金属材料焊接工艺电子教案(I)

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1、合金结构钢的牌号含义：“两位数字+元素符号+数字”表示，前两位数字表示钢的平均含碳量的万分之几，合金元素用化学符号或汉字表示，元素符号后面的数字表示该元素平均含量的百分之几，如含量分别大于1.5%、2.5%、3.5%，，，则相应地在元素符号后面标出2、3、4，，，16Mn：平均含碳量0.16%，Mn的平均含量小于1.5%；60Si2Mn：平均含碳量0.60%，Si的平均含量1.5%~2.5%，Mn的平均含量小于1.5%；09Mn2VRE；特殊性能钢9Ni：平均含碳量小于0.10%，Ni的平均含量为9%；3.5Ni：平均含碳量小于0.14

2、%，Ni的平均含量为3.5%；补充低温钢的焊接低温钢是指工作在-10～-196℃温度范围的钢，低于-196℃（直到-273℃）的钢称为超低温钢。主要性能特点是在低温工作条件下具有足够的强度、塑性和韧性，同时具有良好的加工性。主要用于制造石油化工业中的低温设备，如液化石油气和液化天然气等的储存和运输的容器、管道等。一、低温钢的分类、成分与性能1．低温钢的分类（1）按使用温度等级分类分为-10～-40℃、-50～-90℃、-100～-120℃和-196～-273℃等级的低温钢。（2）按合金元素含量和组织分类分为低合金铁素体型低温钢（16Mn

3、R、06AlCu）、中合金低碳马氏体型低温钢(9Ni、5Ni）和高合金奥氏体型低温钢（Gr18Ni9Ti，合金含量大于10%)。一、低温钢的分类、成分与性能1．低温钢的分类（3）按有无Ni、Cr元素分类分为无Ni、Cr低温钢和含Ni、Cr低温钢。（4）按热处理方法分类分为非调质低温钢和调质低温钢。常用低温钢的类型及适用温度范围见图3-5。图常用低温钢的类型及适用温度范围2．低温钢的成分、组织和性能低温钢的钢种很多，包括从低碳铝镇静钢、低合金高强度钢、低Ni钢，直到Ni含量为9%的钢。2．低温钢的成分、组织和性能低温钢大部分是接近铁素体型

4、的低合金钢，其含碳量较低，主要通过加入Al、V、Nb、Ti和稀土（RE）等元素固溶强化和细化晶粒，再经过正火、回火处理获得晶粒细而均匀的组织，以得到良好的低温韧性。如果在钢中加入Ni，可提高钢的强度，同时又可进一步改善低温韧性，但在提高Ni的同时要相应降低含碳量和严格控制S、P含量，以充分发挥Ni的有利作用。（1）铁素体型低温钢显微组织为铁素体+少量珠光体使用温度范围-40～-100℃，如16MnDR、09Mn2VDR、06MnNbDR、3.5Ni和06MnVTi等有“DR”标示的为低温容器专用钢，一般在正火状态下使用。（1）铁素体型低

5、温钢16MnDR是制造-40℃低温设备用的细晶粒钢；09Mn2VDR也属细晶粒钢，主要用于制造-70℃的低温设备，如冷冻设备、液化气储罐、石油化工低温设备等；06MnNbDR是具有较高强度的-90℃用细晶粒钢，主要用于制造-60～-90℃的制冷设备、容器和储罐。3.5Ni钢一般经过870℃正火和635℃、1h消除应力回火，其最低使用温度达-100℃；调质处理可提高其强度、改善韧性和降低脆性转变温度，其最低使用温度可达-129℃。（2）低碳马氏体型低温钢含Ni较高的钢如9Ni钢，淬火后组织为低碳马氏体，正火后的组织除低碳马氏体外，还有少量

6、铁素体和少量奥氏体，具有较高的强度、塑性和低温韧性，5Ni钢(-162℃~-196℃)能用于-196℃的低温，适于制造储存液化气的大型储罐。（3）奥氏体型低温钢具有很好的低温性能，其中以18-8型铬镍奥氏体不锈钢应用最广泛，25-20型可用于超低温条件。我国为了节约铬、镍贵重金属而研制了以铝代镍的15Mn26Al4(-253℃)的奥氏体不锈钢。15Mn26Al4:平均含碳量小于0.15%，Mn的平均含量为26%，Al的平均含量为4%。二、低温钢的焊接性（一）无Ni低温钢的焊接性无Ni低温钢即铁素体型低温钢其中wc=0.06%～0.20%

7、，合金元素总量≤5%，碳当量为0.27%～0.57%，焊接性良好。在室温下焊接不易产生冷裂纹，在板厚小于25mm时焊前不需预热；板厚超过25mm或接头刚性拘束较大时，应预热100～150℃，注意预热温度（不可超过200℃）过高会引起热影响区晶粒长大而降低韧性。（二）含Ni低温钢的焊接性含Ni较低的低温钢如2.5Ni和3.5Ni钢，虽然加入Ni提高了钢的淬透性，但由于含碳量（0.14%以下）限制的较低，冷裂倾向并不严重，薄板焊接时可不预热；厚板焊接时须进行100℃预热。（二）含Ni低温钢的焊接性含Ni高的低温钢如9Ni钢，淬硬性很大，焊接

8、时热影响区产生马氏体组织是不可避免的，但由于含碳量低，并采用奥氏体焊接材料，因此冷裂倾向不大。但焊接时应注意以下几个问题：（1）正确选择焊接材料9Ni具有较大的线胀系数，选择的焊接材料必须使焊缝与母材线胀系