焊工(中级)第11章.

国家职业资格培训教材技能型人才培训用书国家职业资格培训教材编审委员会编焊工(中级)吴全生主编国家职业资格培训教材技能型人才培训用书依据劳动和社会保障部制定的《国家职业标准》要求编写第十一章低合金结构钢的焊接培训学习目标了解低合金结构钢的分类，熟悉常用低合金结构钢牌号的意义及其性能指标，掌握低合金结构钢的焊接性和焊接工艺要点。第十一章低合金结构钢的焊接第十一章低合金结构钢的焊接目录第一节低合金结构钢概述一、低合金结构钢的分类二、低合金高强度结构钢三、专业用低合金结构钢第二节低合金结构钢的焊接性一、焊接性的定义二、碳当量及其应用三、低合金结构钢的焊接性简述第三节低合金结构钢的焊接工艺一、低合金结构钢焊接工艺的特点二、低合金结构钢焊接工艺的要点第十一章低合金结构钢的焊接第十一章低合金结构钢的焊接目录第四节低合金结构钢焊接技能训练实例训练1Q345B（16Mn）钢的焊接训练2Q420（15MnVN）钢的焊接复习思考题第十一章低合金结构钢的焊接第十一章低合金结构钢的焊接第一节低合金结构钢概述一、低合金结构钢的分类二、低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢简称低合金高强钢（GB／T1591—1994）是含有少量合金元素，同时保证化学成分和力学性能符合规定的结构钢。其强度比较高，综合性能好，有较好的加工和焊接性能，还具有耐蚀、耐磨和耐低温等优点，从而提高了结构的可靠性和使用寿命。大量生产低合金高强度结构钢代替碳素结构钢，是我国钢铁工业的发展方向之一。1.低合金高强度结构钢的牌号低合金高强度结构钢牌号的表示方法由代表屈服点的汉语拼音字母（Q）、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D、E）三个部分按顺序排列。例如Q390A，表示该钢号为屈服点390MPa、质量等级为A的低合金高强度结构钢。第十一章低合金结构钢的焊接第一节低合金结构钢概述三、专业用低合金结构钢1.锅炉和压力容器用碳素结构钢锅炉用碳素钢和低合金钢的牌号和化学成分见表11-3。表11-3锅炉和压力容器用钢板标准化学成分（摘自GB713—1997、GB6654—1996）第十一章低合金结构钢的焊接第一节低合金结构钢概述2.船体用低合金高强度结构钢船体用低合金高强度结构钢分为四个不同质量等级，即A、D、E、F；三个强度级别，即A32、D32、E32、F32、A36、D36、E36、F36、A40、D40、E40、F40。船体用结构钢的化学成分见表11-4。表11-4船体用结构钢化学成分(摘自GB712—2000)第十一章低合金结构钢的焊接第一节低合金结构钢概述3.桥梁用结构钢桥梁用结构钢的牌号由代表屈服点的汉语拼音字母（Q）、屈服点数值、桥梁钢的汉语拼音字母(q)、质量等级符号（C、D、E）四个部分组成。例如Q345qE，表示该钢号的屈服强度为345MPa、质量等级为E级的桥梁用结构钢。桥梁用结构钢的牌号和化学成分应符合表11-7的规定。4.高层建筑用结构钢高层建筑用结构钢的牌号由代表屈服强度的汉语拼音字母（Q）、屈服强度数值、代表高层建筑的汉语拼音字母（GJ）和质量等级符号（C、D、E）组成，如Q345GJC。第十一章低合金结构钢的焊接第一节低合金结构钢概述表11-7桥梁用结构钢的牌号和化学成分（摘自GB／T714—2001）第十一章低合金结构钢的焊接第二节低合金结构钢的焊接性一、焊接性的定义金属材料的焊接性就是金属材料对焊接加工的适应性。主要指在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度；或材料在限定的施工条件下，焊接成按规定设计要求的构件，并满足预先服役要求的能力。焊接性受材料、焊接方法、构件类型及使用要求四个因素的影响。焊接性包括两个方面的内容：一是金属材料在焊接时对缺陷的敏感性；二是焊接接头在一定使用条件下能否可靠运行的使用性。评价焊接性的方法主要为试验法和计算法。•斜y坡口焊接裂纹试验方法（GB4675.1—1984）•搭接接头焊接裂纹试验方（GB4675.2—1984）•T形接头焊接裂纹试验方法（GB4675.3—1984）•压板对接焊接裂纹试验方法（GB4675.4—1984）•焊接热影响区最高硬度试验方法（GB4675.5—1984）•插销冷裂纹试验方法（GB9446—1988）•刚性固定对接裂纹试验方法•横向可变拘束试验方法等★现行的试验方法主要包括第十一章低合金结构钢的焊接第二节低合金结构钢的焊接性二、碳当量及其应用★计算方法主要是碳当量计算法。在结构钢的各元素中，碳对淬硬及冷裂纹的影响最显著，所以人们将各元素的作用按照相当于若干碳量的作用折合并叠加起来，得到所谓的“碳当量”，通常用“Ceq”来表示，以Ceq值的大小作为粗略估价钢材淬硬及冷裂纹倾向大小的指标，认为Ceq值越大，钢材的焊接性越差。碳当量计算公式：式中(X)——表示该元素在钢中的质量分数（%），计算碳当量时，应取其成分的上限。Ceq=1(C)+(Mn)/6+(Cr)/5+(Mo)/5+(V)/5+(Ni)/15+(Cu)/15三、低合金结构钢的焊接性简述其焊接性与碳钢有差别，主要是焊接热影响区达到组织与性能的变化，对焊接热输入较敏感，热影响区淬硬倾向增大，对氢致裂纹敏感性较大，含有碳、氮化合物形成元素的低合金高强度结构钢还存在再热裂纹的危险等。第十一章低合金结构钢的焊接第三节低合金结构钢的焊接工艺一、低合金结构钢焊接工艺的特点二、低合金结构钢焊接工艺的要点1.焊前准备★对焊接坡口及两侧应严格清除水、油、锈及其他污物，焊丝应严格脱脂、除锈，尽量减少氢的来源。★坡口加工时，对于强度级别较高的钢材，火焰切割应注意边缘的软化或硬化。为防止切割裂纹，可采用与焊接预热温度相同的温度预热后进行焰切。★组装时，应尽量减小应力。★对低碳调质钢，严禁在非焊接部位随意引弧。★焊接用CO2保护气体的纯度（体积分数）应不低于99.5%，并选择有加热能力的流量计使用。2.焊接材料的选择第十一章低合金结构钢的焊接第三节低合金结构钢的焊接工艺应从以下几个方面考虑：1）对于要求焊缝金属与母材等强度的工件，应选用与母材同等强度级别的焊接材料。2）对于不要求焊缝金属与母材等强度的焊件，则选择焊接材料强度等级可以略低。3）关于酸性、碱性焊接材料的选用。低合金高强度结构钢的焊接一般采用碱性焊接材料，对于次要结构，也可以采用酸性焊接材料。4）特殊情况下，可以选用铬镍（奥氏体）不锈钢焊条。3.焊接热输入的选择焊接热输入是焊接电弧的移动热源给予单位长度焊缝的热量，它是与焊接区冶金、力学性能有关的重要参数之一。式中E——焊接热输入（J/cm）；Ⅰ——焊接电流（A）；U——电弧电压（V）；=0.24/EIU第十一章低合金结构钢的焊接第三节低合金结构钢的焊接工艺★对于热轧的普通低合金高强度结构钢，碳当量小于0.4%，焊接时一般对热输入不加限制。★对于低淬硬倾向的钢，碳当量为0.4%～0.6%，焊接时对热输入要适当加以控制。★对于焊接低碳调质钢，焊接热输入要严格控制。★随着低合金高强度钢强度级别的提高，碳当量的增大，焊接热输入的控制要求越加严格，4.预热（1）预热的目的（2）预热温度的确定当＞490MPa，碳当量Ceq＞0.45%，板厚δ≥25mm时，一般应考虑预热，预热温度在100℃以上。预热温度不可过高，焊接低碳调质钢，一般在200℃以下。——焊接速度（cm/s）；——焊接中热量损失的系数。s第十一章低合金结构钢的焊接第三节低合金结构钢的焊接工艺（3）层间温度的控制★对于Q345、Q370钢的焊接，层间温度可控制在预热温度到250℃之间；★对于Q390、Q420、Q460钢的焊接，需要对层间温度更加严格控制，可在预热温度到200℃之间。5.后热后热又叫消氢处理，是焊后立即将焊件的全部（或局部）进行加热并保温，让其缓慢冷却，使扩散氢逸出的工艺措施。后热的目的是使扩散氢逸出接头，防止焊接冷裂纹的产生。后热温度一般在200～300℃，保温时间一般为2～6h。6.焊后热处理第十一章低合金结构钢的焊接第三节低合金结构钢的焊接工艺低合金高强度结构钢焊后热处理有三种：1）消除应力退火。2）正火加回火或正火。3）淬火加回火。焊后热处理应注意的问题：1）不要超过母材的回火温度，以免影响母材的性能。一般应比母材回火温度低30～60℃。2）对于有回火脆性的材料，应避开出现脆性的温度区间，如含Mo、Nb的材料应避开600℃左右保温，以免脆化。3)含一定量Cr、Mo、V、Ti元素的低合金高强度结构钢消除应力退火时，应注意防止产生再热裂纹。第十一章低合金结构钢的焊接第四节低合金结构钢焊接技能训练实例1.焊接性Q345B（16Mn）钢的焊接性好，焊接热影响区最高硬度低于HV10350。2.气割、碳弧气刨气割、碳弧气刨对Q345B钢的焊接性不会产生影响，只要在焊前将气割边和碳弧气刨坡口表面的氧化皮打磨干净即可。3.热矫正对Q345B钢允许采用热矫正，加热时应控制加热温度不超过900℃，一般控制在700～800℃，若温度过高，会产生过热魏氏体组织，使冲击韧度降低。●训练1Q345B(16Mn)钢的焊接第十一章低合金结构钢的焊接第四节低合金结构钢焊接技能训练实例4.焊前预热Q345B钢的焊接性良好，一般不需要预热，只有当焊件板厚过大、结构刚性大、低温下施焊时才需要预热，预热条件见表11-12。表11-12Q345B钢的预热条件第十一章低合金结构钢的焊接第四节低合金结构钢焊接技能训练实例5.焊接材料Q345B钢常用焊接材料见表11-13。表11-13Q345B钢常用焊接材料第十一章低合金结构钢的焊接第四节低合金结构钢焊接技能训练实例6.焊接热输入Q345B钢的过热敏感性不大，淬硬倾向小，为防止冷裂纹的产生，采用较大的热输入焊接，一般焊接热输入应控制在50kJ/cm以下。7.后热及热处理对于Q345B钢一般结构的焊接接头不需要进行焊后热处理，对于电站锅炉钢结构的梁和柱的厚板（板厚大于38mm）对接接头、要求抗应力腐蚀的结构、低温下工作的结构，以及厚壁高压容器等，要求进行焊后消除应力高温回火。第十一章低合金结构钢的焊接第四节低合金结构钢焊接技能训练实例1.焊接性Q420（15MnVN）钢由于含有钒、铌、钛、氮等合金元素，钢板的淬硬性增加，焊接性较好。2.气割、碳弧气刨厚板的气割、碳弧气刨前应预热，防止产生切割或气刨裂纹，焊接前将气割边和碳弧气刨坡口表面的氧化皮打磨干净。3.焊前预热Q420钢的预热条件见表11-14。●训练2Q420（15MnVN）钢的焊接4.焊接材料Q420钢常用焊接材料见表11-15。第十一章低合金结构钢的焊接第四节低合金结构钢焊接技能训练实例表11-15Q420钢常用焊接材料表11-14Q420钢的预热条件第十一章低合金结构钢的焊接第四节低合金结构钢焊接技能训练实例5.焊接热输入Q420钢的淬硬倾向大，热影响区脆化现象严重，焊接时需要严格控制焊接热输入，对于要求-20℃冲击韧度的D级钢，一般焊接热输入应控制在35kJ/cm以下；对于要求-40℃冲击韧度的E级钢，一般焊接热输入应控制在20kJ/cm以下，埋弧焊需要采用小直径焊丝（直径1.6mm或2mm的焊丝）细丝埋弧焊。采用较小的焊接热输入，可使焊缝金属快速冷却，得到韧性较好的下贝氏体或低碳马氏体组织。另外焊接过程中需要控制层间温度在200℃以下。6.后热及热处理根据技术要求确定Q420钢焊接接头是否需要进行后热或焊后热处理。复习思考题1.掌握常用低合金结构钢牌号如Q345C、Q420E等的意义及其力学性能要求。2.什么是焊接性？3.评价焊接性的方法有哪些？4.什么是碳当量？5.简述低合金结构钢的焊接性。6.简述低合金结构钢的焊接特点。7.简述低合金结构钢的焊接要点。