2022年昭通市焊工學(xué)技術(shù)培訓(xùn):低合金高強度鋼的焊材選用
低合金高強度鋼的焊材選用
根據(jù)鋼材不同的強度級別選擇與母材強度相當(dāng)?shù)暮缚p金屬是這類鋼焊材選用的基本原則,同時還要根據(jù)產(chǎn)品的使用條件、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和板材厚度等因素,綜合考慮焊縫金屬的韌性、塑性和焊接接頭的抗裂性。只要焊縫強度不低于或略高于母材標準抗拉強度的下限值即可。若選擇的焊材焊縫金屬強度過高,將會導(dǎo)致接頭的韌性、塑性及抗裂性降低,接頭的冷彎性能不易合格。
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由于這類鋼都具有程度不同的冷裂紋傾向,所以在等強度原則的前提下,嚴格控制焊接材料中的氫含量是非常重要的。特別對于結(jié)構(gòu)剛性較大的焊接件而言,應(yīng)盡量選擇低氫型藥皮焊條。對于強度較高的低碳低合金調(diào)質(zhì)鋼焊接時,更是如此,甚至要選擇超低氫型藥皮焊條,并嚴格控制焊條的存放和使用。在日本一些規(guī)范中規(guī)定,高強度鋼用焊條在空氣中存放的時間不能超過1h,否則要重新烘干。
低合金高強度鋼的焊材用于承壓設(shè)備時,訂貨技術(shù)條件還需符合NB/T47018—2011。
(一)低合金高強鋼的焊條選用
1)總的原則是根據(jù)產(chǎn)品對焊縫金屬性能要求選用焊條。對高強鋼一般應(yīng)選用與母材強度相當(dāng)?shù)暮笚l,但必須綜合考慮焊縫金屬的韌性、塑性及強度。只要熔敷金屬強度或焊接接頭的強度不低于產(chǎn)品要求即可。若焊縫金屬強度過高,將導(dǎo)致接頭韌性、塑性及抗裂性的下降,從而降低焊接結(jié)構(gòu)的使用安全性。
2)考慮焊后加工工藝的影響。對焊后需經(jīng)熱處理、熱卷的焊件,應(yīng)考慮焊縫金屬經(jīng)受高溫處理作用對其力學(xué)性能的影響,應(yīng)保證焊縫金屬經(jīng)熱處理后仍具有要求的強度、塑性和韌性等。如焊后需經(jīng)正火處理或消除應(yīng)力處理時,應(yīng)選用焊縫金屬合金成分較高的焊條;對焊后需冷彎、冷沖壓的焊件則應(yīng)選用塑性好的焊條。
3)對于厚度、拘束度及冷裂傾向大的焊接結(jié)構(gòu),應(yīng)選用低氫型或超低氫型焊條。以提高抗裂性能,降低預(yù)熱溫度,簡化焊接工藝。
4)對某些低合金鋼結(jié)構(gòu)的重要產(chǎn)品,為確保這些結(jié)構(gòu)的使用安全性,焊縫金屬應(yīng)具有良好的低溫沖擊韌性和斷裂韌性。如壓力容器等承壓設(shè)備,應(yīng)選用高沖擊韌性的焊條。
低合金鋼條標準有GB/T5117—2012《非合金鋼及細晶粒鋼焊條》,該標準中按熔敷金屬強度等級將焊條分成E43、E50、E55、E57四個強度級別,按合金成分有管線鋼、碳鉬鋼、錳鉬鋼、鎳鋼、鎳鉬鋼、耐候鋼(鎳鉻、鉻銅、鎳鉻銅)等。焊接低合金鋼時可以根據(jù)相應(yīng)的強度等級及合金元素選擇焊條,具體見表4-1。
(二)低合金高強鋼埋弧焊焊劑及焊絲的選用
焊接低合金高強鋼時,焊縫金屬強度不宜過高,一般滿足母材強度的下限即可。因為焊縫金屬強度過高,往往會導(dǎo)致接頭韌性、塑性和抗裂性能降低。由于低合金高強鋼氫致裂紋敏感性較高,因此,選擇焊接材料時應(yīng)優(yōu)先采用堿度適中的埋弧焊焊劑,且要根據(jù)焊縫強度級別和韌性的要求,分別采用不同合金系統(tǒng)的焊絲。強度在490MPa級的焊縫可采用Mn-Mo系焊絲,如H08MnMoA、H08Mn2MoA、H10MnSiMoTi及H10Mn2Mo焊絲等;強度在690~780MPa級的焊縫多采用Mn-Cr-Mo系、Mn-Ni-Mo系或Mn-Ni-Cr-Mo系焊絲。當(dāng)對焊縫韌性要求較高時,往往采用含鎳的焊絲成分系統(tǒng),如H08CrNi2MoA 等焊絲。焊接690MPa級以下的鋼種時,既可采用熔煉焊劑,也可采用燒結(jié)焊劑;焊接780MPa級高強鋼時,為了得到高的韌性,最好采用燒結(jié)焊劑。因為熔煉焊劑堿度較低,為提高韌性,就應(yīng)提高焊劑堿度,但這又會導(dǎo)致焊接工藝性能明顯 變壞,故熔煉型焊劑的應(yīng)用受到限制。
低合金鋼焊絲焊劑標準有GB/T12470—2003《埋弧焊用低合金鋼焊絲和焊劑》,可根據(jù)不同的強度級別選用不同的焊絲焊劑組合,具體見表4-1。
(三)低合金高強鋼氣體保護焊焊接材料的選用
選用焊絲時,首先要滿足焊縫金屬與母材等強度及其他力學(xué)性能指標(如低溫韌性等)符合規(guī)定的要求,同時還應(yīng)該考慮抗裂性及焊接生產(chǎn)效率。焊接熱軋鋼、正火鋼及焊態(tài)下使用的低碳調(diào)質(zhì)鋼時,首先考慮焊縫金屬的力學(xué)性能與母材相接近或相當(dāng),焊縫金屬化學(xué)成分與母材一致性則放在次要。值得注意的是,當(dāng)焊縫金屬強度超過母材過多時,可能引起不良后果。因此,焊縫金屬強度等于或稍高于母材即可。按等強度要求選擇焊絲等級時,應(yīng)考慮板厚、接頭形式、坡口形狀及焊接熱輸入等因素的影響,這些因素對焊縫合金元素稀釋和冷卻速度,即對焊縫金屬的化學(xué)成分和接頭的組織都有影響,并因此影響到最終的焊縫金屬力學(xué)性能。
需要指出的是,對同一鋼種的焊接,當(dāng)其板厚和坡口形式不同時,為了保證焊縫力學(xué)性能要求,選用的配套焊絲也不盡相同。對焊后作正火或消除應(yīng)力處理時,必須選擇含較多合金元素的焊絲,以便補償焊后熱處理帶來的強度損失。
在焊絲合金系統(tǒng)選擇上,主要是在保證等強度的前提下,重點考慮焊縫金屬沖擊韌性的要求。對于強度等級490MPa以下的焊絲,只要保證焊縫含有1.2%~1.6%的錳,而不再需要添加其他的合金元素就可滿足強度要求。當(dāng)要求低溫下具有優(yōu)良的沖擊及斷裂韌性時,也可添加0.5%左右的鎳或微量鈦、硼;對于強度等級 590~680MPa的焊絲,其焊縫通常有兩個成分系統(tǒng),即Mn-Mo系和 Mn-Ni-Mo系。對低溫韌性要求較高的,宜采用后者,通常錳含量為1.0%~1.4%,鉬含量約為0.2%~0.4%;根據(jù)對低溫韌性的要求,可加入不同數(shù)量的鎳,多在0.5%~2.0%之間,也可再加入少量的鉻,以得到良好的綜合性能;對于強度等級在780MPa以上的焊絲,其焊縫成分多為Mn-Ni-Cr-Mo系,也有的是Mn-Ni-Mo系。在Mn-Ni-Cr-Mo系焊縫中,錳和鉬的含量可適當(dāng)減少,加人適量的鎳(1.5%~2.5%)和鉻(0.2%~0.6%)后,既可改善焊縫的低溫韌性,又可起強化作用。
適用于低合金高強鋼的實芯焊絲標準有CB/T8110-2008《氣體保護電弧焊用碳鋼、低合金鋼焊絲》,合金系統(tǒng)有錳-鉬、錳-鎳、錳-鎳-鉬或錳-鎳-鉻-鉬系等。藥芯焊絲標準有GB/T17493—2008《低合金鋼藥芯焊絲》,焊絲按藥芯類型分為非金屬粉型藥芯焊絲和金屬粉型藥芯焊絲。非金屬粉型藥芯焊絲按化學(xué)成分分為鉬鋼、鉻鉬鋼、鎳鋼、錳鉬鋼和其他低合金鋼等五類;金屬粉型藥芯焊絲按化學(xué)成分分為鉻鉬鋼、鎳鋼、錳鉬鋼和其他低合金鋼等四類。保護氣體按焊絲標準或焊絲廠家質(zhì)保書提供的匹配氣體選擇,自保護藥芯焊絲不需要保護氣體。
焊工短期技能培訓(xùn)內(nèi)容:
第一周:焊工基礎(chǔ)(電焊工安全操作規(guī)范及設(shè)備工具的安全使用)手工電弧焊操作技能培訓(xùn)(例如:手工焊接設(shè)備、焊接材料、工具。各種焊接位置的操作技能,單面焊雙面成型技術(shù)的操作技巧)。
第二周:氧、乙炔焊接與切割,等離子弧切割(氣焊與切割設(shè)備的使用及安全操作規(guī)程),各種厚板、薄板氣焊與切割操作技巧。
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第三周:手工鎢極氬弧焊技術(shù)(例如:氬弧焊設(shè)備及工具的安全使用和安全操作規(guī)程);氬弧焊焊接厚、薄板各種焊接位置的安全操作技巧;常用有色技術(shù)材料,例如:鋁合金材料的焊接技巧。
第四周:二氧化碳氣體保護電弧焊技術(shù)(例如:二氧化碳焊接設(shè)備、設(shè)備工具的安全操作規(guī)程);二氧化碳氣體保護焊焊接位置的操作技巧。