碳素钢和低合金结构钢的焊接

碳素钢和低合金结构钢的焊接 3.3.2 碳素钢和低合金结构钢的焊接 碳素钢焊接性的好坏，主要表现在产生裂纹和气孔的难易程度。钢的化学成分，特别是碳的质量分数，决定了钢材 的焊接性。 1.碳素钢的焊接 碳钢的焊接性随着钢中碳的质量分数的增大，焊接性逐渐变差。 1)低碳钢的焊接 (1)低碳钢的焊接特点 低碳钢在碳的质量分数<0.25%时，强度不高，塑性好，具有优良的焊接性，几乎能用各种工艺方法进行焊接，不需 要采用特殊工艺措施即可获得优质焊接接头。 低碳钢焊接通常不需要焊前预热，只是在环境温度较低或结构刚性过大时，才需考虑预热。 (2)低碳钢常用的焊接方法和焊接材料 ?手工电弧焊 焊条的选择是根据低碳钢的强度等级选用相应强度等级的结构钢焊条， 并考虑结构的工作条件选用酸性或碱性焊条。 表3-3 常用低碳钢焊接的焊条选择 选用的焊条型号 施焊条件 一般结构(包括厚度受动载荷，厚板结钢 号 不大的低压容器) 构，中、高压及低温 容器 E4316 E4315 E4313 E4303 E4301 Q235 A4 (或E5016 E5015)一般不预热 E4320 E4310 E4316 E4315 10，15，15g E4303 E4301 一般不预热 (或E5016 E5015) 20，20g E4320 E4310 厚板结构预热20g，25，30 E4316 E4315 E5016 E5015 150? ?埋弧焊 埋弧焊焊接Q235，15，20，20g钢时，可采用H08A，H08MnA等焊丝和焊剂431或焊剂430。 ?CO2气体保护焊 CO2气体保护焊焊丝可采用H08MnSi，H08Mn2SiA或H08Mn2SiA等，而H08Mn2SiA应用最广。 ?电渣焊 电渣焊焊丝为H10MnSiA，H10Mn2A，H10Mn2MoA等及焊剂360。 2)中碳钢的焊接 (1)中碳钢的焊接特点 中碳钢的碳的质量分数在0.25%,0.6%之间，其强度较高，但焊接性比低碳钢差，焊缝中易产生热裂纹，热影响区易 产生淬硬组织甚至产生冷裂。 (2)中碳钢的焊接工艺 焊接中碳钢常采用手工电弧焊和气焊，尽量选用抗裂性能好的低氢型焊条，如J506，J606等。 特殊情况下可采用铬镍不锈钢焊条，但成本高。焊接时，应对焊件预热，以减慢焊接接头的冷却速度，达到降低淬 硬倾向和焊接应力的目的。 焊后也可进行调质热处理，改善接头性能，也可趁热(800,850?)来锤击焊缝，减少应力结构，提高力学性能。 3)高碳钢 高碳钢的碳的质量分数大于0.6%时，其焊接性差，一般仅用手工电弧焊和气焊对其进行补焊。 为防止焊缝裂纹，应合理选用焊条，焊前应对工件进行退火处理。若采用结构钢焊条，则焊前必须预热(一般为250 ,350 ?以上)，焊后注意缓冷并进行消除应力退火。 2(低合金结构钢的焊接 1)低合金结构钢的焊接 表3-4 普通低合金结构钢的分类 分 类 名 称 300 MPa级 09Mn2(Cu)，09Mn2Si(Cu)，09MnV，12Mn，强 350 MPa级 18Nbb 度 400 MPa级 16Mn，16MnCu，16MnRe，14MnV，14MnNb，钢 450 MPa级 10MnSiCu，14MnNbb 500 MPa级 15MnV，15MnTi，15MnVCu，15MnVRe， 550 MPa级 15MnTiCu，16MnNb 15MnVN(Cu)，14MnVTiRe(Cu)， 15MnVNb(Re) 18MnMoNb，14MnMoV(Cu)，14NnMoVN 14MnMoVB 低合金结构钢一般采用手工电弧焊和埋弧焊，相应的焊接材料如表3-5所示。厚板可用电渣焊，也可采用气体保护 焊;屈服强度较低的钢材可以用CO2气体保护焊，屈服强度大于500MPa的高强钢，宜用高氩混合气体保护焊。 表3-5 焊接普通低合金结构钢时焊条、焊丝及焊剂的选用 手工电弧埋弧自动焊 施工钢材牌号 焊焊条型类别 条件 焊剂牌号 号 焊丝牌号 09MnV，09Mn2 E4303 H08A一般 300MPa09Mn2(Cu)，E4301 情况焊剂431 H08MnA 级 12Mn E4316 不预 09Mn2(Si)，热 E4315 18Nb b E5003 不开坡口 H08A 16Mn，14MnNb E5001 中板开坡口 H08MnA b 16MnCu，一般E5016 H10Mn2 350MPa14MnNb 情况焊剂431E5015 H10MnSi 级 16MnRe，不预 厚板开坡口 H10Mn2 强 12MnV 热 16MnSiCu 焊剂350 不开坡口 H08MnA 一般 15MnV，中板开坡口 H10MnSi 情况度 E5016 焊剂43115MnVCu H10Mn2 不预E5015 400MPa15MnVRe， H08Mn2Si 热或E5501 级 15MnTi 厚板深坡口 H08MnMoA预热E5516 焊剂350 15MnTiCu，100, E5515 焊剂250 16MnNb 150? 钢 E5516 预热焊剂43115MnVN E5515 150?450MPa15MnVNCu E6016-D1 H08MnMoA 以上级 15MnVTiRe焊剂350 E6015-D1 施焊 预热18MnMoNb 500MPa焊剂350 150?14MnMoNb E7015-D2 H08Mn2MoA 级 焊剂250 以上 H08MnMoVA 14MnMoVCu 施焊 预热 550MPa焊剂350 250?14MnMoVB E7015-D2 级 焊剂250 H08Mn2MoVA 以上 施焊 对于σs?300,350 MPa的低合金结构钢，如16Mn等，因为它们的C当量?0.4%，塑性和韧性良好，所以焊接性良好， 一般不需预热，原则上可以采用与低碳钢类似的焊接工艺。当板厚大于32,38 mm时，或环境温度较低时，应该预热，其 预热温度可参考表3-6。板厚大于30 mm的锅炉、压力容器等重要结构，焊后应进行消除应力热处理。 表3-6 不同环境温度下焊接16Mn钢的预热温度 板厚/mm 不同气温下的预热温度 不低于-10?不预热，-10?以下预热 100,150? 16以下 不低于-5?不预热，-5?以下预热100,16,24 150? 25,40 不低于0?不预热，0?以下预热100,40以上 150? 均预热100,150? 对于σs?392 MPa的低合金结构钢，由于这类钢淬硬、冷裂倾向增加，使焊接性变差，因此，焊前一般都要预热。 钎焊低合金结构钢时，为不使焊件因退火而软化，钎焊温度不应高于700?。钎焊后要进行热处理。对于不能热处理 的焊件最好用含有银、铜、镉、镍的钎料，钎焊温度控制在600?左右。 2)珠光体耐热钢的焊接 淬硬、冷裂倾向大，焊接性差。焊前要预热，选用相同化学成分类型的铬钼珠光体耐热钢焊条;焊接后一般要进行 消除应力热处理。这类钢一般采用手工电弧焊，耐热钢管子常用钨极氩弧焊打底或用氩弧焊焊接，还可用等离子弧焊。 这类钢若焊前不能进行预热，可采用奥氏体不锈钢焊条来焊接，但要保证焊缝有足够的铬和镍，使焊缝组织为奥氏体， 避免马氏体组织，所以要选铬镍较高类型的不锈钢焊条。 3)不锈钢的焊接 不锈钢按其组织可分为奥氏体、马氏体和铁素体不锈钢。应用最广的是铬镍奥氏体不锈钢，如1Cr18Ni9Ti等。这类 钢的焊接性良好。 如果焊条选用不当，晶界处析出碳化铬，形成贫铬区而引起晶间腐蚀，使焊接接头失去耐蚀能力。 如果焊接电流太大，焊速太慢，就会使焊接接头因过热而脆化或热裂等。 奥氏体不锈钢的焊接方法有手工电弧焊、氩弧焊、埋弧焊等。 氩弧焊是焊接不锈钢较为满意的方法。 奥氏体不锈钢焊接不需要预热，要用小电流及快速施焊。