大线能量焊接用钢的现状与发展-ppt课件.ppt
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- 能量 焊接 现状 发展 ppt 课件
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1、1ppt课件2ppt课件焊缝金属焊接过程中融合线附近的温度分布焊接线能量(焊接热输入)为焊接线能量(焊接热输入)为:Q=IE / (kJ/cm) I焊接电流焊接电流 (A) 、E电弧电压电弧电压 (V)、焊接速度焊接速度 ( cm /s),一般地将能够承受线能量一般地将能够承受线能量超过超过50kJ/cm的钢材称为的钢材称为大线能量焊接用钢。大线能量焊接用钢。 大线能量焊接用钢的定义大线能量焊接用钢的定义3ppt课件大热输入焊接的关键问题组织脆化 由于焊接热输入的由于焊接热输入的增大,焊接热影响区高增大,焊接热影响区高温停留时间变长,奥氏温停留时间变长,奥氏体晶粒严重粗化;且由体晶粒严重粗化;
2、且由于焊后冷却速度缓慢,于焊后冷却速度缓慢,在随后的相变过程中容在随后的相变过程中容易形成粗大的侧板条铁易形成粗大的侧板条铁素体、魏氏组织、上贝素体、魏氏组织、上贝氏体等异常组织,氏体等异常组织,M-A岛数量增加且粗大,使岛数量增加且粗大,使焊接热影响区强度和韧焊接热影响区强度和韧性严重恶化,并容易产性严重恶化,并容易产生裂纹等缺陷,影响整生裂纹等缺陷,影响整体结构件的安全使用性体结构件的安全使用性能。能。焊枪及焊丝 保护气背衬材料 铜滑块 钢板气电立焊示意图4ppt课件造船过程中焊接工时约占造船总工时的造船过程中焊接工时约占造船总工时的30%-40%30%-40%,由于中国目前仍不能生产,由
3、于中国目前仍不能生产大线能量焊接用钢,造船效率仅为日本的大线能量焊接用钢,造船效率仅为日本的1/41/41/71/7。造船厂为提高施工效率造船厂为提高施工效率和降低成本,已逐步采用更为高效的和降低成本,已逐步采用更为高效的大线能量焊接大线能量焊接方法。建造一艘方法。建造一艘10万吨级万吨级的船,若采用大线能量焊接钢板,可提前的船,若采用大线能量焊接钢板,可提前3个月完工。而国内现有的船板钢个月完工。而国内现有的船板钢只能够承受只能够承受50 kJ/cm以下的焊接热输入。按照目前现有的船舶设计要求,需以下的焊接热输入。按照目前现有的船舶设计要求,需要线能量达要线能量达200400kJ/cm的船板
4、钢,而目前国内没有供货。的船板钢,而目前国内没有供货。焊缝金属的性能可以通焊缝金属的性能可以通过调整焊接材料和焊接过调整焊接材料和焊接工艺来满足要求,而焊工艺来满足要求,而焊接热影响区(接热影响区(HAZHAZ)性能)性能的改善则必须从根本上的改善则必须从根本上改变传统钢板本身的固改变传统钢板本身的固有性能。有性能。采用采用2电极电极VEGA设备设备1次焊接,次焊接,焊接作业时间可缩短焊接作业时间可缩短1/10.板厚板厚60mm大线能量焊接用钢的技术特征示例大线能量焊接用钢的技术特征示例船板钢船板钢船板焊接船板焊接5ppt课件1水冷滑块水冷滑块 2金属熔池金属熔池 3渣池渣池 4焊接电源焊接电
5、源 5焊丝焊丝 6送丝送丝轮轮 7导电杆导电杆 8引出板引出板 9出水管出水管 10金属熔滴金属熔滴 11进进水管水管 12 焊缝焊缝 13起焊槽起焊槽21mm50mm普通热输入焊接普通热输入焊接手工焊手工焊大热输入焊接大热输入焊接电渣焊电渣焊普通热输入焊接:多道次、生产效率低普通热输入焊接:多道次、生产效率低大热输入焊接:单道次、生产效率高,成本低大热输入焊接:单道次、生产效率高,成本低 手工焊焊缝手工焊焊缝电渣焊焊缝电渣焊焊缝50mm 大线能量焊接用钢的技术特征示例大线能量焊接用钢的技术特征示例高层建筑用钢高层建筑用钢6ppt课件 近年,随着构件的大型化和大跨度化,使用低合金高强钢的下游企
6、业为近年,随着构件的大型化和大跨度化,使用低合金高强钢的下游企业为提高施工效率和降低成本,逐步开始采用更为高效的大线能量焊接方法。提高施工效率和降低成本,逐步开始采用更为高效的大线能量焊接方法。目前国内常见的大线能量焊接方法目前国内常见的大线能量焊接方法如下:如下:(1 1)双丝串列埋弧自动焊)双丝串列埋弧自动焊(2 2)FCBFCB法多丝埋弧自动单面焊法多丝埋弧自动单面焊适合适合9mm35mm钢板的双面单道钢板的双面单道焊,焊接线能量范围:焊,焊接线能量范围:9140kJ/cm适合适合8mm35mm钢板的单面焊,钢板的单面焊,焊接线能量范围:焊接线能量范围:40220kJ/cm1 1 大线能
7、量焊接用钢的研究现状大线能量焊接用钢的研究现状7ppt课件(3 3)单丝气电自动立焊)单丝气电自动立焊(4 4)双丝气电自动立焊)双丝气电自动立焊 为了适应大线能量焊接技术对钢板的特殊要求,早在为了适应大线能量焊接技术对钢板的特殊要求,早在9090年代日本的新日年代日本的新日铁、铁、JFEJFE等钢铁企业先后采用不同的理念,开发出适用于等钢铁企业先后采用不同的理念,开发出适用于造船、桥梁、高层造船、桥梁、高层建筑、海洋结构、储油罐、管线钢建筑、海洋结构、储油罐、管线钢等不同强度级别的大线能量焊接用宽厚等不同强度级别的大线能量焊接用宽厚钢板。其中具有代表性的是超高层建筑用钢板。其中具有代表性的是
8、超高层建筑用SA440SA440钢板,该钢板的焊接热输入钢板,该钢板的焊接热输入已经达到了已经达到了1100kJ/cm。适合适合50mm80mm钢板,焊接线钢板,焊接线能量范围:能量范围:250680 kJ/cm适合适合9mm32mm钢板,焊接线钢板,焊接线能量范围:能量范围:40220 kJ/cm8ppt课件大线能量焊接用钢板的应用领域大线能量焊接用钢板的应用领域 船舶船舶 桥梁桥梁 高层建筑高层建筑 海洋结构海洋结构 石油储罐石油储罐 球罐球罐9ppt课件国外大线能量焊接用钢的研究现状国外大线能量焊接用钢的研究现状日本日本JFEJFE公司公司的的EH40EH40船板钢的焊接船板钢的焊接热输
9、入量已经达到热输入量已经达到680kJ/cm680kJ/cm,4040至至100mm100mm厚度的钢板可实现一道次厚度的钢板可实现一道次焊接成形,其焊接效率比传统方焊接成形,其焊接效率比传统方法提高数十倍。法提高数十倍。日本日本新日铁新日铁公司开发的公司开发的EH40EH40造船造船钢板,其焊接热输入量能够达到钢板,其焊接热输入量能够达到390 kJ/cm390 kJ/cm;日本日本神户制钢神户制钢开发出的开发出的80mm80mm厚度厚度EH36 EH36 和和EH40EH40钢板,焊接热输入量钢板,焊接热输入量可达到可达到580kJ/cm580kJ/cm;韩国韩国浦项浦项钢厂开发的钢厂开发
10、的EH40EH40钢板,钢板,焊接热输入能够达到焊接热输入能够达到350kJ/cm350kJ/cm。 造船造船10ppt课件JFEJFE公司公司用于海洋结构的高强度钢种有用于海洋结构的高强度钢种有7 7个个钢种,耐海水腐蚀钢的焊接热输入能够达钢种,耐海水腐蚀钢的焊接热输入能够达到到200kJ/cm200kJ/cm,生产的屈服强度,生产的屈服强度400MPa400MPa级的级的低温海域用低温海域用TMCPTMCP结构钢,板厚达结构钢,板厚达60mm60mm,其,其焊接热输入量达到焊接热输入量达到193kJ/cm193kJ/cm,-60-60的冲的冲击功最低值大于击功最低值大于60J60J。新日铁
11、新日铁开发的屈服强度大于开发的屈服强度大于420 420 MPaMPa级的级的低温海域用低温海域用TMCPTMCP结构钢,钢板的韧脆转变结构钢,钢板的韧脆转变温度为温度为-120-120。经。经204kJ/cm204kJ/cm的单面单道焊的单面单道焊接,接,-60-60的冲击功最低值大于的冲击功最低值大于60J60J。 住友金属住友金属开发的抗拉强度开发的抗拉强度500 500 MPaMPa级级别的海洋结构用钢,焊接热输入量别的海洋结构用钢,焊接热输入量能够达到能够达到219 kJ/cm219 kJ/cm。海洋工程海洋工程北极海域石油平台北极海域石油平台国外大线能量焊接用钢的研究现状国外大线能
12、量焊接用钢的研究现状11ppt课件日本日本JFEJFE公司公司开发的开发的MAC355-ADMAC355-AD,SA440-SA440-E E建筑用钢,其焊接热输入量能够达到建筑用钢,其焊接热输入量能够达到1100 kJ/cm1100 kJ/cm以上;以上; 日本日本新日铁新日铁开发的开发的BT-HT440C-HFBT-HT440C-HF钢板,钢板,焊接热输入量能够达到焊接热输入量能够达到1000 kJ/cm1000 kJ/cm;日本日本神户制钢神户制钢开发的开发的SA440SA440钢板最大焊钢板最大焊接热输入量为接热输入量为990 kJ/cm990 kJ/cm;抗拉强度为;抗拉强度为780
13、MPa780MPa级别的建筑用钢,焊接热输入能级别的建筑用钢,焊接热输入能够达到够达到400 kJ/cm400 kJ/cm; 住友金属住友金属开发的抗拉强度大于开发的抗拉强度大于590MPa590MPa的的建筑用钢建筑用钢HT590HT590焊接热输入量达到焊接热输入量达到980 980 kJ/cm kJ/cm 。日本新丸内,楼高日本新丸内,楼高198m。高层建筑高层建筑国外大线能量焊接用钢的研究现状国外大线能量焊接用钢的研究现状12ppt课件日本采用多位向贝氏体技术开发的日本采用多位向贝氏体技术开发的 780MPa级高层建筑用钢级高层建筑用钢开发钢与传统钢的力学性能对比开发钢与传统钢的力学性
14、能对比400kJ/cm焊接热输入后的冲击功焊接热输入后的冲击功优点:屈强比降低,焊接免预热,焊接热输入为传统钢的优点:屈强比降低,焊接免预热,焊接热输入为传统钢的8倍。倍。开发钢开发钢传统钢传统钢标准标准13ppt课件神户制钢神户制钢开发的抗拉强度大于开发的抗拉强度大于490MPa490MPa的的桥梁钢,桥梁钢,不需要不需要进行进行预热预热而实现而实现焊接焊接,焊接热输入量达到焊接热输入量达到350 kJ/cm350 kJ/cm。20022002年开年开发的抗拉强度为发的抗拉强度为490MPa490MPa的桥梁钢,焊的桥梁钢,焊接热输入量能够达到接热输入量能够达到114kJ/cm114kJ/c
15、m,还同时,还同时具有良好的耐腐蚀性能,所建成的桥梁具有良好的耐腐蚀性能,所建成的桥梁可以实现可以实现无需做另外的防腐处理无需做另外的防腐处理;且开;且开发的抗拉强度大于发的抗拉强度大于570MPa570MPa的桥梁用钢的桥梁用钢BHS500BHS500,焊接热输入量达到,焊接热输入量达到150kJ/cm150kJ/cm;JFEJFE公司公司生产的抗拉强度生产的抗拉强度570MPa570MPa级的桥梁钢可承受级的桥梁钢可承受240kJ/cm240kJ/cm的焊接热输入;的焊接热输入; 新日铁新日铁公司开发的公司开发的BHS500BHS500桥桥梁用钢,焊接热输入量可达梁用钢,焊接热输入量可达到
16、到100kJ/cm100kJ/cm。桥梁桥梁日本明石海峡大桥日本明石海峡大桥国外大线能量焊接用钢的研究现状国外大线能量焊接用钢的研究现状14ppt课件储油罐、压力容器与管线储油罐、压力容器与管线日本日本在在水电、核电、石水电、核电、石油化工油化工等行业的压力容等行业的压力容器制造方面也广泛使用器制造方面也广泛使用大热输入焊接用钢,在大热输入焊接用钢,在高强度高强度管线钢管线钢X60X80等也已经实现大热等也已经实现大热输入焊接。输入焊接。日本新日铁、日本新日铁、JEFJEF、住友、住友等几大钢铁公司均能够生等几大钢铁公司均能够生产焊接热输入达产焊接热输入达400kJ/cm400kJ/cm的石油
17、储罐钢板,而供给的石油储罐钢板,而供给我国的石油储罐焊接热输我国的石油储罐焊接热输入只达到入只达到100kJ/cm100kJ/cm。此外,日本在水电、核电、此外,日本在水电、核电、石油化工等行业的压力容石油化工等行业的压力容器制造领域已经开始广泛器制造领域已经开始广泛使用大热输入焊接用钢。使用大热输入焊接用钢。国外大线能量焊接用钢的研究现状国外大线能量焊接用钢的研究现状15ppt课件日本新日铁日本新日铁HTUFFHTUFF开发的主要大线能量焊接用钢种开发的主要大线能量焊接用钢种16ppt课件新日铁新日铁HTUFF 技术生产的大线能量焊接用钢产量统计技术生产的大线能量焊接用钢产量统计国外大线能量
18、焊接用钢的研究现状国外大线能量焊接用钢的研究现状17ppt课件类别类别国外国外国内国内公司名称公司名称牌号或主要性能牌号或主要性能最高热输入最高热输入kJ/cm目前国内的目前国内的正火或正火或TMCP钢板焊接热输钢板焊接热输入入50 kJ/cm,达到达到100kJ/cm的钢板仅有石的钢板仅有石油储罐和造船油储罐和造船板两个钢种板两个钢种船舶船舶JFE公司公司EH40不预热不预热680新日铁新日铁EH40不预热不预热390浦项浦项EH40不预热不预热350海洋海洋平台平台JFE公司公司Rel l420MPa,保证焊接接保证焊接接头头-40 的的CTOD和和DWT,采用采用Super-OLAC工艺
19、工艺200新日铁新日铁Rel l420MPa韧脆转变温韧脆转变温度度-120;YS500焊接接头焊接接头-10 的的CTOD远高于标远高于标准准;采用采用TMCP或或DQ-T工工艺艺204住友金属住友金属Rm500MPa,采用,采用TMCP219桥梁桥梁神户制钢神户制钢Rm490MPa,不预热不预热350管线管线新日铁新日铁X80150高层高层建筑建筑JFE、新日铁、新日铁、神户制钢、神户制钢、住友金属住友金属440MPa、590MPa1100 电渣焊电渣焊HAZ性能性能多不合格多不合格大线能量焊接用钢国内外对比大线能量焊接用钢国内外对比18ppt课件日本大热输入焊接用钢的生产技术日本大热输入
20、焊接用钢的生产技术氧化物冶金技术氧化物冶金技术使钢中形成纳米级使钢中形成纳米级Ca、Mg的氧化的氧化物和硫化物粒子,细化奥氏体晶物和硫化物粒子,细化奥氏体晶粒的同时利用这些氧化物作为晶粒的同时利用这些氧化物作为晶内针状铁素体的形核点,提高大内针状铁素体的形核点,提高大热输入焊接热输入焊接CGHAZ的韧性。的韧性。 JFE公司采用的是自己研发的公司采用的是自己研发的“JFE EWEL”技术:技术:神户制钢神户制钢早期采用的是称为早期采用的是称为“神户超韧化技术神户超韧化技术”即即“KST”技术并结合技术并结合TMCP的精确控制的精确控制来生产大热输入焊接用钢,而来生产大热输入焊接用钢,而目前采用
21、的是在原有技术基础目前采用的是在原有技术基础上又引入新手段的上又引入新手段的“低碳多方低碳多方位贝氏体位贝氏体”技术。技术。新日铁新日铁的的“HTUFF”技术:技术:即控制即控制O、S、Ca的原子浓的原子浓度比,并控制硫化物形态。度比,并控制硫化物形态。(atomic concentration ratio,简称ACR) 日本大线能量焊接用钢生产技术简介但是,日本各钢铁公司有关大线能量焊接用钢的信息披露大多只限于说明应用效果,而但是,日本各钢铁公司有关大线能量焊接用钢的信息披露大多只限于说明应用效果,而对其理论与技术细节却很少涉及,甚至会看到些带误导性的报道。对其理论与技术细节却很少涉及,甚至
22、会看到些带误导性的报道。19ppt课件 日本的大线能量焊接用钢广泛应用于多个领域,最高热输入水平达日本的大线能量焊接用钢广泛应用于多个领域,最高热输入水平达1000kJ/cm;而我国的大线能量焊接用钢的最高热输入水平为;而我国的大线能量焊接用钢的最高热输入水平为100kJ/cm,且,且仅应用于石油储罐和造船这两个领域,其它应用领域的钢种热输入水平仅为仅应用于石油储罐和造船这两个领域,其它应用领域的钢种热输入水平仅为50kJ/cm。在。在造船钢板、海洋工程、桥梁、高层建筑、管线、水电、核电、石造船钢板、海洋工程、桥梁、高层建筑、管线、水电、核电、石油化工容器油化工容器等许多急需大线能量焊接性能的
23、品种钢,目前尚无应用业绩报道。等许多急需大线能量焊接性能的品种钢,目前尚无应用业绩报道。造成这巨大差异的原因是我国还没有掌握生产大线能量焊接用钢的工艺控制技造成这巨大差异的原因是我国还没有掌握生产大线能量焊接用钢的工艺控制技术。这种技术一直被国外垄断并实现严格的技术封锁,国内企业至今还没有掌术。这种技术一直被国外垄断并实现严格的技术封锁,国内企业至今还没有掌握其核心工艺控制技术而实现工业化生产。握其核心工艺控制技术而实现工业化生产。大线能量焊接用钢国内外现状大线能量焊接用钢国内外现状 打破传统的打破传统的TiN机制,机制,利用热稳定性好的高熔点氧化利用热稳定性好的高熔点氧化物物夹杂物破碎细化夹
24、杂物破碎细化。从而在大输入焊接热循环过从而在大输入焊接热循环过程中钉扎奥氏体晶粒并促进形成大量针状铁素体或贝氏体,细化程中钉扎奥氏体晶粒并促进形成大量针状铁素体或贝氏体,细化HAZ组织提高韧性。组织提高韧性。开发策略开发策略使夹杂物变害为利使夹杂物变害为利新工艺新工艺20ppt课件 晶内无夹杂物晶内无夹杂物 晶内有夹杂物晶内有夹杂物改变晶界组织 晶界无铁素体晶界无铁素体 存在块状多边形铁素体存在块状多边形铁素体抑制晶粒长大提高HAZ韧性机理 通过控制钢中夹杂物的类型、尺寸、数量来控制通过控制钢中夹杂物的类型、尺寸、数量来控制HAZHAZ相变组织相变组织提高钢板焊接性能的途径提高钢板焊接性能的途
25、径21ppt课件传统钢传统钢大热输入大热输入焊接用钢焊接用钢焊缝焊缝金属金属焊缝焊缝金属金属焊缝焊缝金属金属针状铁素体能够抑制裂纹传播、针状铁素体能够抑制裂纹传播、增强抗裂纹传播的能力。增强抗裂纹传播的能力。a:贝氏体组织:贝氏体组织 b:针状铁素体:针状铁素体提高钢板大线能量焊接性能的途径提高钢板大线能量焊接性能的途径22ppt课件 晶内针状铁素体分割了原奥氏体晶粒,其位向与晶界形晶内针状铁素体分割了原奥氏体晶粒,其位向与晶界形核连续推进的铁素体晶粒的位向完全不一样,由此可明核连续推进的铁素体晶粒的位向完全不一样,由此可明显抑制非等轴铁素体晶粒的形成及定向长大;显抑制非等轴铁素体晶粒的形成及
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