會計學1船舶焊接工藝船舶焊接與材料第1頁/共28頁

二、金屬焊接性影響因素（一）材料因素（二）工藝因素（三）結構因素（四）使用條件三、金屬焊接性評定焊接性評定有間接判斷法和直接試驗法。（一）焊接性間接判斷法

1．碳當量法所謂碳當量是指把鋼中的合金元素（包括碳）的含量按其作用換算成碳的相當含量，作為評定鋼材焊接性的一種參考指標。國際焊接協會推薦，估算碳鋼和低合金鋼碳當量的公式為：

CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15(%)

根據經驗：CE越小，焊接性越好。當CE

＜0.25％時，接性優良；當CE

＝0.25%～0.4%時，焊接性良好；CE

＝0.4％～0.6％時，焊接性尚可；當CE

＞0.6％時，焊接性差。

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2．焊接冷裂紋敏感指數焊接冷裂紋敏感指數（Pc）不僅包括了母材的化學成分，又考慮了熔敷金屬含氫量與拘束條件的作用。公式如下：

Pc=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+B/5+δ/600+H/60

式中：δ—板厚（mm）；

H—焊縫中擴散氫含量（mL/100g）。當產品的結構材料及工藝已定，Pc數值越大，表示冷裂紋的傾向越大。用公式計算粗步判斷金屬材料焊接性以后，還需進行試驗加以檢驗。第3頁/共28頁

（二）焊接性直接試驗法焊接性直接試驗法可分為抗裂性試驗，接頭使用性能試驗和工藝適應性試驗。由于焊接裂紋是焊接接頭中最危險的缺陷，所以用得最多的是焊接裂紋試驗。通過焊接性試驗，可以用較小得代價達到以下幾個目的：第一、選擇適用于基本金屬的焊接材料。第二、確定合適的焊接工藝規范參數，包括焊接電流，電弧電壓，焊接速度以及預熱溫度，層間溫度，焊后緩冷及熱處理等。第三、發展和研制新型材料，確定它的適應性并作出評價。第4頁/共28頁

1．抗裂性試驗

這種試驗的目的在于了解材料焊接后產生裂縫的傾向，常用的抗裂試驗方法有：（1）Y型坡口裂紋實驗；（2）菲斯柯裂紋試驗（FISCO）；（3）插銷試驗；（4）Z向拉伸試驗?？沽研栽囼灲Y果的評定，一般是用比較的方法，即把未知焊接性的材料與已知焊接性的材料進行對比；或在不同工藝措施下（如不同預熱溫度）的結果進行比較，也可以裂或不裂作為標準。

2．接頭使用性能試驗

這類試驗是為保證焊接接頭或整個結構在預定試驗條件下安全運行而進行的。包括力學性能試驗、接頭腐蝕試驗及產品技術條件中所規定的其它性能試驗。常用的接頭使用性能試驗方法有：

T字型彎曲試驗；缺口沖擊試驗；接頭腐蝕試驗。

3．工藝適應性試驗

這種試驗主要是根據實際生產條件而設計的。如多次重復焊接，火焰切割（如碳弧氣刨）后的影響，定位焊試驗等。第5頁/共28頁第二節一般強度船用結構鋼的焊接內容:

一般強度船用結構鋼焊接性及焊接工藝。目的：了解一般強度船用結構鋼的焊接工藝。第6頁/共28頁

一、一般強度船用結構鋼的焊接性一般強度船用結構鋼含碳量≤0.22%，屬于低碳鋼，焊接性良好，焊接時一般不需要采取特殊的工藝措施。但為了獲得良好的焊接接頭，操作時應注意以下問題：

1．當焊件厚度大，結構剛性大，或施焊環境溫度較低時，尤其是對D、E鋼的焊接。要求進行預熱。

2．為了獲得良好的焊縫形狀，應適當增加焊縫寬度，特別是埋弧自動焊，使焊縫的成型系數大于1.5為佳，以防止產生熱裂紋。第7頁/共28頁

二、一般強度船用結構鋼的焊接工藝

（一）焊接方法

一般強度船用結構鋼幾乎適用各種焊接方法進行焊接，船廠常用的焊接方法是焊條電弧焊、埋弧自動焊、CO2氣體保護焊以及電渣焊等。

（二）焊接材料

可根據“等強度原則”選擇焊條或焊絲。焊接一般簡單且承受靜載荷的船體結構，可選用酸性焊條；焊接承受動載荷和復雜或大厚度的重要船體結構，最好選用堿性焊條；焊絲常采用H08A、H08MnA或H08Mn2SiA；焊劑常用HJ431。（三）焊接工藝要點

1．一般不需要預熱、保持層間溫度和后熱處理；

2．在低溫環境下焊接厚件時，應預熱焊件，防止產生冷裂紋；

3．厚度超過50mm的焊件，應進行焊后熱處理以消除應力；

4．電渣焊焊件焊后應正火以細化HAZ晶粒。第8頁/共28頁第三節高強度船用結構鋼的焊接內容:

高強度船用結構鋼焊接性及焊接工藝。目的：了解高強度船用結構鋼的焊接工藝。第9頁/共28頁

一、高強度船用結構鋼的焊接性高強度船用結構鋼的含碳量≤0.18%，同時由于鋼中通過加入合金元素來提高強度和韌性，因此對焊接性的影響也很復雜。強度級別較低時具有良好的焊接性，焊接過程中不需要采用特殊的工藝措施便可保證接頭質量，但對強度級別大于450MPa級以上，其厚度較大或結構剛性較大的焊件，焊接時就必須采取一定的工藝措施，避免出現缺陷。高強度船用結構鋼焊接時易出現的主要問題有：（一）焊接接頭中產生裂紋（二）熱影響區淬硬傾向（三）對焊接熱輸入的敏感性第10頁/共28頁（一）焊接接頭中產生裂紋裂紋是船體結構中最危險的一種缺陷，各種裂紋的分布情況如圖6-1。

圖6－1各種裂紋的分布情況1-焊道下裂紋2-焊趾裂紋3-根部裂紋4-熱影響區裂紋5-焊縫縱向裂紋6-焊縫橫向裂紋第11頁/共28頁

1．熱裂紋

（1）熱裂紋的特點①產生的溫度和時間在高溫下，是處于焊接過程中；②產生的部位熱裂紋絕大多數是出現在焊縫金屬中；③外觀特征熱裂紋沿焊縫長度方向分布，大多數向表面開口，有明顯的氧化色彩。④金相特征熱裂紋都發生在晶界上，具有晶間斷裂特征，所以又稱為晶間裂紋。

（2）熱裂紋產生的原因產生熱裂紋的原因就在于焊縫中存在液態薄膜和在焊縫凝固過程中有拉應力共同作用的結果。因此，低熔點共晶所形成的液態薄膜是產生熱裂紋的根本原因，而拉伸應力是產生熱裂紋的必要條件。

（3）防止熱裂紋的措施①選擇合適的焊接材料；②采用合適的焊接工藝參數；③采用引弧板和熄弧板；④減小焊接應力。第12頁/共28頁

2.冷裂紋

（1）冷裂紋的特點①產生的溫度和時間溫度通常在200℃～300℃以下。它產生的時間主要在焊接接頭冷卻到室溫后，甚至在一定時間（幾小時、幾天、甚至十幾天）后才出現。②產生的部位大多產生在焊縫和熱影響區，熱影響區居多。③外觀特征垂直于熔合線或焊縫軸線的橫向裂紋，具有發亮的金屬光澤。④金相特征是晶間裂紋，也可以是晶內（穿晶）斷裂，而且常?？梢砸姷骄чg與晶內的混合斷裂。

（2）冷裂紋產生的原因

①焊接應力；②淬硬組織；③含氫量。高強度鋼焊接時，產生冷裂紋的原因在于鋼種淬硬之后，受氫的誘發和促進使之脆化，在焊接應力的作用下形成了裂紋。大量的生產實踐和試驗研究證明，產生冷裂紋的原因是由上述三大因素綜合作用的結果。第13頁/共28頁（3）防止冷裂紋的措施①選用低氫型焊條；②嚴格遵守焊接材料的保管、烘焙和使用制度，謹防受潮。③仔細清理坡口邊緣的油污、水分和銹跡，減少氫的來源。④根據材料等級、含碳量、構件厚度、施焊環境等，選擇合理的焊接工藝參數和采用合適的焊接工藝措施，改善焊件的應力狀態，降低擴散氫含量，避免熱影響區過熱、晶粒粗大所造成的接頭脆化現象。

（二）熱影響區淬硬傾向一般是含碳量和所含合金元素量越高，焊件在焊接后冷卻速度越快，其淬硬傾向就越大。（三）對焊接熱輸入的敏感性過大的焊接線能量，會造成焊接接頭過熱，從而導致接頭塑性，韌性下降。

第14頁/共28頁二、高強度船用結構鋼焊接工藝

1．焊接方法

一般采用焊條電弧焊、埋弧自動焊和CO2氣體保護焊；較厚件可采用電渣焊；屈服強度大于500MPa的高強度船用結構鋼，宜采用富氬混合氣體（如Ar80%+CO220%）保護焊。

2．焊接材料的選擇

一般可選用與焊件強度相當的低氫焊條、堿度較高的埋弧焊焊劑，見表6－3高強度船用結構鋼焊接材料的選用。

3．焊接規范的選擇

根據具體情況選擇合適的焊接規范參數。

4．焊后熱處理造船結構絕大多數是不進行焊后熱處理的，所以應從焊接工藝上采取措施。第15頁/共28頁第四節不銹鋼的焊接內容:

不銹鋼的焊接性及焊接工藝。目的：不銹鋼的焊接工藝。第16頁/共28頁

不銹鋼按室溫組織的不同有奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼。本節主要介紹奧氏體不銹鋼及奧氏體不銹鋼與低碳鋼（異種材料）的焊接。

一、奧氏體不銹鋼的焊接性奧氏體不銹鋼的焊接性良好，焊接時一般不需要采取特別的工藝措施。

二、奧氏體不銹鋼的焊接工藝

（一）焊接方法目前在生產上常用的方法有焊條電弧焊、氬弧焊和埋弧自動焊。埋弧自動焊由于熱輸入大，易破壞奧氏體不銹鋼的耐蝕性和出現熱裂紋，故應慎重選用。（二）焊接材料奧氏體不銹鋼的焊接材料基本上應按“等成分原則”選擇，常用奧氏體不銹鋼焊接材料的選用見表6－5。。第17頁/共28頁

三、不銹鋼與低碳鋼的焊接（一）異種鋼的焊接

1．主要問題：是焊縫中不銹鋼與低碳鋼熔合部分的成分。

2．焊接工藝：①先在碳鋼接頭的坡口堆焊一層高鉻鎳奧氏鋼；

②然后在過渡層與不銹鋼之間再選用與不銹鋼基本金屬相應的焊條來進行焊接；

③接頭坡口角度的選取在碳鋼部位應大些，一般不銹鋼的一側為30o，低碳鋼的一側為40o。第18頁/共28頁

（二）不銹復合鋼板的焊接由不銹鋼復層和碳鋼（或低合金鋼）基層復合而成的鋼板稱為不銹復合鋼板。由復層保證耐蝕性能，而強度主要靠基層獲得。焊接時應遵循的原則：先焊基層，后焊不銹鋼。焊接工藝：①基層與基層的焊接采用與基層材料相應的結構鋼焊條；②基層與復層交界處可用高鉻鎳奧氏體焊條（A302和A307等）先焊一層過渡層，以減少碳鋼對不銹鋼合金成分的稀釋作用；③最后復層與復層之間的焊接，可采用與復層材料相應的不銹鋼焊條。

第19頁/共28頁第五節非鐵金屬材料的焊接內容:

主要介紹鋁及鋁合金、銅及銅合金的焊接，并簡要介紹鈦及鈦合金的焊接。目的：非鐵金屬材料的焊接工藝。第20頁/共28頁

一、鋁及鋁合金的焊接（一）鋁及鋁合金的焊接性鋁及鋁合金的焊接性比低碳鋼差，鋁及鋁合金焊接的主要問題有：1．容易氧化；

2．容易燒穿；

3．容易形成氣孔；

4．焊接變形和形成熱裂紋的傾向大。（二）鋁及鋁合金的焊接工藝

1．焊接方法鋁及鋁合金的焊接方法很多，各種方法有其各自應用場合。表6－6中列出常用幾種鋁及鋁合金焊接方法的特點及應用范圍。焊條電弧焊時電弧熱的調節和操作較困難，所以使用較少。氬弧焊是焊接鋁及鋁合金較滿意的熔焊方法，鎢極氬弧焊一般適用于焊接薄板，厚板一般用熔化極氬弧焊。氣焊由于經濟、方便，在要求不高的純鋁和非熱處理強化鋁合金是采用。第21頁/共28頁

2．焊接材料

在氣焊、氬弧焊時需填加填充焊絲，焊絲可分為同質焊絲和異質焊絲。（1）同質焊絲焊絲成分與母材成分相同，有時可以將母材上切下的板條作為填充金屬。（2）異質焊絲主要是為了適應抗裂性的要求而研制的焊絲，其成分與母材有較大的差異。通常用于焊接硬鋁之類高強度鋁合金，抗裂性較好。（三）鋁合金新型的焊接方法

1．鋁合金攪拌摩擦焊攪拌摩擦焊接過程示意圖第22頁/共28頁

2．鋼－鋁合金結構過渡接頭的爆炸焊鋁合金上層建筑與鋼主體的連接采用結構過渡接頭STJ（StructuralTransitionJoint－STJ）直接焊接的形式日益增多，如圖6－5所示。采用熔化焊接法很難保證接頭質量，而采用爆炸焊方法制造鋼－鋁結構過渡接頭.

爆炸焊是以炸藥為能源進行金屬間焊接的方法,如圖6-6所示。圖6－6爆炸焊示意圖圖6－5鋁合金上層建筑與鋼主體的結構過渡接頭第23頁/共28頁

二、銅及銅合金的焊接（一）銅及銅合金的焊接性銅及銅合金的焊接性比較差，主要表現在以