度〈510℃ R202、R207 预热150-300℃,焊后650-710•℃回火
15CrMo 工作温度〈520℃ R307 预热250-350℃,焊后680-720℃回火
12CrMoV 工作温度〈540℃ R317 预热250-350℃,焊后680-750℃回火
15CrMoV 570℃ R327、R337 预热300℃,焊后720-750℃回火
Cr5Mo 受腐蚀作用的管道 R507 预热300-400℃,焊后740-760℃回火
3.铬钼耐热钢焊接要点:
(1).预热 预热是焊接铬钼钢的最重要的措施。
(2).保温焊和连续焊 所谓保温焊,是指在整个焊接过程中,•应使被焊工件保持足够的温度。所谓连续焊,是指焊接过程最好不要中断。如果必须间断,则应在间断焊时使焊件缓慢均匀的冷却,再焊之前仍要重新预热。
(3).短道焊 如果要焊一道长的焊缝,则每一道不要太长,•使得被焊的这一段在较短的时间内重复受热。
(4).锤击焊缝 在厚板多层焊时,每焊完一根或两根焊条,可对焊缝进行锤击。目的是消除内应力,改善焊缝的机械性能。锤击应在温度高于30℃时进行,•锤击的力量不必过大。
(5).焊后缓冷 焊后缓冷是焊接铬钼耐热钢必须严格遵循的原则,即使在炎热的夏季也必须做到这一点。一般是焊后立即用石棉布覆盖焊缝及近缝区。
(6).焊后热处理 铬钼耐热钢焊后必须进行热处理,如果条件许可,•应在焊后立即送到炉子里处理。这是因为铬钼钢产生的裂缝略有延迟性,焊后立即热处理是避免延迟裂缝的最有效措施。如果条件不许可,则要做到焊后保温缓冷。
焊后热处理的工艺有两中: 一种是正火加回火,另一种是单一的高温回火。
4.焊接实例：
(1).焊接材料：母材: Cr5Mo，焊条:.R507，焊条直径：Φ。烘干温度: 350℃恒温1小时后，降至100℃恒温，使用前放入焊条保温筒随用随取。
(2).焊接设备: 直流弧焊机;电极接法: 直流反接法。
(3).工艺参数:
焊接电流: (100-140)A ,焊缝层数: 单道多层焊。焊前预热温度: (150-200)℃
焊后高温回火温度：(740-760)℃
(4).焊前准备工作及焊接过程中的注意事项：
a.焊接场地的环境温度不宜过低。气温低时要注意避免点固焊缝开裂。
b.坡口若是用气割成形时，焊前，管子或管端200mm范围内必须退火，并用角向磨光机将渗碳层磨掉。
c.焊前应将焊口两边各100mm范围内用火焰预热，其预热温度为(350-400)℃。点固焊时也要进行预热，以防点固焊的开裂。
d.焊接过程中，应不使工件受风、雪、雨的直接侵袭，管子两头要堵住，避免受穿堂风影响。
e.焊接时要连续焊完，焊接完后或中断焊接时，应立即用石棉布包好，使其缓冷，再焊时要重新预热。
f.由于焊缝金属比管材线膨胀系数大，冷凝时弧坑焊肉较薄处易出现裂纹，所以，不得多
