低温刚钢焊接课件

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1、专用钢焊接专用钢焊接1 1、低温用钢：工作环境在、低温用钢：工作环境在-20-196-20-196之间的结构用钢。低于之间的结构用钢。低于-196-196 的钢称超低温钢。的钢称超低温钢。一、低温钢的焊接一、低温钢的焊接性能要求：工作温度下有足够的韧性性能要求：工作温度下有足够的韧性 ；足够强度。；足够强度。影响低温韧性因素影响低温韧性因素:A A、成分：、成分：w wC C0.200.20 、高锰、严格限制、高锰、严格限制S S、P P；NiNi是提高低温韧性的是提高低温韧性的重要元素；重要元素；B B、晶粒度、晶粒度:加入适量细化晶粒元素（如加入适量细化晶粒元素（如V V、TiTi、NbN

2、b、AlAl）可有效提高）可有效提高低温韧性低温韧性 ；C C、热处理状态：正火可细化晶粒。、热处理状态：正火可细化晶粒。2 2、分类、牌号及性能、分类、牌号及性能按化学成分分为：含按化学成分分为：含 NiNi和无和无NiNi；按显微组织分为按显微组织分为F F、低碳、低碳M M、A AF F型：型：组织：组织：F+F+少量少量P P，使用温度：，使用温度：-40-100-40-100，如，如16MnDR16MnDR、09Mn2VDR09Mn2VDR；使用状态：正火；用途：低温容器；使用状态：正火；用途：低温容器；低碳低碳M M型：型：含含 NiNi较高，如较高，如9Ni9Ni，经淬火后组织为

3、低碳，经淬火后组织为低碳M M，正火，正火后除低碳后除低碳M M，还有一定数量的，还有一定数量的F F和少量和少量A A，具有较高的强度和韧，具有较高的强度和韧性，能用于性，能用于-196-196低温，该钢经冷变形后，需进行低温，该钢经冷变形后，需进行565565的消的消除应力退火，以提高低温韧性；除应力退火，以提高低温韧性；A A型：型：如如18-818-8型、型、25-2025-20型，其使用温度不能低于型，其使用温度不能低于M M的相变温度，的相变温度，否则否则A A转变为转变为M M是韧性下降。是韧性下降。见表见表3-383-38。3 3、焊接性分析、焊接性分析（1 1）无）无NiNi

4、低温钢（如低温钢（如16MnDR16MnDR）Mn MnC C较高，且对较高，且对C C、S S、P P控制严格，对冷、热裂纹的敏感性都很低，控制严格，对冷、热裂纹的敏感性都很低，故焊接性较好，焊接中的主要问题是保证接头的低温韧性与母材相匹配。故焊接性较好，焊接中的主要问题是保证接头的低温韧性与母材相匹配。接头中热影响区的低温韧性主要受晶粒度的影响，因此必须采取措施防止接头中热影响区的低温韧性主要受晶粒度的影响，因此必须采取措施防止过热区晶粒租化。过热区晶粒租化。A A、严格控制焊接热输入和层间温度，防止过热；、严格控制焊接热输入和层间温度，防止过热；B B、控制焊后热处理温度，避免产生挥霍脆

5、性；、控制焊后热处理温度，避免产生挥霍脆性；C C、含氮、含氮F F钢有热应变脆化倾向。钢有热应变脆化倾向。25mm25mm25mm或接头刚度较大时，可进行或接头刚度较大时，可进行-100150-100150低低温预热，温预热，16mm16mm时，一般焊后需进行消除应力处理时，一般焊后需进行消除应力处理（2）低低NiNi低温钢（如低温钢（如2.5 Ni2.5 Ni、3.5 Ni3.5 Ni）Ni Ni提高淬透性，但由于含提高淬透性，但由于含C C低，冷裂倾向小，焊薄板可不预热，低，冷裂倾向小，焊薄板可不预热，厚板厚板100 100 预热；由于预热；由于S S、P P控制严格，热裂倾向小。控制严

6、格，热裂倾向小。（3 3）高）高NiNi低温钢（如低温钢（如9Ni 9Ni）:淬透性大，淬透性大，HAZHAZ淬火组织是含碳量很淬火组织是含碳量很低的低碳低的低碳M M，冷裂倾向不大；焊接时需注意：，冷裂倾向不大；焊接时需注意：A A、焊接材料要匹配：焊材需使焊缝金属具有与母材相近的低温韧性、焊接材料要匹配：焊材需使焊缝金属具有与母材相近的低温韧性和线膨胀系数。当选与和线膨胀系数。当选与9Ni9Ni钢成分相近时，焊缝低温韧性较低（焊缝为铸钢成分相近时，焊缝低温韧性较低（焊缝为铸造组织、焊缝中含有氧），一般选镍基材料；造组织、焊缝中含有氧），一般选镍基材料；B B、磁偏吹：、磁偏吹：9Ni 9N

7、i 钢属强磁性材料，用直流电会产生磁偏吹现象；钢属强磁性材料，用直流电会产生磁偏吹现象；一般要求焊前避免接触强磁场，焊材选用适合交流焊接的镍基焊材；一般要求焊前避免接触强磁场，焊材选用适合交流焊接的镍基焊材；C C、选用镍基焊材时，焊缝金属易产生热裂纹，应选用抗裂性好，线、选用镍基焊材时，焊缝金属易产生热裂纹，应选用抗裂性好，线膨胀系数与母材相近的材料。膨胀系数与母材相近的材料。难焊或要求高的异种钢焊接，须选用镍基焊接材料的原因难焊或要求高的异种钢焊接，须选用镍基焊接材料的原因：A A：镍可无限扩大：镍可无限扩大区，增加碳的溶解度，当镍达到区，增加碳的溶解度，当镍达到70%70%时时基本可以消

8、除脱碳层。基本可以消除脱碳层。B B：镍基焊材熔敷金属的线膨胀系数为：镍基焊材熔敷金属的线膨胀系数为13.610-6mm/mm13.610-6mm/mm，与碳钢等基本接近，因而就平衡了接头的大部分热应力。，与碳钢等基本接近，因而就平衡了接头的大部分热应力。C C：镍基焊材熔敷金属有很好的塑性，其延伸率可达：镍基焊材熔敷金属有很好的塑性，其延伸率可达40%40%而而其强度极限仍有其强度极限仍有700700800MPa800MPa，因而使接头能更好吸收各，因而使接头能更好吸收各类应力，大而增大接头的抗变形能力。类应力，大而增大接头的抗变形能力。4 4、焊接工艺要点：、焊接工艺要点：（1 1）为了防

9、止过热区晶粒粗大而导致低温韧性下降，焊接时要求采）为了防止过热区晶粒粗大而导致低温韧性下降，焊接时要求采用小线能量，必要时可采用快速多道焊的施焊方法。如用焊条电弧焊焊用小线能量，必要时可采用快速多道焊的施焊方法。如用焊条电弧焊焊接接3.53.5NiNi钢，焊条直径钢，焊条直径4 mm4 mm时，平焊电流应控制在时，平焊电流应控制在130-180A130-180A范围内。范围内。（2 2）层间温度对接头低温韧性有明显的影响。在多层多道焊过程中，）层间温度对接头低温韧性有明显的影响。在多层多道焊过程中，应尽量保持较低的层间温度，防止过热。如焊接应尽量保持较低的层间温度，防止过热。如焊接06MnNb

10、DR06MnNbDR低温用钢时，低温用钢时，层间温度不得大于层间温度不得大于300300。（3 3）焊缝的韧性与焊接材料有密切关系，由于焊缝是铸造组织，要）焊缝的韧性与焊接材料有密切关系，由于焊缝是铸造组织，要保证低温韧性与母材相匹配，必要时需对焊缝成分作些调整。保证低温韧性与母材相匹配，必要时需对焊缝成分作些调整。（4 4）9Ni9Ni钢本身具良好的低温韧性，可在钢本身具良好的低温韧性，可在-196-196下工作，但用母材下工作，但用母材成分相近的焊接材料时，焊缝的韧性却非常差。现在多采用镍基合金作成分相近的焊接材料时，焊缝的韧性却非常差。现在多采用镍基合金作境充金属。境充金属。（5 5）N

11、i3.5%Ni3.5%和和F F型低温用钢板厚时焊后可进行型低温用钢板厚时焊后可进行600-650600-650消除应力消除应力热处理，以降低焊接结构的脆断倾向。热处理，以降低焊接结构的脆断倾向。Ni9%Ni9%和和A A低温用钢一般不进低温用钢一般不进行消除应力处理；行消除应力处理；（6 6）Ni3.5%Ni3.5%钢厚度在钢厚度在25mm25mm以上时，要在以上时，要在125125以上预热，以上预热，Ni9%Ni9%钢不钢不预热；预热；（7 7）定位焊道长度应不小于）定位焊道长度应不小于40mm40mm。5 5、焊后检查与处理、焊后检查与处理焊接低温钢应注意避免弧坑、未熔透及焊缝成形不良缺

12、陷，焊后应焊接低温钢应注意避免弧坑、未熔透及焊缝成形不良缺陷，焊后应认真检查内在及表面缺陷并即使修复；认真检查内在及表面缺陷并即使修复；二、铬钼耐热钢的焊接二、铬钼耐热钢的焊接1 1、成分特点、成分特点wCrwCr0.50.5-9-9，wMowMo0.50.5-1-1 ，MoMo显著提高高温强度和抗蠕变能力；显著提高高温强度和抗蠕变能力；CrCr形成氧化膜，提高钢的抗氧化能力。形成氧化膜，提高钢的抗氧化能力。如如15CrMo15CrMo、12CrMo12CrMo。2 2、焊接性分析、焊接性分析（1 1）冷裂纹：由于合金元素加入提高淬透性，低温焊接或焊接刚度较大）冷裂纹：由于合金元素加入提高淬透

13、性，低温焊接或焊接刚度较大的结构时，易出现冷裂纹；的结构时，易出现冷裂纹；（2 2）再热裂纹：大热输入焊接方法，接头高拘束应力下，在焊层间或堆）再热裂纹：大热输入焊接方法，接头高拘束应力下，在焊层间或堆焊层下的过热区易出现。焊层下的过热区易出现。预防：预防：A A、采用高温塑性高于母材的焊材，限制母材和焊材的合金成分、采用高温塑性高于母材的焊材，限制母材和焊材的合金成分（限制（限制V V、TiTi、NbNb等）；等）；B B、提高预热温度至、提高预热温度至250250，控制层间温度，控制层间温度300300左右；左右；C C、小热输入，减小过热区宽度，细化晶粒；、小热输入，减小过热区宽度，细化

14、晶粒；D D、选择合适热处理温度，避免在敏感温度区间停留较长时间。、选择合适热处理温度，避免在敏感温度区间停留较长时间。（3 3）HAZHAZ软化：软化：珠光体耐热钢的焊接接头组织与性能不均匀，在长期高珠光体耐热钢的焊接接头组织与性能不均匀，在长期高温运行条件下，焊接接头内合金元素产生扩散，特别是熔合区的碳发生温运行条件下，焊接接头内合金元素产生扩散，特别是熔合区的碳发生迁移，使接头的持久强度和塑性降低。迁移，使接头的持久强度和塑性降低。HAZHAZ处于处于A Ac1c1（727-768727-768）附近温）附近温度范围内出现度范围内出现“软化区软化区”。为控制软化，应尽量缩短在为控制软化，

15、应尽量缩短在Ac1Ac1温度附近停留的时间，选用预热温度温度附近停留的时间，选用预热温度较低、线能量较小比较有利。较低、线能量较小比较有利。焊后高温回火不仅不能消除软化，反而使强度损失增大，只有焊后焊后高温回火不仅不能消除软化，反而使强度损失增大，只有焊后进行正火进行正火+回火，才能基本消除软化现象。回火，才能基本消除软化现象。3 3、焊接工艺要点、焊接工艺要点（1 1）焊接方法：）焊接方法：以焊条电弧焊为主以焊条电弧焊为主（2 2）焊接材料选择原则：）焊接材料选择原则：焊缝金属合金成分及使用温度下的强度性能应焊缝金属合金成分及使用温度下的强度性能应与母材一致；焊后需热处理或热加工的，应选择合

16、金成分或强度级别较与母材一致；焊后需热处理或热加工的，应选择合金成分或强度级别较高的焊接材料。高的焊接材料。焊条电弧焊：焊条电弧焊：采用钼和铬钼耐热钢焊条；采用钼和铬钼耐热钢焊条；埋弧焊：埋弧焊：为防止因焊缝产生非金属夹杂导致高温强度下降，选用焊剂时为防止因焊缝产生非金属夹杂导致高温强度下降，选用焊剂时应限制渗锰渗硅反应，一般选用与母材相应的合金钢焊丝及应限制渗锰渗硅反应，一般选用与母材相应的合金钢焊丝及HJ250HJ250；CO2CO2气体保护焊：气体保护焊：焊丝中的铬、钼、钒基本不烧损，锰、硅烧损严重，应焊丝中的铬、钼、钒基本不烧损，锰、硅烧损严重，应选用锰、硅含量高于母材的焊丝，焊丝化学

17、成分一般：选用锰、硅含量高于母材的焊丝，焊丝化学成分一般：wC=0.1%wC=0.1%、wSi=0.25-0.35%wSi=0.25-0.35%、wMn=0.9-1.2%wMn=0.9-1.2%。（3 3）焊前预热）焊前预热 一般要求预热，预热温度略高于低碳调质钢，且整个焊接过程中坡口一般要求预热，预热温度略高于低碳调质钢，且整个焊接过程中坡口两侧约两侧约100mm100mm范围内要保持预热温度；范围内要保持预热温度；（4 4）连续焊）连续焊 尽量保证焊接过程不间断，必须间断，应在间断中使焊件缓慢均匀冷尽量保证焊接过程不间断，必须间断，应在间断中使焊件缓慢均匀冷却，再焊之前需重新预热。却，再焊

18、之前需重新预热。（5 5）锤击焊缝）锤击焊缝 每焊完一根或两根焊条立即对焊缝进行锤击，以消除应力，锤击区的每焊完一根或两根焊条立即对焊缝进行锤击，以消除应力，锤击区的温度要高于温度要高于3030；（6 6）焊后缓冷）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，一般是焊后立即用石棉布覆盖焊缝及近缝区，小的焊件可以直也必须做，一般是焊后立即用石棉布覆盖焊缝及近缝区，小的焊件可以直接放在棉布里，覆盖必须严实，以确保缓冷效果；接放在棉布里，覆盖必须严实，以确保缓冷效果；（7 7）焊后热处理）焊后热处理 A

19、A、焊后一般采用高温回火，即将工件加热到、焊后一般采用高温回火，即将工件加热到650-750650-750后保温空后保温空冷；冷；B B、为改善接头，也可进行退火处理，即将构件加热到、为改善接头，也可进行退火处理，即将构件加热到840-840-910910（保温时间按（保温时间按2.5min/mm2.5min/mm）然后以）然后以30/h30/h冷至冷至540540，再炉冷或空，再炉冷或空冷至室温；冷至室温；C C、含、含V V珠光体耐热钢有明显再热裂纹倾向，焊后热处理温度要适珠光体耐热钢有明显再热裂纹倾向，焊后热处理温度要适当（避免当（避免500-700500-700温度区间）。温度区间）。