不銹鋼氮化處理後如何消氫

1. 常見點焊焊接缺陷及防止措施

點焊所焊接缺陷最根本主要是認知問題。點焊焊接工藝應當同主焊完全一樣。防止措施也應當同主焊焊縫一樣

2. 5A合金鋼的簡介有什麼樣的力學性能有無磁性相對應牌號有什麼樣的用途3A不銹鋼的狀態是什麼樣的

低合金鋼的焊接工藝分析
參考文獻：
焊接冶金學-材料焊接性 機械工業出版社 李亞江
金屬焊接性基礎 化學工業出版社 孟慶森
金屬學與惹出了 機械工業出版社 崔忠圻 覃耀春
金屬工藝學 哈爾濱工業大學出版社 邢忠文 張學仁
金屬材料焊接工藝 機械工業出版社 李榮雪
金屬材料焊接工藝 化學工業出版社 雷玉成
結構鋼的焊接 冶金工業出版社 荊洪陽（譯）
1．低合金鋼的發展和應用
隨著科學的發展和技術的進步，焊接結構設計日趨向高參數、輕量化及大型化發展，對鋼材的性能提出可越來越高的要求。低合金鋼由於性能優異和經濟效益顯著，在焊接結構中得到了越來越廣泛的應用。
低合金鋼的發展大體經歷了三個階段。20世紀20年代以前，工程上鋼結構的製造主要採用鉚接，設計參數主要是抗拉強度。鋼的強化主要是靠碳以及單一合金元素，如Mn、Si、Cr等，總質量分數達到2%~3%,甚至更高一些。20世紀20~60年代，鋼結構製造中逐步採取了焊接技術，設計參數要考慮材料的屈服強度、韌性、和焊接性要求。為了防止焊接裂紋，剛的化學成分低碳多合金化發展方向，碳的質量分數一般在0.2%一下，含2~4個有利於焊接性的合金元素並鋪以熱處理強化等工藝措施。20世紀70年代以後，低合金高強度鋼得到快速發展，鋼中碳的質量分數降低到0.1%一下，有的鋼向超低碳含量方向發展。Ti、V、Nb等合金微量元素逐步引起關注，而且像多元復合合金化方向發展。
現代低合金鋼的重大進展，自20世紀70年代以來，世界范圍內低合金高強度鋼的發展進入了一個全新時期，以控制軋制技術和微合金化的冶金學為基礎，形成了現代低合金高強度鋼即微合金化鋼的新概念。進入80年代，一個涉及廣泛工業領域和專用材料門類的品種開發，藉助於冶金工藝技術方面的成就達到了頂峰。在鋼的化學成分—工藝—組織—性能的四位一體的關系中，第一次突出了鋼的組織和微觀精細結構的主導地位，也表明低合金鋼的基礎研究已趨於成熟，以前所未有的新的概念進行合金設計。
低合金鋼的應用，低合金鋼在建築、橋梁。工程機械等產業不能得到廣泛的應用。當合金鋼用於橋梁、海上建築和起重機械等重要焊接結構時，應根據結構的最低溫度提出沖擊韌度的要求。對於在大氣環境下工作的低合金結構鋼，沖擊吸收功（0℃、V形缺口沖擊試樣）至少應達到27J的最對要求。
對於車輛、船舶、工程機械的運動結構，減輕自重可以節約能源，提出運載能力和工業效率。因此採用焊接性好的低碳調質鋼可以促進工程結構向大量化、輕量化和高效能方向發展。由於壁厚減薄，重量減輕，從而減少了焊接工作量，為野外施工，吊裝創造了條件。這類鋼強韌性和綜合性能好，可以大大提高設備的耐用性，延長期使用壽命。WCF-80鋼是我國繼WCF-62之後開發的焊接裂紋敏感性小的高強度焊接結構鋼，這種鋼具有很高的抗冷裂紋和低溫韌性，主要用於大型水電站、石化和露天煤礦等。
抗拉強度700MPa的低碳調質鋼又較好的缺口沖擊韌度，可用於低溫下服役的焊接結構，如露天煤礦的大型挖掘機及電動輪自卸車等。抗拉強度800MPa低碳調質鋼主要用於工程機械、礦山機械的製造中，如推土機、工程起重機、重型汽車和牙輪鑽機等。抗拉強度10000MPa以上的低碳調質鋼主要用於工程機械高強耐磨件、核動力裝置及航海航天裝備上。
2．低碳鋼簡介
低合金鋼是在碳素鋼的基礎上添加一定量的合金化元素而成，其合金元素的質量分數一般不超過5%，用以提高鋼的強度並保證其具有一定的塑性和韌性，或使鋼具有某些特殊性能，如耐低溫、耐高溫或耐腐蝕等。常用來製作焊接結構的低合金鋼可分為高強度鋼、低溫用鋼、耐腐蝕用鋼及珠光體耐熱鋼四種。其中高強度鋼應用最廣泛，按鋼材的屈服強度及使用時的熱處理狀態又可分以下三種：
a. 在熱軋、控冷控軋及正火（或正火加回火）狀態下焊接和使用，屈服強度為295～490MPa的低合金高強度結構鋼。
b. 在調質狀態下焊接和使用的，屈服強度為490～980Mpa的低碳低合金調質鋼。
c. w（C）為0.25～0.50％，屈服強度為880～1176Mpa的中碳調質鋼。
標准中鋼的分類是按照鋼的力學性能劃分的。鋼的牌號由代表屈服點的漢語拼音字母Q、屈服點數值、質量等級符號三個部分按順序排序排列。按照鋼的屈服強度，低合金高強度鋼分5個強度等級，分別是295MPa、345MPa、390MPa、420MPa及460MPa。每個強度等級又根據沖擊吸收功要求分成A、B、C、D、E、5個質量等級，分別代表不同的沖擊韌性要求。
低合金高強鋼中W（c）一般控制在0.20%以下，為了確保鋼的強度和韌性，通過添加適量的Mn、Mo等合金元素及V、Nb、Ti、Al、等微合金化元素，配合適當的軋制工藝或熱處理工藝來保證鋼材具有優良的綜合力學性能。由於低合金高強度鋼具有良好的焊接性、優良的可成形性及較低的製造成本，因此，被廣泛地用於壓力容器、車輛、橋梁、建築、機械、海洋結構、船舶等製造中，已成為大型焊接結構中最主要的結構材料之一。
低合金高強鋼的強化機理與碳素鋼不同，碳素鋼主要通過鋼中的碳含量形成珠光體、貝氏體和馬氏體來達到強化；而低合金高強鋼的強化主要是通過晶粒細化、沉澱硬化及亞結構的變化來實現。
屈服強度為295～390MPa的低合金鋼大多屬於熱軋鋼，是靠合金元素錳的固溶強化獲得高強度。如Q345，當Q345鋼作為低溫壓力容器用鋼或厚板結構時，為改善低溫韌性，也可在正火處理後使用。Q345、Q390等微合金化低合金鋼是在Q345鋼基礎上，加入少量可細化晶粒和沉澱強化的Nb（0.015%~0.06%）或V（0.02%~0.20%）。這些鋼在熱軋狀態下性能不穩定，正火處理使其晶粒細化和碳化物均勻彌散析出，從而獲得高的塑性和韌性。所以Q345、Q390鋼在正火狀態下使用更為合理。
屈服強度大於390MPa的低合金鋼一般需要在正火或正火加回火狀態下使用，如Q420等。正火處理後形成的碳、氮化合物以細小質點從固溶體沉澱析出，在提高鋼材強度的同時，保證具有一定的塑性和韌性。隨著鋼材強度的進一步提高，鋼中需要加入一定量Mo，Mo不僅可以細化組織、提高強度，而且還可提高鋼材的中溫性能。
低合金高強度鋼按其用途還可分為：鍋爐用鋼、管線用鋼、容器用鋼、造船用鋼及橋梁用鋼等，此外，在正火鋼中，還有具有良好的抗層狀撕裂性能Z向鋼，主要用於海上採油平台、核反應堆及潛艇等大型厚板結構。
3． 下面主要介紹低合金高強度鋼的焊接性
低合金高強度鋼含有一定量的合金元素及微合金化元素，其焊接性與碳鋼有差別，主要是焊接熱影響區組織與性能的變化對焊接熱輸入較敏感，熱影響區淬硬傾向增大，對氫致裂紋敏感性較大，含有碳、氮化合物形成元素的低合金高強度鋼還存在再熱裂紋的危險等。只有在掌握各種不同低合金高強度鋼焊接性特點和規律的基礎上，才能制訂正確的焊接工藝，保證低合金高強度鋼的焊接質量。
1）焊接熱影響區組織和性能
依據焊接熱影響區被加熱的峰值溫度不同，焊接熱影響區可分為熔合區（1350～1450℃）、粗晶區（1000～1300℃）、細晶區（800～1000℃）、不完全相變區（700～800℃）及回火區（500～700℃）。不同部位熱影響區組織與性能取決於鋼的化學成分和焊接時加熱和冷卻的速度。對於某些低合金高強鋼，如果焊接冷卻速度控制不當，焊接熱影響區局部區域將產生淬硬或脆性組織，導致抗裂性或韌性降低。
低合金高強度鋼焊接時，熱影響區中被加熱到1100℃以上的粗晶區及加熱溫度為700～800℃的不完全相變區是焊接接頭的兩個薄弱區。熱軋鋼焊接時，如果焊接熱輸入過大，粗晶區將因晶粒嚴重長大或出現魏氏組織等而降低韌性；如果焊接熱輸入過小，由於粗晶區組織中馬氏體比例增大而降低韌性。正火鋼焊接時，粗晶區組織性能受焊接熱輸入的影響更為顯著。焊接熱影響區的不完全相變區，在焊接加熱時，該區域內只有部分富碳組元發生奧氏體轉變，在隨後的焊接冷卻過程中，這部分富碳奧氏體將轉變成高碳孿晶馬氏體，而且這種高碳馬氏體的轉變終了溫度（Mf）低於室溫，相當一部分奧氏體殘留在馬氏體島的周圍，形成所謂的M－A組元。M－A組元的形成是該區域的組織脆化的主要原因。防止不完全相變區組織脆化的措施是控制焊接冷卻速度，避免脆硬的馬氏體產生。
焊接熱影響區軟化是控軋控冷鋼焊接時遇到的主要問題，當採用埋弧焊、電渣焊及閃光對焊等高熱輸入焊接工藝方法時，控軋控冷鋼焊接熱影響區軟化問題變得非常突出。焊接熱影響區的軟化使焊接接頭強度明顯低於母材，給焊接接頭的疲勞性能帶來損害。另外，焊接熱輸入還影響控軋控冷鋼熱影響區的組織和韌性，當採用較小的熱輸入焊接時，由於焊接冷卻速度較快，焊接熱影響區獲得下貝氏體組織，具有較優良的韌性，而隨著焊接熱輸入的增加，焊接冷卻速度降低，焊接熱影響區獲得上貝氏體或側板條鐵素體組織，韌性顯著降低。
2）熱應變脆化
在自由氮含量較高的C－Mn系低合金鋼中，焊接接頭熔合區及最高加熱溫度低於Ac1的亞臨界熱影響區，常常有熱應變脆化現象。一般認為，這種脆化是由於氮、碳原子聚集在位錯周圍，對位錯造成釘扎作用所造成的。熱應變脆化容易在最高加熱溫度范圍200～400℃的亞臨界熱影響區產生。如有缺口效應，則熱應變脆化更為嚴重，熔合區常常存在缺口性質的缺陷，當缺陷周圍受到連續的焊接熱應變作用後，由於存在應變集中和不利組織，熱應變脆化傾向就更大，所以熱應變脆化也容易發生在熔合區。在《國產低合金結構鋼Q345和Q420焊接區熱應變脆化研究》論文中分析了Q345和Q420鋼的熱應變脆化，發現Q345鋼具有較大的熱應變脆化傾向。分析認為，Q420鋼中的V與N形成氮化物，從而降低熱應變脆化傾向，而Q345鋼中不含有氮化物形成元素。試驗還發現，有熱應變脆化的Q345鋼經600℃×1h退火處理後，韌性得到很大恢復。
3）冷裂紋敏感性
焊接氫致裂紋（通常稱焊接冷裂紋或延遲裂紋）是低合金高強度鋼焊接時最容易產生，而且是危害最為嚴重的工藝缺陷，它常常是焊接結構失效破壞的主要原因。低合金高強度鋼焊接時產生的氫致裂紋主要發生在焊接熱影響區，有時也出現在焊縫金屬中。根據鋼種的類型、焊接區氫含量及應力水平的不同，氫致裂紋可能在焊後200℃以下立即產生，或在焊後一段時間內產生。
大量研究表明，當低合金高強度鋼焊接熱影響區中產生淬硬的M或M＋B＋F組織時，對氫致裂紋敏感；而產生B或B＋F組織時，對氫致裂紋不敏感。熱影響區最高硬度可被用來粗略的評定焊接氫致裂紋敏感性。對一般低合金高強度鋼，為防止氫致裂紋的產生，焊接熱影響區硬度應控制在350HV以下。熱影響區淬硬傾向可以採用碳當量公式加以評定。
強度級別較低的熱扎鋼，由於其合金元素含量少，鋼的淬硬傾向比低碳鋼稍大。如Q345鋼、15MnV鋼焊接時，快速冷卻可能出現淬硬的馬氏體組織，冷裂傾向增大。但由於熱軋鋼的碳當量比較低，通常冷裂傾向不大。但在環境溫度很低或鋼板厚度大時應採取措施防止冷裂紋的產生。
控軋控冷鋼碳含量和碳當量都很低，其冷裂紋敏感性較低。除超厚焊接結構外，490MPa級的控軋控冷鋼焊接，一般不需要預熱。
正火鋼合金元素含量較高，焊接熱影響區的淬硬傾向有所增加。對強度級別及碳當量較低的正火鋼，冷裂傾向不大。但隨著強度級別及板厚的增加，其淬硬性及冷裂傾向都隨之增大，需要採取控制焊接熱輸入、降低含氫量、預熱和及時後熱等措施，以防止冷裂紋的產生。
4）熱裂紋敏感性
與碳素鋼相比，低合金高強度鋼的w（C）、w（S）較低，且w（Mn）較高，其熱裂紋傾向較小。但有時也會在焊縫中出現熱裂紋，如厚壁壓力容器焊接生產中，在多層多道埋弧焊焊縫的根部焊道或靠近坡口邊緣的高稀釋率焊道中易出現焊縫金屬熱裂紋；電渣焊時，如母材含碳量偏高並含Nb時，電渣焊焊縫可能出現八字形分布的熱裂紋。另外，焊接熱裂紋也常常在低碳的控軋控冷管線鋼根部焊縫中出現，這種熱裂紋產生的原因與根部焊縫基材的稀釋率大及焊接速度較快有關。採用Mn：Si含量較高的焊接材料，減小焊接熱輸入，減少母材在焊縫中的熔合比，增大焊縫成形系數（即焊縫寬度與高度之比），有利於防止焊縫金屬的熱裂紋。
5）再熱裂紋敏感性
低合金鋼焊接接頭中的再熱裂紋亦稱消除應力裂紋，出現在焊後消除應力熱處理過程中。再熱裂紋屬於沿晶斷裂，一般都出現在熱影響區的粗晶區，有時也在焊縫金屬中出現。其生產與雜質元素P、Sn、Sb、As在初生奧氏體晶界的偏聚導致的晶界脆化有關，也與V、Nb等元素的化合物強化晶內有關。
6）層狀撕裂傾向
大型厚板焊接結構（海洋工程、核反應堆及船舶等）焊接時，如在鋼材厚度方向承受較大的拉伸應力，可能沿鋼材軋制方向發生階梯狀的層狀撕裂。這種裂紋常出現於要求熔透的角接接頭或丁字接頭中。選用抗層狀撕裂鋼；改善接頭型式以減緩鋼板Z向的應力應變；在滿足產品使用要求的前提下，選用強度級別較低的焊接材料或採用低強焊材預堆邊；採用預熱及降氫等措施都有利於防止層狀撕裂。
4．具體焊接工藝，主要是Q345鋼焊接工藝介紹
一、材料介紹
（1）材料化學成分和力學性能分析
表1Q345(16Mn)的材料化學成分

鋼號 化學成分
備注
C Si Mn S P Cr Mo V Ni
Q345 ≤0.2 ≤0.55 1.00～1.60 ≤0.045 ≤0.045 _ _ 0.02～
0.15 _
表2 Q345(16Mn)的材料力學性能[2]

鋼號 力學性能
備注
δb/MPa δs/MPa δ(%) AKV /J
Q345A 470～630 345 21 _ GB/T1S91—94
（2）Q345鋼的焊接特點
碳當量(Ceq)的計算：
Ceq=C+Mn/6+Ni/15+Cu/15+Cr/5+Mo/5+V/5
計算Ceq=0.49%，大於0.45%，可見Q345鋼焊接性能不是很好，需要在焊接時制定嚴格的工藝措施。
（3）Q345鋼在焊接時易出現的問題
1. Q345鋼在焊接冷卻過程中，熱影響區容易形成淬火組織-馬氏體，使近縫區的硬度提高，塑性下降。結果導致焊後發生裂紋。
2. Q345鋼的焊接裂紋主要是冷裂紋。
二、焊接施工流程
坡口准備→點固焊→預熱→里口施焊→背部清根（碳弧氣刨）→外口施焊 →里口施焊→自檢/專檢→焊後熱處理→無損檢驗（焊縫質量一級合格）
三、焊接工藝參數的選擇
通過對Q345鋼的焊接性分析，制定措施如下：
1. 焊接材料的選用：
根據產品對焊縫性能要求選擇焊接材料，低合金高強度鋼焊接材料的選擇首先應保證焊縫金屬的強度、塑性、韌性達到產品的技術要求，同時還應該考慮抗裂性及焊接生產效率等。由於低合金高強度氫致裂紋敏感性較強，因此，選擇焊接材料時應優先採用低氫焊條和鹼度適中的埋弧焊焊劑。焊條、焊劑使用前應按製造廠或工藝規程規定進行烘乾。焊縫金屬強度過高，將導致焊縫韌性、塑性以致抗裂性能的下降，從而降低焊接結構生產及使用的安全性，這對與焊接接頭的韌性要求高，且基材的抗裂性差的低合金鋼結構的焊接尤為重要。為了保證焊接接頭具有與母材相當的沖擊韌性，正火鋼與控軋控冷鋼焊接材料優先選用高韌性焊材，配以正確的焊接工藝以保證焊縫金屬和熱影響區具有優良的沖擊韌性。海洋工程、超高強鋼殼體及壓力容器選用的焊接材料，還應保證焊縫金屬具有相應的低溫、高溫及耐蝕等特殊性能。由於Q345鋼的冷裂紋傾向較大，應選用低氫型的焊接材料，同時考慮到焊接接頭應與母材等強的原則，選用E5015 （J507）型電焊條。
2. 坡口形式：

採用同一焊接材料焊同一鋼種時，如過坡口形式不同，則焊縫性能各異。如用HJ431焊劑進行Q345鋼埋弧焊不開坡口直邊對接焊時，由於母材溶入焊縫金屬較多，此時採用合金成分較低的H08A焊絲配合HJ431，即可滿足焊縫力學性能要求；但如焊接Q345鋼厚板開坡口對接接頭時，如仍用 H08—HJ431組合，則因母材熔合比小，而使焊縫強度偏低，此時應採用合金成分較高的H08MnA、H10Mn2等焊絲與HJ431組合。角接接頭焊接時冷卻速度要大於對接接頭，因此Q345鋼角接時，應採用合金成分較低的H08A焊絲與HJ431焊劑組合，以獲得綜合力學性能較好的焊縫金屬；如採用合金成分偏高的H08MnA或H10Mn2焊絲，則該角焊縫的塑性偏低。
3.焊接方法的選擇：
低合金高強度鋼可採用焊條電弧焊、熔化極氣體保護焊、埋弧焊、鎢極氬弧焊、氣電立焊、電渣焊等所有常用的熔焊及壓焊方法焊接。具體選用何種焊接方法取決於所焊產品的結構、板厚、堆性能的要求及生產條件等。其中焊條電弧焊、埋弧焊、實心焊絲及葯芯焊絲氣體保護電弧焊是常用的焊接方法。對於氫致裂紋敏感性較強的低合金高強度鋼的焊接，無論採用那種焊接工藝，都應採取低氫的工藝措施。厚度大於100mm低合金高強度鋼結構的環形和長直線焊縫，常常採用單絲或雙絲載間隙埋弧焊。當採用高熱輸入的焊接工藝方法，如電渣焊、氣電立焊及多絲埋弧焊焊接低合金高強度鋼時，在使用前應對焊縫金屬和熱影響區的韌性能夠滿足使用要求。Q345鋼焊接時可採用電弧焊、CO 氣體保護焊和電渣焊，但本次設計採用手工電弧焊。
4．焊接熱輸入的控制：
焊接熱輸入的變化將改變焊接冷卻速度，從而影響焊縫金屬及熱影響區的組織組成，並最終影響焊接接頭的力學性能及抗裂性。屈服強度不超過500MPa的低合金高強度鋼焊縫金屬，如能獲得細小均勻針狀鐵素體組織，其焊縫金屬則具有優良的強韌性。而針狀鐵素體組織的形成需要控制焊接冷卻速度。因此為了確保焊縫金屬的韌性，不宜採用過大的焊接熱輸入。焊接操作上盡量不用橫向擺動和挑弧焊接，推薦採用多層窄焊道焊接。
熱輸入對焊接熱影響區的抗裂性及韌性也有顯著的影響。低合金高強度熱影響區組織的脆化或軟化都與焊接冷卻速度有關。由於低合金高強度鋼的強度及板厚范圍都較寬，合金體系及合金含量差別較大，焊接時鋼材的狀態各不相同，很難對焊接熱輸入作出統一的規定。各種低合金高強度鋼焊接時應根據其自身的焊接性特點，結合具體的結構形式及板厚，選擇合適的焊接熱輸入。與正火或正火加回火鋼及控軋控冷鋼相比，熱軋鋼可以適應較大的焊接熱輸入。含碳量較低的熱軋鋼（09Mn2、09MnNb等）以及含碳量偏下限的16Mn鋼焊接時，焊接熱輸入沒有嚴格的限制。因為這些鋼焊接熱影響區的脆化及冷裂紋傾向較小。但是，當焊接含碳量偏上限的16Mn鋼時，為降低淬硬傾向，防止冷裂紋的產生，焊接熱輸入應偏大一些。
碳及合金元素含量較高、屈服強度為490MPa的正火鋼，如18MnMoNb等。選擇熱輸入時既要考慮鋼種的淬硬傾向，同時也要兼顧熱影響區粗晶區的過熱傾向。一般為了確保熱影響區的韌性，應選擇較小的熱輸入，同時採用低氫焊接方法配合適當的預熱或及時的焊後消氫處理來防止焊接冷裂紋的產生。Q345鋼的含碳量和碳當量均較低，對氫致裂紋不敏感，為了防止焊接熱影響區的軟化，提高熱影響區韌性，應採用較小的熱輸入焊接，使焊接冷卻時間t8/5控制在10s以內為佳。
5．焊接接頭的力學性能
焊縫金屬和熱影響區的力學性能是影響街頭使用可靠性的基本性能，而其中強度與韌性又是關鍵的考核因素，特別是對合金結構鋼街頭更為重要，幾種典型熱軋及正火鋼焊接接頭的力學性能見下表。
鋼種

焊接工藝 焊縫金屬性能 過熱區

/MPa
/MPa
（%）
ψ
（%） /J.cm
-20℃ -40℃
-20℃ -40℃
Q345 埋弧焊（δ=16mm，V形對接）H08MnA+HJ250焊態 504 351 30.2 65.3 166 121 175
埋弧焊（δ=12mm，I形對接）H08MnA+HJ431焊態 576 400 30.7 67 84 33q 73
CO 氣體保護焊H08Mn2SiA焊態 540 390 24 61 78

6．焊接電流：
為了避免焊縫組織粗大，造成沖擊韌性下降，必須採用小規范焊接。具體措施為：選用小直徑焊條、窄焊道、薄焊層、多層多道的焊接工藝（焊接順序如圖一所示）。焊道的寬度不大於焊條的3倍，焊層厚度不大於5mm。第一層至第三層採用Ф3.2電焊條，焊接電流100-130A；第四層至第六層採用Ф4.0的電焊條，焊接電流120-180A。
7．預熱溫度：預熱及焊道層間溫度:
1）預熱溫度
預熱可以控制焊接冷卻速度，減少或避免熱影響區中淬硬馬氏體的產生，降低熱影響區硬度，同時預熱還可以降低焊接應力，並有助於氫從焊接接頭的逸出。因此，預熱是防止低合金高強度鋼焊接氫致裂紋產生的有效措施。但預熱常常惡化勞動條件，使生產工藝復雜化，不合理的、過高的預熱和焊道間溫度還會損害焊接接頭的性能。因此，焊前是否需要預熱及合理的預熱溫度，都需要認真考慮或通過試驗確定。
預熱溫度的確定取決於鋼材的成分（碳當量）、板厚、焊件結構形狀和拘束度、環境溫度以及所採用的焊接材料的含量等。隨著鋼材碳當量、板厚、結構拘束度、焊接材料的含氫量的增加和環境溫度的降低，焊前預熱溫度要相應提高。對於厚板多道多層焊，為了促進焊接區氫的逸出，防止焊接過程中氫致裂紋的產生，應控制焊道間溫度不低於預熱溫度和進行必要的中間消氫熱處理。因此下圖標為Q345的預熱條件
板厚（mm） 不同氣溫條件下的預熱溫度
≤10 不低於－26 oC不預熱
10～16 不低於－10oC不預熱，低於－10oC預熱100oC～150oC
16～14 不低於－5oC不預熱，低於－5oC預熱100oC～150oC
25～40 不低於0oC不預熱，低於0oC預熱100oC～150oC
≥40 均預熱100oC～150oC
2）層間溫度
層間溫度過高會引起熱影響區晶粒粗大，使焊縫強度及低溫沖擊韌性下降。如低於預熱溫度則可能在焊接過程中產生裂紋。因此規定道間溫度不得低於預熱溫度，最高不得大於某一界線的溫度。而對於Q345的層間溫度則選用：Ti≤400℃。
8．焊後熱處理參數:
除了電渣焊由於接頭區嚴重過熱而需要進行正火處理外，其他焊接條件應根據使用要求來判斷是佛需要焊後熱處理。低碳合金高強度鋼中熱軋鋼和正火鋼不需要焊後熱處理，但對要求抗應力腐蝕的焊接機構、低溫下使用的焊接結構和板厚結構等，焊後需要進行消除應力的高溫回火。確定焊後回火溫度的原則：
1） 不要超過木材原來的回火溫度，以免影響母材本身的性能。
2） 對於回火脆性材料，要避開出現回火脆性的溫度區間。例如，對含V或V+Mo的低合金鋼，回火時應提高冷卻速度，避免在600℃左右的溫度區間停留時間過長，以免因V的二次碳化物析出而造成脆化；
如焊後不能及時進行熱處理，應立即在200~350℃保溫2~6h，以便焊接區的氫擴散逸出。為了消除焊接應力，焊後應立即輕輕錘擊焊縫金屬表面，但這不是用於塑性較差的鋼件。強度級別較高或重要的焊接結構件，應用機械方法修正焊縫外形，使其平滑過渡到母材，較小應力集中。Q345焊後熱處理工藝參數見下表：
強度級別
δs/MPa 典型鋼種 預熱溫度/℃ 焊後處理工藝

電弧焊 電渣焊
345 Q345 100~150
δ≥16mm 一般不進行
或600~650℃回火 900~930℃正火
600~650℃回火
當我們懸著電弧焊時，為了降低焊接殘余應力，減小焊縫中的氫含量，改善焊縫的金屬組織和性能，在焊後應對焊縫進行熱處理。熱處理溫度為：600-640℃，恆溫時間為2小時（板厚40mm時），升降溫速度為125℃/h 。
9．焊接過程：
1）焊前預熱
在翼緣板焊接前，首先對翼緣板進行預熱，恆溫30分鍾後開始焊接。 焊接的預熱、層間溫度、熱處理由熱處理控溫櫃自動控制，採用遠紅外履帶式加熱爐片，微電腦自動設定曲線和記錄曲線，熱電偶測量溫度。預熱時熱電偶的測點距離坡口邊緣15mm-20mm。
2）焊接
①為了防止焊接變形，每個柱接頭採用二人對稱施焊，焊接方向由中間向兩邊施焊。在焊接里口時（里口為靠近腹板的坡口），第一層至第三層必須使用小規范操作，因為它的焊接是影響焊接變形的主要原因。在焊接一至三層結束後，背面進行清根。在使用碳弧氣刨清根結束後，必須對焊縫進行機械打磨，清理焊縫表面滲碳，露出金屬光澤，防止表層碳化嚴重造成裂紋。外口焊接應一次焊完，最後再焊接里口的剩餘部分。
② 當焊接第二層時，焊接方向應與第一層方向相反，以此類推。每層焊接接頭應錯開15-20mm。
③ 兩名焊工在焊接時的焊接電流、焊接速度和焊接層數應保持一致。
④ 在焊接中應從引弧板開始施焊，收弧板上結束。焊接完成後割掉並打磨干凈。
5．總結
通過對低碳鋼的了解以及對Q345鋼焊接工藝的研究，對其焊接工藝大體的認識，所以經過上面的敘述，對Q345的焊接工藝進行總結，如下表：
接頭形式 焊件厚度/mm 焊縫次序（層次） 焊絲直徑/mm 焊接電流/A 焊接電壓/mm 焊機速度/
焊絲加焊劑
不開破口(雙面焊) 8 正
反 4.0 550~580
600~650 34~36 34.5 H08A+HJ431
10~12 正
反 4.0 620~680
680~700 36~38 32 H08A+HJ431
V形坡口（雙面焊）α=60°~70° 14~16 正
反 4.0 600~640
620~680 34~36 29.5 H08A+HJ431
18~20 正
反 4.0 680~700
700~720 36~38 27.5 H08MnA+HJ431
22~25 正
反 4.0 700~720
720~740 36~38 21.5 H08MnA+HJ431
T形接頭不開坡口（雙面焊） 16~18 （2） 4.0 600~650
680~720 32~34
36~38 34~38
24~29 H08A+HJ431
20~25 （2） 4.0 600~700
720~760 32~34
36~36 30~36
21~26 H08A+HJ431

3. 焊接缺陷的缺陷分類

1、外觀缺陷：外觀缺陷(表面缺陷)是指不用藉助於儀器,從工件表面可以發現的缺陷。常見的外觀缺陷有咬邊、焊瘤、凹陷及焊接變形等,有時還有表面氣孔和表面裂紋。單面焊的根部未焊透等。
A、咬邊是指沿著焊趾,在母材部分形成的凹陷或溝槽, 它是由於電弧將焊縫邊緣的母材熔化後沒有得到熔敷金屬的充分補充所留下的缺口。產生咬邊的主要原因是電弧熱量太高,即電流太大,運條速度太小所造成的。焊條與工件間角度不正確,擺動不合理,電弧過長,焊接次序不合理等都會造成咬邊。直流焊時電弧的磁偏吹也是產生咬邊的一個原因。某些焊接位置(立、橫、仰)會加劇咬邊。
咬邊減小了母材的有效截面積,降低結構的承載能力,同時還會造成應力集中,發展為裂紋源。
矯正操作姿勢,選用合理的規范,採用良好的運條方式都會有利於消除咬邊。焊角焊縫時,用交流焊代替直流焊也能有效地防止咬邊。
B、焊瘤 焊縫中的液態金屬流到加熱不足未熔化的母材上或從焊縫根部溢出,冷卻後形成的未與母材熔合的金屬瘤即為焊瘤。焊接規范過強、焊條熔化過快、焊條質量欠佳(如偏芯),焊接電源特性不穩定及操作姿勢不當等都容易帶來焊瘤。在橫、立、仰位置更易形成焊瘤。
焊瘤常伴有未熔合、夾渣缺陷,易導致裂紋。同時,焊瘤改變了焊縫的實際尺寸,會帶來應力集中。管子內部的焊瘤減小了它的內徑,可能造成流動物堵塞。
防止焊瘤的措施:使焊縫處於平焊位置,正確選用規范,選用無偏芯焊條,合理操作。
C、凹坑 凹坑指焊縫表面或背面局部的低於母材的部分。
凹坑多是由於收弧時焊條(焊絲)未作短時間停留造成的(此時的凹坑稱為弧坑),仰立、橫焊時,常在焊縫背面根部產生內凹。
凹坑減小了焊縫的有效截面積,弧坑常帶有弧坑裂紋和弧坑縮孔。
防止凹坑的措施:選用有電流衰減系統的焊機,盡量選用平焊位置,選用合適的焊接規范,收弧時讓焊條在熔池內短時間停留或環形擺動,填滿弧坑。
D、未焊滿 未焊滿是指焊縫表面上連續的或斷續的溝槽。填充金屬不足是產生未焊滿的根本原因。規范太弱,焊條過細,運條不當等會導致未焊滿。
未焊滿同樣削弱了焊縫,容易產生應力集中,同時,由於規范太弱使冷卻速度增大,容易帶來氣孔、裂紋等。
防止未焊滿的措施:加大焊接電流,加焊蓋面焊縫。
E、燒穿 燒穿是指焊接過程中,熔深超過工件厚度,熔化金屬自焊縫背面流出,形成穿孔性缺。
焊接電流過大,速度太慢,電弧在焊縫處停留過久,都會產生燒穿缺陷。工件間隙太大,鈍邊太小也容易出現燒穿現象。
燒穿是鍋爐壓力容器產品上不允許存在的缺陷,它完全破壞了焊縫,使接頭喪失其聯接飛及承載能力。
選用較小電流並配合合適的焊接速度,減小裝配間隙,在焊縫背面加設墊板或葯墊,使用脈沖焊,能有效地防止燒穿。
F、其他表面缺陷:
(1)成形不良 指焊縫的外觀幾何尺寸不符合要求。有焊縫超高,表面不光滑,以及焊縫過寬,焊縫向母材過渡不圓滑等。
(2)錯邊指兩個工件在厚度方向上錯開一定位置,它既可視作焊縫表面缺陷,又可視作裝配成形缺陷。
(3)塌陷 單面焊時由於輸入熱量過大,熔化金屬過多而使液態金屬向焊縫背面塌落, 成形後焊縫背面突起,正面下塌。
(4)表面氣孔及弧坑縮孔。
(5)各種焊接變形如角變形、扭曲、波浪變形等都屬於焊接缺陷O角變形也屬於裝配成形缺陷。
2、氣孔和夾渣
A、氣孔 氣孔是指焊接時,熔池中的氣體未在金屬凝固前逸出,殘存於焊縫之中所形成的空穴。其氣體可能是熔池從外界吸收的,也可能是焊接冶金過程中反應生成的。
(1)氣孔的分類氣孔從其形狀上分,有球狀氣孔、條蟲狀氣孔;從數量上可分為單個氣孔和群狀氣孔。群狀氣孔又有均勻分布氣孔,密集狀氣孔和鏈狀分布氣孔之分。按氣孔內氣體成分分類,有氫氣孔、氮氣孔、二氧化碳氣孔、一氧化碳氣孔、氧氣孔等。熔焊氣孔多為氫氣孔和一氧化碳氣孔。
(2)氣孔的形成機理常溫固態金屬中氣體的溶解度只有高溫液態金屬中氣體溶解度的幾十分之一至幾百分之一,熔池金屬在凝固過程中,有大量的氣體要從金屬中逸出來。當凝固速度大於氣體逸出速度時,就形成氣孔。
(3)產生氣孔的主要原因母材或填充金屬表面有銹、油污等,焊條及焊劑未烘乾會增加氣孔量,因為銹、油污及焊條葯皮、焊劑中的水分在高溫下分解為氣體,增加了高溫金屬中氣體的含量。焊接線能量過小,熔池冷卻速度大,不利於氣體逸出。焊縫金屬脫氧不足也會增加氧氣孔。
(4)氣孔的危害氣孔減少了焊縫的有效截面積,使焊縫疏鬆,從而降低了接頭的強度,降低塑性,還會引起泄漏。氣孔也是引起應力集中的因素。氫氣孔還可能促成冷裂紋。
(5)防止氣孔的措施a.清除焊絲,工作坡口及其附近表面的油污、鐵銹、水分和雜物。b.採用鹼性焊條、焊劑,並徹底烘乾。c.採用直流反接並用短電弧施焊。d.焊前預熱,減緩冷卻速度。e.用偏強的規范施焊。
B、夾渣 夾渣是指焊後溶渣殘存在焊縫中的現象。
(1)夾渣的分類a.金屬夾渣:指鎢、銅等金屬顆粒殘留在焊縫之中,習慣上稱為夾鎢、夾銅。b.非金屬夾渣:指未熔的焊條葯皮或焊劑、硫化物、氧化物、氮化物殘留於焊縫之中。冶金反應不完全,脫渣性不好。
(2)夾渣的分布與形狀有單個點狀夾渣,條狀夾渣,鏈狀夾渣和密集夾渣
(3)夾渣產生的原因a.坡口尺寸不合理;b.坡口有污物;c.多層焊時,層間清渣不徹底;d.焊接線能量小;e.焊縫散熱太快,液態金屬凝固過快;f.焊條葯皮,焊劑化學成分不合理,熔點過高；g. 鎢極惰性氣體保護焊時,電源極性不當,電、流密度大, 鎢極熔化脫落於熔池中。h.手工焊時,焊條擺動不良,不利於熔渣上浮。可根據以上原因分別採取對應措施以防止夾渣的產生。
(4)夾渣的危害點狀夾渣的危害與氣孔相似,帶有尖角的夾渣會產生尖端應力集中,尖端還會發展為裂紋源,危害較大。
3、裂紋 焊縫中原子結合遭到破壞,形成新的界面而產生的縫隙稱為裂紋。
A、.裂紋的分類
根據裂紋尺寸大小,分為三類1)宏觀裂紋:肉眼可見的裂紋。(2)微觀裂紋:在顯微鏡下才能發現。(3)超顯微裂紋:在高倍數顯微鏡下才能發現,一般指晶間裂紋和晶內裂紋。
從產生溫度上看,裂紋分為兩類:
(1)熱裂紋:產生於Ac3線附近的裂紋。一般是焊接完畢即出現,又稱結晶裂紋。這種二裂紋主要發生在晶界,裂紋面上有氧化色彩,失去金屬光澤。
(2)冷裂紋:指在焊畢冷至馬氏體轉變溫度M3點以下產生的裂紋,一般是在焊後一段時間(幾小時,幾天甚至更長)才出現,故又稱延遲裂紋。
按裂紋產生的原因分,又可把裂紋分為: (1)再熱裂紋:接頭冷卻後再加熱至500~700℃時產生的裂紋。再熱裂紋產生於沉澱強化的材料(如含Cr、Mo、V、Ti、Nb的金屬)的焊接熱影響區內的粗晶區,一般從熔合線向熱影響區的粗晶區發展,呈晶間開裂特徵。
(3)層狀撕裂主要是由於鋼材在軋制過程中,將硫化物(MnS)、硅酸鹽類等雜質夾在其中,形成各向異性。在焊接應力或外拘束應力的使用下,金屬沿軋制方向的雜物開裂。
(4)應力腐蝕裂紋:在應力和腐蝕介質共同作用下產生的裂紋。除殘余應力或拘束應力的因素外,應力腐蝕裂紋主要與焊縫組織組成及形態有關。
B、.裂紋的危害裂紋,尤其是冷裂紋,帶來的危害是災難性的。世界上的壓力容器事故除極少數是由於設計不合理,選材不當的原因引起的以外,絕大部分是由於裂紋引起的脆性破壞。
C、.熱裂紋(結晶裂紋)
(1)結晶裂紋的形成機理熱裂紋發生於焊縫金屬凝固末期,敏感溫度區大致在固相線附近的高溫區,最常見的熱裂紋是結晶裂紋,其生成原因是在焊縫金屬凝固過程中,結晶偏析使雜質生成的低熔點共晶物富集於晶界,形成所謂液態薄膜,在特定的敏感溫度區(又稱脆性溫度區)間,其強度極小,由於焊縫凝固收縮而受到拉應力,最終開裂形成裂紋。結晶裂紋最常見的情況是沿焊縫中心長度方向開裂,為縱向裂紋,有時也發生在焊縫內部兩個柱狀晶之間,為橫向裂紋。弧坑裂紋是另一種形態的,常見的熱裂紋。
熱裂紋都是沿晶界開裂,通常發生在雜質較多的碳鋼、低合金鋼、奧氏體不銹鋼等材料氣焊縫中
(2)影響結晶裂紋的因素
a合金元素和雜質的影響碳元素以及硫、磷等雜質元素的增加,會擴大敏感溫度區,使結晶裂紋的產生機會增多。
b.冷卻速度的影響冷卻速度增大,一是使結晶偏析加重,二是使結晶溫度區間增大,兩者都會增加結晶裂紋的出現機會；
c.結晶應力與拘束應力的影響在脆性溫度區內,金屬的強度極低,焊接應力又使這飛部分金屬受拉,當拉應力達到一定程度時,就會出現結晶裂紋。
(3)防止結晶裂紋的措施a.減小硫、磷等有害元素的含量,用含碳量較低的材料焊接。b.加入一定的合金元素,減小柱狀晶和偏析。如鋁、銳、鐵、鏡等可以細化晶粒。,c.採用熔深較淺的焊縫,改善散熱條件使低熔點物質上浮在焊縫表面而不存在於焊縫中。d.合理選用焊接規范,並採用預熱和後熱,減小冷卻速度。e.採用合理的裝配次序,減小焊接應力。
D、.再熱裂紋
(1)再熱裂紋的特徵
a.再熱裂紋產生於焊接熱影響區的過熱粗晶區。產生於焊後熱處理等再次加熱的過程中。
b.再熱裂紋的產生溫度:碳鋼與合金鋼550~650℃奧氏體不銹鋼約300℃
c.再熱裂紋為晶界開裂(沿晶開裂)。
d.最易產生於沉澱強化的鋼種中。
e.與焊接殘余應力有關。
(2)再熱裂紋的產生機理
a.再熱裂紋的產生機理有多種解釋,其中模形開裂理論的解釋如下:近縫區金屬在高溫熱循環作用下,強化相碳化物(如碳化鐵、碳化飢、碳化鏡、碳化錯等)沉積在晶內的位錯區上,使晶內強化強度大大高於晶界強化,尤其是當強化相彌散分布在晶粒內時, 阻礙晶粒內部的局部調整,又會阻礙晶粒的整體變形,這樣,由於應力鬆弛而帶來的塑性變形就主要由晶界金屬來承擔,於是,晶界應力集中,就會產生裂紋,即所謂的模形開裂。
(3)再熱裂紋的防止a.注意冶金元素的強化作用及其對再熱裂紋的影響。b.合理預熱或採用後熱,控製冷卻速度。c.降低殘余應力避免應力集中。d.回火處理時盡量避開再熱裂紋的敏感溫度區或縮短在此溫度區內的停留時間。
E、.冷裂紋.
(1)冷裂紋的特徵a.產生於較低溫度,且產生於焊後一段時間以後,故又稱延遲裂紋。b.主要產生於熱影響區,也有發生在焊縫區的。c.冷裂紋可能是沿晶開裂,穿晶開裂或兩者混合出現。d.冷裂紋引起的構件破壞是典型的脆斷。
(2)冷裂紋產生機理a.淬硬組織(馬氏體)減小了金屬的塑性儲備。b.接頭的殘余應力使焊縫受拉。c.接頭內有一定的含氫量。
含氫量和拉應力是冷裂紋(這里指氫致裂紋)產生的兩個重要因素。一般來說,金屬內部原子的排列並非完全有序的,而是有許多微觀缺陷。在拉應力的作用下,氫向高應力區(缺陷部位)擴散聚集。當氫聚集到一定濃度時,就會破壞金屬中原子的結合鍵,金屬內就出現一些微觀裂紋。應力不斷作用,氫不斷地聚集,微觀裂紋不斷地擴展,直致發展為宏觀裂紋,最後斷裂。決定冷裂紋的產生與否,有一個臨界的含氫量和一個臨界的應力值o當接頭內氫的濃度小於臨界含氫量,或所受應力小於臨界應力時,將不會產生冷裂紋(即延遲時間無限長)。在所有的裂紋中,冷裂紋的危害性最大。
(3)防止冷裂紋的措施a.採用低氫型鹼性焊條,嚴格烘乾,在100~150℃下保存,隨取隨用。b.提高預熱溫度,採用後熱措施,並保證層間溫度不小於預熱溫度,選擇合理的焊接規范,避免焊縫中出現洋硬組織c.選用合理的焊接順序,減少焊接變形和焊接應力d.焊後及時進行消氫熱處理。
4、未焊透 未焊透指母材金屬未熔化,焊縫金屬沒有進入接頭根部的現象。
A、產生未焊透的原因(1)焊接電流小,熔深淺。(2)坡口和間隙尺寸不合理,鈍邊太大。(3)磁偏吹影響。(4)焊條偏芯度太大(5)層間及焊根清理不良。
B、.未焊透的危害 未焊透的危害之一是減少了焊縫的有效截面積,使接頭強度下降。其次,未焊透焊透引起的應力集中所造成的危害,比強度下降的危害大得多。未焊透嚴重降低焊縫的疲勞強度。未焊透可能成為裂紋源,是造成焊縫破壞的重要原因。未焊透引起的應力集中所造成的危害,比強度下降的危害大得多。未焊透嚴重降低焊縫的疲勞強度。未焊透可能成為裂紋源,是造成焊縫破壞的重要原因。
C、未焊透的防止 使用較大電流來焊接是防止未焊透的基本方法。另外,焊角焊縫時,1用交流代替直流以防止磁偏吹,合理設計坡口並加強清理,用短弧焊等措施也可有效防止未焊透的產生。
5、未熔合 未熔合是指焊縫金屬與母材金屬,或焊縫金屬之間未熔化結合在一起的缺陷。按其所在部位,未熔合可分為坡口未熔合,層間未熔合根部未熔合三種。
A、.產生未熔合缺陷的原因(1)焊接電流過小;(2)焊接速度過快;(3)焊條角度不對;(4)產生了弧偏吹現象;旺,(5)焊接處於下坡焊位置,母材未熔化時已被鐵水覆蓋;(6)母材表面有污物或氧化物影響熔敷金屬與母材間的熔化結合等。
B、未熔合的危害 未熔合是一種面積型缺陷,坡口未熔合和根部未熔合對承載截面積的減小都非常明顯,應力集中也比較嚴重,其危害性僅次於裂紋。
C、.未熔合的防止 採用較大的焊接電流,正確地進行施焊操作,注意坡口部位的清潔。
6、其他缺陷
(1)焊縫化學成分或組織成分不符合要求: 焊材與母材匹配不當,或焊接過程中元素燒損等原因,容易使焊縫金屬的化學成份發生變化,或造成焊縫組織不符合要求。這可能帶來焊縫的力學性能的下降,還會影響接頭的耐蝕性能。
(2)過熱和過燒: 若焊接規范使用不當,熱影響區長時間在高溫下停留,會使晶粒變得粗大,即出現過熱組織。若溫度進一步升高,停留時間加長,可能使晶界發生氧化或局部熔化,出現過燒組織。過熱可通過熱處理來消除,而過燒是不可逆轉的缺陷。
(3)白點:在焊縫金屬的拉斷面上出現的象魚目狀的白色斑,即為自點F白點是由於氫聚集而造成的,危害極大。