焊接工藝學(xué)和焊接設(shè)備介紹壓力容器行業(yè)

1、一 焊接金屬學(xué) 由于在壓力容器制造中，對(duì)焊縫金屬的性能提出了相當(dāng)高的要求。為保證焊縫金屬完全達(dá)到所要求的性能，必須從焊接冶金上采取相應(yīng)的措施。例如焊條電弧焊時(shí)，應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)藥皮焊條，埋弧焊時(shí)必須正確選配焊絲與焊劑；氣體保護(hù)焊時(shí)，必須選用合金成分恰當(dāng)?shù)暮附z等等。為選擇合適的焊接材料，首先應(yīng)全面了解焊接冶金過程的特點(diǎn)以及影響焊縫金屬性能的冶金因素。(一) 焊接冶金過程的特點(diǎn) 在各種熔焊方法中，焊接冶金過程實(shí)質(zhì)上是焊接填充材料和母材在焊接熱源高溫作用下，再次熔煉的過程，參與這種冶金反應(yīng)的有氣體、金屬蒸汽、熔渣和熔化金屬。如這些冶金反應(yīng)能按所要求的方向進(jìn)行，則能獲得優(yōu)質(zhì)的焊縫金屬。 焊接冶金過程與煉鋼過

2、程相比，具有下列特點(diǎn)：焊接熱源溫度高 焊接電弧的中心溫度高達(dá)60008000K，等離子電弧的中心溫度高達(dá)1800024000K。金屬熔池的平均溫度為1700以上。在這樣高的溫度下，金屬?gòu)?qiáng)烈蒸發(fā)，進(jìn)人電弧區(qū)的氣體會(huì)很快分解成原子，氣體的活性大大增強(qiáng)。熔池體積較小 電弧焊時(shí)，熔池的最小直徑僅56mm，最大的平均直徑約5060mm。電渣焊時(shí)，熔池的體積較大，最大可達(dá)幾百立方厘米。但與熔煉爐的體積相比就顯得小多了。在焊接冶金過程中，焊接熔池處于被冷態(tài)母材基體包圍之中。當(dāng)焊接熱源移開時(shí)，熔池金屬的熱量很快從母材金屬散失，其冷卻速度相當(dāng)快，平均冷卻速度可達(dá)4100s。因此，焊接熔池的冶金反應(yīng)時(shí)間相當(dāng)短，某

3、些冶金過程往往在尚未達(dá)到平衡就提前結(jié)束了。 熔化的填充金屬以滴狀過渡 由于各種熔焊方法所采用的填充金屬直徑較小(一般在電弧焊時(shí)，熔池的最小直徑為56mm，最大直徑為5060mm)，電流密度較大，熔化的填充金屬大都以滴狀過渡進(jìn)入熔池，這就增大了熔化金屬與氣體，熔渣的接觸表面積，加快了反應(yīng)速度。雖然焊接冶金過程的時(shí)間短暫，然而由于有效反應(yīng)速度快，仍能完成一系列冶金反應(yīng)。達(dá)到凈化熔池金屬的目的。同時(shí)應(yīng)注意到有害氣體溶入熔化金屬的速度和金屬的蒸發(fā)也加快了。(二) 氣體對(duì)焊縫金屬性能的影響 在焊接過程中，空氣中的氧和氮，焊條藥皮或焊劑組分在高溫下分解產(chǎn)生的一氧化碳、二氧化碳和氫，它們與熔化金屬會(huì)發(fā)生各種

4、反應(yīng)。在這些氣體中，氧、氮和氫對(duì)焊縫金屬可能產(chǎn)生嚴(yán)重的不利影響。1 氧對(duì)焊縫金屬性能的影響 氧在鋼中有一定的溶解度，當(dāng)氧含量超過溶解度時(shí)，氧將以氧化鐵和硅酸鹽的形式存在。這些夾雜物會(huì)導(dǎo)致鋼的強(qiáng)度、塑性和韌度急劇下降。圖l曲線示出氧含量對(duì)低碳鋼性能的不利影響。氧化物還可能與硫化物形成低熔點(diǎn)共晶體夾雜物加劇了焊縫金屬的冷脆性和熱裂敏感性。溶解于熔化金屬中氧與碳、氫會(huì)發(fā)生作用，生成不溶于鋼中的一氧化碳和水汽，導(dǎo)致焊縫金屬中形成氣孔。因此，在焊接過程中應(yīng)采取各種措施和冶金手段，盡可能地減少焊縫中的氧含量。這些措施包括： 加強(qiáng)對(duì)焊縫區(qū)的保護(hù)；仔細(xì)清除焊件和焊絲表面，焊條藥皮中的水分和污染物；在焊條藥皮或

5、焊劑中加入脫氧劑，通過熔渣與熔化金屬的冶金反應(yīng)去除氧氣。 目前。在壓力容器制造中常用的幾種焊接方法已能將焊縫金屬的氧含量控制在相當(dāng)?shù)偷乃?參見表1的數(shù)據(jù))。值得注意的是，鎢極氬弧焊焊縫金屬中的氧含量最低。因此，對(duì)于一些高純度合金和質(zhì)量要求高的合金鋼接頭，最好采用鎢極氬弧焊焊接。 圖1：氧含量對(duì)低碳鋼焊縫性能的影響表1：各種焊接方法的焊縫金屬中的氧含量（體積分?jǐn)?shù)，%） 焊接方法焊縫中氧含量焊接方法焊縫中氧含量焊條電弧焊 2 氮對(duì)焊縫金屬性能的影響 氮在高溫下可以原子形式溶入鋼中，而在常溫下氮在鋼中的溶解度很低，且當(dāng)溫度從高溫下降時(shí)，氮的溶解度會(huì)發(fā)生突變，以氣泡的形式向外逸出。因此，氮是焊縫中形

6、成氣孔的主要因素。在熔焊過程中，由于焊縫金屬的冷卻速度相當(dāng)快，氮原子來不及完全從溶解狀態(tài)中逸出，部分氮以過飽和狀態(tài)固溶于鐵素體中，另一部分氮以針狀氮化物(氮化鐵)的形式分布于晶界和晶粒內(nèi)部，使鋼的強(qiáng)度提高，塑性和沖擊韌度急劇下降。由圖2所示的曲線可見。當(dāng)焊縫金屬中的氮的體積分?jǐn)?shù)（）超過0.01%時(shí)，氮所產(chǎn)生的不利影響已相當(dāng)明顯。此外，以過飽和狀態(tài)固熔的氮，在室溫和300以下的溫度下會(huì)逐漸脫溶，并與鐵結(jié)合形成穩(wěn)定的針狀氮化鐵，使鋼產(chǎn)生所謂“時(shí)效脆性”現(xiàn)象。也就是說，氮含量較高的焊縫金屬，在室溫或100300工作溫度下，經(jīng)過一段時(shí)間后，塑性和沖擊韌度會(huì)明顯地下降。因此，在焊接過程中必須采取必要的有

7、效措施，嚴(yán)格控制焊縫金屬中的氮含量，例如加強(qiáng)對(duì)焊接電弧的保護(hù)，避免氮從空氣中進(jìn)入焊接區(qū)。在焊接材料中加入鈦、鋯、鈮和鋁等對(duì)氮親和力較強(qiáng)的元素，使生成的氮化物以彌散狀態(tài)分布于晶內(nèi)，對(duì)鋼不會(huì)產(chǎn)生如氮化鐵那樣有害的影響。 表2列出壓力容器制造中常用焊接方法焊制的焊縫金屬 圖2：氮含量對(duì)碳鋼焊縫金屬的影響內(nèi)的氮含量。從中可見，如以焊縫金屬氮含量的高低來評(píng)定焊縫質(zhì)量，即埋弧焊焊縫的質(zhì)量最好、鎢極氬弧焊(TIG焊)焊縫次之。表2：各種焊接方法的焊縫金屬中的氮含量（體積分?jǐn)?shù)，%） 焊接方法焊縫中氮含量焊接方法焊縫中氮含量焊條電弧焊3 氫對(duì)焊縫金屬性能的影響 焊條藥皮、焊劑中的水分、有機(jī)物，附著在焊絲和焊件表

8、面的油污和水分，在電弧的高溫作用下會(huì)分解出氧和氫，它們以原子或離子形式溶入焊接熔池金屬中。氫在鐵中的溶解度隨著溫度的降低而急劇下降，如圖3的曲線所示。由于焊接熔池的冷卻速度很快，隨著焊縫金屬的凝固和冷卻，溶解的氫只能少量逸出，大部分的氫則殘留在已凝固的焊縫金屬內(nèi)。 焊縫金屬中的氫大部分是以原子形式存在，由于氫原子的半徑相當(dāng)小，能在金屬晶格中自由擴(kuò)散，這種氫稱之為擴(kuò)散氫。部分的氫氣聚集到金屬 圖3：氫在鐵中的溶解度與溫度和的微觀晶格缺陷以及非金屬夾雜物與基體金屬的空 壓力的關(guān)系曲線隙中，并結(jié)合成氫分子。這種氫分子的半徑較大，不能再自由擴(kuò)散，稱其為殘余氫。在焊縫金屬中殘余氫的含量相當(dāng)少，大部分是擴(kuò)

9、散氫，而且擴(kuò)散氫對(duì)焊縫金屬性能有較大的影響。表3列出各種焊接方法焊接的碳鋼焊縫金屬中擴(kuò)散氫含量的典型數(shù)據(jù)。表3：各種焊接方法焊接的碳鋼焊縫金屬中的氫含量氫對(duì)焊縫金屬可能產(chǎn)生下列不利的影響。如果在電弧焊時(shí)，熔池金屬溶解了大量的氫氣,則可能促使焊縫金屬中氣孔的形成，同時(shí)使其變脆。在低合金鋼焊接接頭中，氫可能引起焊縫金屬和熱影響區(qū)的冷裂紋。當(dāng)焊縫金屬在焊接收縮應(yīng)力的作用下產(chǎn)生塑性流變時(shí)，溶解在晶格中的氫會(huì)擴(kuò)散到顯微組織的空隙處聚集起來或者在空隙內(nèi)結(jié)合成氫分子，并產(chǎn)生較高的內(nèi)壓力。或者大量溶解在金屬中使鋼變脆，即產(chǎn)生所謂氫脆。表4所列數(shù)據(jù)說明氫含量對(duì)碳鋼焊縫金屬的塑性有較大的影響。 在碳鋼和低合金鋼焊

10、縫中，當(dāng)氫含量較高時(shí)，氫在金屬組織顯微空隙處的聚集會(huì)明顯增加，氫脆傾向提高。在這種情況下，在焊縫金屬拉伸試樣的斷口上往往會(huì)出現(xiàn)大小不等的局部斷裂面。這些斷裂面一般成圓形，表面呈銀白色，這就是所謂的“白點(diǎn)”，亦稱為“魚眼”。白點(diǎn)通常在全焊縫金屬拉伸試樣的斷口上出現(xiàn)，在冷彎試樣的受拉側(cè)斷面上也可觀察到，這說明“白點(diǎn)”的形表4：氫含量對(duì)低碳鋼焊縫金屬塑性的影響試樣狀態(tài)氫含量/（mL/100g）抗拉強(qiáng)度屈服點(diǎn)斷后伸長(zhǎng)率斷面收縮率焊后在低于10溫度下放置10天5.458.231.811.619.2焊后經(jīng)250/6h的去氫處理1.258.231.929.463.9成是以劇烈的塑性變形為前提的?！鞍c(diǎn)”的形

11、成也與焊縫金屬的金相組織有關(guān)，例如在氫含量較高的純鐵素體和奧氏體焊縫金屬中不易產(chǎn)生白點(diǎn)。 在低合金焊接接頭中，氫是促使焊縫金屬及熱影響區(qū)產(chǎn)生冷裂紋的主要因素之一。冷裂紋是指焊接接頭冷卻到100以下的溫度后形成的一種裂紋，并具有延遲特性，即在焊后一定的時(shí)間間隔里裂紋才萌生與擴(kuò)展，故亦稱其為延遲裂紋。 (三) 焊接冶金反應(yīng) 在各種熔焊方法中，焊接氣氛、熔渣、填充金屬與母材熔化金屬之間會(huì)產(chǎn)生各種不同的冶金反應(yīng)。這些冶金反應(yīng)包括焊縫金屬的脫氧、脫氮、脫硫、脫磷和合金化等。在焊條電弧焊、埋弧焊、電渣焊和藥芯焊絲電弧焊中，焊接冶金反應(yīng)主要在熔渣、焊絲熔化金屬和母材熔化金屬之間進(jìn)行。在氧化性氣體保護(hù)焊(CO

12、2MAG)中，焊接冶金反應(yīng)主要在焊接氣氛，焊絲熔化金屬和母材熔化金屬之間進(jìn)行。1 焊縫金屬的脫氧 在正常的焊接條件下，焊接區(qū)的氧主要來源于焊條藥皮、焊劑、藥芯焊絲填充組分、保護(hù)氣體，水分、焊件和焊絲表面的銹和氧化膜等。進(jìn)入焊縫金屬中的氧可通過脫氧(還原)反應(yīng)加以去除。在焊接材料中。最常用的脫氧元素有Mn、Si、Ti和Al等。 錳的脫氧反應(yīng) 錳的脫氧反應(yīng)可以用下式表達(dá)： Mn+Fe0=Fe+MnO MnO呈堿性，不溶于鐵，能與酸性氧化物SiO2等形成硅酸鹽復(fù)合化合物，浮于熔池表面形成熔渣。 硅的脫氧反應(yīng) 硅的脫氧反應(yīng)按下式進(jìn)行： Si+2Fe0=2Fe+SiO2 硅的脫氧作用較強(qiáng)，但SiO2的熔

13、點(diǎn)較高、粘度大、不利于脫渣。因此在焊接冶金中經(jīng)常采用硅錳聯(lián)合脫氧。當(dāng)錳和硅的比例控制在37之內(nèi)時(shí)，則能形成復(fù)合硅酸鹽。復(fù)合硅酸鹽的密度小，熔點(diǎn)低(1270)，容易浮到熔池表面形成熔渣。(SiO2)+(Mn0) = (MnO·Si02) 鈦的脫氧反應(yīng) 鈦的脫氧反應(yīng)可按下式進(jìn)行：Ti+2Fe0 = 2Fe+TiO2 鈦的脫氧作用比錳、硅強(qiáng)烈，脫氧反應(yīng)產(chǎn)物不溶于鐵，TiO2繼續(xù)與FeO按下式反應(yīng)，結(jié)合成鈦酸鹽，浮于熔池表面。(TiO2)+(FeO) (TiO2·FeO) TiO2還有穩(wěn)定電弧的作用，脫渣性較好。 鋁的脫氧反應(yīng) 鋁的脫氧反應(yīng)可以用下式表達(dá)：2A1+3FeO = 3F

14、e+A120 3 鋁的脫氧作用很強(qiáng)烈，但脫氧后形成的Al2O3熔點(diǎn)很高，且不溶于焊縫金屬，容易引起夾渣。用鋁脫氧還會(huì)造成氣體突然膨脹而引起飛濺。 以上四種脫氧反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，其脫氧能力都與溫度有關(guān)。隨著溫度的升高，脫氧能力降低，反之，溫度降低，脫氧能力又提高。用單個(gè)元素脫氧的效果不如多元素聯(lián)合脫氧。鋁和鈦由于對(duì)氧的親和力太大，在電弧高溫下極易燒損，不容易經(jīng)過焊接電弧過渡到焊接熔池中去。因此，在焊接冶金中，最常用的是硅、錳聯(lián)合脫氧。 2 焊縫金屬的脫氮 焊縫金屬中的氮主要來源空氣，如對(duì)焊接區(qū)保護(hù)不好，空氣中的氮很容易進(jìn)入焊接熔池。焊縫金屬的脫氮比脫氧較為簡(jiǎn)單，因?yàn)榈皇且环N活性氣體，它與其他元

15、素的反應(yīng)較弱。控制焊縫金屬氮含量的有效方法是加強(qiáng)對(duì)焊接區(qū)的保護(hù)，使它與空氣隔絕。目前在壓力容器制造中常用的熔焊方法，如焊條電弧焊、埋弧焊、電渣焊、藥芯焊絲電弧焊等都能對(duì)焊接熔池實(shí)施可靠的保護(hù)，可將焊縫金屬中的氮含量控制在相當(dāng)?shù)偷乃健Ｒ虼?，焊縫金屬的脫氮不是焊接冶金的主要任務(wù)。 在某些情況下，當(dāng)對(duì)焊縫金屬的氮含量提出特殊要求時(shí)，在焊接材料中加入Ti、Al和Zr等氮化物形成元素，這些元素比鐵優(yōu)先與氮結(jié)合成穩(wěn)定的氮化物TiN、AlN等，從而減弱了氮的有害作用。 這里順便指出，在某些低合金鋼和鉻鎳不銹鋼中，微量的氮不是有害元素，而是作為合金元素有意加入的。如在15MnVNR鋼中，利用微量的氮與釩形成

16、彌散的氮化物，可提高鋼的強(qiáng)度，但不降低塑性和沖擊韌度。 3 焊縫金屬的脫硫 在熔焊方法中，焊縫金屬的脫硫主要采用化學(xué)反應(yīng)脫硫和熔渣脫硫兩種方法。 化學(xué)反應(yīng)脫硫是，通過焊接材料向熔池金屬加入對(duì)硫親和力比鐵大的合金元素，將硫化鐵中的鐵置換出來。脫硫后形成的硫化物溶于熔渣達(dá)到去硫的效果。金屬錳是最常用的脫硫元素，錳的脫硫反應(yīng)按下式進(jìn)行： FeS+Mn = MnS+Fe 硫化錳不溶于金屬而進(jìn)入熔渣之中。 熔渣脫硫是利用熔渣中的組分，MnO、CaO和CaF2等與FeS的相互作用達(dá)到去硫的目的。Mn0的脫硫反應(yīng)按下式進(jìn)行：FeS+Mn0 = MnS+Fe0CaO的脫硫反應(yīng)如下： FeS+CaO = Fe0

17、+CaS這兩種脫硫反應(yīng)都有FeO產(chǎn)生，故在脫硫的同時(shí)，必須進(jìn)行脫氧處理。CaF2的脫硫反應(yīng)是通過氟與硫形成揮發(fā)性化合物，從焊接區(qū)排出。另外，CaF2與 SiO2相互作用形成CaO而加強(qiáng)了脫硫的效果。酸性藥皮焊條中的主要組分是SiO2和TiO2等酸性氧化物，不含氟石成分，故脫硫能力較弱，焊縫金屬的硫含量相對(duì)較高。堿性藥皮焊條中含有大量的氟石、大理石和鐵合金，脫硫能力較強(qiáng)，焊縫金屬的硫含量很低，大大提高焊縫金屬的塑性和低溫沖擊韌度。 4 焊縫金屬的脫磷 焊接熔池中的磷主要來源于母材，焊條藥皮或焊劑組分及填充絲。為使焊縫金屬的磷含量降到最低的限度，應(yīng)采取相應(yīng)的冶金手段進(jìn)行脫磷。焊接過程中的脫磷主要按

18、下列順序進(jìn)行：首先FeO與Fe2P按下列反應(yīng)式相互作用，并形成P2052Fe2P+5FeO =P205+9Fe 2Fe3P+5FeO =P205+11Fe P2O5氧化磷在高溫下不很穩(wěn)定，容易分解，必須緊接著利用堿性氧化物CaO按下式與P2O5，結(jié)合成穩(wěn)定的磷酸鹽： 3CaO+P2O5 =Ca3P2O8 4CaO+P2O5 =Ca4P2O9磷酸鹽不溶于金屬而進(jìn)入熔渣。由上式可知，在熔渣中應(yīng)同時(shí)存在足夠數(shù)量的CaO和FeO，脫磷反應(yīng)才能比較完全。但在CaO含量較高的堿性焊接熔渣中，F(xiàn)eO含量限制得很低。如加入過多的FeO，必然會(huì)提高焊縫金屬的氧含量，對(duì)焊縫金屬性能產(chǎn)生不利的影響。所以單純依靠焊接

19、熔渣脫磷，其效果并不顯著。有效的辦法是嚴(yán)格控制母材和各種焊接材料中的磷含量，使其保持在標(biāo)準(zhǔn)或產(chǎn)品技術(shù)條件規(guī)定的下限值。 5 焊縫金屬的合金化為使焊縫金屬具有符合技術(shù)要求的各種性能，需在焊接過程中向熔池金屬添加合金元素，即使焊縫金屬進(jìn)行合金化。其必要性主要基于下列原因： 1）焊接熔化金屬中的合金元素可能由于焊接電弧的高溫產(chǎn)生氧化和蒸發(fā)而部分被燒損。 2）為防止焊接裂紋的形成，通常選用碳含量較低的焊絲，這可能使焊縫金屬的強(qiáng)度降低。為使焊縫金屬與母材基本等強(qiáng)，應(yīng)對(duì)焊縫金屬作附加的滲合金處理，以提高焊縫金屬的力學(xué)性能。 3）為使焊縫金屬具有某種特殊的性能，如為提高奧氏體不銹鋼焊縫金屬的耐蝕性，需對(duì)焊縫

20、金屬添加適量的合金元素鈮，以防止碳化鉻的形成而產(chǎn)生的晶界貧鉻現(xiàn)象。 向焊縫金屬添加合金元素可采用下列三種方式：一是通過焊絲或焊條芯；二是通過焊條藥皮或焊劑；三是通過藥芯焊絲，在碳鋼和低合金鋼焊條電弧焊中，主要采用焊條藥皮過渡合金元素，而在不銹鋼和其他高合金鋼焊條電弧焊時(shí)，通常采用焊條芯過渡合金元素。在埋弧焊和電渣焊時(shí)，按所焊鋼種不同，分別采用焊劑或焊絲一焊劑聯(lián)合滲合金。氣體保護(hù)焊時(shí)，則主要采用填充焊絲，包括實(shí)心和藥芯焊絲過渡合金元素。在焊條藥皮，藥芯以及焊劑中常用的合金劑有錳鐵、硅鐵、鉻鐵、鉬鐵、鈦鐵、鈮鐵和硼鐵等。 綜上所述。為了獲得優(yōu)質(zhì)的焊縫金屬，焊接冶金的重要任務(wù)是嚴(yán)格控制焊縫金屬中的有

21、害氣體，降低焊縫金屬中硫、磷等有害雜質(zhì)，并對(duì)焊縫金屬進(jìn)行合金化。通過凈化焊縫金屬和調(diào)整焊縫金屬的化學(xué)成分來保證焊接接頭達(dá)到所要求的各項(xiàng)性能。二 焊接方法論述(一) 焊接方法分類(二)壓力容器制造中應(yīng)用的焊接方法簡(jiǎn)介在壓力容器制造中，擬采用的焊接方法主要根據(jù)被焊鋼種、接頭厚度、焊縫位置和坡口加工以及對(duì)接頭的質(zhì)量要求等來選擇，同時(shí)還應(yīng)考慮到該種焊接方法的效率、生產(chǎn)成本以及項(xiàng)目的特殊要求。目前，在我國(guó)壓力容器生產(chǎn)企業(yè)中常用的焊接方法有焊條電弧焊、埋弧焊、電渣焊、熔化極氣體保護(hù)焊、鎢極惰性氣體保護(hù)焊、藥芯焊絲電弧焊和等離子弧焊等。本章將重點(diǎn)介紹上述各種焊接方法的工作原理、優(yōu)缺點(diǎn)及其對(duì)焊接設(shè)備的基本要求

22、等。1 焊條電弧焊(1) 工作原理焊條電弧焊是指采用藥皮焊條的一種電弧焊方法，通常以手工操作，俗稱手工電弧焊。焊條電弧焊是利用產(chǎn)生于焊條和工件之間的電弧熱熔化焊條和母材，形成焊接熔池，連接被焊工件。為實(shí)現(xiàn)焊條電弧焊，首先必需有一臺(tái)適用的焊接電源，其次是用焊接電纜將電源的輸出端與焊件和焊鉗相接，構(gòu)成焊接回路，如圖4 所示。焊接電源通電后，焊條端部一觸及焊件表面即可引燃電弧。此時(shí)，焊條和母材在電弧高溫的作用下迅速熔化，并形成熔池。焊條在高溫下燃燒分解，產(chǎn)生保護(hù)氣體將焊接區(qū)與大氣隔離。藥皮熔化后形成的熔渣覆蓋住正在凝固的焊縫金屬，最終形成致密的優(yōu)質(zhì)焊縫。圖5形象地描繪了上述過程。+ - 圖4：焊條電

23、弧焊的工作原理 圖5：焊條電弧焊時(shí)焊縫的形成過程(2) 優(yōu)、缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： 焊接設(shè)備簡(jiǎn)單； 工藝靈活； 對(duì)工作場(chǎng)地?zé)o特殊要求； 可在任何位置焊接； 對(duì)各種鋼材的工藝適應(yīng)性強(qiáng)；可焊接幾乎是所有的壓力容器用鋼，包括碳鋼、低合金鋼、不銹鋼和耐熱鋼； 焊縫金屬的力學(xué)性能優(yōu)良，特別是低溫沖擊韌度相當(dāng)高； 焊條的品種齊全，可按技術(shù)要求選擇與母材性能相配的焊條； 操作方便，容易控制。 缺點(diǎn)： 焊接生產(chǎn)效率低，每種規(guī)格焊條適用的焊接電流范圍窄，焊條熔敷速度較低，焊條長(zhǎng)度固定（450mm以下），需不斷更換焊條，增加了焊接輔助時(shí)間； 焊接勞動(dòng)條件差，焊接環(huán)境有毒煙塵大； 對(duì)焊工操作技術(shù)要求高，必須經(jīng)過專門的培訓(xùn)。

24、(3) 對(duì)焊接電源的基本要求足夠高的空載電壓為保證可靠的引弧，焊接電源必須具有足夠高的空載電壓。通常，對(duì)于交流弧焊電源，空載電壓適宜的范圍為U55-80V ，對(duì)于直流弧焊電源U=45-70V 。陡降的外特性焊條電弧焊用焊接電源應(yīng)具有陡降的外特性，這是由藥皮焊條電弧的靜特性所決定的。所謂電弧的靜特性就是一定長(zhǎng)度的電弧穩(wěn)定燃燒時(shí)，電弧電壓與焊接電流之間的關(guān)系，焊條電弧焊的電弧靜特性曲線如圖6所示。 電弧穩(wěn)定燃燒時(shí)，焊接電源輸出電壓與焊接電流的關(guān)系曲線就是焊接電源的外特性。焊條電弧焊用焊接電源的外特性如圖7所示。從中可以看出，當(dāng)使用緩降外特性的電源焊接時(shí)，隨著弧長(zhǎng)變化焊接電流變化較大，因手工操作，弧

25、長(zhǎng)的變化在所難免，為保證焊接過程中焊接參數(shù)基本穩(wěn)定，采用陡降特性的弧焊電源是適宜的。 圖6：焊條電弧焊焊接電弧的靜特性 圖7：外特性不同焊接電源在弧長(zhǎng) a 弧長(zhǎng)5mm b弧長(zhǎng)2mm 變化時(shí)引起的電流波動(dòng)良好的動(dòng)特性弧焊電源的動(dòng)特性是指電源的輸出電壓和電流在引弧和熔滴過渡過程中的瞬變特性。在焊條電弧焊接過程中，電弧長(zhǎng)度由于焊條金屬熔滴的過渡而產(chǎn)生不斷地變化，促使電弧電壓和焊接電流發(fā)生相應(yīng)的變化，如圖8所示。當(dāng)熔滴從焊條端下落，接觸熔池表面而形成短路時(shí)，電弧電壓突然下降，接近于0，而焊接電流急劇增大，并產(chǎn)生短路爆炸現(xiàn)象，導(dǎo)致電弧燃燒不穩(wěn)定。為消除這種不良影響，必須使焊接電流在弧壓接近O 時(shí)不發(fā)生突

26、變，而應(yīng)較緩慢地上升。焊接電流調(diào)節(jié)范圍應(yīng)寬為滿足各種形狀和不同厚度焊件焊接的工藝要求，弧焊電源應(yīng)具有較寬的焊接電流調(diào)節(jié)范圍，在各種弧焊電源中，焊接電流是以改變電源外特性曲線的形狀來調(diào)節(jié)的。各種不同形狀的外特性曲線與電弧靜特性曲線相交，可以得到一系列穩(wěn)定的工作點(diǎn)，即可獲得數(shù)值不同的焊接電流，如圖9所示，調(diào)節(jié)的方法視弧焊電源的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)而異。圖8：焊條熔滴過渡時(shí)，焊接電流和 圖9：弧焊電源焊接電流調(diào)節(jié)原理圖 電壓的瞬時(shí)變化2 埋弧焊(1) 工作原理 如圖10所示，埋弧焊焊接時(shí)，焊絲與焊件分別與焊接電源的輸出端相接，焊絲由送絲機(jī)構(gòu)連續(xù)向覆蓋焊劑的焊接區(qū)送給。電弧引燃后，焊劑、焊絲和母材受電弧熱作用迅速

27、熔化并形成熔池。熔渣起到良好的保護(hù)作用，熔融的焊劑與熔化金屬之間，可產(chǎn)生各種冶金反應(yīng)，正確的控制這些冶金反應(yīng)進(jìn)程，可以獲得化學(xué)成份、力學(xué)性能和純度符合預(yù)定技術(shù)要求的焊縫金屬。圖10：埋弧焊過程原理圖(2) 優(yōu)、缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：效率高、質(zhì)量好、成型美觀、無弧光輻射和易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 缺點(diǎn)：投資高、占地面積大，只能在平焊和橫焊位置焊接 (3) 對(duì)設(shè)備的基本要求 引弧容易 焊接過程中電弧穩(wěn)定燃燒 焊接參數(shù)可持續(xù)保持穩(wěn)定，波動(dòng)小 焊接參數(shù)調(diào)節(jié)范圍寬，適應(yīng)不同工藝要求 具有良好的動(dòng)特性，電壓和電流瞬時(shí)波動(dòng)小 一般應(yīng)具有平、陡兩種外特性可調(diào)整，能與 不同的送絲系統(tǒng)相配 圖11：不同電源外特性的電弧自調(diào)節(jié)作用

28、3 熔化極氣體保護(hù)電弧焊熔化極氣體保護(hù)電弧焊，英文名稱縮寫以字母GMAW或MIG/MAG表示，它是采用氣體作為保護(hù)介質(zhì)的一種焊接方法。 (1) 工作原理熔化極氣體保護(hù)電弧焊是利用焊絲與焊件之間建立的電弧熔化焊絲和母材，形成金屬熔池連接被焊工件。熔化極氣體保護(hù)焊焊接過程的示意圖見圖12。焊絲由送絲機(jī)構(gòu)連續(xù)送人焊接區(qū)，保護(hù)氣體從焊槍噴嘴以層流形式噴出，對(duì)焊接電弧和金屬熔池進(jìn)行有效的保護(hù)。焊絲與工件之間的電弧由直流電源供電，維持電弧穩(wěn)定燃燒。焊絲在電弧熱作用下熔化并按所選用的焊接電參數(shù)以不同的方式向熔池過渡。焊接過程的穩(wěn)定性取決于送絲速度的穩(wěn)定性，焊接電源特性和保護(hù)氣體的性質(zhì)等多種因素。圖13示出熔

29、化極氣體保護(hù)焊所需的焊接設(shè)備和器具，其中主要包括：焊接電源、送絲機(jī)、焊槍、供氣系統(tǒng)、焊絲盤和指示儀表等。圖12：熔化極氣體保護(hù)焊原理圖及焊接設(shè)備組成一例圖13：熔化極氣體保護(hù)焊設(shè)備組成系統(tǒng)圖 (2) 優(yōu)、缺點(diǎn) 與其他弧焊方法相比，MIG / MAG 焊具有下列優(yōu)點(diǎn)：與焊條電弧焊相比，焊接效率可提高2 -3 倍，不僅熔敷率高，而且焊縫表面無熔渣，不需清渣，省去了焊條電弧焊中更換焊條的輔助時(shí)間。 MIG / MAG 焊可以采用直徑很細(xì)（0.8mm ）的焊絲，焊接熔池體積較小，易于控制，不僅可焊接薄壁焊件，而且適合全位置焊接。焊接熱輸人低，焊接速度高，焊接變形小。 對(duì)接頭的裝配間隙搭橋性好，可適應(yīng)裝

30、配質(zhì)量較差的封底焊道的焊接。缺點(diǎn)：對(duì)焊接設(shè)備的技術(shù)要求較高，設(shè)備造價(jià)相對(duì)較貴，焊接過程飛濺較大，氣體保護(hù)效果易受外來氣流的影響，焊接參數(shù)之間的匹配關(guān)系較嚴(yán)格等。但只要采用合理的工藝方案和工藝措施，這些缺點(diǎn)基本上可以克服。(3) 對(duì)設(shè)備的基本要求熔化極氣體保護(hù)焊設(shè)備，按焊槍移動(dòng)的方式不同，分為半自動(dòng)焊設(shè)備和自動(dòng)焊設(shè)備兩種。由圖13可見，半自動(dòng)熔化極氣體保護(hù)焊設(shè)備主要由焊接電源、送絲機(jī)、焊槍、焊接電纜、控制系統(tǒng)、供水系統(tǒng)和供氣系統(tǒng)等組成，而自動(dòng)焊設(shè)備還需增加焊槍的移動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)等。其中最關(guān)鍵的是焊接電源和送絲系統(tǒng)。目前MIG / MAG電源分為硅整流式、晶閘管式和晶體管逆變式，其中晶閘管式焊接

31、電源應(yīng)用最為廣泛。對(duì)于焊絲直徑小于等于1.6mm時(shí)，通常采用平特性的焊接電源配等速送給的送絲機(jī)，在惰性氣體和活性氣體保護(hù)下，焊接電弧具有如圖14a所示的上升特性。當(dāng)焊接電源的外特性為水平或接近水平時(shí)，弧長(zhǎng)的變化會(huì)引起焊接電流的較大變化，因送絲速度是恒定的，弧長(zhǎng)變化會(huì)引起焊接電流的較大變化，如圖14b所示。市場(chǎng)上的MIG / MAG電源實(shí)際外特性不是絕對(duì)水平的，總帶有一定的下降傾斜，為達(dá)到較好的電弧自調(diào)節(jié)作用，其斜率應(yīng)不大于3V/100A。 而采用直徑大于等于2.0mm的粗絲時(shí)應(yīng)采用緩降特性的焊接電源和配變速送絲系統(tǒng)，一般應(yīng)用較少。 4 鎢極氬弧焊 (1) 工作原理不熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊是采

32、用在電弧高溫下，基本不熔化的高熔點(diǎn)材料作電極，以氬、氦等隋性氣體保護(hù)的一種電弧焊方法。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，極大多數(shù)采用鎢極作不熔化極，并以氬氣作保護(hù)氣體，故俗稱鎢極氬弧焊。英文縮寫以TIG 表示。它是利用鎢極與焊件之間建立的電弧，產(chǎn)生熱量，熔化母材和不通電的填充絲形成焊接熔池，完成焊件之間的連接。焊接過程如圖15所示，對(duì)鎢極、電弧、焊接熔池和周圍加熱區(qū)域起保護(hù)作用，為獲得優(yōu)質(zhì)的焊縫提供了保證。圖15：鎢極氬弧焊過程示意圖 (2) 優(yōu)、缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：鎢極氬弧焊與其他弧焊方法相比，其最大的特點(diǎn)是可以焊制純度最高，質(zhì)量最優(yōu)的焊縫。此外，它還具有下列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。 氬弧具有相當(dāng)好的穩(wěn)定性，即使在相當(dāng)?shù)偷暮附与?/p>

33、流下（10 一20A ) ，電弧還能穩(wěn)定地燃燒。特別適用于薄壁簡(jiǎn)體和各種難焊位置的焊接口 氬弧熱量集中，熔透能力較強(qiáng)。熔化金屬因無氧化還原反應(yīng)，表面張力較大，故氬弧焊是薄壁焊件單面焊雙面成形，厚壁焊件封底焊道的理想焊接方法口 氬弧焊過程中不產(chǎn)生熔渣和飛濺，不僅省略了清渣和去飛濺的輔助時(shí)間，而且提高了焊縫金屬的致密度。 缺點(diǎn)：鎢極氬弧焊的缺點(diǎn)是鎢極承載電流的能力受限制，過大的電流將引起鎢極的熔化和蒸發(fā)，故焊接效率較低，不宜用于厚壁焊件的焊接。近年來，為提高鎢極氬弧焊的效率發(fā)展了熱絲TIG 焊，高效脈沖TIG 焊，以及窄間隙TIG 焊等高效新工藝方法。擴(kuò)大了TIG 焊的應(yīng)用范圍。在壓力容器制造中，

34、鎢極氬弧焊主要用于要求全焊透的薄壁容器、薄壁管的焊接，厚壁管和接管焊縫封底焊道的焊接，不銹鋼容器和薄板成形件的焊接以及熱交換器管子管板接頭的焊接口(3)對(duì)設(shè)備的基本要求 為完成鎢極氬弧焊的焊接工作，必須裝備焊接電源、控制器、焊槍，供氣和循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，詳見圖16所示。TIG 焊設(shè)備按焊接過程的自動(dòng)化程度可分為手工TIG 焊機(jī)和自動(dòng)TIG 焊機(jī)兩大類。手工TIG 焊機(jī)作為一種通用焊接設(shè)備已廣泛用于壓力容器生產(chǎn)。自動(dòng)TIG 焊機(jī)除了必須配備相應(yīng)的焊接電源和水冷焊槍以及供水、供氣系統(tǒng)外，還應(yīng)裝備機(jī)頭或焊件的行走/變位機(jī)構(gòu)、機(jī)架及導(dǎo)軌、自動(dòng)送絲裝置及自動(dòng)程序控制系統(tǒng)。對(duì)于質(zhì)量要求高的精密自動(dòng)焊機(jī)還需配

35、備弧長(zhǎng)控制器（AVC ）和焊縫自動(dòng)跟蹤器等. TIG 焊焊接電源按輸出電流的種類可分直流、直流脈沖、交流、交流方波、直流交流等多種形式。在鋼制壓力容器的焊接中，通常采用直流和直流脈沖TIG 焊電源。按照氬弧的靜特性和工藝特點(diǎn)，要求TIG 焊電源具有恒流的外特性，即當(dāng)弧長(zhǎng)變化（電弧電壓）時(shí)，焊接電流基本保持恒定。為此，TIG 焊電源應(yīng)具有圖17所示的垂直陡降的外特性。 現(xiàn)代TIG 焊電源主要采用硅整流、晶閘管整流和晶體管逆變式整流器組，將一次交流電轉(zhuǎn)變?yōu)楹附有枰闹绷麟娀蛑绷髅}沖電流。在精密的TIG 焊電源中目前大多采用場(chǎng)效應(yīng)晶體管或IGBT 晶體管逆變式整流，其最低的焊接電流為2A 。并能保證

36、穩(wěn)定的輸出。這些電源的主電路基本上與焊條電弧焊電源相同。在晶閘管整流電源和晶體管逆變式整流電源中增設(shè)電流負(fù)反饋閉環(huán)控制電路，以獲得垂直陡降的外特性。 鎢極氬弧焊最常用的引弧方法是高頻引弧，因此在TIG焊電源中一般都裝有高頻引弧裝置，其電器原理圖如圖18所示。 5 等離子弧焊 (1) 工作原理等離子弧焊是由鎢極惰性氣體保護(hù)焊發(fā)展而成的一種高效、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的焊接方法，見圖19。它利用“機(jī)械壓縮”、“熱收縮”和“電磁收縮”等約束機(jī)制，充分發(fā)揮了電弧等離子區(qū)的高溫、高穿透能力，使電弧的特性發(fā)生了質(zhì)的變化。圖20對(duì)比了在氬氣保護(hù)下的自由電弧和壓縮電弧的形態(tài)，等離子區(qū)范圍以及電弧各區(qū)的溫度分布。從中可清楚

37、地看到，壓縮電弧不僅具有比自由電弧更高的溫度，而且擴(kuò)大了電弧等離子區(qū)的范圍，電弧的形態(tài)從錐形變成圓柱形。等離子弧由特殊結(jié)構(gòu)的焊槍產(chǎn)生的約束作用而形成。按照焊槍與焊件不同的接電方式，可以產(chǎn)生非轉(zhuǎn)移型、轉(zhuǎn)移型和聯(lián)合型三種不同形式的等離子弧，如圖21 所示。當(dāng)焊接電源的負(fù)極接鎢極，焊槍噴嘴接正極時(shí)，即產(chǎn)生非轉(zhuǎn)移型等離子弧。電弧在鎢極與噴嘴孔壁之間形成，陰極斑點(diǎn)在噴嘴內(nèi)壁漂移，如圖21a 所示。采用這種形式的等離子弧焊接時(shí)，主要利用從噴嘴孔道噴出的等離子焰加熱和熔化金屬。由于焊件不接在焊接回路中，焊件表面不直接受等離子弧加熱，基本上不熔化或少量熔化。等離子弧熱量集中于噴嘴內(nèi)壁，因此，必須加強(qiáng)對(duì)噴嘴的冷

38、卻，非轉(zhuǎn)移型等離子弧主要用于等離子弧噴涂或薄壁焊件的焊接。當(dāng)焊接電源的負(fù)極接鎢極、正極接焊件時(shí)，則產(chǎn)生轉(zhuǎn)移型等離子弧。首先借助輔助電源或通過分流回路，在鎢極與噴嘴之間產(chǎn)生電弧，然后利用高溫等離子氣流，將等離子弧轉(zhuǎn)移到鎢極與焊件之間，如圖21b 所示。在這種情況下，電弧的陰極斑點(diǎn)落在工件表面，產(chǎn)生大量的熱量，溫度急劇升高，母材快速熔化，產(chǎn)生深熔和穿孔效應(yīng)。利用這一特點(diǎn)，轉(zhuǎn)移型等離子弧可用于等離子弧切割，等離子弧焊接和等離子弧堆焊等。當(dāng)轉(zhuǎn)移型等離子弧和非轉(zhuǎn)移型等離子弧在同一個(gè)焊槍上產(chǎn)生時(shí)即形成聯(lián)合型等離子弧。這兩種電弧可以由兩臺(tái)單獨(dú)的焊接電源供電，也可由一臺(tái)焊接電源加分流回路供電。在這種形式的等離

39、子弧中，轉(zhuǎn)移型等離子弧主要用于加熱母材和填充金屬。而非轉(zhuǎn)移型弧則起穩(wěn)定轉(zhuǎn)移型弧和對(duì)填充金屬（堆焊時(shí)）進(jìn)行預(yù)熱的作用。聯(lián)合型等離子弧主要用于微束等離子弧焊接和等離子弧噴焊等。 (2) 優(yōu)、缺點(diǎn) 等離子弧焊與傳統(tǒng)的TIG 焊相比，具有以下值得注意的優(yōu)點(diǎn)。 功等離子弧的能量集中，弧柱的最高溫度達(dá)到24000K 以上。電弧高度穩(wěn)定并具有很強(qiáng)的穿透能力。對(duì)于碳鋼和不銹鋼，一次行程可熔透的最大厚度為8mm ，而傳統(tǒng)的TIG 焊僅為3 . mm ，參見圖22的對(duì)比數(shù)據(jù)；等離子弧具有良好的收孔效應(yīng)，容易實(shí)現(xiàn)單面焊雙面成形工藝。厚度8mm 以下的對(duì)接接頭可不開坡口，采用直邊對(duì)接接頭形式，可大大縮短焊前準(zhǔn)備和焊接

40、時(shí)間，與手工TIG 焊相比，焊接效率可提高4-5倍；等離子弧焊的焊縫成形具有深而窄的特點(diǎn)，熱影響區(qū)小，適于焊接對(duì)熱作用較敏感的鋼材，例如奧氏體不銹鋼和耐熱鋼等。等離子弧焊時(shí)，由于電弧穩(wěn)定性高，焊縫外表成形均整美觀，余高小。大大減少了焊縫焊后修整的工作量。在不銹鋼焊件的焊接中，光滑的焊縫表面可顯著提高接頭的耐蝕性。等離子弧焊焊縫的質(zhì)量具有很好的重復(fù)性，等離子弧的抗干擾性強(qiáng)，特別適用于對(duì)焊縫質(zhì)量要求高的，批量生產(chǎn)的焊接工程。目前，等離子弧焊已成為飲料加工工業(yè)和制藥工業(yè)有關(guān)壓力容器制造中首選的焊接工藝方法。缺點(diǎn)：與TIG焊相比設(shè)備比較復(fù)雜，成本較高(3)對(duì)設(shè)備的基本要求等離子弧焊設(shè)備與TIG 焊設(shè)備

41、相似，分手工焊和自動(dòng)焊兩類。主要由焊接電源、控制系統(tǒng)、焊槍、供氣系統(tǒng)和水冷系統(tǒng)組成。在自動(dòng)等離子弧焊設(shè)備中還需配備送絲機(jī)構(gòu)、焊頭移動(dòng)機(jī)構(gòu)和焊件變位機(jī)械等。等離子弧靜特性的工作段是略向上傾斜的曲線，基本上與氬弧的靜特性平行，因此，等離子弧焊電源應(yīng)具有陡降或垂直陡降的外特性，如圖23 的曲線所示，這有利于電弧長(zhǎng)度變化時(shí)，焊接電流值保持不變。實(shí)際上，各種類型的TIG 焊電源可以用作等離子弧焊電源，但空載電壓應(yīng)大于70V 。對(duì)于微束等離子弧焊電源，空載電壓應(yīng)提高到100V 以上。 等離子弧焊設(shè)備的控制系統(tǒng)與TIG 焊設(shè)備相比較為復(fù)雜。首先，等離子弧焊時(shí)，除向焊槍輸送保護(hù)氣體外，還必須同時(shí)輸送離子氣，其

42、次，在采用轉(zhuǎn)移型弧或聯(lián)合型弧焊接時(shí)，需先引燃輔助電弧，再產(chǎn)生轉(zhuǎn)移型弧，不僅需將焊接電流遞增到規(guī)定值，而且還應(yīng)同時(shí)增大離子氣流流量，第三，焊接結(jié)束時(shí)，需同步衰減焊接電流和離子氣流量，延遲切斷保護(hù)氣體。這樣，等離子弧焊過程的程序相對(duì)比較復(fù)雜，現(xiàn)代的等離子弧焊設(shè)備基本上都改用PLC 程控器控制，這不僅提高了控制精度和工作可靠性，而且還延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。等離子弧焊槍是等離子弧焊設(shè)備最重要的組成部分之一，它關(guān)系到焊接過程的成敗和焊接質(zhì)量，故應(yīng)精心設(shè)計(jì)和制造。圖24示出一種額定電流為300A 的等離子弧焊槍外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這種焊槍主要由噴嘴、保護(hù)罩、上下槍體、絕緣柱、鎢極夾、鎖緊螺母和鎢極帽等組成。其

43、中最關(guān)鍵的部件是噴嘴，它決定了等離子弧的壓縮程度和性能。三 焊材選用 由于焊接材料的種類繁多，每種焊接材料均有一定的特性和用途，即使同類的焊材，由于不同的藥皮，、藥芯或焊劑類型，所反映出的使用特性也是不同的。加之被焊接工件的理化性能、工件條件(結(jié)構(gòu)形狀及剛度)、施工條件的不同，還要考慮生產(chǎn)效率、安全衛(wèi)生及經(jīng)濟(jì)性等因素，這些勢(shì)必給焊材的選擇帶來一定的困難。在實(shí)際工作中，除了要認(rèn)真了解各種焊材的成分、性能及用途外，還必須結(jié)合被焊工件的狀況、施工條件及焊接工藝等，予以綜合考慮，才能正確選擇焊材。 (一) 首先應(yīng)保證容器焊縫金屬性能的基本要求壓力容器與其他的焊接結(jié)構(gòu)不同，是一種特殊的全焊結(jié)構(gòu)其焊接接頭

44、承受著與容器殼體相同的各種載荷、溫度及工作介質(zhì)的物理化學(xué)作用等。對(duì)焊縫金屬不僅要求具有與殼體材料基本相等的靜載強(qiáng)度，而且還要求具有足夠的塑性和韌性，以防止受壓部件焊接接頭在加工過程中以及在運(yùn)行過程中，由于在各種應(yīng)力和溫度的共同作用下，而導(dǎo)致提前失效或產(chǎn)生脆性破裂；此外在某些應(yīng)用場(chǎng)合，還要求焊縫金屬具有抗工作介質(zhì)腐蝕的性能。因此，對(duì)壓力容器焊縫金屬的性能要求應(yīng)遵循等強(qiáng)度、等塑性和等韌性及等耐蝕性的原則。 1 等強(qiáng)度原則 壓力容器焊接接頭的等強(qiáng)度應(yīng)理解為其強(qiáng)度性能不低于母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的下限值。強(qiáng)度性能包括常溫強(qiáng)度和高溫短時(shí)強(qiáng)度。實(shí)際上，焊接接頭的強(qiáng)度值與對(duì)應(yīng)母材強(qiáng)度值的絕對(duì)等同是不可能的，而且也無此

45、必要。另外，母材和焊縫金屬由于金相組織的差異，屈強(qiáng)比也不盡相同，很難使焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度同時(shí)達(dá)到母材標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值。按GBl501998鋼制壓力容器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，壓力容器的強(qiáng)度計(jì)算中，按鋼材抗拉強(qiáng)度選取的許用應(yīng)力，通常低于按屈服點(diǎn)選取的許用應(yīng)力。因此，按抗拉強(qiáng)度指標(biāo)考核焊縫金屬和焊接接頭的強(qiáng)度較為合理。 對(duì)于高溫壓力容器，焊接接頭的強(qiáng)度指標(biāo)應(yīng)該是最高工作溫度下的高溫短時(shí)抗拉強(qiáng)度，而不必強(qiáng)求同時(shí)達(dá)到常溫強(qiáng)度的規(guī)定指標(biāo)。 2 等塑性和等韌性原則 壓力容器焊接接頭等塑性和等韌性是指其塑性和韌性不低于母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的塑性和韌性指標(biāo)的下限值，或不低于容器制造技術(shù)條件的規(guī)定值。 這里所討論的塑性和韌性的

46、含義除包括常溫塑性和韌性，還應(yīng)包括低溫塑性和韌性，高溫塑性和韌性以及在加工過程中接頭應(yīng)具有的變形能力，并保證多次熱處理和長(zhǎng)期高溫運(yùn)行后的塑性和韌性。 焊接接頭或焊縫金屬的塑性通常以橫向彎曲或縱向彎曲試驗(yàn)來測(cè)定。作為壓力容器用鋼，無論是碳鋼，還是合金鋼，在壓力容器制作過程中，都要經(jīng)過相同的加工工藝，都應(yīng)具有符合要求的塑性變形能力，應(yīng)當(dāng)對(duì)其規(guī)定相同的最低合格標(biāo)準(zhǔn)。在這方面我國(guó)借鑒美國(guó)ASME鍋爐與壓力容器法規(guī)第九卷的有關(guān)規(guī)定，對(duì)于碳鋼，低合金鋼和奧氏體不銹鋼焊接接頭，取彎心直徑為4倍試樣厚度、合格彎曲角均為180°。 按現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，壓力容器焊接接頭或焊縫金屬的沖擊韌度，通常采用夏比V形

47、缺口沖擊試驗(yàn)來測(cè)定，并以沖擊吸收功(J)來表征。檢查焊接材料和產(chǎn)品見證件試板時(shí)，沖擊試樣的缺口開在焊縫金屬的中心。而在新鋼種的焊接性試驗(yàn)、焊接工藝試驗(yàn)和焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)中，沖擊試樣的缺口分別開在焊縫金屬、熔合區(qū)和熱影響區(qū)。各區(qū)的缺口沖擊韌度均不應(yīng)低于鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的下限值。 3 等耐蝕性原則 壓力容器焊接接頭的等耐蝕性應(yīng)理解為其耐蝕性、抗氫化性和抗氧化性不低于母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的指標(biāo)或產(chǎn)品制造技術(shù)條件相應(yīng)的規(guī)定值。為滿足這一要求，焊縫金屬的合金成分不低于母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值，考慮到焊接熱過程對(duì)接頭的耐蝕性可能產(chǎn)生不利的影響，應(yīng)選擇主要合金成分略高于母材，而碳含量低于母料的焊接材料。焊接接頭的耐蝕性試驗(yàn)相對(duì)比

48、較復(fù)雜，試驗(yàn)方法應(yīng)根據(jù)壓力容器內(nèi)腐蝕介質(zhì)的種類而定。試驗(yàn)程序參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4334.1GBT4334. 62 000的有關(guān)規(guī)定.?？傊附訕?gòu)件對(duì)力學(xué)性能和化學(xué)成分的要求并不是均衡的，有的焊件可能偏重于強(qiáng)度、韌性等方面的要求，而對(duì)化學(xué)成分不一定要求與母材一致，如選用結(jié)構(gòu)鋼焊材時(shí)，首先應(yīng)側(cè)重考慮焊縫金屬與母材間的等強(qiáng)度，或焊縫金屬的高韌性；有的焊件又可能偏重于化學(xué)成分方面的要求，如對(duì)耐熱鋼、不銹鋼焊材的選擇，由于主要考慮耐熱鋼的高溫性能或不銹鋼的耐蝕性。通常側(cè)重于考慮焊縫金屬于母版材料化學(xué)成分的一致或相近，有時(shí)也可能對(duì)兩者都有嚴(yán)格的要求，因此在選擇焊材時(shí)，應(yīng)分清主次，綜合考慮。（二）考慮工

49、件的工作條件和使用性能 工件在承受動(dòng)載荷和沖擊載荷的情況下，除了要求保證抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度外，對(duì)沖擊韌性、塑性均又較高的要求。此時(shí)應(yīng)該選用低氫型焊條或韌性好的氣保焊焊絲。 工件在腐蝕介質(zhì)中工作時(shí)，必須分清介質(zhì)種類、濃度、工作溫度以及腐蝕類型（一般腐蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕等)，從而選擇合適的耐蝕鋼焊接材料。 工件在受磨損條件下工作時(shí)，必須區(qū)分是一般磨損還是沖擊磨損，是金屬間磨損還是磨料磨損，是在常溫下磨損還是在高溫下磨損等。還應(yīng)該考慮是否在腐蝕介質(zhì)中工作，以選擇合適的堆焊焊接材料。 處在低溫下或高溫下工作的工件，應(yīng)選擇能保證低溫或高溫力學(xué)性能的焊接材料?？傊恍┯薪?jīng)驗(yàn)的客戶，會(huì)根據(jù)產(chǎn)品的工作和

50、使用條件對(duì)焊材的選用提出要求，(三) 滿足焊接接頭制造工藝性能和焊接工藝性能的要求。焊接接頭組成的構(gòu)件，在制造過程中不可避免要進(jìn)行各種成型和切削加工，例如沖壓、卷、彎、車、刨等加工工序，要求焊接接頭具有一定的塑性變形能力和切削性能、高溫綜合性能等。從焊接工藝的角度出發(fā)則要求焊接材料工藝性能良好，在滿足接頭性能的同時(shí)，焊接材料本身具有一定的抗裂紋及其它缺陷的能力。(四) 經(jīng)濟(jì)性在滿足上述各種使用性能、制造性能的最低要求的同時(shí)，應(yīng)選擇價(jià)格便宜的焊接材料，以降低制造成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。例如重要部件的低碳鋼手工電弧焊時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用堿性藥皮焊條，因?yàn)閴A性焊條脫氧、脫硫充分，且氫含量低，焊縫金屬抗裂性能及

51、沖擊韌性好。而對(duì)于一些非重要部件，可選用酸性焊條，因?yàn)樗嵝院笚l仍能滿足非重要部件的性能要求，而且工藝性良好，價(jià)格便宜，可降低制造成本。(五) 其它方面1 考慮工件的復(fù)雜程度，剛度大小、焊接坡口制備和焊接部位形狀復(fù)雜或大厚度的工件，由于其焊縫金屬冷卻速度快及在冷卻收縮是產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力大，容易產(chǎn)生裂紋。因此，必須采用抗裂性好的焊接材料，如低氫型焊條、高韌件焊條或氣保焊焊絲。 焊接部位所處的位置不能翻轉(zhuǎn)時(shí)，必須選擇能進(jìn)行全位置焊接的焊接材料。 因受條件限制而使有些焊接部位難以清理干凈時(shí)就應(yīng)考慮選用氧化性強(qiáng)，對(duì)鐵銹、氧化皮和油污反應(yīng)不敏感的酸性焊接材料，以免產(chǎn)生氣孔等缺陷。 2 考慮施焊工作條件 沒有直

52、流焊機(jī)的地方就應(yīng)該選用交直流兩用的焊材。某些鋼材(如鐵素體耐熱鋼)需進(jìn)行焊后熱處理，以消除殘余應(yīng)力，但受設(shè)備條件限制或本本身結(jié)構(gòu)限制而不能進(jìn)行焊接接頭熱處理時(shí)，應(yīng)選用與母材金屬化學(xué)組成不同的焊材(如奧氏體不銹鋼焊條)，可以不進(jìn)行焊后熱處理(當(dāng)然還要結(jié)合實(shí)際情況而定)。此外，還應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件，如野外操作、焊接工作環(huán)境等，來合理選擇焊材。3考慮改善焊接工藝和保證工人身體健康對(duì)于在密閉容器內(nèi)或通風(fēng)不良場(chǎng)所焊接時(shí)，應(yīng)盡量采用低塵、低毒焊條或酸性焊條。 4考慮效率 對(duì)焊接工作量大的結(jié)構(gòu)焊接，有條件時(shí)應(yīng)盡量選用高效率焊接材料，當(dāng)前的趨勢(shì)是盡量采用藥芯焊絲，或用實(shí)芯焊絲氣體保護(hù)焊代替焊條電弧焊。在焊條中

53、，盡量采用鐵粉焊條，高效不銹鋼焊條及重力焊條等或選用低塵焊條、立向下焊條之類的專用焊條，以提高焊接生產(chǎn)率。四、WPS、PQR及WPQ在壓力容器中，焊接接頭的質(zhì)量直接關(guān)系到容器的安全運(yùn)行。焊接接頭中的各種缺陷和性能的變化都可能導(dǎo)致壓力容器的提前失效，甚至整臺(tái)容器的破裂而造成災(zāi)難性的后果。因此，對(duì)壓力容器焊接接頭的質(zhì)量必須嚴(yán)加控制。國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局頒布的壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程，GB150-1998 鋼制壓力容器 標(biāo)準(zhǔn)和機(jī)械工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 4709-2000鋼制壓力容器焊接規(guī)程等都對(duì)壓力容器焊接接頭的質(zhì)量要求、質(zhì)量控制程序、檢查方法和合格標(biāo)準(zhǔn)等作出了詳盡的規(guī)定。所有壓力容器制造企業(yè)必須嚴(yán)格貫徹

54、執(zhí)行，但上述規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定畢竟是通用性的和原則性的。各企業(yè)應(yīng)根據(jù)所制造的產(chǎn)品特點(diǎn)、生產(chǎn)條件和工藝裝備等具體情況，制定適用于本企業(yè)的更詳細(xì)的焊接技術(shù)條件，進(jìn)行焊接工藝評(píng)定以及編制WPS，以確保產(chǎn)品的焊接質(zhì)量完全符合設(shè)計(jì)圖樣、合同文本或技術(shù)協(xié)議的要求。(一)、影響焊接接頭質(zhì)量的因素及有關(guān)要求1母材所有用于壓力容器受壓部件的鋼材都必須符合下列規(guī)定：l）鋼材的牌號(hào)（鋼號(hào)）和規(guī)格必須符合圖樣的規(guī)定。 2）鋼材應(yīng)按相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或按本企業(yè)的鋼材采購(gòu)規(guī)范，進(jìn)行采購(gòu)和驗(yàn)收，以確認(rèn)各項(xiàng)性能合格后才能投人生產(chǎn)。 3）在部件制造過程中，所用鋼材應(yīng)有表示鋼號(hào)和規(guī)格的明顯標(biāo)記。鋼材在切割下料前，應(yīng)作好標(biāo)記的移植。不

55、銹鋼材和復(fù)合鋼不銹層表面不容許打鋼印作標(biāo)記。應(yīng)采用與鋼材不產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的顏料作標(biāo)記。 4）本企業(yè)首次采用的新鋼材在投產(chǎn)前必須進(jìn)行冷熱加工工藝試驗(yàn)、焊接性和焊接工藝試驗(yàn)以及焊后熱處理試驗(yàn)。據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確認(rèn)各項(xiàng)性能符合要求，并經(jīng)企業(yè)技術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)后才能正式用于生產(chǎn)。2.焊接材料用于受壓部件焊接的各種焊接材料，包括焊條、焊絲、焊劑、焊接保護(hù)氣體、成形氣體和合金粉末應(yīng)符合下列規(guī)定： l）焊接材料應(yīng)按相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或按本企業(yè)的焊材采購(gòu)規(guī)范采購(gòu)和驗(yàn)收。確認(rèn)各項(xiàng)性能合格后才允許用于生產(chǎn)； 2）本企業(yè)首次采用的新型焊接材料，在用于生產(chǎn)之前，必須完成相應(yīng)的焊接工藝試驗(yàn)和工藝評(píng)定試驗(yàn)。確認(rèn)熔敷金屬的各項(xiàng)性能符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求，并經(jīng)企業(yè)技術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)后才能用于生產(chǎn)。 3) 焊接材料應(yīng)按本企業(yè)制定的的“焊