高强钢焊接.ppt

江苏石油勘探局职工培训处,,高强钢的焊接技术,焊接培训部孙浩2013.3,江苏石油勘探局职工培训处,,高强钢焊接结构涉及到国民经济和国防建设的各个领域。高强钢在今后很长一个时期内将作为主要的工程材料发挥重要作用。我国已成为世界第一大产钢国。品种和质量也在迅速发展和提高，对焊接性能提出了更高的要求。随着科学技术的发展，高强度钢在焊接结构中的应用日益广泛，越来越受到工程界的重视。,江苏石油勘探局职工培训处,,国内钢板及低合金高强钢产量情况,江苏石油勘探局职工培训处,钢结构离不开焊接,全世界结构钢的年消耗量约3.55.5亿吨，并以每年58的速度增长；我国发展的更为迅速，近几年每年钢产量增长超过15。工业化国家人均钢材占有量350kg，焊接与钢材用量成正比。因为约60的钢材需要焊接加工。,江苏石油勘探局职工培训处,,2008奥运会主体育场（鸟巢），用钢4.19万吨，采用Q460E-Z35厚板钢结构，厚度达110mm，在国内建筑钢结构工程中应用属首例。,江苏石油勘探局职工培训处,,江苏石油勘探局职工培训处,高强钢的用途及发展低合金高强钢的用途,目前世界钢产量中有70％以上属于工程结构用钢，而工程结构用钢中60％以上属于低合金钢。由于国民经济各行业使用的工程结构用钢对钢材性能的要求越来越高，因而低合金钢的发展相当迅速，所占比例还将不断提高。高强钢强度级别不同，合金元素及含量也不同，成分设计既要满足使用性要求，又要考虑其经济性。,江苏石油勘探局职工培训处,普通低合金钢的应用,普通钢结构指一般用途的各种钢结构，如建筑、桥梁和车辆等，这类钢通称为普通低合金结构钢。其中大部分是CMn钢、CMnV钢、CMnNb钢和CMnVNb钢。对于抗拉强度在600MPa以下的钢，一般为热轧状态供货。对于强度级别较高或对冲击韧性有特殊要求的钢材，应以正火状态或调质状态供货。对于利用沉淀强化机制提高合金强度的低合金钢，必须以正火状态供货。,江苏石油勘探局职工培训处,低合金钢的强化途径,低合金钢的强化途径包括1）合金强化2）组织强化（如淬火回火）3）控轧控冷工艺（TMCP）4）淬火自回火控制轧制（QST）,江苏石油勘探局职工培训处,,1）合金强化（固溶强化、析出强化）通过合金元素的固溶强化、细晶强化、析出强化，提高钢板的强度和韧性；通过正火细化晶粒、均匀组织，进一步提高钢板的塑性和韧性。2）组织强化（如淬火回火）轧制后加热温度超过相变温度30-50℃，经水冷后生成淬火饱和固溶体为不稳定组织，强度、硬度都很高。随后进行回火可使淬火固溶体分解，达到对钢材塑性和韧性的要求。,江苏石油勘探局职工培训处,,3）控轧控冷工艺（TMCP）严格控制钢板的冷却过程，在接近或低于铁素体开始生成的温度下完成终轧。控轧在更低的温度下停轧，抑制高温奥氏体晶粒长大；控冷轧后立即加快冷却速度，避免晶粒长大，提高形核率，通过细化晶粒显著改善钢的强韧性。4）淬火自回火控制轧制（QST）淬火后利用钢截面中部的温度散热进行回火，实质是TMCP工艺的特殊应用。经过这种工艺处理的钢材，强度高而且焊接性好。,江苏石油勘探局职工培训处,按其供货时的热处理状态,合金结构钢分为热轧、控轧、正火、TMCP（控冷控轧）、调质（淬火＋回火）。调质处理（QT）分为水调质处理（淬火＋回火）和空气调质处理（正火＋回火）两种。屈服强度低于420MPa的低合金钢中薄板可以热轧（或控轧）状态供货；屈服强度500MPa以上的低合金钢厚板，多以正火（或空气调质）状态供货.屈服强度690MPa以上的高强度钢大都是调质处理（淬火＋回火）。,江苏石油勘探局职工培训处,高强钢的合金系,强度级别为600MPa的钢主要为Mn-Si系和在Mn-Si基础上加少量的Cr、Ni、Mo、V；700MPa级的钢主要为Mn-Si-Cr-Ni-Mo系，合金元素加入量较600MPa级的钢多一些，另外还加入少量的V；800MPa级的钢主要为Mn-Si-Cr-Ni-Mo-Cu-V系，并加入一定量的B；1000MPa级的钢合金系列与800MPa级的钢基本相同，但合金元素加入量较高，尤其是为了保证韧性加入较多的Ni。,江苏石油勘探局职工培训处,,近30年来低合金高强钢受到世界各国的普遍关注，并仍将成为今后20～30年材料发展的基本方向。应用低合金高强钢的目的，是减轻焊接结构的重量，节约材料和缩短焊接工期。使焊接产品和结构不但经济，而且可以提高生产效率和使用性能。低合金钢焊接产品和结构的可靠性和安全性是特别值得关注的。作为高强度钢使用的工业部门，有船舶、海洋结构、建筑、石油、石化、电力、冶炼、桥梁、锅炉及压力容器、工程机械等。,江苏石油勘探局职工培训处,普通低合金高强度结构钢的化学成分特点,（1）低碳，这类钢中碳的质量分数一般小于0.2，主要是为了获得较好的塑性、韧性、焊接性能。（2）主加合金元素主要是Mn，加很少Cr和Ni，还有一些Mo、V、Nb、B等，是经济性能较好的钢种。添加这些合金元素主要是为了提高钢的淬透性和马氏体的回火稳定性，这些元素可以推迟珠光体和贝氏体的转变，使产生马氏体转变的临界冷却速率降低。,江苏石油勘探局职工培训处,,（3）辅加合金元素Al、V、Ti、Nb等，既可产生沉淀强化作用，还可细化晶粒，从而使强韧性得以改善。（4）加入一定量的Cu和P，改善这类钢的耐大气腐蚀性能。Cu元素沉积在钢的表面，具有正电位，成为附加阴极，使钢在很小的阳极电流下达到钝化状态；P在钢中可以起固溶强化的作用，也可以提高耐蚀性能；Ni和Cr都能促进钢的钝化，减少电化学腐蚀；（5）加入微量稀土元素可以脱硫去气，净化钢材，并改善夹杂物的形态与分布，从而改善钢的力学性能和工艺性能。,江苏石油勘探局职工培训处,低合金调质钢的应用,科学的发展和技术进步，使焊接结构设计向高参数、轻量化及大型化发展。低合金钢由于性能优异和经济效益显著，在焊接结构中得到越来越广泛的应用。低合金调质钢的广泛应用，在工业生产和国防建设的各个领域取得了十分明显的经济和社会效益。这类钢强度高、韧性好，为节约钢材和减轻焊接结构自重创造了条件。对于车辆、船舶、工程机械等运行结构，由于减轻自重，可以节约能源、提高运载能力和工作效率。采用焊接性好的低合金调质高强度钢可促进工程结构向大型化、轻量化和高效能方向发展。由于壁厚减薄，重量减轻，从而减少焊接工作量，为野外施工、吊装创造了条件。这类钢强韧性和综合性能好，可以大大提高设备的耐用性，延长其使用寿命。,江苏石油勘探局职工培训处,国内外常见的低合金调质钢,江苏石油勘探局职工培训处,低合金调质高强钢的焊接性,低合金调质高强钢含碳量较低,一般都在0.18以下,其高强度及良好的综合机械性能是通过在低碳基础上加入多种提高淬透性的合金元素和调质热处理获得强度高、韧性好的低碳板条马氏体和部分下贝氏体组织而得到的。这类钢合金系统复杂,淬硬性大,在焊接过程中主要会出现三个问题1热影响区的软化;2热影响区的脆化;3焊接冷裂纹。热影响区的软化是因为热影响区上凡是被加热且温度处于回火温度以上的区域,其碳化物会积聚长大而使钢材软化。对于焊后不再进行调质处理的焊接,热影响区软化的问题是不可避免的,焊接工艺的任务是要控制好热输入等参数以得到合适的软化区域宽度和软化程度。热影响区的脆化和焊接冷裂纹则是矛盾的两个方面,拘束度相同的情况下,,江苏石油勘探局职工培训处,,这个矛盾是围绕着冷却速度而产生的。低合金高强钢淬透性大,冷裂倾向大,但是由于含碳量低,焊接形成低碳马氏体又加上其转变温度较高,在此温度下冷却得比较慢,生成的马氏体得以“自回火”,冷裂纹可以避免。如果马氏体转变速度很快那么马氏体就不到“自回火”,冷裂纹倾向必然增大。热影响区的脆化是由于焊接冷却时在800℃～500℃区间的冷却速度t85慢导致形成了上贝氏体加M-A的混合脆性组织。我们可以清楚地看出低合金调质高强钢焊接工艺的重点任务之一是在交集区域内寻找合适的冷却速度从而得到解决矛盾的平衡点。为了得到合适的冷却速度并控制好热影响区的软化,必须要综合考虑的因素有焊接方法、焊材匹配、线能量、预热及层间温度等。,江苏石油勘探局职工培训处,低合金调质高强钢的焊接工艺,焊接方法对于高强钢焊接方法的选取,大都采用焊接热输入密度集中、效率高、熔池保护及脱氢效果好、焊接变形小的CO2焊或者富氩混合气体保护焊,但也有根据各自生产制造实际采用手工焊条电弧焊、埋弧自动焊以及复合焊接方法焊接的,各种焊接方法都具有各自的优缺点和使用场所、范围,选取哪种焊接方法则应遵循在保证焊缝无裂纹等缺陷、性能合格、成型美观基础上经济、高效的原则。,江苏石油勘探局职工培训处,,焊材匹配对于高强钢焊材匹配的原则一般来说有两种,一是“等强匹配”即熔敷金属强度级别与母材的强度级别相当;二是“低强匹配”也可以说是等韧性匹配,目的是得到更多的韧性储备以获得更好的抗冲击、抗裂性能。在实际应用中大多数采用了等强匹配的原则。有研究认为在高强钢的焊接中采用等韧原则,只要焊缝金属的强度不低于母材的87就能保证接头与母材等强,提出了根部焊道采用低强打底,填充层和覆层采用高强焊材的工艺能得到塑韧性好、强度合格、产生裂纹可能性小的接头。,江苏石油勘探局职工培训处,,预热和热输入线能量即热输入的控制是高强钢焊接的重难点,也是获得无缺陷、性能优良焊缝的关键之一。线能量过小,冷却速度快,焊缝和热影响区容易出现淬硬组织,也不利于氢逸出,冷裂纹倾向性大,线能量过大,热影响区宽,过热区晶粒粗大,冷却速度慢,t8P5增大,焊缝和热影响区生成上贝氏体加M-A组元的脆性组织或魏氏体组织而脆化。所以应优化选择线能量,在确定合适线能量的基础上考虑减少飞溅,防止夹渣、气孔、未熔合等方面而选择合适的电流、电压、速度等工艺参数。焊缝的冷却速度并不是只取决于线能量,还跟预热及层间温度、母材厚度密不可分。预热温度高,母材厚度小,冷却速度慢,会出现跟线能量大相似的情况,预热温度低,母材厚度大,冷却速度快,则会出现跟线能量小相似的情况。在高强钢的焊接实际应用上一般都采用较低温度进行预热,薄板不预热或者低于100℃,中厚板一般也不超过200℃。,江苏石油勘探局职工培训处,,焊后热处理高强钢焊接由于其母材钢板经过调质处理而得到强化,而且正常焊接条件下焊缝和热影响区可以获得高强度和韧性所以一般不进行焊后热处理。必须要进行焊后热处理的温度应低于母材调质处理回火温度30～50℃。为了确保残余氢的扩散逸出,防止冷裂纹的产生,可以进行200～250℃0.5h或者150～250℃5min板厚的消氢处理。,江苏石油勘探局职工培训处,低合金调质高强钢的焊接性特点,为了保证良好的综合性能和焊接性，低合金调质钢的碳含量1000MPa）HQ100、HQ130等,主要用于工程结构高强度耐磨、要求承受冲击磨损的部位。3）高强高韧性钢（抗拉强度700-900MPa）HY-80、HY-130、12Ni3CrMoV、10Ni5CrMoV,主要用于高强度高韧性焊接结构,江苏石油勘探局职工培训处,,作为高强钢制造工艺的关键一环，调质处理（淬火回火）是为了获得回火马氏体或下贝氏体的回火组织，使其强韧性良好。对于抗拉强度超过600MPa的钢材，不需添加过多的合金元素，通过调质处理可满足强度性能要求。美国最早采用调质处理成功地开发了抗拉强度为800MPa级钢材。美国最初是降低装甲用钢的碳含量并进行淬火回火处理，大大改善了其性能，并在军事装备中得到使用。,江苏石油勘探局职工培训处,600MPa、700MPa的低合金调质钢（HQ60、HQ70、Q550）,抗拉强度700MPa的低合金调质高强度钢具有较好的缺口冲击韧性，可用于在低温下服役的焊接结构，如露天煤矿的大型挖掘机及电动轮自卸车等。主要用于桥梁、工程机械、动力设备、交通运输机械等。可在调质状态下焊接，焊后不再进行调质处理，必要时可进行消除应力处理。,江苏石油勘探局职工培训处,800MPa的低合金调质钢（14MnMoNbB、HQ80、HQ80C、Q690）,我国已先后开发出14MnMoNbB、HQ80和HQ80C等抗拉强度为800MPa的低合金调质钢，并在工程中获得广泛应用。HQ80钢含有Ni、Cr元素，HQ80C钢不含Ni只含有Cr元素，14MnMoNbB不含Ni、Cr但含有Nb元素。抗拉强度800MPa的低合金调质高强度钢主要应用于工程机械、矿山机械的制造中，如推土机、工程起重机、重型汽车和牙轮钻机等。,江苏石油勘探局职工培训处,1000MPa、1300MPa的低合金调质钢（HQ100、HQ130）,HQ100不仅强度高、低温缺口韧性好，而且具有优良的焊接性能。HQ130是高强度工程机械用钢（σb≥1300MPa），含有Cr、Mo、B等多种合金元素，具有高淬透性。这两种钢经淬火回火的热处理后，可获得综合性能较好的低碳回火马氏体，具有高强度、高硬度以及较好的塑性和韧性。HQ100和HQ130，主要用于高强度焊接结构要求承受冲击磨损的部位，如工程机械等。抗拉强度1000MPa以上的低合金调质高强度钢主要用于工程机械高强耐磨件、核动力装置及航海、航天装备上。,江苏石油勘探局职工培训处,低合金调质高强钢焊接材料的选用,江苏石油勘探局职工培训处,,焊接无裂纹钢在日本已普遍用于制造城市液化气的球罐，焊接这类钢时采用超低氢焊材后，在板厚50mm以下或在O℃都可以焊前不预热。WCF一80钢是我国继WCF一62之后，开发的焊接裂纹敏感性小的高强度焊接结构钢，这种钢具有很高的抗冷裂性能和低温韧性，主要用于大型水电站、石化和露天煤矿等。,江苏石油勘探局职工培训处,,强度级别不同的低合金调质钢焊接时的淬硬性很大，有产生焊接裂纹的倾向。采用“低强匹配”焊材和ArCO2气体保护焊，控制焊缝扩散氢含量在超低氢水平，可实现在不预热条件下的焊接。,江苏石油勘探局职工培训处,低合金钢的发展,具有铁素体珠光体组织的低合金钢和微合金钢，经过固溶强化和沉淀强化，在保持较好的综合力学性能的条件下，其屈服强度最高可达极限约为470MPa。若希望获得强度更高的低合金钢，就要考虑获得其他类型的基体组织，因而发展了低碳贝氏体型低合金钢、低碳索氏体型低合金钢、针状铁素体型低合金钢、低碳马氏体型低合金钢。另外，还可通过控制轧制方法来获得较高强度的低合金钢。,江苏石油勘探局职工培训处,主导思想,主要是适当降低钢的含碳量以改善韧性，由此造成的强度损失可由加入合金元素通过控制轧制和控制冷却后形成低碳贝氏体或马氏体的相变强化的方法得到补偿。配合加入微合金化元素，如铌以细化晶粒并进一步提高韧性,江苏石油勘探局职工培训处,发展低碳贝氏体型低合金钢,在轧制或正火后控制冷却，得到低碳贝氏体组织，与相同含碳量的铁素体-珠光体组织相比，具有更高的强度和良好的韧性。利用贝氏体相变强化，钢的屈服强度可达490-780MPa。低碳贝氏体型低合金钢的主要特点是使大截面的结构件在热轧空冷正火条件下，获得单一的贝氏体组织。发展贝氏体型低合金钢的主要冶金措施是向钢中加入能显著推迟珠光体转变而对贝氏体转变影响很小的元素，从而保证热轧空冷正火条件下获得下贝氏体组织。,江苏石油勘探局职工培训处,贝氏体钢的成分,目前，贝氏体型低合金钢多采用Mo0.5％B0.003％为基本成分，以保证得到贝氏体组织，此外加入Mn、Cr、V等元素是为了进一步提高钢的强度及综合性能。,江苏石油勘探局职工培训处,这些元素的作用是,1产生固溶强化作用；2降低贝氏体转变温度，使形成的贝氏体及其析出的碳化物更加细小；3强烈推迟珠光体转变，进一步提高贝氏体的淬透性；4提高回火稳定性Mo和V最有效。低碳贝氏体型低合金钢的焊接性能很好。这是因为贝氏体的转变温度较高大于300℃，可使组织应力得到充分消除，而且体积效应较小，不易出现焊接脆性。,江苏石油勘探局职工培训处,,江苏石油勘探局职工培训处,低碳索氏体型低合金钢,提高低合金钢强度的另一途径是采用低碳低合金钢淬火获得低碳马氏体，然后进行高温回火，获得低碳回火索氏体组织。以保证钢材具有良好的综合力学性能和焊接性能。，生产这种钢有一定困难，因为钢材在淬火时容易变形，所以钢板和型钢必须在专用淬火设备上进行淬火处理，而截面厚度大的钢板不易完全淬透。与热轧或正火状态使用的铁素体珠光体型普通低合金钢不同，低碳索氏体型低合金钢的强度主要取决于碳含量及钢的回火稳定性。所选用的合金元素及其含量应保证钢材具有足够的淬透性、较高的回火稳定性和良好的焊接性能。低碳索氏体型低合金钢易于焊接，焊前不预热，具有良好的焊接性能。低碳索氏体型低合金钢已经在工程机械、重型载重车辆、桥梁、水轮机及舰艇等方面得到应用。我国在发展低碳索氏体钢方面做了大量的工作，取得快速发展并成功地应用于导弹、火箭等国防工业中。,江苏石油勘探局职工培训处,控制轧制钢的应用,在普通低合金钢中加入微量的碳化物形成元素Ti、Nb、V等，可以产生显著的沉淀强化效果，但同时也使钢的冷脆倾向增大。所以，为了充分发挥Ti、Nb、V等元素的沉淀效果，必须相应地采取韧化措施，即采用控制轧制工艺。控制轧制是将普通低合金钢加热到高温1250～1350℃进行轧制。国外已成功地对含Nb的普通低合金钢进行了控制轧制，使钢材屈服强度σs达到500MPa以上，从而获得了良好的强韧化效果。目前控制轧制在冶金厂广泛用以生产钢板、钢带和钢棒。经常采用的规范是“粗轧→待温→终轧”工艺，即在高温快速再结晶区内轧几道，待温度降低一些再进行终轧。待温阶段主要是保证终轧在无再结晶区和两相区进行。,江苏石油勘探局职工培训处,发展针状铁素体型低合金钢,为了满足在北方严寒条件下工作的大直径石油和天然气输出管道用钢的需要，目前世界各国正在发展针状铁素体型低合金钢，并通过轧制获得良好的强韧化效果。针状铁素体钢控制轧制后可使屈服强度σs达到490MPa以上，而脆性转变温度在-100℃以下。而且其焊接性能相当良好，可以用普通电弧焊进行焊接。针状铁素体型低合金钢合金化的主要特点，一是采用较低的碳含量0.04％～0.08％；二是主要用Mn、Mo、Nb元素进行合金化；三是对V、Si等元素以及N、S含量加以适当限制。,江苏石油勘探局职工培训处,研制针状铁素体型低合金钢的着眼点在于,1通过轧制后冷却时形成的非平衡针状铁素体实际上是无碳贝氏体，提供大量的位错亚结构，为以后碳化物的弥散析出创造条件，并可保证钢管在原板成形时有较大的加工硬化效应，以防止强度降低。2利用NbC、N为强化相，使之在轧制后的冷却过程中，以及在575650℃时效时从铁素体中弥散析出造成弥散强化，可使基体屈服强度σs提高70140MPa，但又相应使脆性转变温度提高约819℃，为此需要采取相应的补救措施。3采取控制轧制细化晶粒，将终轧温度降低至740780℃，并使在900℃以下的形变量达到65％以上。在每道轧制后用喷雾快冷，以防止碳化物从奥氏体中析出而减弱时效强化效果。,江苏石油勘探局职工培训处,合金元素的作用,碳低碳量是为了增加Nb的碳化物沉淀；降低对韧性的损害。锰Mn推迟铁素体-珠光体相变，使针状的铁素体在450℃以下形成；也是固溶强化元素。钼Mo能有效地推迟铁素体而不影响贝氏体相变；Mo与Mn联合使用还有利于得到细晶粒的针状铁素而不是粗大的多边形铁素体。铌通过沉淀相NbC,N的析出能有效地产生沉淀强化，并且在奥氏体热轧时，沉淀相NbC,N也可以细化晶粒。,江苏石油勘探局职工培训处,针状铁素体钢的用途,应用于制造寒带输送石油和天然气的管线。,江苏石油勘探局职工培训处,,第一代管线钢（X42-X70，FP管线钢）第二代管线钢（X60-X90，针状F管线钢）第三代管线钢（X110、X120，FM管线钢）,江苏石油勘探局职工培训处,高强钢的发展及对焊接性的要求,管线钢、压力容器用钢、舰艇钢、桥梁钢、建筑结构钢、铁路重轨钢、电力及化工石油设备、汽车车辆、工程机械、海上采油平台钢等多种焊接结构用钢均已开始采用高强钢。其中管线钢是高强钢中发展最早、应用最成熟的钢种。应用高强钢能够减轻焊接结构的质量，节约材料和缩短焊接工期；使焊接产品和结构不但经济，而且可以提高生产效率和使用性能。高强钢的焊接性和结构的可靠性及安全性是高强钢应用的重要课题。,江苏石油勘探局职工培训处,高强钢的设计思想高强与高韧性匹配,过去传统高强钢只注重钢材本身的性能，对焊接性考虑很少，而高强钢是从提高钢的强韧性及改善焊接性两个方面入手解决新钢种的冶金问题。1成分设计思想打破传统的C、Mn、Si系钢的设计思想，而是采用降碳、多种微量元素（如V、Nb、Ti、Cu、等）合金化，并通过控轧控冷（TMCP）工艺提高强度，保证综合的力学性能。该类钢种具有如下成分特征①降碳，是为了改善塑性、韧性和焊接性碳是最主要的强化元素，但会强烈的恶化塑韧性和焊接性。因此，新钢种都严格控制碳含量，如X70、X80钢中的碳含量小于0.07％，有的甚至达到超低碳（0.03以下水平。,江苏石油勘探局职工培训处,②微合金化技术通过向钢中加入少量合金元素如Ti、V、Nb、Al等细化晶粒、净化基体，并实现沉淀强化[细小弥散的碳氮化物、氧化物,其中Ti的细化晶粒作用最强]。③高洁净化通过精炼，清除杂质，净化基体，控制S、P、O、N、H的含量。,江苏石油勘探局职工培训处,2轧钢工艺采用控轧控冷（TMCP）新技术，即控轧后立即加速冷却，以细化晶粒，在提高强度的同时提高塑韧性。3焊接性要求冷裂纹敏感系数Pcm≤0.2，碳当量CE≤0.4采用上述技术思想已经开发出了多种新钢种，如结构钢、压力容器用钢、建筑用钢、海上采油平台用钢、管线钢X60、X65、X70、X80、X100、X120。对于X80以下的钢级，我国已经能够正常生产并供货。,江苏石油勘探局职工培训处,低合金高强钢的焊接性分析,低合金高强钢从Q345（16Mn）再到Q360、Q390，一直到目前大面积推广采用的Q420、Q460等。高强钢冷裂敏感性、再热裂纹敏感性、层状撕裂敏感性。焊接材料和焊接工艺参数对高强钢焊接接头性能的影响，确定与之相匹配的合适焊材并焊接工艺优化。,江苏石油勘探局职工培训处,热裂纹,高强钢一般含C、S量较低,含Mn量较高,而且含C、S杂质控制较严,因此热裂纹的倾向较小。,江苏石油勘探局职工培训处,冷裂纹,低合金高强钢中碳含量WC一般控制在0.18以下,为了确保钢的强度和韧性,通过添加适量的Mn、Mo等合金元素及V、Nb、Ti等微合金化元素,配合适当的轧制工艺或热处理工艺来保证钢材具有优良的综合力学性能。由于焊接热循环不稳定的原因,在高强钢淬透性提高的同时也加大了脆硬组织出现的几率,并且冷却速度过快又会较多地出现晶格缺陷,这都为冷裂纹的出现埋下了隐患。氢是引起高强钢焊接冷裂纹的主要因素。,江苏石油勘探局职工培训处,,裂纹一般出现在焊接热影响区,有时也出现在焊缝金属中。焊接接头中含氢量越高,产生裂纹的倾向就越大。水在熔池中高温下的电解是焊缝中氢的主要来源,焊接材料中的水分,焊件坡口处的铁锈、油污以及环境的湿度都是焊缝中富氢的原因。采用CO2气体保护焊时使用的CO2气体应特别注意其纯度。由于结构的角度、焊缝的位置、焊接顺序、构件的自重等因素使焊接接头承受了不同的内应力,从而降低了构件的承载力,使构件在未达到使用期限或使用能力时就产生了冷裂纹或疲劳裂纹而发生损坏。,江苏石油勘探局职工培训处,热影响区性能的变化,高强钢的热处理工艺严格,而焊接过程受实际因素限制,加热温度和冷却时间与其热处理有着很大差别。所以在母材的热影响区就容易出现两个问题①由于焊接冷却速度快,焊后一般又不进行热处理,在过热区内易出现诱发冷裂纹的脆性组织;②调质状态下的钢材,只要加热温度超过它的回火温度,性能就会发生变化。因此韧性的下降几乎是不可避免的,而且随着材料强度级别的提高韧性下降越明显。,江苏石油勘探局职工培训处,高强钢焊接影响因素的控制,焊接方法的选择高强钢常用的焊接方法有焊条电弧焊、CO2气体保护焊,药芯半自动下向焊、氩弧焊等为了减少电弧热量对母材的影响,应采用能量较为集中的焊接方式,焊接材料选择焊接材料时一般要求所得焊缝金属在焊态下应具有接近于母材的机械性能,即“等强匹配”。在特殊条件下,如结构的刚度很大、冷裂纹很难避免时,选择比母材强度稍低的材料作为填充金属,即“低强匹配”,在少许牺牲焊缝强度而提高韧性的情况下,对焊接接头的性能更为有利。,江苏石油勘探局职工培训处,,保护气体在用CO2气体保护焊焊接高强钢时,CO2气体纯度是影响高强钢焊接的重要因素之一,坡口处理坡口内的锈蚀、水分、油污等也会导致气孔和冷裂的产生,所以在进行低合金高强钢的焊接时,一定要把坡口处理干净。为了减少焊接量,在板厚大于20mm的钢板拼接时尽量采用熔敷量较小的U形或X形坡口。,江苏石油勘探局职工培训处,高强钢焊接工艺参数的选择,焊接顺序焊接顺序的选择应遵循以下原则①尽可能让焊缝能自由收缩,减少施焊时的拘束度,图纸设计时应避免交叉焊缝,有交叉时设计应力释放孔;②先焊接收缩量大的焊缝,减少内应力;③把部件整体结构划分为若干个小部件,将小部件按要求焊接后再组装成大部件,这样就大大减少了总装时的焊接量,减少一次受热量。,江苏石油勘探局职工培训处,,焊接电流、焊接电压和焊接速度从减少裂纹的方面出发,焊接电流要大,焊接速度慢些为佳;但从减少热影响区脆化的角度出发,焊接电流要小,焊接速度要快。因此在焊接电流的选择上要兼顾两者的冷却速度范围,上限取决于不产生裂纹,下限取决于热影响区不出现脆化的混合组织。,江苏石油勘探局职工培训处,,焊接层数为限制过多热量的输入,降低母材的过热程度,高强钢焊接时应尽量采用多层、多道焊,而且最好采用窄道焊而不作横向摆动的运条技术。每层焊道以不超过7mm为宜。这样前一层焊道对后一层焊道有预热作用,后一层焊道又对前一层焊道起了缓冷的效果,相互影响,在严格控制层间温度≤200℃的条件下,有效减少了裂纹的出现和热影响区性能的变化。,江苏石油勘探局职工培训处,,焊前预热和焊后热处理高强钢经常在焊态下使用,焊后一般不进行焊后热处理。焊前预热应根据钢板厚度、屈服强度和母材温度决定。在外界温度太低时应进行焊前预热,板材强度越高、钢板越厚,预热温度就越高,预热温度一般为20℃～150℃。母材温度不能低于10℃,若低于10℃,必须进行预热。,江苏石油勘探局职工培训处,高强钢焊接材料选用原则,焊接性（接合性能、实用性能）工艺性（操作性能、成形性能）经济性（生产效率、消耗费用）注意因素1母材的化学活性2不应追求焊缝成分与母材成分相同3焊缝成分不等于焊接材料成分4正确遵循技术标准.5等强性、等韧性、熔合比、,江苏石油勘探局职工培训处,谢谢大家,