低合金钢焊接特性及焊接材料.pdf

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书籍描述

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《低合金钢焊接特性及焊接材料》内容是作者多年在科研一线工作成果的总结,内容理论水平高,应用价值大。

作者简介
尹士科,1941年生,1964年大学毕业,1980年赴日本进修一年。教授级高工,享受国务院颁发的政府特殊津贴。被山东工业大学聘为兼职教授和研究生导师,指导博士研究生1人,硕士研究生3人。四十多年来,一直在钢铁研究总院从事低合金钢焊接材料和焊接冶金的研究工作。共取得科研成果20多项,获全国科学大会奖1项,国家级科技进步二等奖2项,部(省)级科技进步一等奖3项,部级其他奖7项。参与研制开发的焊接材料40多种,获国家发明专利7项。在国际、国内的焊接会议和杂志上共发表论文100多篇。已出版著作15部,翻译出版图书4部,参与了6部大型工具书的撰稿。 先后为五位日本教授来华讲学担任课堂翻译,为中日学术交流会、工业展览会和进口设备的安装等承担过口译工作。

目录
第一章低合金钢的成分与性能
第一节低合金钢概述
一、低合金钢的分类及特征
1.高强度钢
2.铬钼耐热钢
3.低温钢
4.耐蚀钢
二、钢铁冶金技术的现代化
1.炼钢技术
2.轧钢技术
3.热处理技术
4.微合金化技术
第二节国产低合金钢的成分与性能要求
一、采用推荐标准的高强度钢和专业用钢的成分与性能要求
1.低合金高强度结构钢(GB/T1591—2008)
2.高强度结构钢用调质钢板(BG/T16270—2009)
3.高耐候结构钢 (GB/T4171—2008)
4.石油天然气输送管线用宽厚钢板(GB/T21237—2007)
5.建筑结构用钢板(GB/T19879—2005)
6.低焊接裂纹敏感性高强度钢板(YB/T4137—2005)
二、采用强制标准的专业用钢的成分与性能要求
1.船舶及海洋工程用结构钢(GB712—2011)
2.桥梁用结构钢(GB714—2008)
3.锅炉和压力容器用钢板(GB713—2008)
4.低温压力容器用低合金钢钢板(GB3531—2008)
5.压力容器用调质高强度钢板(GB19189—2011)
6.焊接气瓶用钢板和钢带(GB6653—2008)
第三节国外低合金钢的成分与性能
一、民用低合金高强度钢
1.日本开发的系列高强度结构钢
2.欧洲及美国开发的高强度管线用钢
二、潜艇用低合金高强度高韧性钢
1.美国的潜艇用低合金高强度高韧性钢
2.日本的潜艇用低合金高强度钢
第二章低合金钢用焊接材料的成分与性能
第一节对焊接材料的熔敷金属成分和性能要求
一、电弧焊焊条
1.非合金钢和细晶粒钢焊条(GB/T5117—2012)
2.热强钢焊条(GB/T5118—2012)
3.高强度钢焊条(ISO18275B—2005)
二、气体保护焊用实心焊丝和保护气体
1.非合金钢和细晶粒钢用气保焊焊丝(ISO14341B—2002)
2.非合金钢和细晶粒钢TIG焊接用填充丝和焊丝(ISO636B—2004)
3.高强度钢气保护焊用焊丝和填充丝(ISO16834B—2006)
4.保护气体的分类
三、气体保护焊和自保护焊用药芯焊丝
1.非合金钢和细晶粒钢气体保护焊和自保护焊用药芯焊丝(ISO17632B—2004)
2.热强钢用气体保护焊药芯焊丝(ISO17634B—2004)
3.高强钢气体保护焊和自保护焊用药芯焊丝(ISO18276B—2005)
四、埋弧焊接用焊丝和焊剂
1.非合金钢和细晶粒钢埋弧焊接用焊丝和焊丝焊剂组合(ISO14171B—2002)
2.热强钢埋弧焊接用实心焊丝、药芯焊丝和焊丝焊剂组合(ISO24598B—2007)
3.高强钢埋弧焊接用实心焊丝、药芯焊丝和焊丝焊剂组合(ISO26304B—2008)
4.埋弧焊用焊剂(ISO14174—2004)
第二节影响焊缝金属力学性能的因素
一、化学成分对焊缝组织和性能的影响
1.低碳低合金焊缝组织类别及其形貌特征
2.合金成分对焊缝金属组织的影响
3.合金成分对焊缝金属性能的影响
二、微量元素硼和钛对焊缝韧性的影响
1.硼对焊缝组织和韧性的影响
2.钛对焊缝组织和韧性的影响
3.在贝氏体马氏体焊缝中钛、硼对组织和相变的影响
三、含氧量对低合金钢焊缝组织和韧性的影响
1.含氧量对焊缝相变温度和组织的影响
2.含氧量对低、中强度焊缝韧性的影响
3.含氧量对高强度焊缝韧性的影响
4.含氧量对电渣焊焊缝韧性的影响
四、焊接规范参数的影响
1.冷却速度的计算及其对焊缝力学性能的影响
2.焊接规范参数对屈服强度590MPa级焊缝金属性能的影响
3.焊接规范参数对屈服强度785MPa级焊条的焊缝金属性能影响
五、焊后热处理对焊缝金属力学性能的影响
1.焊后热处理对屈服强度690MPa级焊缝金属性能的影响
2.焊后热处理对屈服强度785MPa级焊缝金属性能的影响
第三节焊接材料产品性能简介
一、国内研发的焊条
1.高效率铁粉焊条
2.低合金高强度钢焊条
3.—90℃低温钢用焊条
4.低合金耐蚀钢用焊条
二、国内研发的埋弧焊用焊剂和实心焊丝
1.785MPa级高强度钢用熔炼焊剂
2.590MPa级高强度钢用烧结焊剂
3.黏结焊剂的降氢途径探索
4.低合金钢埋弧焊接用实心焊丝
三、国内研发的气体保护焊用实心焊丝和药芯焊丝
1.气体保护焊用实心焊丝
2.气体保护焊用药芯焊丝
四、国外使用的焊接材料产品
1.美国的潜艇钢用高强度高韧性焊接材料
2.日本的潜艇钢用高强度高韧性焊接材料
3.曼彻特公司生产的铬钼耐热钢用焊接材料
4.国外知名公司生产的结构钢用气保护药芯焊丝
5.日本神钢生产的低温钢用药芯焊丝
第三章有关低合金钢及其焊接方面的基础性研究
第一节低合金钢中硼化物析出行为
一、硼化物的析出特性
1.快速冷却过程中硼化物的析出
2.恒温过程中硼化物的析出
3.硼化物的析出特性模式
二、钢中MnS对BN析出行为的影响
1.奥氏体化温度对BN分布状态的影响
2.850℃保温时BN的再析出和分布状态
第二节低合金钢焊缝中扩散氢的逸出及残余氢量
一、扩散氢的逸出行为
1.常温下扩散氢的逸出
2.高温下扩散氢的逸出
二、残余氢的释放及影响因素
1.组织和硬度对残余氢量的影响
2.焊缝含氧量对残余氢量的影响
3.扩散氢含量对残余氢量的影响
第三节气体保护焊的保护效果研究
一、施工条件及控气参数对保护效果的影响
1.风速对气体保护焊接时保护效果的影响
2.保护气体流量对含氮量的影响
3.厚板焊接时控气参数对熔敷金属含氮量的影响
二、含氮量对气孔及焊缝性能的影响
1.保护气体中加入的氮量与熔敷金属中含氮量的关系
2.熔敷金属含氮量与力学性能的关系
第四节焊条电弧焊的气孔成因分析
一、焊缝中气孔的分布及形貌
二、焊缝中气孔的形成与水分及扩散氢的关系
三、焊缝中气孔的成因分析
第五节电弧焊的熔滴过渡及其对焊接施工的影响
一、电弧焊接的熔滴过渡形态分类
1.颗粒过渡
2.喷射过渡
3.短路过渡
4.渣保护过渡及其他
二、药芯焊丝焊接的熔滴过渡形态
1.熔渣型药芯焊丝的熔滴过渡形态
2.金属粉型药芯焊丝的熔滴过渡形态
三、熔滴过渡形态对飞溅和发尘量的影响
1.熔滴过渡形态对飞溅的影响
2.熔滴过渡形态对发尘量的影响
第四章低合金钢的焊接特性
第一节焊接热影响区的韧性与静载断裂特性
一、模拟焊接热影响区的组织与韧性
1.10Ni5CrMoV钢模拟热影响区的组织与韧性
2.Cr4—Al系耐蚀钢模拟热影响区的组织与韧性
3.HQ100钢模拟热影响区与实际热影响区的韧性比较
二、焊接热影响区的静载断裂特性
1.10Ni5CrMoV钢的静载断裂特性
2.HQ100钢的临界断裂应力
3.Cr4—Al钢的临界断裂应力
第二节焊接接头的抗动载性能及试验方法
一、低合金钢焊接接头的抗动载性能
1.脆性和延性断裂的裂纹产生与扩展
2.脆性和延性断裂的断口特征及形貌
二、焊接接头的抗动载性能试验方法
1.示波冲击试验
2.宽板拉伸试验
3.动态撕裂试验(又称DT试验)
4.落锤试验(简称NDT试验)
5.落锤撕裂试验(简称DWTT试验)
6.爆炸试验
7.模拟结构破坏试验
三、焊接接头的强度匹配和韧性评定
1.焊接接头的强度匹配
2.关于焊缝的韧性评定
第三节低合金钢的焊接裂纹及试验方法
一、低合金钢焊接裂纹简述
1.纵向裂纹的位置和扩展途径
2.横向裂纹的分布及断口形貌
3.扩散氢在焊缝厚度上的分布及临界含氢量
二、焊接裂纹试验方法及其应用
1.焊接裂纹试验方法
2.几种高强度钢的焊接裂纹试验结果
三、低合金钢焊接裂纹的预防措施
1.焊接材料的再烘干与保管
2.高强度钢的焊接施工参数
3.铬钼耐热钢的焊接施工参数
参考文献

序言
低合金钢包括高强度钢、铬钼耐热钢、低温钢和耐蚀钢等,广泛用于各种钢结构、建筑结构、工程机械、锅炉及压力容器、车辆、船舶、桥梁和海洋工程等领域,在国民经济中具有极为重要的作用。低合金钢的焊接是建造这些工程结构的主要工艺方法和关键环节,在产品制造过程中必须特别重视焊接质量,许多工程结构的破坏,包括一些重大的灾难性事故都是由于焊接出现问题造成的。
低合金钢的焊接应重点关注两大方面的问题,一是焊接接头的韧性,防止接头的任一区域产生脆化,特别是过热区;二是焊接裂纹,防止在焊缝或热影响区中出现裂纹,特别是冷裂纹。高洁净度冶炼技术、先进的轧制技术、冷却技术和热处理技术等现代冶金技术极大地提高了钢材的韧性,与之相比较,焊缝金属的韧性通常处于劣势,因为焊缝是铸造组织,还有焊缝中的杂质元素含量远高于钢材。就焊缝金属的抗裂性而言,由于焊接过程中总要产生扩散氢,因而裂纹往往在焊缝中产生。为了弥补焊缝金属在韧性上的不足,要在研发焊接材料上多下功夫:需要探索有效的韧化途径,如钛硼复合韧化等;为了降低扩散氢含量,应尽可能采用超低氢型焊接材料,或者在施工上采取措施,减少氢带来的危害。
关于焊接接头的抗断裂性能,这是学术界和技术人员都关心的大问题,它不能仅靠几个冲击吸收功数值就轻易作出结论。在评定抗断裂性能方面,目前国内外采用的试验方法有:冲击试验(含示波冲击)、CTOD实验、动态撕裂试验、落锤试验、爆炸试验等。有些国家则采用几种试验方法综合评定,如采用落锤试验和冲击试验方法相结合,也有的采用爆炸试验和动态撕裂试验相结合。在设计上,为防止焊接结构发生脆性破坏,通常有两个设计准则,一是防止裂纹产生准则,即启裂控制;二是止裂性能准则,即扩展控制。前者要求,结构薄弱部位的材料应具有一定的抗裂纹产生能力;后者则要求,一旦裂纹产生,材料应具备阻止裂纹扩展的能力。
关于焊接冷裂纹问题,在焊接产品结构尺寸和钢材材质确定之后,影响焊接冷裂纹的三个要素中只有扩散氢是可以调控的因素了。焊缝中的纵向裂纹既与拘束应力大小有关系,也与扩散氢含量的多少有关系;焊缝中的横向裂纹则与扩散氢的关系更大,即使结构拘束应力不大,只要有相应数量的扩散氢(超过了材质的临界氢浓度),就会产生横向裂纹。所以人们把解决冷裂纹问题的出路放在对扩散氢的研究上是情理之中的。除了采取措施降低焊接材料中的扩散氢含量外,还需要对氢的扩散、逸出行为、氢在焊缝中的分布、氢的临界浓度等进行深入研究,以寻求更为有效的降氢途径。在选择抗裂纹性能的试验方法上,可以直接选择国内外采用的标准方法,也可以自行创建专用的方法。为了有针对性地解决施工上的实际问题,首先要摸清结构上出现的裂纹情况,如裂纹走向、数量多少、分布位置等,以此确定试验件的结构尺寸(特别是板厚)、接头形式(对接或角接)和拘束度(纵向裂纹要求拘束度大些)等。另外,为了评价焊缝纵向裂纹敏感性,宜采用单道施焊,并在可能的条件下设置应力集中部位;而要评价焊缝的横向裂纹敏感性,则应尽可能采用多道施焊,以使扩散氢有一个累积增高的过程。还要选择相应的施焊条件,如环境温度、湿度,预热及道间温度等。
《低合金钢焊接特性及焊接材料》一书,较全面地介绍了低合金钢的冶金特性、低合金钢及其配套焊接材料的成分和性能要求、低合金钢用焊接材料产品、低合金钢的焊接特性以及与低合金钢焊接相关的基础性研究成果。内容较为丰富翔实,包含了作者多年来从事科研工作的技术数据,是一本理论性和实用性兼备的通用图书。本序中涉及的技术内容在该书的相关章节均有介绍,读起来颇有新意和启发,在此向焊接界的朋友们加以推荐。
本书作者是我的同事,是我院科技人员中的骨干力量,先后承担过多项国家重点攻关项目,获得了多个奖项,为国民经济建设和国防现代化做出了重大贡献。他们在科研工作中还针对某些理论方面的工作进行了深入探索,写出了有水平的学术论文和专著,受到了读者的欢迎。这本新书的出版,将会使我们有更新的启示,受益也会更大些,特向作者致意并表示祝贺。
中国钢研科技集团公司副总经理
钢铁研究总院副院长
中国机械工程学会焊接学会副理事长
金属焊接性与焊接材料分会主任委员
博士生导师
教授
2013年8月

文摘
版权页:



插图:



在我国药芯焊丝的应用行业主要是船舶制造业,在其他行业,如桥梁、钢结构和电力等,随着我国基础建设的发展,也在一定程度上拉动了药芯焊丝的增长。今后还应在石化、汽车及机械制造等行业加强推广应用。我国药芯焊丝产业存在的不足之处是:①品牌影响力差,缺乏品牌优势企业;②产品结构不合理,大多数企业以E501T1类产品为主,其他产品少有生产,导致大陆货产量过剩,出现相互压价恶性竞争的趋势。今后应适度发展普通产品,并下力气提高品质;加强研发新的产品,促进升级换代,从而提高技术水平与核心竞争力。
据不完全统计,我国生产药芯焊丝的厂家已达60多家,其中多数为中小型企业。在较大型的生产企业中,呈现出国资控股、国外独资和国内民营的三足鼎立之势。外资企业主要有美国ITW集团、美国林肯公司、伊萨公司、天泰焊材、法国液空、韩国现代及高丽熔接棒等;民营企业主要有天津金桥、天津大桥等;国资控股企业主要有北京安泰科技、天津三英焊业(该公司已于2011年由安泰科技集团公司并购)等。作者现在是安泰科技集团公司的技术人员,转制前是钢铁研究总院的科研人员,对该公司的情况熟悉,特向读者加以简要介绍。
安泰科技股份有限公司是以中国钢研科技集团有限公司(原国家级大型科研院所钢铁研究总院)为主要发起人,联合清华紫光(集团)总公司等单位发起成立的高科技股份有限公司。是国家科技部及中科院联合认定的国家高技术企业。也是被北京市科学技术委员会认定的骨干高新技术企业。经过十余年的发展,安泰科技已建成北京中关村永丰产业园,空港新材料产业园、中关村昌平产业园及河北涿州四个产业基地,总面积1000余亩;在石家庄、天津、深圳、上海等地拥有14家控参股企业;在北美、欧洲和亚洲地区建立了良好的商贸渠道和技术协作关系,产品已销往50多个国家和地区,被国内外众多知名企业和客户所认可。

内容简介
《低合金钢焊接特性及焊接材料》的内容分为两个方面,一是实用性内容,包括国内外几十个钢材及其配套焊接材料的化学成分和力学性能数据,某些低合金钢焊接热影响区及焊接接头的抗断裂性能和抗裂性能试验结果,焊接这些钢种应采用的焊接规范参数等。二是理论方面的内容,包括钢材的强韧化机制、焊缝金属的相变知识、含氧量对组织和性能的影响;在焊材研发方面,重点放在了提高焊缝韧性上,韧化途径有针状铁素体韧化、钛—硼复合韧化等。针对与焊接施工相关的问题,如扩散氢的逸出行为、焊接气孔的成因等也作了理论性探讨。
《低合金钢焊接特性及焊接材料》适用于工程设计、焊接施工及管理方面的工程技术人员,从事焊接材料研发的科技人员,也可供科研院所的研究工作者及大专院校的师生作为参考用书。

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