01
防腐鋼管焊接性及其試驗評定
1.焊接:通過加熱或加壓,加或不加填充材料,使兩個物體進行原子間的結(jié)合形成不可分割的整體的工藝過程。
2.焊接性:指同質(zhì)材料或異質(zhì)材料在制造工藝條件下,能夠焊接形成完整接頭并滿足預期使用要求的能力。
3.影響焊接性的四大因素是:材料,設計,工藝及服役環(huán)境。
4.評定焊接性的原則主要包括:①評定焊接接頭產(chǎn)生工藝缺陷的傾向,為制定合理焊接工藝提供依據(jù);②評定焊接接頭能否滿足結(jié)構(gòu)使用性能的要求;設計新的焊接試驗方法就符合下述原則:可比性,針對性,再現(xiàn)性和經(jīng)濟性。
5.碳當量:把鋼中合金元素的含量按相當于若干碳含量折算并疊加起來,作為粗略評定鋼材冷裂紋傾向的參數(shù)指標。
6.斜Y型坡口對接裂紋試驗:目的是主要用于鑒定低合金高強鋼第一層焊縫和HAZ形成冷裂紋傾向,也可用于擬定焊接工藝。1)試件制備,被焊鋼材板厚δ=9-38mm。對接接頭坡口用機械方法加工,試板兩端各在60mm范圍內(nèi)施焊拘束焊縫,采用雙面焊。注意防止角變形和未焊透。保證中間待焊試樣焊縫處有2mm間隙。2)試驗條件:試驗焊縫選用的焊條就與母材相匹配,所用焊條應嚴格烘干,焊條直徑4mm,焊接電流(170±10)A,焊接電壓(24±2)V,焊接速度(150±10)mm/min。試驗焊縫可在各種不同溫度下施焊,試驗焊縫只焊一道,不填滿坡口。焊后靜置和自然冷卻24h后截取試樣和進行裂紋檢測。3)檢測與裂紋條率計算。用肉眼或手持5-10倍放大鏡來檢測焊縫和熱影響區(qū)的表面和斷面是否有裂紋。一般認為低合金鋼“小鐵研”試驗表面裂紋率小于20%時,一般不產(chǎn)生裂紋。
7.插銷試驗:目的,主要評定鋼材的氫致延遲裂紋傾向,附加其他設備,也可以測定再熱裂紋敏感性和層狀敏感性。1)試件制備,將被焊鋼材加工或圓柱的插銷試棒,沿軋制方向取樣并注明插銷在厚度方向的位置。試棒上端附近有環(huán)形或螺形缺口。將插銷試棒插入底板相應的孔中,使帶缺口一端與底板表面平齊。對于環(huán)形缺口的插銷試棒,缺口與端面的距離a應使焊道熔深與缺口根部所截平面相切或相交,但缺口根部圓周被熔透的部分不得超過20%。對于低合金鋼,a值在焊接熱輸入為E=15KJ/cm時為2mm。2)試驗過程,按選定的焊接方法和嚴格控制的工藝參數(shù),在底板上熔一層堆焊焊道,焊道中心線通過試樣的中心,其熔深應使缺口尖端位于熱影響區(qū)的粗晶區(qū),焊道長度L約100-150mm。施焊時應測定800-500℃的冷卻時值t8/5值,不預熱焊接時,焊后冷卻至100-150℃時加載;焊前預熱時,應在高于預熱溫度50-70℃時加載。載荷應在1min之內(nèi)且在冷卻至100℃或高于預熱溫度50-70℃之前施加完畢。如有后熱,應在后熱之前加載。當試棒加載時,插銷可能在載荷持續(xù)時間內(nèi)發(fā)生斷裂,記下承載時間。
02
合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接性
1.高強鋼:屈服強度σs≥295MPa的強度用鋼均可稱為高強鋼。‘
2.Mn的固溶強化作用很顯著,ωMn≤1.7%時,可提高韌性,降低脆性轉(zhuǎn)變溫度,Si會降低塑性,韌性,Ni既固溶強化又同時提高韌性且大幅度降低脆性轉(zhuǎn)變溫度的元素,常用于低溫鋼。
3.熱軋鋼(正火鋼):屈服強度為295-490MPa的低合金高強鋼,一般是在熱軋或正火狀態(tài)下供貨使用。
4.高強鋼焊接接頭的設計原則:高強鋼以其強度作為選用依據(jù),因而焊接接頭的原則為:焊接接頭的強度等于母材的強度(等強原則),分析:①焊接接頭強度大于母材強度,塑韌性降低,②等于時壽命相當③小于時,接頭強度不足。
5.熱軋及正火鋼的焊接性:熱軋鋼含有少量的合金元素一般情況下冷裂紋傾向不大,正火鋼由于含合金元素較多,淬硬傾向有所增加,隨著正火鋼碳當量及板厚的增加,淬硬性及冷裂紋傾向隨之增大。影響因素:⑴碳當量⑵淬硬傾向:熱軋鋼的淬硬傾向及正火鋼的淬硬傾向⑶熱影響區(qū)最高硬度,熱影響區(qū)最高硬度是評定鋼材淬硬傾向和冷裂紋感性的一個簡便的方法。
6.SR裂紋(消除應力裂紋,再熱裂紋):含Mo正火鋼厚壁壓力容器之類的焊接結(jié)構(gòu),進行焊后消除應力熱處理或焊后再次高溫加熱的過程中,可能出現(xiàn)另一種形式的裂紋。
7.韌性是表征金屬對脆性裂紋產(chǎn)生和擴展難易程度的性能。
8.低合金鋼選擇焊接材料時必須考慮兩個方面的問題:①不能有裂紋等焊接缺陷②能滿足使用性能要求。熱軋鋼及正火鋼焊接一般是根據(jù)其強度級別選擇焊接材料,其選用要點如下:①選擇與母材力學性能匹配的相應級別的焊接材料②同時考慮熔合比和冷卻速度的影響③考慮焊后熱處理對焊縫力學性能的影響。
9.確定焊后回火溫度的原則:①不要超過母材原來的回火溫度以免影響母材本身的性能②對于有回火的材料,要避開出現(xiàn)回火脆性的溫度區(qū)間。
10.調(diào)質(zhì)鋼:淬火+回火(高溫)。
11.高強鋼焊接采用“低強匹配”能提高焊接區(qū)的抗裂性。
12.低碳調(diào)質(zhì)鋼焊接時要注意兩個基本問題:①要求馬氏體轉(zhuǎn)變時的冷卻速度不能太快,使馬氏體有自回火作用,以防止冷裂紋的產(chǎn)生②要求在800℃-500℃之間的冷卻速度大于產(chǎn)生脆性混合組織的臨界速度。低碳調(diào)質(zhì)鋼焊接要解決的問題:①防止裂紋②在保證滿足高強度要求的同時,提高焊縫金屬及熱影響區(qū)的韌性。
13.對于含碳量低的低合金鋼,提高冷卻速度以形成低碳馬氏體,對保證韌性有利。
14.中碳調(diào)質(zhì)鋼合金元素的加入主要起保證淬透性和提高抗回火性能的作用,而真強度性能主要還是取決于含碳量。主要特點:高的比強度和高硬度。
15.提高珠光體耐熱鋼的熱強性有三種方式:①基體固溶強化,加入合金元素強化鐵素體基體,常用的Cr,Mo,W,Nb元素能顯著提高熱強性②第二相沉淀強化:在鐵素體為基體的耐熱鋼中,強化相主要是合金碳化物③晶界強化:加入微量元素能吸附于晶界,延緩合金元素沿晶界的擴散,從而強化晶界。
16.珠光體耐熱鋼焊接中存在的主要問題是冷裂紋,熱影響區(qū)的硬化,軟化,以及焊后熱處理或高溫長期使用中的消除應力裂紋。
17.-10到-196℃的溫度范圍稱為“低溫”,低于-196℃時稱為“超低溫”。
03
不銹鋼焊接
1.不銹鋼:不銹鋼是指能耐空氣,水,酸,堿,鹽及其溶液和其他腐蝕介質(zhì)腐蝕的,具有高度化學穩(wěn)定性的合金鋼的總稱。
2.不銹鋼的主要腐蝕形式有均勻腐蝕,點腐蝕,縫隙腐蝕和應力腐蝕等。均勻腐蝕,指接觸腐蝕介質(zhì)的金屬表面全部產(chǎn)生腐蝕的現(xiàn)象;點腐蝕,指在金屬材料表面大部分不腐蝕或腐蝕輕微,而分散發(fā)生的局部腐蝕;縫隙腐蝕,在電解液中,如在氧離子環(huán)境中,不銹鋼間或與異物接觸的表面間存在間隙時,縫隙中溶液流動將發(fā)生遲滯現(xiàn)象,以至于溶液局部Cl-,形成濃差電池,從而導致縫隙中不銹鋼鈍化膜吸附Cl-而被局部破壞的現(xiàn)象;晶間腐蝕,在晶粒邊界附近發(fā)生的有選擇性的腐蝕現(xiàn)象;應力腐蝕,指不銹鋼在特定的腐蝕介質(zhì)和拉應力作用下出現(xiàn)的低于強度極強的脆性開裂的現(xiàn)象。
3.防止點腐蝕的措施:1)減少氯離子含量和氧離子含量2)在不銹鋼中加入鉻,鎳,鉬,硅,銅等合金元素3)盡量不進行冷加工,以減少位錯露頭處發(fā)生點腐蝕的可能4)降低鋼中的含碳量。
4.不銹鋼及耐熱鋼的高溫性能:475℃脆性,主要出現(xiàn)在Cr>13%的鐵素體,430-480℃之間長期加熱并緩冷,導致在常溫時或負溫時出現(xiàn)強度升高而韌性下降;σ相脆化,是Cr的質(zhì)量分數(shù)的45%的典型,F(xiàn)eCr金屬間化合物,無磁性,硬而脆。
5.奧氏體不銹鋼焊接接頭的耐蝕性:1)晶間腐蝕,2)熱影響區(qū)敏化區(qū)晶間腐蝕,3)刀狀腐蝕。
6.防止焊縫發(fā)生晶間腐蝕的措施:1)通過焊接材料,使焊縫金屬或者成為超低碳情況,或者含有足夠的穩(wěn)定化元素Nb。2)調(diào)整焊縫成分獲得一定δ相。晶間腐蝕理論本質(zhì)上就是貧鉻理論。
7.熱影響區(qū)敏化區(qū)晶間腐蝕:指焊接熱影響區(qū)中加熱峰值溫度處于敏化加熱區(qū)間的部位所發(fā)生的晶間腐蝕。
8.刀狀腐蝕:在熔合區(qū)產(chǎn)生的晶間腐蝕,有如刀削切口形式,故稱為“刀狀腐蝕”。
9. 防止刀狀腐蝕措施:①選用低碳母材和焊接材料②采用又相組織的不銹鋼③采用小電流焊接,減少焊接粗晶區(qū)的過熱程度及寬度④與腐蝕介質(zhì)接觸的焊縫最后焊接⑤交叉焊接⑥加大鋼中Ti,Tb含量,使焊接粗晶區(qū)的晶粒邊界有足夠的Ti,Tb與碳化合。
10.不銹鋼為什么采用小電流焊接?以減小焊接熱影響區(qū)的溫度,防止焊縫晶間腐蝕的產(chǎn)生,防止焊條,焊絲過熱,焊接變形,焊接應力,可以減少熱輸入等。
11.引起應力腐蝕開裂的三個條件:環(huán)境,選擇性的腐蝕介質(zhì),拉應力。
12.防止應力腐蝕開裂的措施:1)調(diào)整化學成分,超低碳有利于提高抗應力腐蝕的能力,成分與介質(zhì)的匹配問題,2)清除焊接殘余應力3)電化學腐蝕,定期檢查及時修補等。
13.為提高耐點蝕性能:1)一方面必須減少Cr,Mo的偏析2)一方面采用較母材更高Cr,Mo含量的所謂“超合金化”焊接材料。
14.奧氏體不銹鋼焊接時會產(chǎn)生熱裂紋,應力腐蝕裂紋,焊接變形,晶間腐蝕。
15.奧氏體鋼焊接熱裂紋的原因:1)奧氏體鋼的熱導率小,線膨脹系數(shù)大,拉應力致大,2)奧氏體鋼易于聯(lián)生結(jié)晶形成方向性強的柱狀晶的焊縫組織,有利于有害雜質(zhì)偏析3)奧氏體鋼合金組成較復雜,易溶共晶。
16.防止熱裂紋措施:①嚴格限制母材和焊接材料中的P,S含量②盡量使焊縫形成雙相組織③控制焊縫的化學成分④小電流焊接。
17.18-8型和25-20型在防止熱裂紋時其焊縫組織有何不同?18-8型鋼焊縫形成A+δ組織,δ相可以溶解大量的P,S,δ相一般為3%-7%,25-20型鋼焊縫形成A+一次碳化物組織。
18.奧氏體不銹鋼選材時應注意:①堅持“適用性原則”②根據(jù)所選各焊材的具體成分確定是否適用③考慮具體應用的焊接方法和工藝參數(shù)可能造成的熔合比大小④根據(jù)技術(shù)條件規(guī)定的全面焊接性要求來確定合金化程度⑤要重視焊縫金屬合金系統(tǒng),具體合金成分在該合金系統(tǒng)中的作用,考慮使用性能要求和工藝焊接性要求。
19.鐵素體不銹鋼焊接性分析:1)焊接接頭的晶間腐蝕2)焊接接頭的脆化,高溫脆化,σ相脆化,475℃脆化。
04
鑄鐵焊接
1.鑄鐵的三大特點:減振性,吸油性,耐磨性。
2.鑄鐵的性能主取決于石墨的形狀,大小,數(shù)量和分布等,同時基體組織也有一定的影響。
3.球墨鑄鐵:F基體+圓球狀石墨;灰口鑄鐵:F基體+片狀石墨;蠕墨鑄鐵:基體+蠕蟲狀石墨;可鍛鑄鐵:F基體+團絮狀石墨。
4.低碳鋼焊條是否可以焊接鑄鐵?不可以,在焊接時,即使小電流,母材在第一道焊縫中所占的比例為25%-30%,若依鑄鐵中C=3%計算,第一道焊縫中的含碳量為0.75%-0.9%,屬于高碳鋼,焊接冷卻后立即出現(xiàn)高碳馬氏體,且焊接HAZ會出現(xiàn)白口組織,機械加工困難。
5.電弧熱焊:熔鑄件預熱到600-700℃,然后在塑性狀態(tài)下進行焊接,焊接溫度不低于400℃,為防止焊接過程中開裂,焊后立即進行消除應力處理及緩冷,此鑄鐵焊補工藝稱為電弧熱焊。
6.半熱焊:預熱溫度在300-400℃時稱為半熱焊。
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