Q235筒体埋弧自动焊工艺

1、绪论低碳钢是社会生活中应用最普遍的一种钢材，而Q235又是其中的代表性钢材，在钢材市场中占有很大的比重，这也就使得Q235的焊接显得很重要，在未来很长一个时期内Q235的使用在钢材份额内仍将占有一个很大的比重，本设计将就Q235钢筒体的焊接工艺做出设计研究，就Q235的焊接过程以及焊接中可能出现的问题作出合理的分析研究。焊接技术日趋发展，在世界人民生活中的应用也越来越普遍，从而使焊接也显得越发的重要。作为一名学习焊接技术专业的大学生，我觉得自己应该在我国的焊接技术发展中做出自己的贡献，本人将以公司拥有设备的实际情况为基础简单介绍一下Q235钢筒体埋弧自动焊的焊接工艺。下面先了解一下焊接技术发展

2、的简单情形，焊接技术是十九世纪末二十世纪初发展起来的。由于它具有一系列技术和经济上的优越性，所以几十年来，其进展之快，贡献之大，都很惊人，为现代工业发展和人类现代化生带来了很大的利益。目前焊接已广泛应用在许多行业和领域，如汽车制造、石油化工、压力容器、矿山机械、船舶制造、起重设备、航空航天、建筑结构、核动力设备等。随着焊接技术向机械化、自动化方面发展，焊接的应用领域和范围将日益扩大。目前，在工业发达国家，焊接用钢量一站工业总用钢量的一半左右，焊接用钢量占工业总用钢量的比例已经成为一个国家工业发展水平的重要标志。中国在2004年焊接用钢量已突破1亿吨，成为世界最大的焊接大国。现今，在我国许多行业

3、的制造工厂，如造船厂、锅炉厂、车辆厂、矿山机械厂、石化机械厂、起重机厂等都建有专门的焊接生产车间，负责本企业的焊接制造工作。随着社会的进步和经济的发展，人们一方面要推出新技术和新的焊接形式来满足生产发展的需要，另一方面焊接也向着大型化、高参数和高寿命的方向发展。如500kt级油轮的长度达382m，宽68m,高72m。许多焊接产品不仅尺寸大，而且工作条件苛刻，常处于高温、高压、低温、深冷、高速、腐蚀、易燃、易爆、有毒的环境中，有的是几种情况共存，又都要求长期运行，一旦出现故障和事故，后果是不堪设想的，这就对焊接技术提出了更高的要求：1.为满足低温、深愣、高温、高压、腐蚀的环境和大型化的要求，必须

4、采用某些特殊性能的材料，如高强钢、耐热钢、抗氢钢、低温钢等，而这就给焊接增加了困难，也促使一些新的焊接材料、焊接工艺方法产生和发展。等离子焊、电子束焊、窄间隙气体保护电弧焊等就是这样发展起来的。2.为确保焊接运行的安全可靠，要求在制造过程中，特别是对焊接的质量要全面严格控制。焊接机械化、自动化和机器人的应用，也正是在确保焊接质量要求下形成的发展趋势。焊接技术的进一步发展也促进了焊接材料、焊接工艺方法、焊接基础理论和焊接设备的发展，反过来也未焊接质量提供了保障。在科学技术飞速发展的当今时代，焊接已经成功地完成了自身的蜕变。很少有人注意到这个过程何时开始，何时结束。但它确确实实地发生在过去的某个时

5、段。我们今天面对着这样一个事实：焊接已经从一种传统的热加工技艺发展到了集材料、冶金、结构、力学、电子等多门类科学为一体的工程工艺学科。而且，随着相关学科技术的发展和进步，不断有新的知识融合在焊接之中。剖析现代的焊接，我们不难发现其愈发显现出的几大特征：一焊接已成为最流行的连接技术在当今工业社会，没有哪一种连接技术象焊接那样被如此广泛、如此普遍地应用在各个领域。而其中最主要的原因就是其极具竞争力的性价比。二焊接显现了极高的技术含量和附加值在人类社会步入二十一世纪的今天，焊接已经进入了一个崭新的发展阶段。当今世界的许多最新科研成果、前沿技术和高新技术，诸如：计算机、微电子、数字控制、信息处理、工业

6、机器人、激光技术等，已经被广泛地应用于焊接领域，这使得焊接的技术含量得到了空前的提高，并在制造过程中创造了极高的附加值。三焊接已成为关键的制造技术焊接作为组装工艺之一，通常被安排在制造流程的后期或最终阶段，因而对产品质量具有决定性作用。正因为如此，在许多行业中，焊接被视为一种关键的制造技术。四焊接已成为现代工业不可分离的组成部分在工业化最发达的美国，焊接被视为“美国制造业的命脉，而且是美国未来竞争力的关键所在”。其主要根源就是基于这样一个事实：许多工业产品的制造已经无法离开焊接技术的使用。在人类发展史上留下辉煌篇章的三峡水利工程、西气东输工程以及“神舟”号载人飞船，哪个没有采用焊接结构？以西气

7、东输工程项目为例，全长约4300公里的输气管道，焊接接头的数量竟达35万个以上，整个管道上焊缝的长度至少1万5千公里。离开焊接，简直无法想象如何完成这样的工程。如果将焊接比喻为我们生命中的阳光、空气和水难免会感到夸张，但勿容质疑的一点却是：焊接今天已经深深地溶入了现代工业经济中，并在其中显现了十分重要、甚至是不可替代的作用。第一章 Q235的焊接性分析1.1 Q235的介绍Q235是普通碳素结构钢普板。Q235是一种钢材的材质。Q代表的是这种材质的屈服，后面的235，就是指这种材质的屈服值，在235左右。并会随着材质的厚度的增加而使其屈服值减小。Q235A，Q235B，Q235C，Q235D。

8、这是等级的区分，所代表的，主要是冲击的温度有所不同而已！A，B，C，D，所不同的，指的是它们性能中冲击温度的不同。分别为：Q235A级，是不做冲击；Q235B级，是20度常温冲击；Q235C级，是0度冲击；Q235D级，是-20度冲击。在不同的冲击温度，冲击的数值也有所不同。元素含量：A、B、C、D硫含量依次递减；A和B的磷含量相同，C的磷含量次之，D磷含量最少Q235各个级别的化学成份：Q235分A、B、C、D四级(GB700-88) Q235A级含 C0.140.22% Mn0.300.65 Si0.30 S0.050 P0.045 Q235B级含 C0.120.20% Mn0.300.6

9、70 Si0.30 S0.045 P0.045 Q235C级含 C0.18% Mn0.350.80 Si0.30 S0.040 P0.040 Q235D级含 C0.17% Mn0.350.80 Si0.35 S0.040 P0.035就其脱氧方法而言，可以采用F,b,z分别表示为沸腾钢、平镇静钢、镇静钢。沸腾钢是脱氧不完全的钢，塑性和韧性较差。用这种材料制成的焊接结构，受动力载荷作用时接头容易出现裂缝。不宜在低温下工作，有时会产生硬化现象。相比之下，镇静钢质优而匀，塑性和韧性都好。Q235的机械性能：抗拉强度（b/MPa）：375-500伸长率（5/%）：26（a16mm），25（a>1

10、6-40mm）24（a>40-60mm），23（a>60-100mm）22（a>100-150mm），21（a>150mm）其中 a 为钢材厚度或直径。在板材里，是最普通的材质，属普板系列。过去的一种叫法为：A3。执行标准：外部标准为：GB709，内部标准为：GB3274-881.2 Q235的焊接性分析1.2.1 Q235钢的组织性能分析 Q235钢冶炼容易、工艺性好、价廉，而且在力学性能上也能满足一般工程结构及普通机器零件的要求，所以应用很广泛。但钢中的S、P和非金属夹杂物含量比优质碳素结构钢多，在相同含碳量及热处理条件下，其塑性、韧性较低，加工成形后一般不进行热处

11、理，大都在热轧状态下直接使用，通常轧制成板材、带材及各种型材。 Q235塑性好、焊接性好、强度较低、一般轧制成板材带材和各种型钢，主要用于工程结构，如桥梁、高压线塔、金属结构件、建筑构架等，和制造受力不大的机器零件，如铆钉、螺钉、螺母、轴套及某些农机零件等。Q235的强度较高，可用于制作受力中等的普通零件，如链轮、拉杆、小活塞销、轻轨鱼尾板等。1.2.2 Q235的技术参数Q235的成分列表见表1-1表1-1部分钢的成分列表牌号等级化学成分，脱氧方法CMnSiSP不大于Q1950.060.120.250.500.300.0500.045FbZQ215A0.090.150.250.550.300

12、.0500.045FbZB0.045Q235A0.140.220.300.650.300.0500.0445FbZB0.120.200.300.700.045C0.180.350.800.0400.040ZD0.170.0350.035TZQ255A0.180.280.400.700.300.0500.045ZB0.045Q2750.280.380.500.800.350.0500.045ZQ235的力学性能列表表1-2部分钢的力学性能列表牌号等级拉伸试验冲击试验屈服点抗拉强度伸长率温度,V型冲击功(纵向)J钢材厚度（直径），mm钢材厚度（直径）,mm161640406060100100150

13、150161640406060100100150150不小于不小于不小于Q195(195)（185）3153903332Q215A215205195185175165335410313029282726B2027Q235A235225215205195185375460262524232221B2027C0D-20Q255A255245235225215205410510242322212019B2027Q275275265255245235225490610201918171615Q235的冷弯试验列表表1-3冷弯试验列表序号检验项目取样个数，个取样方法试验方法1化学分析1（每炉罐号）GB

14、222GB233.1-233.5GB233.8-233.12GB233.18-233.19GB233.23-233.24GB233.31-233.32GB233.362拉伸1GB2975GB228、GB63973冷弯GB2324常温冲压3GB21605低温冲压GB4159Q235钢材的检验项目，取样数量，取样方法和试验方法应符合下表规定表1-4钢材的检验项目序号检验项目取样个数，个取样方法试验方法1化学分析1（每炉罐号）GB 222GB233.1-233.5GB233.8-233.12GB233.18-233.19GB233.23-233.24GB233.31-233.32GB233.362拉

15、伸1GB2975GB228、GB63973冷弯GB2324常温冲压3GB21605低温冲压GB4159第二章 Q235钢筒体的焊接工艺2.1 Q235钢筒体焊接选用工艺参数本设计选用的母材是Q235B，板厚为14mm，手工电弧焊用焊条为J422，埋弧焊用焊剂为HJ431，焊丝为JW-2（H08A）。2.2 焊条电弧焊原理、特点及应用 用手工操作焊条进行焊接的电弧焊方法称为焊条电弧焊（缩写SMAW，ISO代号为111）。它是利用焊条与焊件之间建立起来的稳定燃烧的电弧，使焊条和焊件熔化，从而获得牢固的焊接接头。原理如图 焊条电弧焊的原理1药皮 2焊心 3保护气 4电弧 5熔池6母材 7焊缝 8渣壳

16、 9熔渣 10熔池 焊条电弧焊具有设备简单、操作方便、适应性强，对焊接头的装配要求低、能在空间任何位置焊接，但对焊工技术要求高、劳动条件差、生产效率低、焊接质量依赖程度高等的特点。所以被广泛应用于造船、锅炉及压力容器的制造、机械制造、建筑结构、化工设备制造等工业领域。2.3 焊条电弧焊工艺分析2.3.1 焊前准备用气割或碳弧气刨加工坡口时，应保证加工面的质量，防止其表面凸凹不平，不合格的予以修磨，坡口表面不得有裂纹、夹渣、分层等缺陷，否则予以去除或修补。清除坡口及其两侧1020mm范围内的油污、铁锈、氧化皮等赃物。焊条应按照规定的温度烘干，入炉和出炉的温度不应过高，以防药皮脆裂。2.3.2 焊

17、接接头形式、坡口和焊缝 1.（1）接头形式 用焊接方法连接的接头成为焊接接头常用的接头形式有：对接接头、搭接接头、角接接头、和T型接头。选择焊接接头形式主要根据产品的结构，并综合考虑受力条件、加工成本等因素。（2）坡口 坡口是根据设计或工艺需要，在焊件的待焊部位加工成一定几何形状并经装配后构成的沟槽。坡口形式取决于焊件接头形式、焊件厚度以及对接头质量的要求，国家标准GB/T985-1988对此作了详细的规定。 对接接头是焊接结构中最常见的接头形式。根据板厚不同对接接头常用的坡口形式有I形，Y形，X形，带钝边U形等。角接接接头和T形接头的坡口形式可分为I形、带钝边的单边V形坡口和K形坡口等。 （

18、3）焊缝 焊缝是指焊件经焊接后所形成的结合部分。按空间位置可分为平焊缝、横焊缝、立焊缝及仰焊缝四种形式；按结合方式可分为对接焊缝、角焊缝及塞焊缝。按焊缝断续情况可分为连续焊缝和断续焊缝两种形式。2. 防止焊接接头产生晶间腐蚀的措施 1）首先要选用适当的焊接方法 使它输入焊接熔池的热量最小，让焊接接头尽可能地缩短在敏化温度期间停留的时间，减少危险问对它的影响。对于薄件.小型而规则的焊接接头，选用高能量的真空电子束或等离子弧焊最为有利；对于中等厚度的板材的焊缝，可采用熔化极自动或半自动气体保护焊来施焊；而大厚度的板材的焊接选择用埋弧焊较为理想；气焊不宜应用，钨极氩弧焊不够理想，焊条电弧焊为常用的焊

19、接方法。 2）操作方面 : 尽量采用窄焊缝，多道多层焊，每一道焊缝或每一层焊缝焊后，要等到焊接处冷却到室温再进行次一道或次一层焊； 在施焊过程中不允许焊接材料在熔池中摆动来增高熔池的温度和冷却时间； 对于管壁较厚而管径又小的炉管来说，首先用氩弧焊进行封底焊，可以不加填充材料进行熔焊，在可能的条件下管内可通氩气保护。一来保护焊接熔池不宜氧化，二来又可以加快焊缝冷却，同时也有利于背面焊缝成形。 对于接触腐蚀介质的焊缝，在有条件的情况下一定要最后施焊，以减少接触介质焊缝的受热次数。2.3.3 焊接工艺参数及选择 焊条电弧焊的焊接工艺参数包括：焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、电源种类和极性、焊

20、接层数等。焊接工艺参数选择的正确与否，直接影响焊缝形状、尺寸、焊接质量和生产率。（1）焊条直径 焊条直径指焊芯直径。它是保证焊接质量和效率的重要因素。焊条直径的选择一般根据焊件厚度选择，还应考虑接头形式、施焊位置和焊接层数，对于重要的焊接结构还要考虑焊接热输入的要求，一般情况，焊条直径与焊件厚度之间关系的参考数据见表2-1。 表2-1 焊条直径与工件厚度之间的关系焊件厚度mm2 3 45 612 13焊条直径mm 2 3.23.2445 46 （2）焊接电源种类和极性的选择 用交流电源焊接时，电弧稳定性差。采用直流焊接时，电弧稳定、飞溅少，但电弧磁偏吹较交流严重。低氢型焊条稳弧性差，通常必须采

21、用直流焊接电源，且一般来说用反接，因为反接的电弧比正接稳定。 （3）焊接电流的选择 选择焊接电流时，应根据焊条类型、焊件直径、焊件厚度、接头形式、焊接位置和层数等因素综合考虑。焊接电流选择不当易造成未焊透、夹渣或咬边、焊穿金属飞溅等。对于一定的直径的焊条有一个合适的电流范围，可参考表2-2。表2-2 焊接电流和焊条直径的关系焊接直径mm1.62.02.53.24 56焊接电流A254040655080100130160210200270260300 在相同焊条直径的条件下，平焊电流可大一些，其它位置焊接电流应小一些。相同条件下，碱性焊条的焊接电流比酸性焊条小10左右 （4）焊缝层数的选择 在焊

22、接厚度较大时，往往要进行多层焊，对于低碳钢和强度低的低合金钢的多层焊时，焊层厚度不能太大，对于质量要求高的焊缝，每层厚度不超过45mm。焊层厚度主要依据焊件厚度、焊条直径、坡口形式和装配间隙等来确定，可按下面公式估算：n=d式中, n为焊接层数: 为焊接厚度(mm): d为焊条直径(mm)。(5)电弧电压与焊接速度 焊条电弧焊的电弧电压主要由电弧长度来决定:电弧越长,电弧电压越大；电弧越短，电压越小。在焊接的过程中应尽量使用短弧焊接。立焊、仰焊时，焊接电弧应比平时更短，以利于溶滴的过渡。2.3.4 Q235筒体的焊接 应严格按照焊接工艺或焊接文件的要求进行。焊接过程中，焊接速度应该均匀适当，既

23、要保证焊透又要保证不焊穿，同时还要使焊缝宽度和余高符合设计的要求。2.4 Q235筒体的埋弧焊埋弧焊是目前广泛使用的一种生产效率较高的机械焊接方法。它与焊条电弧焊相比，虽然灵活性差一些，但焊接质量好、效率高、成本低，劳动条件好。一般I类压力容器筒体选用Q235钢（Q235B）制造，其质量和规格应符合国家标准规定的产品要求。根据等强度原则，焊接材料选用镀铜焊丝JW-2（H08A），其化学成分和力学性能见表2-3.表2-3 JW-2焊丝化学成分和力学性化学成分（质量分数，%）力学性能C Mn Si S P Cub/ Mpa （%）0.09 0.38 0.01 0.012 0.017 0.08537

24、 28依据焊剂与焊丝匹配的原则，选用熔炼焊剂HJ431，焊前进行250烘干处理点固焊和封底焊（打底焊）选用J422焊条，并按使用要求烘干。2.4.1 埋弧焊焊接工艺参数 采用MZ-1000型埋弧自动焊机，就坡口形式、焊接电流、电弧电压、焊剂速度等工艺参数，在室内进行焊接试验，焊后依据GB150-1998钢制压力容器等相关标准进行检验。坡口形式板材厚度为12mm，采用3.2焊丝和240A焊接电流进行施焊，检验结果见表2-4.表2-4坡口形式和检验结果坡口形式钝边Pmm根部间隙 bmm检验结果V形I形I形*I形 2 - - -120101 全部焊缝烧穿 部分焊缝烧穿少部分焊缝烧穿，熔深不到3 效果

25、较好，熔深达板厚的23 注：*为采用双面埋弧焊，先用手工电弧焊进行反面封底（打底焊），然后正面进行埋弧焊，焊后用气刨刨掉打底层，在进行一遍埋弧自动焊。板厚12mm时焊接工艺参数见表2-5.表2-5埋弧自动焊板厚12mm时焊接工艺参数工艺参数项目施焊位置dmmIAUVv(mh)1内4.03803024外4.043032262内4.04003224外4.045034263内4.04503424外4.050036264内4.05503624外4.065038262.4.2 埋弧焊的原理及特点 埋弧焊（英文缩写SAW，ISO代号为12），是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。是利用焊丝和焊件之间燃烧的电

26、弧产生热量，熔化焊丝、焊剂和母材而形成焊缝的。 焊接过程如图 埋弧焊焊接过程1V型坡口 2焊道 3焊渣 4焊剂挡板 5接电源 6接自动送丝装置 7接焊剂漏斗 8焊剂输入导管 9焊剂 10接电源11母材 12电极（焊丝或焊带） 13引弧板14衬垫埋弧焊主要有生产率高、焊缝质量好、焊接成本低、劳动条件好的优点，有难以在空间位置施焊、对焊件装配质量要求高、不适合焊接薄板和短焊缝。它广泛用于造船、锅炉、化工容器、大型金属结构和工程机械等工业制造部门，是当今焊接生产中普遍使用的焊接方法之一。 2.5 焊接工艺分析2.5.1 焊前准备检查焊件坡口角度、钝边尺寸是否符合工艺文件的要求坡口面凸凹不平处应打磨修

27、补，有裂纹、分层等缺陷应予清除。并清除破口及两侧各2030mm范围内的油污、铁锈、氧化物、熔渣和水分等有害物质。也应保证焊剂清洁粒度均匀，焊丝应清除表面的油渍和锈斑等。2.5.2 坡口的选择 由于焊件的厚度为14mm，厚度较大，坡口应选择双V形、双U形，双Y形坡口2.5.3 焊接工艺参数及选择埋弧焊工艺参数分为主要参数和次要参数。主要参数是指那些直接影响焊缝质量和生产效率的参数，它们是焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝和焊剂的成分与配合、电流的种类及极性和预热温度等。对焊缝质量产生有限或无多大的影响的参数称为次要参数。厚板的工艺参数如表2-6所示。表2-6厚板多层焊接工艺参数 焊接层数焊丝直径

28、(mm) 焊接电流(A)电弧电压(V)焊接速度（m/h）第一、二层430040035372832 中间各层535040036382530 盖面层630035038422832焊接工艺方法确定后，即可按照钢材、板厚、和对接接头的要求，选择合适的焊剂和焊丝牌号，对于厚板或窄间隙埋弧焊接头，应选择能满足接头性能要求又具有良好工艺性和脱渣性的焊剂。常用埋弧焊焊剂与匹配的焊丝牌号如表2-7。表2-7常用埋弧焊焊剂的用途及培勇的焊丝焊剂类型焊剂型号成分类型用途配用焊丝适用电流类型使用前焙烘（b）熔炼型熔炼型HJ130无Mn高Si低F低碳钢低合金钢H10Mn2交直流2×250HJ131无Mn高Si

29、低FNi基合金Ni基焊丝交直流2×250HJ150无Mn中Si中F轧辗堆焊H2Cr13直流2×250HJ151无Mn中Si中F奥氏体不锈钢相应钢种的焊丝直流2×300HJ172无Mn低Si高F含Nb、Ti不锈钢相应钢种的焊丝直流2×400HJ173无Mn低Si高FMn、Al高合金相应钢种的焊丝直流2×250HJ230低Mn高Si低F低碳钢低合金钢H08MnA H10Mn2交直流2×250HJ250低Mn中Si中F低合金高强钢相应钢种的焊丝直流2×350HJ251低Mn中Si中F珠光体钢CrMo钢焊丝直流2×350H

30、J252低Mn中Si中F15MnVH08MnMoA直流2×350HJ260低Mn高Si中F不锈钢不锈钢焊丝直流2×400HJ330中Mn高Si低F低碳钢低合金钢H10Mn2交直流2×350HJ350中Mn中Si中F低合金高强钢MnMo MnSi焊丝交直流2×400HJ351中Mn中Si中FMnMo合金钢相应钢种的焊丝交直流2×400HJ430高Mn高Si低F低合金高强钢H08AH08MnA交直流2×250HJ431高Mn高Si低F低碳钢低合金钢H08A交直流2×250HJ432高Mn高Si低F低碳钢低合金钢H08A交直流2&

31、#215;250HJ433高Mn高Si低F低碳钢H08A交直流2×350烧 结 型SJ101碱性重要的低合金钢H08MnA H08MnMoA交直流2×350SJ301中性低碳钢锅炉钢H08MnAH08MnMoA交直流2×350SJ401酸性低碳钢低合金钢H08A交直流2×250SJ501酸性低碳钢低合金钢H08AH08MnA交直流2×350SJ502酸性低碳钢低合金钢H08A交直流2×300由于埋弧焊的电弧热效率较高，焊缝及热影响区的冷却速度较慢，因此对于一般焊件结构，板厚90mm一下的接头可不预热；厚度50mm以下的普通低合金钢，如

32、施工现场的环境温度在10以上，焊前也不必预热；强度极限600MPa以上的高强钢或其他低合金钢，板厚20mm以上的接头应预热100150。后热焊后热处理通常只用于低合金钢厚板的焊接接头。综上所述，本设计将选择埋弧焊工艺。第三章 焊接中容易出现的问题及预防措施3.1 消除应力裂纹消除应力裂纹又称为再热裂纹。经研究确认，消除应力裂纹的产生是由于晶界优先滑动而导致微裂纹发生并扩展所致。即焊后再热时，在残余应力松弛过程中，粗晶区应力集中部位的晶界滑动变形量超过了该部位的塑性变形量超过了该部位的塑性变形能力，就会产生消除应力裂纹。理论上消除应力裂纹产生的条件可用下式表示 ee0式中 e粗晶区局部晶界的实际

33、塑性应变； e0粗晶区局部晶界的塑性变形能力，即不产生开裂的临界应变量。防止消除应力裂纹的措施：（1） 选用对消除应力裂纹敏感性低的母材；（2） 选用低强高塑性的焊接材料；（3） 控制结构刚性与焊接残余应力；（4） 工艺方面的措施； 1）预热 2）焊后及时进行后热处理 3)控制线能量 Q235钢中大都含有Cr、Mo、V、Nb、Ti、B等提高消除应力裂纹敏感性的元素，其中作用最大的是V，其次是Mo，因而二者共存时情况最严重。一般认为Mo-V钢，特别是Cr-Mo-V钢对消除应力裂纹的敏感性最高，Mo-B钢、Cr-V钢也有一定的敏感性。不同成分的钢对消除应力裂纹敏感的温度不尽相同，焊接时可通过降低退

34、火温度、进行适当预热或后热等措施，防止消除应力裂纹。3.2 层状撕裂层状撕裂产生的根本原因是钢中存在夹杂物 。钢在轧制过程中夹杂物被轧成片状，平行于钢板表面眼轧制方向分布。这种片状夹杂物的存在，大大削弱钢板在厚度方向的力学性能，特别是断面收缩率（Ak）大大降低。防止层状撕裂的措施(1)控制夹杂物，特别是硫化物 薄片状夹杂物相当于金属内部尖锐的缺口，使钢板的Z向力学性能大大降低，经实验证明，当钢种含硫量极低时，各个方向的 塑性指标均有提高，层状撕裂敏感性随之降低。（2）防止母材脆化 焊接中发生过热区粗晶脆化、应变时效脆化及氢脆等，母材层状撕裂的敏感性明显增加，在焊接中应采取预热、保温缓冷、控制层

35、间温度等降低冷却速度。（3）设计和工艺上的措施 1）尽量采用双侧焊缝 ，避免单侧焊缝。可以缓和焊缝根部的应力分布并减小应力集中。 2）在强度允许的条件下，尽量采用焊接量小的对称角焊缝来代替焊接量大的全焊透焊缝，以减小应力。3）对于T形接头 可在横板上预堆焊一层强度低的金属，以防止出现焊根裂纹，可缓解作用在横板上Z向应力。3.3 热影响区性能的变化 热轧及正火钢焊接时，热影响区性能的主要变化是过热区脆化和可能发生的热应变脆化。 （1）过热区脆化 过热区的加热温度在1200固相温度范围内，高的加热温度造成奥氏体晶粒严重粗化及难熔质点（氮化物、碳化物）溶如固溶体，在这些都将明显影响过热区的性能。具体

36、变化则随钢种成分不同而异，而且与焊接工艺（主要是线能量）有密切关系。 正火钢的过热区催化的原因与魏氏组织无关，除晶粒粗化外，主要是由于在1200的高温下，起沉淀强化作用的碳化物、氮化物质点分解并溶解于奥氏体中，而在随后的冷却过程中来不及在析出而固溶在基体中，结果使铁素体的硬度上升，韧性下降。所以正火钢过热区的韧性随线能量的增加而下降，并与沉淀强化元素的含量有关。其实质是由于焊接热源的高温作用，使母材焊前的正火效果消失的结果。当然，在钢中若含有较多的碳和合金元素时（如Q235钢），也应注意快冷时发生马氏体转变而造成的脆化。 （2）热应变脆化 热应变脆化是焊接过程中在热和应变同时作用下产生的一种应

37、变时效，它是由于固溶的氮所引起的。它的形成机理虽有很多的论述，但至今尚未有明确、一致的结论，多数人认为，是碳、氮原子集聚在位错附近对位错产生钉扎作用而引起的。一般认为在200400是最为明显，消除应变脆化的有效措施是进行焊后热处理，经600左右的消除应力退火后，材料的韧性可恢复到原来的水平。改善热影响区的性能的措施（1）焊后热处理 焊后热处理（如正火或正火+回火）可以改善组织，有效的提高性能，是重要产品制造过程中常用的一种工艺方法。但是对于大型的、复杂的或在工地装配的结构即使采用局部热处理也很困难，因此焊后热处理的应用很有效。（2）合理制订焊接工艺 包括正确选择预热温度、合理控制焊接参数及后热

38、等。3.4 结晶裂纹结晶裂纹又叫凝固裂纹，主要产生于焊缝凝固过程中。当冷却到固相温度附近时，由于凝固金属的收缩，残余液体金属不足而不能及时填充，在应力作用下发生沿晶界开裂。结晶裂纹主要产生在含杂质（S、P、C、Si）偏高的碳钢、低合金钢以及单相奥氏体钢、镍基合金与某些铝合金焊缝中。一般沿焊缝树枝状晶的交界处发生和扩展。常见于焊缝中心沿焊缝长度扩展的纵向裂纹，有时也分布在两个树枝晶粒之间。结晶裂纹表面无金属光泽，带有氧化颜色，焊缝表面的宏观裂纹中往往填满焊渣。结晶裂纹的上述特征，说明其形成温度是在焊缝金属凝固后期熔渣尚未凝固的高温阶段；裂纹沿晶界扩展表明，在此温度区间晶界是焊缝金属中的薄弱环节。

39、尽管有些低碳钢中含有一定的Ni，但对结晶裂纹的敏感性比某些碳钢还低些。也就是说，这类钢的化学成分可以满足防止结晶裂纹的要求。3.5 冷裂纹大量研究结果表明，对钢材来说冷裂纹形成的温度大体在100-100之间，具体温度随母材与焊接条件而不同。冷裂纹多产生于有淬硬倾向的低合金高强度钢和中、高碳钢的焊接接头。裂纹大多在热影响区，通常发源于熔合区，有时也出现在高强度钢和钛合金的焊缝中。形成冷裂纹的三个基本因素：（1） 氢的影响 导致接头产生冷裂纹的氢主要是扩散氢。，实验证明，随着焊缝中扩散氢含量的增加，冷裂纹率较高。例如，用含有较多有机物的焊条进行焊接，出现大量的焊道下裂纹；而用低氢型焊条焊接时，则未

40、出现或很少出现焊道下裂纹。近年来，一些学者在显微镜下观察弯曲试件的断裂情况时，还观察到在裂缝尖端附近有氢气泡析出。扩散氢含量还影响延迟裂纹延时的长短，扩散氢含量越高，延时越短。（2） 钢种的淬硬倾向 一般来说，钢种淬硬倾向越大，则接头中出现马氏体的可能性越大，则越容易产生冷裂纹。当材料一定时，随冷却速度不同，接头的组织将相应改变，冷速越高，马氏体的含量越高，导致裂纹率上升。（3） 焊接接头的拘束应力 焊接接头的拘束应力，包括接头在焊接过程中因加热不均匀所承受的热应力、相变应力、结构自身几何因素所决定的内应力。三个方面的应力都是不可避免的，由于都与拘束条件有关而统称为拘束应力。拘束应力的作用是形

41、成冷裂纹的重要因素之一，在其他条件一定时，拘束应力达到一定数值就会产生开裂。低碳钢中加入了较多的提高淬透性的合金元素，提高过冷奥氏体的稳定性，因此在焊接条件下，一般不会发生珠光体转变，容易得到马氏体和贝氏体。马氏体属淬火组织，但由于含碳量低，仍保持较高的韧性。而且这类钢的Ms点比较高，如果在Ms点附近的冷速比较低，Ms点后就形成一次“自回火”过程，使韧性得到改善，而且避免产生冷裂纹。反之，若在Ms点附近的冷速较高，比能实现“自回火”，在焊接应力的作用下就很可能产生冷裂纹。因此，从防止冷裂纹的角度考虑，焊接低碳钢时，希望高温时冷速较高，而在Ms点附近的冷速要低些。低碳钢对扩散H比较敏感，当对H控

42、制不严时，冷裂纹敏感性还是相当高的。3.6 影响Q235钢焊接性的其他因素Q235钢中含碳较低。含锰、硅又少，所以，通常情况不会因焊接而引起严重硬化组织和淬火组织，这种钢材的塑性和冲击韧性度优良，焊成的接头韧性和冲击韧度也很好，焊接时一般不需要预热。控制层间温度和后热，焊后也不必采用热处理改善组织，可以说整个焊接过程不需要特殊的工艺措施，其焊接性良好，可以采用各种焊接方法焊接，但遇到下述情况，低碳钢的焊接性也会不好，焊接时出现困难。 1）Q235钢母材不合格，含碳、硫过高，焊接时可能出现裂纹，尤其是遇到下列情况，如角焊缝、对接多层焊第一道焊道、整个板面采用单面焊单层焊缝和大间隙对接第一道焊缝等

43、。 2）采用旧冶炼方法生产的低碳转炉钢。因含氮高，杂质较多，冷脆性和实效敏化感性大，焊接接头质量低，焊接性较差。因此，转炉冶炼低碳钢不能用于重要的结构件。国内目前生产转炉用铝.钛脱氧，钢的质量大为改善。即使这样，这种钢作重要结构之前应对焊接性特别是实效敏感性.冷脆敏感性进行评估，以保证焊接结构质量。 3）低碳沸腾钢。由于沸腾钢脱氧不完全，局部硫磷偏析大，实效敏感性.冷脆敏感性大，焊接热裂纹倾向较大，所以这种钢不宜做承受动载或严寒条件下工作的重要结构。镇静钢脱氧完全，含氧量低，杂质分布较均匀，可用于制造焊接结构。焊接沸腾钢在工艺上应采取必要措施，防止裂纹。 4）焊接方法不当，如埋弧焊热输入大，会

44、使焊接热影响区出现粗晶组织，使热影响区韧性降低；电渣焊的热输入比埋弧焊还要大，热影响区晶粒更加粗大，韧性降低明显，所以低碳钢电渣焊接头焊后通常要第四章 焊后热处理及检验4.1 焊后热处理焊后热处理主要是指焊后消氢处理，是在焊接完成以后，焊缝尚未冷却至100以下时，进行的低温热处理。一般规范为加热到200350，保温26小时。焊后消氢处理的主要作用是加快焊缝及热影响区中氢的逸出，对于防止焊接时产生焊接裂纹的效果极为显著。在焊接过程中，由于加热和冷却的不均匀性，以及构件本身产生拘束或外加拘束，在焊接工作结束后，在构件中总会产生焊接应力。焊接应力在构件中的存在，会降低焊接接头区的实际承载能力，产生塑

45、性变形，严重时还会导致构件的破坏。消应力热处理是使焊好的工件在高温状态下，其屈服强度下降，来达到松弛焊接应力的目的。常用的方法有两种：一是整体高温回火，即把焊件整体放入加热炉内，缓慢加热到一定温度，然后保温一段时间，最后在空气中或炉内冷却。用这种方法可以消除80%-90%的焊接应力。另一种方法是局部高温回火，即只对焊缝及其附近区域进行加热，然后缓慢冷却，降低焊接应力的峰值，使应力分布比较平缓，起到部分消除焊接应力的目的。为改善压力容器焊接区的性能和消除残余应力等有害影响，对焊接区及有关部位在金属相变温度点以下充分均匀加热，然后又均匀冷却以进行消除应力退火。焊后热处理是保证压力容器焊接接头性能的

46、一个非常重要的环节。1）焊后消除应力热处理条件的确定 焊后消除应力热处理的条件必须根据表4-1的各项因素适当选择。表4-1焊后消除应力热处理的条件选择热处理条件需考虑的因素保温温度上限相变点以下，热处理钢（母材）的回火温度以下，在不降低母材及焊接区使用以上必备的性能范围内保温温度下限应力松弛效果；淬硬区的软化效果；氢等气体的排除保温时间上限在不降低母材及焊接区使用以上必备的性能范围内；缩短制造时间保温时间下限降低应力的效果；温度均匀化程度；硬化区的软化；氢等气体的排除；组织稳定加热速度上限防止厚工件加热不均匀；防止由温度不均匀引起的变形和应力；防止裂纹加热速度下限炉温控制；制造时间的缩短冷却速

47、度上限防止厚工件加热不均匀；防止由温度不均匀引起的变形和应力；防止再次发生残余应力及裂纹冷却速度下限炉温控制；母材及焊接区的性能；防止发生再热裂纹入炉温度上限防止温度不均匀引起的变形；防止裂纹出炉温度上限防止温度不均匀引起的变形；防止再次发生残余应力及变形2）焊后热处理a.加热温度。实施温度与设计温度之间的关系如下。设计规定的条件： To，To+(-)Td,Tmin及Tmax具体实施条件： Tm+(-)Tr 、To+(-)Tr式中Tmin焊后热处理的温度下限，;Tmax焊后热处理的温度上限，；To焊后热处理的最佳值，Td设计上允许的与焊后热处理温度最佳值相对应的温度范围Tm焊后热处理实施的指示

48、温度；Tr由热处理炉造成的焊后热处理对象的温度误差，b.保温时间 当所采用的加热温度比要求的加热温度低时，在现行的各种规定中，都采取大幅度延长保温时间的方法以弥补温度的不足，但当低于某一温度时，就得不到焊后热处理的效果。应根据结构的使用条件来选择最佳的温度和保温时间，也可以借助回火参数来进行推算。c.加热我速度 加热速度的上限随板厚的增加而降低，但一般不低于50h，对于超厚板结构，为了避免加热不均匀，应采取更低的加热温度。d.冷却速度 冷却速度如果过大，往往因热应力的作用而产生变形或裂纹，并且成为残余应力再次产生的原因。当结构件的最大厚度与最小厚度之比超过4时，一定要放慢冷却速度。当厚度很大时

49、，最好采用200x25hd的冷却速度。e.入炉和出炉速度 一般规定在400以下，如结构复杂，形状和尺寸特殊，要采用较低的出炉温度，有时甚至在100以下。f.厚度的取法 以对接接头为规格所决定的厚度，厚度不同时，取较薄板厚度；对于搭接接头取较厚板厚度；但接管加强部分，最好采用被接合件厚度之和。压力容器常用钢焊后热处理工艺见表a.某些低合金高强度钢焊后热处理温度低于表4-2规定温度的下限值时，最短保温时间根据表4-3选择。不同钢种进行焊接时，焊后热处理工艺按热处理温度要求较高的钢执行，但温度不应超过两者中任一钢种的下临界点。表4-2 压力容器常用钢焊后热处理工艺钢号焊后热处理温度最短保温时间电弧焊

50、电渣焊Q235，20，20g，20R600-640（1）当焊后热处理板厚d50mm，为d25h，但最短时间不小于0.25h（2）当焊后热处理板厚d50mm，为2+0.25x（d-50）2516Mn600-64016MnR900-930°C正火后600-640回火15MnVR.15MnNbR540-58018MnMoNbR600-640950-980°C正火后600-640回火12CrMo，12CrMog600(1)当焊后热处理板厚d125mm，为d25h，但最短时间不小于0.25h（2）当焊后热处理板厚d125mm，为5+0.25x（d-125）2515CrMog、15Cr

51、Mo60015CrMoR890-950°C正火后600回火12Cr1MoV，12Cr1MoVg640表4-3 焊后热处理温度低于规定值时的最短保温时间选用规定温度下限值降低的温度降低温度后最短保温时间h规定温度下限值降低的温度降低温度后最短保温时间h2555248011010204.2 焊后检验为了防止由于焊缝缺陷引起的容器破裂或泄漏，焊后必须对压力容器焊缝进行无损检测（NDT）。NDT是目前压力容器中最常用的检查并发现焊接缺陷的有效方法，其中包括射线检测（RT）和超声波检测（UT）.根据断裂力学观点，临界缺陷尺寸主要取决于缺陷高度，而缺陷的长度和其他参数相对是次要的。但大多数现行的

52、焊缝无损检测标准依据是缺陷长度。实际上，射线检测难以测出裂纹、未熔合以及未焊透等缺陷的高度。常规的70°斜探头所能估判的缺陷高度和超声波信号高度也不存在明显或较为简单的关系。焊缝无损检测主要是使焊缝满足使用要求和控制焊接质量，以保证压力容器在运行过程中的安全性，主要重视无损检测可能漏检的最大焊接缺陷尺寸以及能够检到的最小缺陷尺寸。常用的X射线检测法，对于高度小于焊缝12的缺陷很难发现，对于二维更是难以检测。X射线检测法优点是能够比较直观地发现和记录缺陷，但是不易判定缺陷的埋藏深度。超过100mm的焊缝，应用电子加速器照相，其发现缺陷的灵敏度和照相底片的清晰度都比r射线检测有明显的提高。大型厚壁容器的焊接，电子加速器照相检测是必备的无损检测手段。用超声波检测时，首先必须详细了解焊接结构和焊接工艺，以提高对缺陷形状、种类和尺寸的正确判断。缺陷沿焊缝长度上的位置易于确定，缺陷在焊缝中三维方位的定位，其误差较小。缺陷长度的测定误差可达10mm或更小。但是对单面焊缝的根部缺陷，超声波检测的准确性较低。射线检测和超声波检测的检测结果