現(xiàn)代過程裝備制造技術(shù)-5鋼制壓力容器焊接2

1、5 鋼制壓力容器的焊接SIT5.1 焊接接頭焊接接頭5.2 常用焊接方法及其焊接工藝常用焊接方法及其焊接工藝5.3 常用鋼材的焊接常用鋼材的焊接5.4 焊后熱處理焊后熱處理SIT5.3 常用鋼材的焊接常用鋼材的焊接5.3.1 金屬材料的焊接性金屬材料的焊接性5.3.2 碳鋼的焊接碳鋼的焊接5.3.3 低合金鋼的焊接低合金鋼的焊接5.3.4 奧氏體不銹鋼的焊接奧氏體不銹鋼的焊接5.3.5 鋁及鋁合金的焊接鋁及鋁合金的焊接5.3.6 鈦及鈦合金的焊接鈦及鈦合金的焊接5.3.7 異種金屬的焊接異種金屬的焊接SIT5.3.1 金屬材料的焊接性金屬材料的焊接性v 金屬材料的焊接性：指材料在一定的焊接工藝

2、條件下（包金屬材料的焊接性：指材料在一定的焊接工藝條件下（包括焊接方法、焊接材料、焊接工藝參數(shù)和結(jié)構(gòu)形式等），括焊接方法、焊接材料、焊接工藝參數(shù)和結(jié)構(gòu)形式等），能否獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度和該焊接接頭能否在使能否獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度和該焊接接頭能否在使用條件下可靠運(yùn)行。用條件下可靠運(yùn)行。 工藝焊接性：指在一定焊接工藝條件下，能否獲得組織、性能均勻一致，無缺陷的焊接接頭的能力。即復(fù)雜的焊縫冶金反應(yīng)對(duì)焊縫性能和產(chǎn)生缺陷的影響程度，以及焊接熱源對(duì)熱影響區(qū)組織性能及產(chǎn)生缺陷的影響程度。 使用焊接性：指焊接接頭或整體結(jié)構(gòu)滿足技術(shù)條件所規(guī)定的各種使用性能的程度。包括常規(guī)的力學(xué)性能及特定條件下的性能

3、，如抗脆性斷裂性能，蠕變、疲勞性能，持久強(qiáng)度，耐腐蝕性能等。SIT5.3.1 金屬材料的焊接性金屬材料的焊接性v評(píng)定金屬材料的焊接性評(píng)定金屬材料的焊接性v 需要通過一系列的試驗(yàn)需要通過一系列的試驗(yàn) 和理論分析、計(jì)算，來進(jìn)行綜和理論分析、計(jì)算，來進(jìn)行綜合判斷。無論是工藝焊接性還是使用焊接性，評(píng)定判合判斷。無論是工藝焊接性還是使用焊接性，評(píng)定判斷方法有三種：斷方法有三種： 實(shí)際焊接法實(shí)際焊接法 模擬焊接法模擬焊接法 理論估算法理論估算法SIT5.3.1 金屬材料的焊接性金屬材料的焊接性v工藝焊接性試驗(yàn)方法工藝焊接性試驗(yàn)方法v 碳當(dāng)量法：把鋼材化學(xué)成分中的碳和其他合金元素的碳當(dāng)量法：把鋼材化學(xué)成分中

4、的碳和其他合金元素的含量多少對(duì)焊后淬硬、冷裂及脆化等的影響折合成碳含量多少對(duì)焊后淬硬、冷裂及脆化等的影響折合成碳的相當(dāng)含量，并據(jù)此含量的多少來判斷材料的工藝焊的相當(dāng)含量，并據(jù)此含量的多少來判斷材料的工藝焊接性和裂紋的敏感性。接性和裂紋的敏感性。v 冷裂紋敏感指數(shù)冷裂紋敏感指數(shù)Pcm：根據(jù)：根據(jù)Pcm 、板厚及焊條熔敷金屬、板厚及焊條熔敷金屬中的含氫量，可確定防止冷裂所需的預(yù)熱溫度。中的含氫量，可確定防止冷裂所需的預(yù)熱溫度。SIT5.3.1 金屬材料的焊接性金屬材料的焊接性v使用焊接性的試驗(yàn)方法使用焊接性的試驗(yàn)方法v常規(guī)力學(xué)性能試驗(yàn)常規(guī)力學(xué)性能試驗(yàn) 主要是測(cè)定焊接接頭在不同載荷作用下的強(qiáng)度、塑性

5、和韌性。 拉伸、沖擊、彎曲、應(yīng)變時(shí)效敏感性試驗(yàn)、接頭及堆焊金屬硬度試驗(yàn)法v焊接接頭抗脆斷性能試驗(yàn)焊接接頭抗脆斷性能試驗(yàn)v焊接接頭疲勞及動(dòng)載試驗(yàn)、焊接接頭的抗腐蝕焊接接頭疲勞及動(dòng)載試驗(yàn)、焊接接頭的抗腐蝕試驗(yàn)、焊接接頭的高溫性能試驗(yàn)試驗(yàn)、焊接接頭的高溫性能試驗(yàn)SIT5.3.2 碳鋼的焊接碳鋼的焊接v碳鋼的分類碳鋼的分類v按含碳量分：低碳鋼C0.25%；中碳鋼0.25%0.6%。v按冶煉方法分：平爐鋼；轉(zhuǎn)爐鋼，又分為氧氣轉(zhuǎn)爐鋼和堿性空氣轉(zhuǎn)爐鋼；電爐鋼。v按鋼材脫氧程度不同分：沸騰鋼（F）半鎮(zhèn)靜鋼（b）鎮(zhèn)靜鋼（Z）特殊鎮(zhèn)靜鋼（TZ）。v按用途分：結(jié)構(gòu)鋼；工具鋼。v按質(zhì)量鋼中有害元素、硫和磷的含量分：普

6、通鋼（P0.045%，S0.050%）；優(yōu)質(zhì)鋼（P、S0.035%）；高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（P0.035%，S0.030%)SIT5.3.2 碳鋼的焊接碳鋼的焊接v低碳鋼的焊接低碳鋼的焊接v低碳鋼的焊接性優(yōu)良。因低碳鋼含碳量低，錳、硅含量又少，所以低碳鋼的焊接性優(yōu)良。因低碳鋼含碳量低，錳、硅含量又少，所以一般情況不會(huì)因?yàn)楹附佣饑?yán)重硬化組織或淬火組織。這種鋼的一般情況不會(huì)因?yàn)楹附佣饑?yán)重硬化組織或淬火組織。這種鋼的塑性和沖擊韌性優(yōu)良，焊后的焊接接頭塑性和沖擊韌性也很好。焊塑性和沖擊韌性優(yōu)良，焊后的焊接接頭塑性和沖擊韌性也很好。焊接時(shí)一般不需要預(yù)熱和后熱，不需要特殊注意層間溫度，焊后也不接時(shí)一般不需要

7、預(yù)熱和后熱，不需要特殊注意層間溫度，焊后也不必采用熱處理改善組織和性能。整個(gè)焊接過程中不需要特殊的工藝必采用熱處理改善組織和性能。整個(gè)焊接過程中不需要特殊的工藝措施。措施。v低碳鋼焊接時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。低碳鋼焊接時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。 被焊材料和焊接材料的質(zhì)量是否合格。 焊接線能量不宜過大，特別是埋弧焊時(shí)。 剛性大的焊接結(jié)構(gòu)在溫度較低的情況下焊接時(shí)，可能產(chǎn)生裂紋，可以適應(yīng)考慮預(yù)熱。v總之，低碳鋼是最容易焊接的鋼種，可以采用常用的所有焊接方法總之，低碳鋼是最容易焊接的鋼種，可以采用常用的所有焊接方法焊接。焊接。SIT5.3.2 碳鋼的焊接碳鋼的焊接v中碳鋼的焊接中碳鋼的焊接v當(dāng)含碳量在當(dāng)含碳量在0.

8、25%左右而含錳量不高時(shí)，焊接性良好。隨著含碳量左右而含錳量不高時(shí)，焊接性良好。隨著含碳量的增加，焊接性逐漸變差。當(dāng)含碳量達(dá)的增加，焊接性逐漸變差。當(dāng)含碳量達(dá)0.50%左右而仍按焊接低碳左右而仍按焊接低碳鋼工藝施焊時(shí)，則熱影響區(qū)可能產(chǎn)生硬脆的馬氏體組織，易于開裂鋼工藝施焊時(shí)，則熱影響區(qū)可能產(chǎn)生硬脆的馬氏體組織，易于開裂。v中碳鋼焊接時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。中碳鋼焊接時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。 大多數(shù)情況下需要預(yù)熱和控制層間溫度，以降低冷卻溫度，防止產(chǎn)生馬氏體組織。 焊后最好立即進(jìn)行消除殘余應(yīng)力熱處理，特別是在厚大件、鋼性大的結(jié)構(gòu)或工作條件較苛刻的情況下。 如果不能立即消除殘余應(yīng)力，也應(yīng)采用后熱工藝，以便使擴(kuò)

9、散氫逸出。 焊接沸騰鋼時(shí)注意向焊縫過渡錳、硅、鋁等脫氧劑元素，以防止減少氣孔的產(chǎn)生。 應(yīng)選低氫焊接材料。SIT5.3.2 碳鋼的焊接碳鋼的焊接v高碳鋼的焊接高碳鋼的焊接v由于其含碳量更高，更容易產(chǎn)生硬脆的高碳馬氏體，淬硬傾向和裂由于其含碳量更高，更容易產(chǎn)生硬脆的高碳馬氏體，淬硬傾向和裂紋敏感傾向更大，從而焊接性更差。這類鋼不用于制造焊接結(jié)構(gòu)，紋敏感傾向更大，從而焊接性更差。這類鋼不用于制造焊接結(jié)構(gòu)，主要用于制造高硬度耐零部件，高碳鋼的焊接的補(bǔ)焊修理為主。為主要用于制造高硬度耐零部件，高碳鋼的焊接的補(bǔ)焊修理為主。為了獲得高硬度和耐磨性，高碳鋼零件一般都經(jīng)過熱處理。焊接前應(yīng)了獲得高硬度和耐磨性，高

10、碳鋼零件一般都經(jīng)過熱處理。焊接前應(yīng)退火，以減少裂紋傾向，焊后再經(jīng)熱處理，以達(dá)到高硬度和耐磨的退火，以減少裂紋傾向，焊后再經(jīng)熱處理，以達(dá)到高硬度和耐磨的要求。要求。v高碳鋼焊接時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。高碳鋼焊接時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。 高碳鋼焊接前應(yīng)先進(jìn)行退火。 焊接材料通常不用高碳鋼，應(yīng)是低氫的。 采用結(jié)構(gòu)鋼焊接時(shí)必須預(yù)熱，一般預(yù)熱溫度為250350以上。 焊接過程中需要保持與預(yù)熱溫度一樣的層間溫度。 焊后工件應(yīng)立即送入650的爐中保溫，進(jìn)行消除殘余應(yīng)力的熱處理。SIT5.3.3 低合金鋼的焊接低合金鋼的焊接v強(qiáng)度用鋼（高強(qiáng)鋼）的焊接強(qiáng)度用鋼（高強(qiáng)鋼）的焊接v 特點(diǎn)：強(qiáng)度高，塑性、韌性也較好。特點(diǎn)：強(qiáng)度高

11、，塑性、韌性也較好。v屈服強(qiáng)度在屈服強(qiáng)度在400MPa的低合金鋼，一般都在熱軋或正火的低合金鋼，一般都在熱軋或正火狀態(tài)下使用，基體組織為鐵素體狀態(tài)下使用，基體組織為鐵素體+珠光體，如珠光體，如16Mn鋼鋼（現(xiàn)歸為（現(xiàn)歸為Q345）。）。 加工性能與低碳鋼相似，具有較好的塑性和焊接性。強(qiáng)度增加，淬硬傾向比低碳鋼稍大。 在較低溫度下或剛性大、厚壁結(jié)構(gòu)的焊接時(shí)，需要考在較低溫度下或剛性大、厚壁結(jié)構(gòu)的焊接時(shí)，需要考慮采取預(yù)熱措施，預(yù)防冷裂紋產(chǎn)生慮采取預(yù)熱措施，預(yù)防冷裂紋產(chǎn)生。SIT5.3.3 低合金鋼的焊接低合金鋼的焊接v強(qiáng)度用鋼（高強(qiáng)鋼）的焊接強(qiáng)度用鋼（高強(qiáng)鋼）的焊接v屈服強(qiáng)度為屈服強(qiáng)度為500MP

12、a的低合金鋼，典型代表的低合金鋼，典型代表18MnMoNb，以正火，以正火+回火狀態(tài)供貨?；鼗馉顟B(tài)供貨。除電渣焊外，應(yīng)采取預(yù)熱措施，預(yù)熱溫度一般為150180，對(duì)拘束度較大的接頭，預(yù)熱溫度應(yīng)提高到180230。焊后或中斷焊接時(shí)，應(yīng)后熱處理。焊接材料為保證焊接接頭的性能和質(zhì)量，焊接線能量適當(dāng)大些，否則易出現(xiàn)淬硬組織而降低韌性，同時(shí)注意多層焊時(shí)層間溫度控制在預(yù)熱溫度和300之間。焊后要進(jìn)行熱處理。電渣焊接頭進(jìn)行正火+回火處理，如遇鋼材性能偏低或要充分發(fā)揮鋼材性能潛力時(shí)，可采用調(diào)質(zhì)處理；在手工電弧焊或埋弧自動(dòng)焊后，進(jìn)行回火或消除殘余應(yīng)力熱處理。SIT5.3.3 低合金鋼的焊接低合金鋼的焊接v低溫用鋼

13、的焊接低溫用鋼的焊接v在使用溫度下具有足夠的韌性及抵抗脆性破壞的能力。在使用溫度下具有足夠的韌性及抵抗脆性破壞的能力。v一般通過合金元素的固溶強(qiáng)化細(xì)化晶粒，并通過正火、回火處理一般通過合金元素的固溶強(qiáng)化細(xì)化晶粒，并通過正火、回火處理細(xì)化晶粒、均化組織，從而獲得良好的低溫性能。細(xì)化晶粒、均化組織，從而獲得良好的低溫性能。v含碳量低，其淬硬傾向和冷裂傾向小，具有良好的焊接，但應(yīng)關(guān)含碳量低，其淬硬傾向和冷裂傾向小，具有良好的焊接，但應(yīng)關(guān)注焊縫和粗晶區(qū)的低溫脆性。為了避免焊縫金屬和熱影響區(qū)形成注焊縫和粗晶區(qū)的低溫脆性。為了避免焊縫金屬和熱影響區(qū)形成粗晶組織而降低低溫韌性，要求采用小的焊接線能量。焊接電

14、流粗晶組織而降低低溫韌性，要求采用小的焊接線能量。焊接電流不宜過大，宜用快速多道焊的方法以減輕過熱，并通過多層焊的不宜過大，宜用快速多道焊的方法以減輕過熱，并通過多層焊的重?zé)嶙饔眉?xì)化晶粒，多道焊時(shí)要控制層間溫度。重?zé)嶙饔眉?xì)化晶粒，多道焊時(shí)要控制層間溫度。v應(yīng)注意避免產(chǎn)生缺陷（弧坑、未焊透及焊縫成形不良等），并注應(yīng)注意避免產(chǎn)生缺陷（弧坑、未焊透及焊縫成形不良等），并注意及時(shí)修補(bǔ)產(chǎn)生的缺陷，否則裝備在低溫運(yùn)行時(shí)，因鋼材對(duì)缺陷意及時(shí)修補(bǔ)產(chǎn)生的缺陷，否則裝備在低溫運(yùn)行時(shí)，因鋼材對(duì)缺陷和應(yīng)力集中的敏感性大，而增大裝備的低溫脆性破壞傾向。和應(yīng)力集中的敏感性大，而增大裝備的低溫脆性破壞傾向。v焊后消除應(yīng)力處

15、理可以降低低合金低溫用鋼焊接裝備的脆斷傾向焊后消除應(yīng)力處理可以降低低合金低溫用鋼焊接裝備的脆斷傾向。SIT5.3.3 低合金鋼的焊接低合金鋼的焊接v耐蝕鋼的焊接耐蝕鋼的焊接v雖含有銅、磷等合金元素，但含量較低，所以焊接時(shí)不會(huì)產(chǎn)生熱雖含有銅、磷等合金元素，但含量較低，所以焊接時(shí)不會(huì)產(chǎn)生熱裂紋，冷脆傾向也不大，焊接性仍較好。耐蝕鋼的焊接工藝與強(qiáng)裂紋，冷脆傾向也不大，焊接性仍較好。耐蝕鋼的焊接工藝與強(qiáng)度級(jí)別較低的熱軋鋼相同。度級(jí)別較低的熱軋鋼相同。v耐蝕鋼的焊接耐蝕鋼的焊接v珠光體耐熱鋼的焊接珠光體耐熱鋼的焊接v厚板的Cr-Mo耐熱鋼，在加工焊接坡口時(shí)，可以采用火焰切割，但要預(yù)熱，并做磁粉檢測(cè)表面是

16、否產(chǎn)生裂紋。v焊接材料的選擇要注意保證焊后Cr和Mo等重要合金元素的含量，控制碳的含量。v焊前預(yù)熱是防止低合金耐熱鋼焊接冷裂紋和消除應(yīng)力裂紋的有效措施之一。v焊后熱處理既可以消除焊接殘余應(yīng)力，又可以改善組織、提高接頭的綜合力學(xué)性能，包括提高高溫蠕變強(qiáng)度和組織穩(wěn)定性、降低焊縫及熱影響區(qū)的硬度等。SIT5.3.4 奧氏體不銹鋼的焊接奧氏體不銹鋼的焊接v 不但能抗很多介質(zhì)（主要是氧化性介質(zhì)）的腐蝕，而且不但能抗很多介質(zhì)（主要是氧化性介質(zhì)）的腐蝕，而且高溫、低溫的力學(xué)性能均較好，高溫、低溫的力學(xué)性能均較好，-196仍具有相當(dāng)?shù)乃苋跃哂邢喈?dāng)?shù)乃苄院晚g性、較好的焊接性。性和韌性、較好的焊接性。v 在實(shí)際焊

17、接生產(chǎn)中，這類鋼易產(chǎn)生的問題是在實(shí)際焊接生產(chǎn)中，這類鋼易產(chǎn)生的問題是晶間腐蝕晶間腐蝕和和熱裂紋熱裂紋。v 預(yù)防焊接熱裂紋的措施：預(yù)防焊接熱裂紋的措施：v嚴(yán)格限制焊縫中的硫、磷等有害元素的含量。v控制焊縫成分，使其形成由奧氏體與鐵素體組成的雙相組織。v選用堿性焊接材料，低線能量，快焊快冷，防止過熱。 盡量減少焊接殘余應(yīng)力，注意正確的焊接結(jié)構(gòu)，選擇減少焊縫金屬充填量的坡口。SIT5.3.4 奧氏體不銹鋼的焊接奧氏體不銹鋼的焊接v 預(yù)防晶間腐蝕的措施：預(yù)防晶間腐蝕的措施：v控制焊縫的化學(xué)成分：控制焊縫的含碳量；添加穩(wěn)定化元素在被焊母材和焊接材料中；雙相組織法。v從焊接工藝著手：以快焊快冷為原則，盡量

18、采用大的焊接速度，短弧焊，不橫向擺動(dòng)。多層焊時(shí)層間要完全冷卻后再焊接下一層，允許采用焊后快冷的方法，如用水激冷焊縫；采用小電流、直流反接為宜；不要在焊接接頭附近引弧，不要敲打工件；與腐蝕介質(zhì)接觸側(cè)焊縫盡量安排在最后焊接，以免其受另一側(cè)焊縫熱源影響而增大晶間腐蝕傾向；當(dāng)存在有晶間腐蝕時(shí)，可采用焊后熱處理工藝。v穩(wěn)定化退火：加熱到850保溫2h后空冷，使碳化物充分析出，鉻得到充分?jǐn)U散以補(bǔ)充貧鉻區(qū)的鉻，減少晶間腐蝕的產(chǎn)生。 固溶處理SITv5.3.5 鋁及鋁合金的焊接鋁及鋁合金的焊接v5.3.6 鈦及鈦合金的焊接鈦及鈦合金的焊接v5.3.7 異種金屬的焊接異種金屬的焊接熔合比、稀釋率熔合比、稀釋率異種金屬焊接時(shí)，通常以熔敷的焊接材料的化學(xué)成分作為焊縫金屬的基本成分，而將熔入的母材引起焊縫中合金元素所占比例的變化視為“稀釋”。稀釋的程度取決于焊縫金屬的熔合比。1.熔合比即母材金屬在焊縫金屬中所占的百分比。熔合比高時(shí)，稀釋的程度大，反之則稀釋的程