Q235钢与0Cr1825Ni9钢焊接的焊接性及焊接工艺研究01

1、陕西航空职业技术学院毕业设计（论文）说明书材料与建筑工程学院焊接技术及自动化专业 毕业设计（论文）题目Q235钢与0Cr18Ni9钢焊接的焊接性及焊接工艺研究学生姓名 李创 学号 1473125 指导教师 薛书微 职称 讲师 2016 年 10 月 15 日毕业设计（论文）任务书材料与建筑工程学院院焊接技术及自动化专业学生姓名 李创 学号1473125 一、毕业设计（论文）题目 Q235钢与0Cr18Ni9钢焊接的焊接性及焊接工艺研究二、毕业设计（论文）时间 2016年910月19日至 2016 年 9 月 28 日三、毕业设计（论文）地点： 陕西航空职业技术学院 四、毕业设计（论文）的内容要

2、求：（1）、明确Q235钢与0Cr18Ni9钢的化学成分、基本性能、应用。（2）、明确Q235钢与0Cr18Ni9钢焊接的焊接性。（3）、分析Q235钢与0Cr18Ni9钢焊接的焊接材料的选用。（4）、分析Q235钢与0Cr18Ni9钢焊接的工艺要求。（5）、论述Q235钢与0Cr18Ni9钢复合钢板的焊接工艺。（6）、分析Q235钢与0Cr18Ni9钢焊接的缺陷及防止措施。指导教师 年 月 日批 准 年 月 日毕业设计（论文）评定表姓名李创学号1473125专业焊接技术及自动化毕业设计（论文）题目评阅意见评阅教师： 年 月 日答辩组成员张玉萍、薛书微、解念锁答辩时间答辩地点本人陈述碳素结构钢

3、是碳素钢的一种，含碳量约0.050.07。不锈钢指耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸碱盐等化学侵蚀性介质腐蚀的钢，奥氏体不锈钢，含铬大于18，还含有8左右的镍、钛、氮等元素。综合性能好，可耐多种介质腐蚀。答辩过程要点答辩组提问回答问题情况答辩组评语成绩答辩委员会主任签字年 月 日目录前言第一章Q235钢与0Cr18Ni9钢的化学成分、基本性能、应用一、Q235钢的化学成分、基本性能、应用二、0Cr18Ni9钢的化学成分、基本性能、应用第二章、Q235钢与0Cr18Ni9钢的焊接性分析第三章Q235钢与0Cr18Ni9钢焊接材料选用第四章、Q235钢与0Cr18Ni9钢焊接工艺要求第一节、焊前准备

4、：第二节、焊接方法的选择：第三节、焊接参数的确定：第五章Q235钢与0Cr18Ni9钢复合钢板的焊接第六章Q235钢与0Cr18Ni9T钢焊接缺陷第七章、Q235钢与0Cr18Ni9钢的焊接缺陷第八章、Q235钢与0Cr18Ni9钢防止结晶裂纹的措施防止第九章Q235钢与0Cr18Ni9钢焊后检验1.焊接质量检验的意义2.焊接检验的分类毕业设计总结参考文献前言碳素结构钢是碳素钢的一种。含碳量约0.050.70,个别可高达0.90。可分为普通碳素结构钢和优质碳素结构钢两类。用途很多,用量很大,主要用于铁道、桥梁、各类建筑工程,制造承受静载荷的各种金属构件及不重要不需要热处理的机械零件和一般焊接件

5、。碳素结构钢碳的质量分数低,焊接性能好,塑性、韧性好,有一定强度,常轧制成薄板、钢筋、焊接钢管等,用于桥梁、建筑等结构和制造普通螺钉、螺母等零件。优质碳素结构钢钢质纯净,杂质少,力学性能好,可经热处理后使用。不锈钢指耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸碱盐等化学侵蚀性介质腐蚀的钢,是二十世纪初材料领域最伟大的发明之一。不锈钢工业生产自1912年由克虏伯公司开始至今已有近百年的历史,是一种重要的工程材料,已被广泛用于各种工业和环境的结构中。近年来,中过不锈钢的表观消费量由1990年的26万吨增长到2009年近千万吨,成为世界上备受关注的不锈钢第一消费大国。Q235钢是一种普通碳素结构钢,具有冶炼容易

6、,工艺性好,价廉的优点,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应用十分广泛。0Cr18Ni9钢是一种奥氏体不锈钢,它具有优良的耐蚀性、耐磨性、强韧性和良好的可加工性。不锈钢中最为重要的钢类,其生产和使用量约占不锈钢总量的70%。第页第一章Q235钢与0Cr18Ni9钢的化学成分、基本性能、应用一、Q235钢的化学成分、基本性能、应用Q235钢是一种普通碳素结构钢,这种钢容易冶炼,工艺性好,价格低廉。Q235表示这种钢的屈服强度为235MP,Q235钢含碳量约为0.2%属于低碳钢,S、P和非金属夹杂物较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理,

7、大都在热轧状态下直接使用,通常轧制成板材、带材及各种型材主要用于工程结构(如桥梁、高压线塔、金属构件、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钢的化学成分和力学性能如下表：表1.1Q235化学成分牌号等级化学成分（质量分数）（%）CMnSiSPQ235A0.140.220.300.650.300.0500.045B0.120.200.300.700.045C0.180.350.800.0400.040D0.170.0350.035Q235力学性能牌号拉力强度MPa屈服点MPa伸长率（%）Q23537550023526二、0Cr18Ni9钢的化

8、学成分、基本性能、应用要全面的了解这种金属我们首先就必须清楚这种材料的化成分其次我们还要清楚它的机械性能。化学成分如下：表1.2CSiMnPSNiCr0.08%1.00%2.00%0.035%0.030%8%11%18%20%机械性能如下：牌号热处理拉伸试验硬度试验屈服强度抗拉强度伸长率断面收缩率布氏硬度洛氏硬度维氏硬度0.2/MPab/MPa5（%）（%）HBSHRBHV0Cr18Ni9固溶10101150快冷205520406018790200我们就先从化学成分方面来分析下这种材料：铬、镍两元素相配合组成铬镍不锈钢,是一种较好的不锈钢。在此种不锈钢中加入大量镍是为了得到单一的奥氏体组织,从

9、而提高其耐蚀性和工艺性。在常温和低温下有很强的塑性和韧性,不具磁性,有较好的抗晶间腐蚀性能。铬是决定不锈钢抗腐蚀性能的主要元素,因为钢中含铬就能使不锈钢在氧化介质中产生钝化现象,即在表面形成一层很薄的膜,在这层膜内富集了铬。钢中含铬量愈高,抗腐蚀性能就愈强。此外,铬对钢的机械性能和工艺性能都能起到很好的强化作用。镍只有在它与铬配合时才能充分表现出来。镍是形成奥氏体的合金元素,当镍与铬配合使用时,即可使金相组织由单相的铁素体变为奥氏体和铁素体双相组织,经过热处理,可以提高强度,从而使其具有更强的不锈耐蚀性和良好的形变性能杂质元素的影响：当含碳量介于0.1%0.3%之间时,在退火后,碳将以石墨状态

10、在晶格间界上析出,破坏了晶粒间的结合力,强烈地降低镍的强度和塑性,使加工变形产生困难。另外碳与铬有很强的亲合力,能形成一系列碳化物。钢中的含碳量愈高,形成的碳化铬愈多,固溶体中含铬量就相对减少,钢的耐腐蚀性能就会降低。硫是有害的杂质,硫与镍形成Ni3S2化合物,Ni3S2与镍在625形成低熔点共晶,分布在晶粒间界上,当热变形温度超过共晶熔点时,即沿晶粒间界开裂,产生所谓"热脆"现象。镍在常温时与硫生成的Ni3S2能引起冷脆。6从上面的化学成分的分析我们可以分析出它的导热性很差,线膨胀系数很大,焊接变形也是比较大的。因而我们在焊接这种金属试件时如果在可能的情况下要采用较小的线

11、能量快速的焊接完成。特殊的合金元素就决定了它有特殊的性能,它具有良好的耐腐蚀性、耐热性、低温强度和机械性能,冲压、弯曲等热加工性好,无热处理硬化现象,无磁性,使用温度在-196-800。用途也很广泛主要应用在：1、2类餐具、橱柜、室内管线、热水器锅炉、压力容器、浴缸、汽车配件、医疗器械、建材、化学、食品工业、船舶部件等地方。在食品工业和化学工业用的由为广泛,在食品工业它可以做食品保鲜液体的贮罐,在化工行业它可以用来做反应容器,可以用来做换热容器,也可以用来做锅炉容器。可以说它的用途是非常广泛的,在未来的日子里应用也将越来越多。而在这之中用的尤为多的就是在低温压力容器制造行业,低温压力容器是工作

12、时壁温在-20以下的压力容器。液化乙烯、液化天然气、液氮和液氢等的储存和运输用容器均属低温压力容器。对于低温压力容器首先要选用合适的材料,制造这类产品首先要考虑它是否具有良好的韧性,其次盛装这些介质需要材料具有很好的抗腐蚀能力。而0cr18ni9这两种性能都有,在低温下还具有很好的强度和机械性能,因而它在这个行业应用很广泛。第二章、Q235钢与0Cr18Ni9钢的焊接性分析对于什么是焊接性,GB/T3375-94焊接术语中注明：“材料在限定的施工条件下,焊接成按规定设计要求的构件,并满足预定服役要求的能力”。它包括两方面的内容：其一是焊成的构件符合设计要求；其二是满足预定的使用条件,能够安全运

13、行。根据讨论问题的着眼点不同,焊接性可分为：（1） 工艺焊接性（2） 使用焊接性影响焊接性的因素主要有以下几点：（1） 材料因素（2） 焊接方法（3） 构件类型（4） 使用要求金属的焊接性与材料成分、焊接方法、构件类型、使用要求都有密切的关系,所以不应脱离这些因素而单纯的从材料本身的性能来评价焊接性。从上述分析可以看出,很难找出一项技术指标可以概括焊接性,只有通过综合多方面的因素才能分析焊接性问题。分析金属的焊接性我们在不要求做非常准确的情况下我们可以根据碳当量、材料的化学性能、材料的物理性能来判断,如果要求需要很准确的话我们可以通过焊接性试验来判定。下面我们分别用碳当量对Q235钢和0Cr1

14、8Ni9钢的焊接性进行初步判断。焊接性Q235钢的碳当量约为0.2%。（钢材的淬硬倾向很小,焊接性好,焊时不需要热处理）0cr18ni9属于奥氏体不锈钢,这类钢有具有交高的变形能力并不可淬硬,而且它的含碳量又很低,所以总的来说焊接性还是不错的。但是由于热导率低,热膨胀系数大,局部加热时温度分布不均匀,收缩量大等都将使接头在焊接过程中产生交大的内应力。在焊接的时候应该注意这方面的问题,焊接时尽量避免或减少这种受热不均显现的发生,焊接的速度也应该适当的快点。从上述对材料的研究得出：Q235碳钢（珠光体钢）与不锈钢（奥氏体钢0Cr18Ni9）可以焊接。不过,焊接时除了注意金属本身物理、化学性能对焊接

15、性带来的影响外,还应注意两种金属成分与组织上的差异对接头性能的影响。两种母材自身的问题：Q235钢：冷裂纹、脆化等0Cr18Ni9钢：热裂纹等特殊问题：（1） 母材对焊缝的稀释,引起焊缝组织与性能的变化Q235钢母材的溶入,将稀释填充金属,引起其成分与组织的变化。（2） 形成凝固过渡层在靠近Q235钢一侧熔合线的焊缝金属中,会形成一层与内部焊缝金属成分不同的过渡层。过渡层中的高硬度马氏体组织会使脆性增加,塑性显著降低,形成低塑性带,从而降低了焊接结构的可靠性。（3） 形成碳迁移过渡层在焊接或焊后加热（热处理或高温运行）时,碳从Q235钢一侧通过熔合区向焊缝扩散,在靠近熔合区的Q235钢上形成一

16、个软化的脱碳层,而在靠近熔合区的0Cr18Ni9钢焊缝中形成硬度较高的增碳层。（4）接头应力状态复杂局部加热引起的热应力、两种钢的热膨胀系数不同引起的残余应力（热处理无法消除此应力）。上面我们已经从它的化学成分和物理性能对Q235钢和0Cr18Ni9钢的焊接性能进行了分析,但是根据这些判断出的焊接性是不够准确的,我们需要准确的判断它的焊接性我们就必须通过焊接性试验来完成。焊接性的试验是很多的,我在这里就用斜Y型坡口焊接裂纹试验方法。板材的规格是Q235钢6×150×200mm、0Cr18Ni9钢6×150×200mm。焊接方法是手工电弧焊焊材型号A132

17、,规格3.2mm坡口形式是斜Y型焊接参数是电流：90-120A,电压20-24V,速度15-20cm/min斜Y型坡口裂纹试验图如下：图2.1焊完的试件需要经过48H时效后再作裂纹的检测和解剖。裂纹可以分为表面裂纹、跟部裂纹、断面裂纹三种形式。首先用放大镜目测或莹光粉检查焊缝表面裂纹,然后用机械方法切开六个等长度横向试片,检查五个片面上的裂纹情况。一般用裂纹率作为评定标准。根部裂纹率=LR/L×100表面裂纹率=Lf/L×100端面裂纹率=h/5H×100试验焊缝的总长度是80mm而我们焊接裂纹的总长度通过试验测得为9.8mm试件的裂纹率小于20因此在实际生产中如

18、果按要求来做的话是不会产生裂纹的,此种钢的焊接性能还是可以的。综上所述Q235钢和0Cr18Ni9钢具有较好的焊接性能的,在生产中按标准来做的话是应该可以生产出合格的产品,它的使用性能还是可以的。第三章Q235钢与0Cr18Ni9钢焊接材料选用Q235钢与0Cr18Ni9钢焊接时,焊缝及熔合区的组织和性能主要取决与焊接材料。应根据母材的种类和工作条件选择填充金属,可以归纳为以下几点：1.克服Q235钢对焊缝的稀释作用；2.抑制熔合区碳迁移过渡层的形成与发展；3.抑制凝固过渡层的形成；4.改善焊接接头的残余应力分布,希望所选用的焊接填充金属的热膨胀系数与Q235钢相接近,是高温应力集中在0Cr1

19、8Ni9钢的一侧；5.提高焊缝金属的抗热裂纹能力,若奥氏体钢中的Cr/Ni大于1,焊缝应有约5%的铁素体。0Cr18Ni9钢的焊接材料选用母材牌号工作条件及要求焊条型号焊条牌号埋弧焊焊丝氩弧焊焊丝0Cr18Ni9i300以下,耐蚀E347-1A132H0Cr18Ni90Cr18Ni9i第四章、Q235钢与0Cr18Ni9钢焊接工艺要求对0Cr18Ni9钢结构,多数情况下都有耐热和耐腐蚀的要求。因此,为了保证焊接接头的质量,需要解决的问题比较多,在编制工艺规程时,必须考虑备料、装配、焊接各个环节对接头质量可能带来的影响。此外,0Cr18Ni9不锈钢本身也是编制焊接工艺时必须考虑的重要因素。第一节

20、、焊前准备：为了保证焊接接头的耐蚀性,防止焊接缺陷,在焊前准备中对下列问题应予以特别注意。（1） 下料方法的选择0Cr18Ni9钢中的Cr含量比较高,用一般的氧乙炔火焰切割困难,可用机械切割、等离子弧切割或碳弧气刨等方法进行下料或坡口加工。机械切割最常用的有剪切、刨削等,一般只限于切割直线。剪切下料时,由于0Cr18Ni9钢韧性高,容易冷作硬化,所需剪切力比剪切相同厚度的低碳钢应大约三分之一。等离子弧切割的切割表面光滑、割缝窄,切割速度高,最大切割速度可达100mm/min,是切割奥氏体钢最理想的切割方法。电弧气刨具有设备简单,操作灵活等优点,特别适用于开孔、铲焊根、焊缝返修等场合。但若操作不

21、当,很容易在切割表面引起“粘渣”或“粘碳”。直接影响钢的耐蚀性。（2） 焊前清理为了保证焊接质量,焊前应将坡口及两侧2030mm范围内的焊件表面清理干净。有油污,可用丙酮或酒精等有机溶剂擦拭,而不应用钢丝刷或砂布进行清理。对表面质量要求特别高的焊件,应在适当的范围内涂上白垩粉调制的糊浆,以防止飞溅金属损伤焊件表面。（3） 表面保护在搬运、坡口制备、装配及点焊过程中,应注意避免损伤钢材表面,以免使产品的耐蚀性能降低,如不允许用利器划伤钢材表面积随意到处打弧等。第二节、焊接方法的选择：在异种钢焊接时,为了降低母材的稀释作用,应选用熔合比小的焊接方法。不同的焊接方法熔合比的变化是不同的。带极堆焊和非

22、熔化极气体保护焊可以得到最小的熔合比。焊条电弧焊的熔合比也比较低,而且变化范围小,焊缝成分稳定,是异种钢接头中应用最多的焊接方法。熔合比的大小主要取决于电流值。埋弧焊时,电流进行严格的控制。在选用的电流恰当的条件下,可以得到与焊条电弧焊相同的熔合比,加之埋弧焊时较强烈的搅拌作用,过渡层的宽度可能更窄些。第三节、焊接参数的确定：为了降低熔合比,应尽量用小直径的焊条和焊丝,并选用小电流、大电压和快焊速。如果Q235钢有淬硬倾向,应适当进行预热。在焊接厚大件时,为了防止因应力过高而在回火处理或使用过程中在熔合区出现开裂现象,可以在Q235钢的坡口表面堆焊过渡层。过渡层中应含有较多的强碳化物形成元素,

23、具有较小的淬硬倾向,可用高铬镍奥氏体钢焊条或镍合金电焊条（Ni307）堆焊过渡层。过渡层一般为69mm。对于不同板厚焊接电流和焊条直径选择参数如下表：表5.1焊接厚度/mm焊条直径/mm焊接电流/A平焊立焊仰焊小于22.040704060405022.52.5508050705070353.27012070957090584.01301901301451301408125.0160210第五章Q235钢与0Cr18Ni9钢复合钢板的焊接石油、化工、航海和军工生产过程中广泛应用复合钢板制造各类耐腐蚀设备,随着复合钢板的广泛应用,焊接越来越引起人们的关注。1. 不锈复合钢板的焊接特点不锈复合钢板的

24、焊接时,为了保证复合钢板保持原有的综合性能,复层与基层必须分别进行焊接,其焊接材料的选择、焊接参数等应有复层与基层的材料决定。对复层与基层交界处的焊接,实际上是属于异种钢的焊接,其焊接主要是取决基层和复层的物理性能、化学成分、接头形式、填充金属成分等。2. 坡口形式及焊接顺序平板对接、容器筒体纵、环焊缝复合钢板接头的设计和坡口形式,薄板可选用I形坡口；厚板可选用V形、U形、双Y形、VU联合坡口图6-1复合钢板的焊接顺序a) 装配b)焊基层c)修焊根d)焊过渡层e)焊复层图6-2Q235钢和0Cr18Ni9钢焊接接头及坡口形式（a） 坡口形式与尺寸（b）在Q235钢坡口上堆焊隔离层（c）焊接接头

25、1Q235钢2过渡层3正面焊缝40Cr18Ni9钢5背面焊缝。一般尽可能采用双Y形坡口双面焊。焊接顺序是先焊基层底焊缝,然后将基层焊缝焊满；翻过来用气刨铲焊根,清理熔渣和夹杂,用砂轮打磨,经检查合格后再焊过渡层；最后焊复层。3. 焊接复合钢时,还应注意以下几点:1) 下料最好用等离子弧切割,切割质量比氧乙炔火焰高,切口光滑,热影响区小。2) 装配应以复层为基准,防止错边过大影响复层质量,点焊时尽可能放在基层面。3) 焊前对坡口两侧20-40mm范围进行仔细清理。4) 焊接过渡层应选用最小电流。5) 复合钢板焊后一般不做热处理以免发生碳元素从基层向复层移,并发生厚度方向的应力。6） 应选用奥30

26、9直径3.2焊条坡口应采用过渡型加工电流一般用120A左右吧（具体根据焊工掌握）！一般容器不建议采用氩弧焊,没必要！单面焊双面成型,或采用清焊根的办法即可！Q235钢与0Cr18Ni9Ti钢复合钢板焊接时,交界处属于异种钢材焊接,因此焊接低碳钢和不锈钢的复合钢板时,容易产生高温结晶裂纹、延迟裂纹和脆化问题。奥氏体系复合钢焊接时存在以下问题：1） 焊缝容易产生结晶裂纹2） 热影响区容易产生液化裂纹3）熔化区脆化。常用手工氩弧焊、埋弧自动焊和气体保护焊。第六章Q235钢与0Cr18Ni9T钢焊接缺陷1.焊接缺陷焊接缺陷是指焊接过程中焊接接头发生的金属不连接、不致密或连接不良的现象。焊接结构中一般都

27、存在缺陷,缺陷的存在将影响焊接接头的质量,例如：气孔影响焊缝的致密性,减小焊缝的有效面积,显著降低焊缝的强度和韧性；而裂纹的危害比气孔更为严重,因为裂纹两端的缺口效应会造成严重的应力集中,很容易引起扩展,形成宏观裂纹或整体裂纹。因此焊接缺陷的存在将直接影响到焊接结构的安全使用。但是,要获得无缺陷的焊接接头,在技术上是相当困难的,也是不经济的。焊接缺陷的种类很多,各类缺陷的形态不同,对接头质量的影响也不相同。因此根据焊接结构使用的场合不同,对其质量要求也不一样,有些结构的焊接接头中允许有一定数量和一定尺寸的缺陷存在；而在有些重要结构则不允许存在任何缺陷。2.焊接缺陷的分类及产生的原因焊接缺陷在焊

28、缝中位置的不同,可分为外部缺陷和内部缺陷两大类。外部缺陷位于焊缝区的外表面,肉眼或用低倍放大镜即可观察到。例如：焊缝尺寸不符合要求、咬边、焊瘤、弧坑、烧穿、下漏、外部气孔、表面裂纹等。内部缺陷位于焊缝的内部,需用破坏性实验或探伤方法来发现,例如：未焊透、未熔合、夹渣、夹杂物、气孔、焊接裂纹等。根据GB/T6417.12005金属溶化焊接头缺欠分类及说明,按焊接缺陷性质,可将熔焊缺陷分为以下六类：裂纹、孔穴、固体夹杂、未熔合和未焊透、形状缺陷以及其他缺陷。第七章、Q235钢与0Cr18Ni9钢的焊接缺陷Q235钢与0Cr18Ni9钢焊接时0Cr18Ni9钢一侧比较容易出现焊接热裂纹,焊接热裂纹是

29、焊接生产中比较常见的一种焊接缺陷,焊接结构常用钢或有色金属,在焊接中都有可能产生焊接裂纹。金属在产生焊接热裂纹的高温下,晶界强度低于晶粒强度,因而热裂纹具有沿晶界开裂的特征。热裂纹可分为结晶裂纹、高温液化裂纹等,其中结晶裂纹是最常见的一种裂纹。如图所示：图7-1结晶裂纹的特征与产生的原因：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

30、中心沿焊缝长度扩展的纵向裂纹,有时也分布在两个树状晶粒之间,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,说明其形式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,在此温度区间是焊缝金属中的薄弱环节。结晶裂纹产生的原因：焊缝金属在结晶后期出现开裂,原因来自于两方面：焊缝金属在结晶后期抗裂能力下降和拉伸应变的形成。焊缝金属在整个凝固过程中可以划分为如下三个阶段：1、 液固阶段。温度低于液相温度,固相开始析出并逐渐增多的阶段。这个阶段的特点是液相多于固相,晶粒之间被液体所隔而未直接接触,液体可以在晶粒间自由流动。此时,即使有拉应力作

31、用,流动的液体可以填满被拉开的缝隙,而不会产生开裂现象。2、 固液阶段。温度下降到略高于初始凝固温度,此时固相随晶粒增加与长大而相互接触并连为整体液体被固相隔开流动困难,少量剩余的液体（主要是低熔点组分）形成所谓“液态薄膜”。此时,即使有较小的拉应力作用,也会因变形全部集中在液态薄膜上而开裂,故这个阶段金属的塑性最低。3、 完全凝固阶段。整个熔池完全凝固而形成整体的寒风。此时受到的拉应力作用,变形由整个焊缝金属承担,而不再集中于晶界,有较高的抗裂能力,不会开裂。4、 综上所述,脆性温度区间是由于金属凝固后期出现了“液态薄膜”而形成的。此时,金属的塑性降低到最低值。脆性温度区间的上限低于合金的液

32、相温度,下限略低于固相温度,结晶裂纹就产生于此温度范围。对具体合金来说,在脆性温度区间的抗裂能力,还因冶金因素有关。综上所述Q235钢与0Cr18Ni9钢结晶裂纹的产生是由于在焊缝凝固后期存在了液态薄膜,并受到拉应力作用的结果。第八章、Q235钢与0Cr18Ni9钢防止结晶裂纹的措施防止Q235钢与0Cr18Ni9钢结晶裂纹主要从冶金和工艺两个方面着手,其中冶金措施更为重要。1、 防止结晶裂纹的冶金措施结晶裂纹是热裂纹的一种。它是焊接金属结晶过程中在固相线附近的温度下，造成的晶体开始互相接触形成晶体骨架的条件下(固液阶段)，由于晶粒间的低熔点共晶物削弱了晶粒间的联系，致使在拉应力的作用下产生沿

33、晶界开裂。由于是在焊缝金属结晶、凝固收缩时产生的，也称为凝固裂纹。控制焊缝中硫、磷、碳等有害元素的含量。硫、磷、碳等元素主要来源于母材与焊接材料,因此首先要杜绝其来源。具体的措施是：第一,对焊接结构用钢的化学成分在国家或行业标准中都做了严格的规定,如锅炉及压力容器用钢一般规定S、P含量不超过0.035%,强度级别较高的调质钢则要求更严；为了保证焊缝中有害元素低于母材,对焊丝用钢、焊条药皮、焊机原材料中的碳、硫、磷含量也做了更严格的规定,如焊丝中的碳、硫、磷含量均低于同牌号的母材。对熔池进行变质处理。通过变质处理细化晶粒,不仅可以提高焊缝金属的力学性能,还可以提高抗结晶裂纹能力。调整熔渣的碱度。

34、实验证明,焊接熔渣的碱度越高,熔池中脱硫、脱氧越完全,其中杂质越少,从而不易形成低熔点化合物,可以显著降低焊缝金属的结晶裂纹倾向。因此,在焊接较重要的产品时,应选用碱性焊条或焊剂。2、 防止结晶裂纹的工艺措施 (1)控制焊缝中有害杂质质量分数：影响结晶裂纹倾向最有害的杂质是S,P,C，它们不仅能形成低熔点共晶，而且还会彼此促进偏析。因此，要严格限制它们在焊接材料和被焊金属中的含量。低碳钢或低合金钢焊接，焊丝中S,P质量分数应小于0.03% ,C的质量分数不得超过0.12%，高合金钢焊接，S,P应控制在0.03%以下，C更应严格控制，最好选用超低碳焊丝。 (2)选用碱性焊条和焊剂。 (3)焊接工

35、艺方面：选择适当的工艺参数以控制焊缝成型系数。合理选择坡口形式尺寸以调整熔合比，调整焊缝化学成分。碳质量分数较高或厚板焊接，应预热以减小焊缝金属变形率和焊接应力，合理选择工艺，以降低焊接应力。 (4)接头设计应避免或减小应力集中。在产品一定的条件下,工艺措施不仅可调节冷却速度而影响变形率,而且通过缝成形数的变化也能影响焊缝的化学成分和偏析情况。调整焊接参数以得到抗裂纹能力较强的焊缝成形系数。调整冷却速度。冷却速度越高,变形增长率越大,结晶裂纹倾向也越大。降低冷却速度可通过调整焊接参数或预热来实现。用增加线能量来降低冷却速度的效果是有限的,采用预热则效果明显。但要注意,结晶裂纹形成于固相线附近的

36、高温,需用较高的预热温度才能降低高温的冷却速度。高温预热成本高,恶化劳动条件,有时还会影响接头金属的性能,应用时要全面权衡利弊。在生产中,只在焊接一些对结晶裂纹非常敏感的材料中,才用预热来防止结晶裂纹。调整焊接顺序,降低拘束应力。接头刚性越大,焊缝金属冷却收缩时受到的拘束应力也越大。在产品尺寸一定的时,合理安排焊接顺序,对降低接头的刚度、减小内变形有明显的效果,从而可以有效防止结晶裂纹。如下图所示：钢板拼接顺序图8.1目前,结晶裂纹的形成与扩展规律已基本被人们掌握,并在钢种设计、冶炼与焊接材料设计制造中采取了必要的措施。因此在焊接低碳钢和低合金可焊钢种时,只要做到选材正确、工艺合理和检验合格,

37、结晶裂纹时完全可以避免的。第九章Q235钢与0Cr18Ni9钢焊后检验1.焊接质量检验的意义由于焊接结构本身及应力分布的复杂性,在制造过程中很难杜绝焊接缺陷,在使用过程中也会有新的缺陷产生,焊接结构设备时常发生泄露、破裂、爆炸等破坏性事故,这些事故将造成重大的损失甚至是灾难性的后果,所以焊接质量的控制至关重要。焊接结构主要是采用焊接方法来生产制造的。而焊接检验是焊接产品生产质量的保证，保证了焊接质量也就保证了焊接结构的质量及使用要求。因此焊接检验在焊接结构生产中有着重要的意义。2.焊接检验的分类焊接检验可分为非破坏性检验和破坏性检验两大类。非破坏性检验又称无损检验,是不破坏被检测材料或成品的性

38、能与完整性而检测其缺陷的方法。破坏性检验是从焊件上切取试样,或以产品的整体破坏做试验,以检查其力学性能、化学成分、焊接性等的试验方法。焊接检验的方法及分类如下：非破坏性检验分为外观检验、无损检验、强度检验、致密性检验。无损检验又分为射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤。致密性试验又分为气密性试验、氨渗漏试验、煤油渗漏试验、载水试验、氨检漏试验。破坏性试验分为力学性能试验、化学分析试验、金相试验。力学性能试验又分为拉伸试验、弯曲试验、冲击试验、硬度试验、疲劳试验、蠕变试验。化学分析试验又分为化学分析和腐蚀试验。金相检验又分为宏观检验和微观检验。2.1非破坏性检验方法1、 射线探伤射线探伤的方

39、法是利用射线、射线,它们都是波长很短的电磁波,习惯上统称为光子。射线的波长为0.0010.1mm,射线的波长为0.00030.1mm。射线具有一定能量的高速运动着的电子突然被阻止时,伴随电子动能的消失或转化会产生。射线是由放射性物质内部原子核的衰变过程产生的。高能射线是指射线能量在1MeV以上的射线。与探伤有关的射线的性质如下：1） 不可见,以光速直线传播。2） 不带电,不受电场和磁场的影响。3） 具有穿透可见光不能穿透的物质的能力,并且在物质中有衰减。4） 可以使物质电离,能使胶片感光,也能使某些物质产生荧光。5） 能产生生物效应,伤害和杀死细胞。射线的性质与射线相似,由于其波长比射线短,因

40、而射线能量高,具有更大的穿透力。高能X射线除具有一般的X射线的性质外,由于其能量很大,因此又不同于一般的射线,其特性主要表现为：1） 穿透力2）灵敏度3）透照幅度。射线探伤的主要方法：按其显示缺陷的方法不同,可分为射线照相法探伤、射线荧光屏观察法探伤、射线实时成像法探伤和计算机断层扫描技术等。2、 超声波探伤超声波探伤是利用超声波在物体中的传播、反射和衰减等物理特性来发挥缺陷的一种无损检测方法。主要用于检测金属材料和非金属材料的内部缺陷。超声波探伤具有成本低、操作方便、检测厚度大、对人和环境无害等突出优点,但也存在诸如探伤不直观、难以确定缺陷的性质、评定结果在很大程度上受操作着技术水平和经验的

41、影响及不能给出永久性记录等缺点。3、 磁粉探伤磁粉探伤是通过铁磁性材料进行磁化所产生的漏磁场,来发现其表面或近表面缺陷的一种无损检验方法。磁粉探伤是一种比较成熟且应用最广泛的无损检测方法,具有操作简单,操作方便,检验灵敏度较高等特点,这种方法只是用于检查工件表面和近表面缺陷。4、 渗透探伤渗透探伤是利用带有荧光染料（荧光法）或红色染料（着色法）渗透剂的渗透作用,显示缺陷痕迹的一种无损检验方法。该法具有操作简单、成本低廉,且不受材料性质限制等优点,广泛应用于各种金属材料和非金属材料构件表面开口缺陷的质量检验。由于这种探伤方法局限于表面开口缺陷,因此在焊接生产检验中不是作为一种独立的探伤方法已确定

42、产品质量,而是按照焊接结构的技术条件应用于某一特定工序,并配合其他无损探伤或质量检验项目而被使用,特别是在焊接性差、易于生产表面开口缺陷的高强度钢的一些加工环节中应用最多。渗透探伤按渗透剂不同分为荧光探伤和着色探伤。荧光探伤又分为水洗型荧光探伤、后乳化型荧光探伤、溶剂去除型荧光探伤。着色探伤也分为水洗型荧光探伤、后乳化型荧光探伤、溶剂去除型荧光探伤。渗透探伤按显象剂不同可分为干式显像法、湿式显像法、快干式显像法。2.2破坏性检验方法破坏性检验是从焊件或试件上切取试样,或以产品的整体破坏试验,以检验其各种力学性能、化学成分和金相组织等的试验方法。破坏性检验一般都不直接从交付使用的产品上制取测试用的试样,而是通过制备产品试板或模拟焊接生产条件制作其他试板,然后根据要求,从试板上切取和加工各种试样来测定所要求的检测项目。常用的破坏性检验项目有化学分析方法、力学性能试验、工艺性能试验、金相试验、腐蚀试验等。破坏性检验的特点：1） 优点：1） 往往能直接而又可靠的测量出产品使用情况的反应。2） 2）测定结果是定量的,这对设计与标准化工作来说通常是很有价值的。3）通常不必凭着熟练的技术即可对试验结果作出说明。4）试验结果与使用情况之间的关系往往是直接一致的,从而使观测人员之间对于试验结