焊接技术培训高强钢和特殊钢材的焊接学习教案

1、会计学1焊接技术培训高强焊接技术培训高强(goqing)钢和特殊钢钢和特殊钢材的焊接材的焊接第一页，共63页。DNV-OS-C401中阐述了这些材料(cilio)的焊接工艺评定规则第1页/共62页第二页，共63页。第2页/共62页第三页，共63页。第3页/共62页第四页，共63页。先来学习一下常用几种(j zhn)标准中高强钢的分类第4页/共62页第五页，共63页。高强钢材(gngci)在ABS标准中的分类及力学性能第5页/共62页第六页，共63页。第6页/共62页第七页，共63页。DNV中低合金高强钢船用钢材(gngci)的分类和力学性能第7页/共62页第八页，共63页。DNV中低合金超高强

2、钢船用钢材(gngci)的分类和力学性能第8页/共62页第九页，共63页。公司现用的超高强钢有D420、E420、690、EQ43、EQ56、A514 Gr. Q 等。这些材料焊接过程中，相对来说容易出问题(wnt)。下面我们来进一步来接这些材料的焊接性。第9页/共62页第十页，共63页。第10页/共62页第十一页，共63页。第11页/共62页第十二页，共63页。第12页/共62页第十三页，共63页。第13页/共62页第十四页，共63页。第14页/共62页第十五页，共63页。第15页/共62页第十六页，共63页。第16页/共62页第十七页，共63页。第17页/共62页第十八页，共63页。第18

3、页/共62页第十九页，共63页。第19页/共62页第二十页，共63页。焊接焊接(hnji)技术培训技术培训1.1.裂纹裂纹(li wn) (li wn) 1.3 1.3冷冷裂纹裂纹(li wn)(li wn) B. 焊接缺陷焊接缺陷 第20页/共62页第二十一页，共63页。焊接焊接(hnji)技术培训技术培训1.1.裂纹裂纹(li wn) (li wn) 1.3 1.3冷裂冷裂纹纹(li wn)(li wn) B. 焊接(hnji)缺陷 第21页/共62页第二十二页，共63页。1.1.裂纹裂纹(li wn) (li wn) 1.3 1.3冷裂纹冷裂纹(li wn)(li wn)焊接焊接(hnj

4、i)技术培训技术培训 B. 焊接(hnji)缺陷 第22页/共62页第二十三页，共63页。1.1.裂纹裂纹(li wn) (li wn) 1.3 1.3冷裂纹冷裂纹(li wn)(li wn)焊接焊接(hnji)技术培训技术培训 B. 焊接(hnji)缺陷 第23页/共62页第二十四页，共63页。1.1.裂纹裂纹(li wn) (li wn) 1.3 1.3冷裂纹冷裂纹(li wn)(li wn)焊接焊接(hnji)技术培训技术培训 B. 焊接(hnji)缺陷 第24页/共62页第二十五页，共63页。1.1.裂纹裂纹(li wn) (li wn) 1.3 1.3冷裂纹冷裂纹(li wn)(li

5、 wn)焊接焊接(hnji)技术培训技术培训 B. 焊接(hnji)缺陷 第25页/共62页第二十六页，共63页。1.1.裂纹裂纹(li wn) (li wn) 1.3 1.3冷裂纹冷裂纹(li wn)(li wn)焊接焊接(hnji)技术培训技术培训 B. 焊接(hnji)缺陷 当扩散氢含量较高时，即使马氏体的数量或拘束应力比较小，也可能会诱发当扩散氢含量较高时，即使马氏体的数量或拘束应力比较小，也可能会诱发出裂纹（如焊道下裂纹）。出裂纹（如焊道下裂纹）。 以上三个因素的作用是相互联系，相互制约，不同条件下起主要作用的以上三个因素的作用是相互联系，相互制约，不同条件下起主要作用的因素不同。因

6、素不同。 而当材料的碳当量较高而在接头中形成较多的针状马氏体时，即使扩散而当材料的碳当量较高而在接头中形成较多的针状马氏体时，即使扩散氢很少甚至没有，也会产生裂纹。氢很少甚至没有，也会产生裂纹。第26页/共62页第二十七页，共63页。1.1.裂纹裂纹(li wn) (li wn) 1.3 1.3冷裂纹冷裂纹(li wn)(li wn)焊接焊接(hnji)技术培训技术培训 B. 焊接(hnji)缺陷 根据主要因素之不同，将冷裂纹分为以下三类：根据主要因素之不同，将冷裂纹分为以下三类：3. 低塑性脆化裂纹低塑性脆化裂纹 焊接塑性较低的材料（如铸铁），当焊后冷却到焊接塑性较低的材料（如铸铁），当焊后

7、冷却到400以下时，由于焊接收缩以下时，由于焊接收缩应变超过材料的本身变形能力而导致开裂，称之为低塑性脆化裂纹。它可应变超过材料的本身变形能力而导致开裂，称之为低塑性脆化裂纹。它可在焊缝中出现，也可发生在焊接热影响区中。其断口具有脆性断裂的形貌在焊缝中出现，也可发生在焊接热影响区中。其断口具有脆性断裂的形貌特征。特征。2.1.裂纹不在焊后立即出现。延迟现象的产生于扩散氢的活动有裂纹不在焊后立即出现。延迟现象的产生于扩散氢的活动有 着密着密切的关系。切的关系。第27页/共62页第二十八页，共63页。1.1.裂纹裂纹(li wn) (li wn) 1.3 1.3冷裂纹冷裂纹(li wn) (li

8、wn) B. 焊接(hnji)缺陷 溶解在液态金属中的氢原子，在连续冷却凝固和发生固态相变时溶溶解在液态金属中的氢原子，在连续冷却凝固和发生固态相变时溶解度发生突变。氢在奥氏体解度发生突变。氢在奥氏体()中的溶解度大大高于在铁素体中的溶解度大大高于在铁素体()中中的溶解度。在快冷时来不及析出，而以饱和溶解的形式存于铁素体的溶解度。在快冷时来不及析出，而以饱和溶解的形式存于铁素体()中。由于氢的扩散能力很强，随着时间的延长过饱和的中。由于氢的扩散能力很强，随着时间的延长过饱和的H将不断将不断扩散、迁移，一部分扩散到金属外部，一部分留在金属内部。氢在扩散、迁移，一部分扩散到金属外部，一部分留在金属

9、内部。氢在不同组织中的扩散能力不同，在不同组织中的扩散能力不同，在相中的扩散能力比在相中的扩散能力比在相中高。相中高。在发生在发生 转变转变(zhunbin)时，氢的溶解度突降，而扩散能力突时，氢的溶解度突降，而扩散能力突升。这两个突变决定了氢在焊接接头冷却过程中的扩散方向与分布升。这两个突变决定了氢在焊接接头冷却过程中的扩散方向与分布。焊接技术培训焊接技术培训1.氢的作用氢的作用 焊接过程中进入熔池的氢主要来源于焊接材料中的水分、含氢物质、电弧周围空气的水蒸气、焊焊接过程中进入熔池的氢主要来源于焊接材料中的水分、含氢物质、电弧周围空气的水蒸气、焊丝和母材坡口表面上的水、铁锈及油污等杂质。丝和

10、母材坡口表面上的水、铁锈及油污等杂质。1 ）氢在固体金属中的溶解与）氢在固体金属中的溶解与扩散扩散第28页/共62页第二十九页，共63页。1.1.裂纹裂纹(li wn) (li wn) 1.3 1.3冷裂冷裂纹纹(li wn)(li wn) B. 焊接(hnji)缺陷 焊缝金属的焊缝金属的分解温度分解温度TFA高于母材的分高于母材的分解温度解温度TMA。图中图中ab两点间两侧的组织不同，焊缝已两点间两侧的组织不同，焊缝已经完成分解为经完成分解为-Fe + P(或B、M)，而仍为而仍为相。相。 当焊缝进行当焊缝进行分解时，氢的溶解度突降，分解时，氢的溶解度突降，扩散速速突升，过多的氢必然通过熔合

11、线扩散速速突升，过多的氢必然通过熔合线向尚未转变的热影响区扩散。氢扩散到向尚未转变的热影响区扩散。氢扩散到HAZ(或母材或母材) 后，由于后，由于相中溶解度大而相中溶解度大而扩散速度低，在快冷时，就聚集在熔合扩散速度低，在快冷时，就聚集在熔合线附近形成了高线附近形成了高H带。带。焊接技术培训焊接技术培训母材完成相变以后，氢以过饱和形式残留于母材完成相变以后，氢以过饱和形式残留于M（B）中，并扩散到应力集中或晶格）中，并扩散到应力集中或晶格缺陷处结合成分子，形成较高的局部应缺陷处结合成分子，形成较高的局部应力。加上热应力、组织应力的共同作用力。加上热应力、组织应力的共同作用，就可能开裂。，就可能

12、开裂。第29页/共62页第三十页，共63页。1.1.裂纹裂纹(li wn) (li wn) 1.3 1.3冷裂纹冷裂纹(li wn)(li wn)焊接焊接(hnji)技术培训技术培训 B. 焊接(hnji)缺陷 氢以饱和的形式残留在组织中，并扩散到氢以饱和的形式残留在组织中，并扩散到应力集中或应力集中或晶格缺陷晶格缺陷处结合形成分子，形成处结合形成分子，形成较高的局部应力。较高的局部应力。氢在金属中的扩散还受到应力状态的影响，它有氢在金属中的扩散还受到应力状态的影响，它有向三向应力区扩散的趋势。向三向应力区扩散的趋势。 常在应力集中或缺常在应力集中或缺口等有塑性应变的部位产生氢的聚集，使该处最

13、口等有塑性应变的部位产生氢的聚集，使该处最早达到氢的临界含量，这就是氢的应力诱导扩散早达到氢的临界含量，这就是氢的应力诱导扩散现象。应力梯度愈大，氢的驱动力也就愈大，也现象。应力梯度愈大，氢的驱动力也就愈大，也即应力对氢的诱导扩散作用愈大。即应力对氢的诱导扩散作用愈大。 3）氢的应力诱导扩散）氢的应力诱导扩散第30页/共62页第三十一页，共63页。1.1.裂纹裂纹(li wn) (li wn) 1.3 1.3冷裂纹冷裂纹(li wn)(li wn)焊接焊接(hnji)技术培训技术培训 B. 焊接(hnji)缺陷 延时长短与与应力水平、扩散氢含量和氢的析出条件等因素有关。具体的说，就是延时长短与

14、与应力水平、扩散氢含量和氢的析出条件等因素有关。具体的说，就是与焊接接头的拘束情况、应力集中程度、焊缝金属的扩散氢含量、冷却速度以及接头缺与焊接接头的拘束情况、应力集中程度、焊缝金属的扩散氢含量、冷却速度以及接头缺口处金属的韧性等条件有关。口处金属的韧性等条件有关。第31页/共62页第三十二页，共63页。焊接焊接(hnji)技术培训技术培训 B. 焊接(hnji)缺陷 2. 钢材的淬硬倾向作用（组织的作用）钢材的淬硬倾向作用（组织的作用） M（马氏体）是典型的淬硬组织，这（马氏体）是典型的淬硬组织，这是由于间隙是由于间隙C原子的过饱和，使原子的过饱和，使Fe原子原子偏离平衡位置，晶格发生明显的

15、偏离平衡位置，晶格发生明显的畸变畸变所致。当快速冷却时，粗大的所致。当快速冷却时，粗大的A转变成粗转变成粗大的大的M，硬淬的，硬淬的M断裂时所需的能量较断裂时所需的能量较低。低。因此，焊接接头中有马氏体存在时，因此，焊接接头中有马氏体存在时，裂纹易于形成和扩展。裂纹易于形成和扩展。 马氏体对冷裂的影响除了其本身的马氏体对冷裂的影响除了其本身的脆性外，还与不平衡结晶所造成的较脆性外，还与不平衡结晶所造成的较多晶格缺陷有关。这些缺陷在应力作多晶格缺陷有关。这些缺陷在应力作用下会迁移、集中，而形成裂源。裂用下会迁移、集中，而形成裂源。裂源数量增多，扩展所需能量又低，必源数量增多，扩展所需能量又低，必

16、然使冷裂敏感性明显增大。然使冷裂敏感性明显增大。 如果仅以如果仅以M的数量来对比不同钢种的的数量来对比不同钢种的冷裂敏感性，会造成较大的误差。不同冷裂敏感性，会造成较大的误差。不同组织对冷裂纹的敏感性，大致按下列顺组织对冷裂纹的敏感性，大致按下列顺序递增：序递增：第32页/共62页第三十三页，共63页。焊 接 缺 陷 B. 焊接(hnji)缺陷 焊接焊接(hnji)技术培训技术培训某材料冷却某材料冷却(lngqu)速度对组织的影响：速度对组织的影响：第33页/共62页第三十四页，共63页。焊 接 缺 陷 B. 焊接(hnji)缺陷 焊接焊接(hnji)技术培训技术培训第34页/共62页第三十五

17、页，共63页。焊接焊接(hnji)技术培训技术培训 B. 焊接(hnji)缺陷 第35页/共62页第三十六页，共63页。焊接焊接(hnji)技术培训技术培训1.1.裂纹裂纹(li wn) (li wn) 1.3 1.3冷裂纹冷裂纹(li wn)(li wn) B. 焊接(hnji)缺陷 第36页/共62页第三十七页，共63页。1.1.裂纹裂纹(li wn) (li wn) 1.3 1.3冷裂纹冷裂纹(li wn)(li wn)焊接焊接(hnji)技术培训技术培训 B. 焊接(hnji)缺陷 2.合理选择和使用焊接材料合理选择和使用焊接材料 1.选用对冷裂敏感性低的母材选用对冷裂敏感性低的母材2

18、.1 选用优质低氢焊接材料或低氢的焊接方法。选用优质低氢焊接材料或低氢的焊接方法。 对于重要结构，则应选择低氢、超低氢、超高强度韧性的焊接材料。对于重要结构，则应选择低氢、超低氢、超高强度韧性的焊接材料。 严格控严格控制氢的来源制氢的来源 。 CO2气体保护电弧焊具有氧化性，可以获得低氢焊缝（气体保护电弧焊具有氧化性，可以获得低氢焊缝（H仅为仅为0.041.0ml/100g）。）。第37页/共62页第三十八页，共63页。1.1.裂纹裂纹(li wn) (li wn) 1.3 1.3冷裂纹冷裂纹(li wn)(li wn)焊接焊接(hnji)技术培训技术培训 B. 焊接(hnji)缺陷 2.合理

19、选择和使用焊接材料合理选择和使用焊接材料 第38页/共62页第三十九页，共63页。1.1.裂纹裂纹(li wn) (li wn) 1.3 1.3冷裂纹冷裂纹(li wn)(li wn)焊接焊接(hnji)技术培训技术培训 B. 焊接(hnji)缺陷 1）钢种的强度等级）钢种的强度等级 在焊缝与母材等强的情况下，钢材的强度在焊缝与母材等强的情况下，钢材的强度s越高，预热温度也应越高越高，预热温度也应越高 2）焊条类型）焊条类型 3）坡口形式）坡口形式 坡口根部所造成的应力集中越严重，要求的预热温度越高。坡口根部所造成的应力集中越严重，要求的预热温度越高。 4）环境温度）环境温度 环境温度过低会使

20、冷却速度上升，预热温度应相应提高，环境温度过低会使冷却速度上升，预热温度应相应提高，DNV-OS-C401中规中规定最大可以提高定最大可以提高25 。3.制定合理的焊接工艺制定合理的焊接工艺 3.1合理的预热温度和控制层间温度合理的预热温度和控制层间温度 选择最佳预热温度。影响预热温度的因素有以选择最佳预热温度。影响预热温度的因素有以下几方面：下几方面：第39页/共62页第四十页，共63页。焊接焊接(hnji)技术培训技术培训 B. 焊接(hnji)缺陷 合理合理(hl)的预热温度的预热温度第40页/共62页第四十一页，共63页。预热预热(y r)和和层间温层间温度控制度控制温度测量温度测量(

21、cling)(cling)设备设备: : 在焊接操作规程中应规定用来测量在焊接操作规程中应规定用来测量(cling)(cling)温度的设备温度的设备 测温棒测温棒; ;炭棒炭棒 ( (温度敏感材料温度敏感材料) ) 温度表温度表 ( (接触式热电偶接触式热电偶) ) 无接触式测量无接触式测量(cling)(cling)光装置光装置 B. 焊接(hnji)缺陷 焊接技术培训焊接技术培训第41页/共62页第四十二页，共63页。 : : 在紧接操作任何焊接前在紧接操作任何焊接前焊缝区域的工件温度焊缝区域的工件温度 - - 预热的主要原因是预热的主要原因是避免氢引起的裂缝，降低焊接残余应力避免氢引起

22、的裂缝，降低焊接残余应力 - - 通常表示为最低温度通常表示为最低温度测测量点量点间间的距离的距离(jl)t 50 : A = 4 x t, Max.50mmt 50 : A = 75 B. 焊接(hnji)缺陷预热和层间温度焊接技术培训焊接技术培训第42页/共62页第四十三页，共63页。1.1.裂纹裂纹(li wn) (li wn) 1.3 1.3冷裂纹冷裂纹(li wn)(li wn)焊接焊接(hnji)技术培训技术培训 B. 焊接(hnji)缺陷 一般不采用增加线能量的方式来降低冷却速度。可能造成过热区晶粒粗大一般不采用增加线能量的方式来降低冷却速度。可能造成过热区晶粒粗大，接头韧性下降

23、，降低其抗裂性能。但热输入过小，冷却速度快，增加淬硬，接头韧性下降，降低其抗裂性能。但热输入过小，冷却速度快，增加淬硬冷裂倾向。冷裂倾向。 因此，因此， 对每种钢的焊接工艺评定合格的焊接热输入，都应严格执行对每种钢的焊接工艺评定合格的焊接热输入，都应严格执行，不能随意乱动。，不能随意乱动。 3.制定合理的焊接工艺制定合理的焊接工艺3.2严格控制焊接线能量严格控制焊接线能量第43页/共62页第四十四页，共63页。1.1.裂纹裂纹(li wn) (li wn) 1.3 1.3冷裂纹冷裂纹(li wn)(li wn)焊接焊接(hnji)技术培训技术培训 B. 焊接(hnji)缺陷 因冷裂存在潜伏期，

24、一般在焊后一段时间后才产因冷裂存在潜伏期，一般在焊后一段时间后才产生。所以在裂纹产生之前进行热处理，及所谓紧生。所以在裂纹产生之前进行热处理，及所谓紧急后热，也就能达到防止冷裂的目的。紧急后热急后热，也就能达到防止冷裂的目的。紧急后热工艺的关键就在于及时，一定要在热影响区冷却工艺的关键就在于及时，一定要在热影响区冷却到产生冷裂纹的上限温度到产生冷裂纹的上限温度TUC（一般在（一般在100左右）左右）之前迅速加热，加热温度也应高于之前迅速加热，加热温度也应高于TUC，并且需保温一定，并且需保温一定时间。时间。 目的是使氢充分扩散逸出。若焊后间隔时间较长裂纹目的是使氢充分扩散逸出。若焊后间隔时间较

25、长裂纹已经产生才后热就失去意义。已经产生才后热就失去意义。 钢的碳当量越高，后热所需温度也越高，后钢的碳当量越高，后热所需温度也越高，后热温度越高，则后热时间越短。热温度越高，则后热时间越短。一般一般200 ，12h。 3.制定合理的焊接工艺制定合理的焊接工艺 3.3紧急后热紧急后热第44页/共62页第四十五页，共63页。1.1.裂纹裂纹(li wn) (li wn) 1.3 1.3冷裂纹冷裂纹(li wn)(li wn)焊接焊接(hnji)技术培训技术培训 B. 焊接(hnji)缺陷 3.4 必要时焊后热处理必要时焊后热处理 焊后进行不同的热处理，可以分别起到消除扩散氢、降低和消除残余应力、

26、改善组焊后进行不同的热处理，可以分别起到消除扩散氢、降低和消除残余应力、改善组织性能。织性能。 3.制定合理的焊接工艺制定合理的焊接工艺第45页/共62页第四十六页，共63页。1.1.裂纹裂纹(li wn) (li wn) 1.3 1.3冷裂纹冷裂纹(li wn)(li wn)焊接焊接(hnji)技术培训技术培训 B. 焊接(hnji)缺陷 4.加强现场管理加强现场管理 许多焊接裂纹事故并不是由于母材或焊材选择不当或结构设计不合理，更多的由于许多焊接裂纹事故并不是由于母材或焊材选择不当或结构设计不合理，更多的由于施工质量差施工质量差所造成。因此要防止冷裂纹，在施工中应注意：所造成。因此要防止冷

27、裂纹，在施工中应注意：1）彻底清理焊接坡口）彻底清理焊接坡口（除油、水、锈等，（除油、水、锈等，渗碳层氧化层要清理干净，严格限制渗碳层氧化层要清理干净，严格限制C、H的侵入，的侵入，现场这现场这些处理很不好，这是现场几个项目造成横向冷裂的最主要得原因之一）些处理很不好，这是现场几个项目造成横向冷裂的最主要得原因之一）2）保证焊条焊剂的烘干，保温，焊条筒保证预热和通电，随取随用；）保证焊条焊剂的烘干，保温，焊条筒保证预热和通电，随取随用；3）提高装配质量，减少填充金属量；）提高装配质量，减少填充金属量；4）严格焊工持证上岗制度，保证焊接质量）严格焊工持证上岗制度，保证焊接质量5）注意施工环境）注

28、意施工环境第46页/共62页第四十七页，共63页。1.1.裂纹裂纹(li wn) (li wn) 1.3 1.3冷裂纹冷裂纹(li wn)(li wn)焊接焊接(hnji)技术培训技术培训 B. 焊接(hnji)缺陷 4.加强现场管理加强现场管理6）背面碳刨时，在去除缺陷的同时，不可使剩余的金属太薄，否则容易被撕裂。）背面碳刨时，在去除缺陷的同时，不可使剩余的金属太薄，否则容易被撕裂。7）合理的减小应力的焊接顺序）合理的减小应力的焊接顺序 先焊收缩量大、自由度大的焊缝。先焊收缩量大、自由度大的焊缝。8）锤击焊缝表面，使其产生压应力，以改善焊缝应力场，减小延迟裂纹产生的几率）锤击焊缝表面，使其产生压应力，以改善焊缝应力场，减小延迟裂纹产生的几率。除底层和盖面层不许锤击外，在破口内和焊趾处敲击。用风铲更好（震动频率越高。除底层和盖面层