电焊工讲义

发布时间：2020-03-01 17:36:27 来源：范文大全收藏本文下载本文手机版

电焊工讲义常用金属材料的焊接

一、碳钢的焊接：

（一）碳钢的种类：

1、按其含碳量：

① 低碳钢C≤0.25%,主要用于在冷加工和焊接结构 ② 中碳钢C=0.25～0.60%,主要用于强度要求较高的构件和机器零件,根据不同强度要求进行淬火和回火处理 ③ 高碳钢C≥0.60%,主要用来制弹簧、工具及耐磨零件

2、按钢材接脱氧程度：

① 沸腾钢 ② 镇静钢 ③ 半镇静钢

3、按有害杂质硫和磷含量：

① 普通碳素钢 ② 优质碳素钢 ③ 高级优质碳素结构钢

4、按用途：

① 结构钢 ② 工具钢

（二）碳钢的焊接性：碳钢的力学性能和焊接性主要决定于它的含碳量。随着含碳量的增加，硬度和强度提高，而塑性下降。

（三）低碳钢焊接工艺：

1、低碳钢的焊接性：具有优良的焊接性，可以采用各种焊接方法焊接。

2、低碳钢焊接工艺要点：

（四）中碳钢的焊接：中碳钢含碳量0.25～0.60%,当含碳量接近于0.30%时，焊接性良好，随着含碳量的增加，淬硬倾向即冷裂倾向和热裂倾向增大，焊接性逐渐变差。

1、焊接材料的选用：

① 应尽量采用低氢型焊接材料 ② 注意焊缝金属与母材强度匹配 ③ 在特殊情况下选材，如母材不允许预热时，可选用A10

2、A10

7、A30

7、A402 ④ 考虑焊前状态

2、中碳钢的焊接工艺要点

（五）高碳钢的焊接：

1、高碳钢的焊接性

2、高碳钢的焊接材料的选择

3、高碳钢的焊接工艺要点

二、低合金结构钢的焊接：

（一）焊接性的概念：

1、焊接性：是指金属材料晨一定的焊接工艺条件下，焊接成符合设计要求、满足使用要求的构件的难易程度。

影响焊接性的因素有四个：金属材料的种类及化学成分、焊接方法、构件类型、使用要求。

上述四种因素中，材料的种类及其化学成分是主要的影响因素。

2、碳当量：

焊接性的直接评定方法：进行焊接性试验焊接性的间接的估算方法：碳当量法

碳当量：就是把钢中合金元素（包括碳）的含量按其作用换算成碳的相当含量。可作为评定钢材焊接性的一种参考指标。

对于碳钢和低合金结构钢的碳当量，国际焊接学会推荐的计算公式：

CE（CMn6CrMoV5NiCu15）%

此公式适用于中高强度的非调质低合金高强度钢（σ=500～900MPa）在计算碳当量时，元素含量均取其成分范围的上限。

A.当CE＜0.4%时，钢材的淬硬冷裂倾向不大，焊接性优良，焊接时不必预热。

B.当CE=0.4～0.6%时，钢材的淬硬冷裂倾向增大，焊接时需要采取预热、控制焊接参数等工艺措施。

C.当CE＞0.6%时，钢材的淬硬冷裂倾向强，较难焊接，需要采取较高的预热温度和严格的工艺措施。

碳当量只考虑了化学成分对焊接性影响，没有考虑焊接方法、构件类型、结构刚性、板厚、扩散氢含量、和构件使用要求等因素的影响。

（二）低合金结构钢的焊接性：

1、低合金结构钢的分类及应用：

A．低合金高强度结构钢按屈服点等级分类：

35、Q3

45、Q390、Q420、Q460五种。按质量等级分：A、B、C、D、E五级低合金高强度结构钢按热处理状态分类：热轧正火钢：屈服点295～490MPa B．低碳调质钢：

屈服点490～980MPa，属热处理强化钢，可在调质状态下焊接，焊后不要求调质处理。 C．中碳调质钢：

屈服点880～1176MPa，一般在退火状态下焊接，焊后进行调质处理，焊接性差。

2、低合金专业用结构钢：

A.耐蚀钢 B.低温钢

C.珠光体耐热钢

3、低合金结构钢的焊接性：

低合金结构钢的焊接时的主要问题是裂纹和脆化。 ① 焊接裂纹：普通低合金高强度结构钢焊接时易产生的裂纹是冷裂纹 ② 粗晶区脆化：

（三）低合金结构钢的焊接工艺：

1、低合金结构钢焊接工艺特点： ① 预热：温度决定于钢材的化学成分、板厚、焊接结构形状和拘束度以及环境温度等。 ② 控制线能量：各种低合金结构钢的脆化倾向和淬硬冷裂倾向不同，对线能量的要求也不相同。 ③ 采取降低含氢量的措施： ④ 后热及焊后热处理

2、低合金结构钢焊接方法的选择 ① 焊条电弧焊 ② 钨极氩弧焊 ③ 熔化极氩弧焊 ④ CO2气体保护焊 ⑤ 埋弧自动焊 ⑥ 电渣焊 ⑦ 窄间隙焊

3、低合金结构钢焊接材料的选择

（四）常用低合金结构钢的焊接：

1、16Mn钢的焊接：

A.16Mn钢碳当量为0.32～0.47%,焊接性较好.焊前一般不必预热.厚度大的、刚性大的结构在低温下焊接时，需要预热。

B.16Mn钢的常用焊接方法：常见的焊接方法都可用于16Mn钢的焊接 C.焊条电弧焊时，采用强度等级为E50的结构钢焊条。最多的是碱性焊条E5015（J507）和E5016（J506）

2、15MnV和15MnTi钢的焊接：

钒和钛的加入，提高了钢的强度，同时又细化晶粒，减小钢的过热倾向

焊条电弧焊时，对于厚度不大、坡口不深的结构，可采用E5015（J507）焊条；厚度较大的结构应采用E5515-G（J557）焊条。对于不重要的结构，也可采用E5003（J502）焊条

三、珠光体耐热钢的焊接

具有足够的高温强度和较好的抗高温氧化性能的钢叫耐热钢。耐热钢按正火组织（供货状态下的组织）可分为珠光体钢、马氏体钢和奥氏体钢等。

在高温、高压蒸气的运行条件下，碳钢的最高工作温度为450℃。

1、珠光体耐热钢的特性：

珠光体耐热钢是以铬、钼为主要合金元素的低合金耐热钢，其供货状态组织是珠光体或珠光体加铁素体，故称珠光体耐热钢。（1）高温强度：

普通碳素钢长时间在温度超过400℃情况下工作时，在不太大的应力作用下就会破坏。累此低碳钢不能用来制造工作温度大于400℃的容器设备。珠光体耐热钢在500～600℃时，仍保持有较高的强度。

衡量高温强度的指标有蠕变强度和持久强度两个。 ① 蠕变强度：

在高温下钢的强度较低，当受一定应力的作用时，会发生变形量随时间而逐渐增大的现象，称为蠕变。蠕变强度是钢在一定温度下，在规定时间内产生一定的微量变形时的应力 ② 持久强度：

钢在一定温度下，经规定的时间（例如：104或105h）发生断裂的应力，称为持久强度。

将Mo、W、V、Ti、Nb、B等合金元素加入钢中，能提高钢的室温和高温强度。

（2）高的抗氧化性：

提高钢抗氧化性能的最有效途径是加入Cr、Si、Al等合金元素，生成致密的保护膜，可以防止内部金属氧化。

Cr、Mo是珠光体耐热钢的主要合金元素，如12CrMo、15CrMo等。Cr能提高钢的高温抗氧化性能，还有利于高温强度。 Mo能显著提高钢的高温强度。

2、珠光体耐热钢的焊接性：

珠光体耐热钢的焊接性主要存在两个问题：（1）淬硬倾向较大，易产生冷裂纹：

在焊接热影响区有较大的淬硬倾向，焊后在空气中冷却，热影响区常会出现硬脆的马氏体组织；在低温焊接或焊接刚性较大的结构时，易产生冷裂纹。

（2）焊后热处理过程中易产生再热裂纹：

珠光体耐热钢含有Cr、Mo、V、Ti、Nb、等强烈的碳化物形成元素，从而使焊接接头过热区在焊后热处理过程中易产生再热裂纹（或称消除应力处理裂纹）。

此外，某些珠光体耐热钢及其焊接接头，当存在一定量的残余元素（如P、As、Sb、Sn、等）时，在350～500℃温度区间长期运行过程中，会发生剧烈脆化现象称回火脆性。

3、珠光体耐热钢的焊接工艺要点：（1）焊条的选择：

为保证焊缝金属的耐热性能，焊条电弧焊时选择焊条应根据母材的化学成分，而不是根据母材的力学性能。选用的钼和铬钼珠光体耐热钢焊条的Cr、Mo等合金元素应与母材相当或略高于母材。

此外，还可选用奥氏体不锈钢焊条，焊后一般可不做热处理。

（2）焊前预热：

预热是避免生成淬硬组织、减小焊接应力、防止产生冷裂纹的有效措施之一。

① 不论是定位焊还是焊接过程中，都应预热，并保持略高于预热温度的层间温度 ② 预热温度根据钢的化学成分、接头的拘束度和焊缝金属的含氢量来选定。 ③ 对铬钼珠光体耐热钢的焊接，为了防止冷裂纹的产生，应采用较高的预热度，但预热温度并非越高越好。 ④ 采用钨极氩弧焊打底和CO2气体保护焊时，可以降低预热温度或不预热。 ⑤ 大型焊接结构的制造中，对焊件进行局部预热可以取得与整体预热相近的效果。但必须保证预热宽度大于所焊壁厚的4倍且不小于150mm。保证焊件内外表面均达到预热温度。

（3）焊后保温及缓冷：

焊后应立即用石棉布覆盖焊缝及热影响区保温，使其缓慢冷却。

（4）焊后热处理：

铬钼珠光体耐热钢焊后应立即进行高温回火，以防止产生延迟裂纹，消除焊接残余应力和改善接头组织与性能。

焊后热处理的目的：消除焊接残余应力；

改善接头组织；

提高接头的综合力学性能；

提高接头的高温蠕变强度和组织稳定性；降低焊缝及热影响区硬度等。

（5）控制线能量：采用较小的线能量，有利于减小焊接应力，细化晶粒，改善组织，提高冲击韧性。

4、珠光体耐热钢的焊接方法：

一般的焊接方法均可焊接珠光体耐热钢。焊条电弧焊和埋弧自动焊用得多，用CO2气体保护焊也日益增多，电渣焊在大断面焊接中应用；焊接重要的高压管道时，常采用钨极氩弧焊打底焊，焊条电弧焊盖面。（1）埋弧自动焊：

广泛应用于压力容器、管道、梁柱结构及汽轮机转子等结构中。但不能用于全位置焊，对于小直径管和薄壁构件不适用。（2）焊条电弧焊：

焊条电弧焊接珠光体耐热钢时，选用低氢型药皮焊条是防止焊接冷裂纹的主要措施之一。但碱性焊条药皮易吸潮，而焊条药皮和焊剂中的水分是氢的主要来源。

（3）钨极氩弧焊：

是珠光体耐热钢最常用的焊接方法。既可以用作打底焊，也可以用于整个焊缝的焊接。钨极氩弧焊电弧气氛具有超低氢的特点，焊接珠光体耐热钢时可以降低预热温度，甚至可以不预热。

（4）电渣焊：

电渣焊在珠光体耐热钢厚壁容器的生产中得到稳定的应用。电渣焊接头晶粒十分粗大，对于一些重要的焊接结构，焊后必须经正火处理，以细化晶粒，提高缺口冲击韧性。（5） CO2气体保护焊

四、奥氏体不锈钢的焊接：

铬的质量分数大于12%的钢，在空气、水、蒸汽中能受腐蚀和生锈的钢称为不锈钢；在酸及其他化学侵蚀介质中耐腐蚀的钢称为不锈耐酸钢。一般说的不锈钢包括不锈钢和不锈耐酸钢两种。

1、不锈钢的分类及性能：（1）不锈钢的分类：

两种分类法：按合金元素的特点分为：铬不锈钢和铬镍不锈钢

按正火状态下钢的组织状态分为：马氏体不锈钢

铁素体不锈钢

奥氏体不锈钢

奥氏体—铁素体不锈钢

① 马氏体不锈钢：

铬质量分数较高13%～17%。碳的质量分数0.1%～1.1%。有1Cr

13、2Cr

13、3Cr

13、4Cr13等。其中以2Cr13应用最广，此类钢具有淬透性，在温度不超过30℃时，在弱腐蚀介质中有良好的耐腐蚀性；对淡水、海水、蒸汽、空气亦有足够的耐腐蚀性；在热处理后有很好的力学性能。用于制造力学性能要求较高、耐腐蚀性相对较低的零件。 ② 铁素体不锈钢：

铬质量分数高13%～30%。碳的质量分数较低低于0.15%。耐酸能力强，有很好的抗氧化能力，强度低，塑性好、主要用于制作化工设备中的容器、管道等。广泛用于硝酸、氮肥工业中有00Cr

12、1Cr

17、1Cr17Mo、00Cr27Mo、00Cr30Mo2等，常用1Cr17。 ③ 奥氏体不锈钢：

是目前工业上应用最广的不锈钢。以铬镍为主要合金元素。具有优良的耐腐蚀性；强度较低，而塑性、韧性极好；焊接性能良好。主要用作化工容器、设备和零件等。

奥氏体不锈钢化学成分类型：Cr18%—Cr9%、Cr18%—Cr12%、Cr23%—Cr13%、Cr25%—Cr20%、

奥氏体不锈钢有：0Cr19Ni

10、00Cr18Ni

9、1Cr18Ni

9、1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni10Ti、0Cr23Ni

13、0Cr25Ni20等，常用有1Cr18Ni9Ti、Cr25Ni20。（2）不锈钢的性能： ① 不锈钢的物理性能：

A、热导率低于碳钢，奥氏体不锈钢的热导率约为碳钢的1/3。 B、电阻率高，奥氏体不锈钢的电阻率约为碳钢的5倍。

C、奥氏体不锈钢的线膨胀系数比碳钢大50%，马氏体不锈钢和铁素体不锈钢的线膨胀系数大体与碳钢相等。

D、奥氏体不锈钢的密度大于碳钢，马氏体不锈钢和铁素体不锈钢的密度稍小于碳钢。 E、奥氏体不锈钢没有磁性，马氏体不锈钢和铁素体不锈钢有磁性。 ② 不锈钢的力学性能： ③ 不锈钢的耐腐蚀性能：

金属材料受腐蚀介质的化学及电化学作用而损坏的现象称为腐蚀。不锈钢的腐蚀形式有均匀腐蚀（整体腐蚀）、晶间腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀、和应力腐蚀等。

2、奥氏体不锈钢的焊接性：

奥氏体不锈钢塑性和韧性很好，具有良好的焊接性，焊接时一般不需要采取特殊的焊接工艺措施。如焊接材料选用不当或焊接工艺不合理时，会产生降低焊接接头抗晶间腐蚀能力和热裂纹等问题。

（1）焊接接头的抗腐蚀性：

（2）热裂纹：

奥氏体不锈钢产生热裂纹的原因：

① 单相奥氏体焊缝易形成方向性强的柱状晶组织，硫、磷、镍碳等元素形成的低熔点共晶杂质偏析比较严重，形成晶间液态夹层。 ② 不锈钢的液相线与固相线距离较大，结晶时间较长，也使低熔点杂质偏析严重。 ③ 不锈钢导热系数小、线膨胀系数大，导致焊接应力较大。

防止热裂纹的措施：

① 严格限制焊缝中的硫、磷等杂质元素的质量分数，以减少低熔点共晶杂质。 ② 选用双相组织的焊条。 ③ 选用碱性焊条和焊剂，以降低焊缝中的杂质含量，改善偏析程度。 ④ 控制焊接电流和电弧电压的大小，适当提高焊缝成形系数；采用多层多道焊，避免中心线偏析，可防止中心线裂纹。 ⑤ 采用小线能量，小电流快速不摆动焊，可减小焊接应力。 ⑥ 填满弧坑，可防止弧坑裂纹。（3）焊接接头的脆化：

奥氏体不锈钢的焊缝在高加热一段时间后，常会出现冲击韧度下降的现象，称为脆化 ① 475℃脆化：

含有较多铁素体相（超过15%～20%）的双相焊缝组织，经过350～500℃加热后，塑性和韧性会显著下降，由于475℃时脆化速度最快，故称475℃脆化。 ② σ相脆化：

奥氏体不锈钢焊接接头在375～875℃温度范围内长期使用，会产生一种FeCr金属间化合物，称为σ相。

由于σ相硬而脆，σ相析出的结果，使焊缝冲击韧度急剧下降，这种现象称为σ相脆化 ③ 熔合线脆断：

奥氏体不锈钢在高温下长期使用，在沿熔合线外几个晶粒的地方，会发生脆断现象，称为熔合线脆断。

3、奥氏体不锈钢的焊接

（1）奥氏体不锈钢焊接工艺特点：

① 采用小线能量，小电流快速焊：焊道宜窄不宜宽，最好不超过焊条直径的3倍。同样直径的焊条焊接电流值比低碳钢焊条降低20%左右，一般取焊条直径的25～30倍。 ② 快速冷却：焊后可采取强制冷却措施，以减小在敏化温度区停留时间，防止晶间腐蚀。 ③ 不进行预热和后热处理：不预热和后热，防止降低焊后冷却速度。各道层间温度低于60℃。 ④ 不锈钢焊后热处理：奥氏体不锈钢制压力容器焊接时，一般不进行消除焊接残余应力的焊后热处理。

在有应力腐蚀倾向时需要进行消除应力退火，可在低于350℃或高于850℃进行退火处理。也可锤击松弛应力。 ⑤ 采用适当的焊后处理：表面抛光和表面钝化处理。

（2）奥氏体不锈钢的焊接方法的选用：

最好采用焊条电弧焊、钨极氩弧焊、埋弧自动焊、熔化极氩弧焊和等离子弧焊等。电渣焊极少使用。CO2气体保护焊具有氧化性，合金元素烧损严重，目前不采用。

① 奥氏体不锈钢焊条：

焊条药皮通常有钛钙型A××2和低氢型A××7两种。交流焊时熔深较浅，同时交流焊时比直流焊时药皮容易发红，交流电弧也没有直流电弧稳，所以尽可能采用直流电源。 ② 焊接工艺参数的选择：

为防止晶间腐蚀和应力腐蚀，防止热裂纹，减小焊接变形，应采用小线能量，小电流短弧快速焊，多层多道焊并控制层间温度。

（3）防止晶间腐蚀的措施：

① 采用超低碳不锈钢 ② 采用双相组织 ③ 添加稳定剂 ④ 进行固溶处理 ⑤ 进行均匀化处理

五、铸铁的焊接：

1、铸铁的分类：按石墨在铸铁内存在的形状分类

① 灰铸铁 ② 白口铸铁 ③ 可锻铸铁 ④ 球墨铸铁 ⑤ 蠕墨铸铁 ⑥ 耐蚀奥氏体铸铁

2、铸铁的牌号：