六、常用金屬材料的焊接工藝

常用材料的焊接工藝焊接工藝一般要求碳素鋼和低合金鋼的焊接不銹鋼的焊接鋁及鋁合金的焊接焊接工藝一般要求1、焊接環(huán)境條件風(fēng)速：手工焊≤10m/s，氣保焊≤2m/s相對(duì)濕度：≤90%焊件溫度：≥－20℃焊件溫度為0~－20℃時(shí)，將始焊處預(yù)熱到15℃以上無(wú)雨雪環(huán)境焊材貯存庫(kù)相對(duì)濕度：≤60%，溫度：≥5℃2、焊接工藝要求禁止在非焊接部位引弧和收弧受壓元件角焊縫的根部應(yīng)保證焊透控制線能量不超過(guò)評(píng)定合格值控制層間溫度雙面焊應(yīng)清理焊根每條焊縫應(yīng)盡可能一次焊完四、焊接工藝一般要求3、返修具有經(jīng)過(guò)評(píng)定合格的焊接工藝規(guī)程(WPS)支持；焊縫同一部位的返修次數(shù)不宜超過(guò)2次，如超過(guò)2次，返修前應(yīng)當(dāng)經(jīng)過(guò)制造單位技術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)；返修的次數(shù)、部位、返修情況記入壓力容器質(zhì)量證明文件；在熱處理后進(jìn)行焊接返修，根據(jù)補(bǔ)焊深度確定是否需要進(jìn)行消除應(yīng)力處理；有特殊耐腐蝕要求的壓力容器或者受壓元件，返修部位仍需保證不低于原有的耐腐蝕性能；返修部位應(yīng)當(dāng)按照原要求檢測(cè)合格；耐壓試驗(yàn)后進(jìn)行返修的，返修深度大于1/2厚度的，應(yīng)當(dāng)重新進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。碳素鋼和低合金鋼的焊接1、焊接性能碳素鋼低合金鋼：普通低合金鋼、低合金高強(qiáng)鋼、低合金耐熱鋼（Cr-Mo）、低合金低溫鋼（Ni）主要問(wèn)題：冷裂紋，再熱裂紋冷裂紋三要素：擴(kuò)散氫，淬硬組織，拉伸應(yīng)力碳當(dāng)量：Ceq=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15Ceq<0.4％，焊接性優(yōu)良；Ceq=0.4~0.6％，淬硬傾向增大，需預(yù)熱、緩冷等；Ceq>0.6％，屬較難焊的鋼材。再熱裂紋：焊接冷卻后，又重新加熱到較高溫度時(shí)產(chǎn)生的裂紋主要在鉻鉬鋼中出現(xiàn)碳素鋼和低合金鋼的焊接2、焊材選擇原則碳素鋼、普低鋼和低合金高強(qiáng)鋼：力學(xué)性能Cr-Mo耐熱鋼：化學(xué)成分低溫鋼：化學(xué)成分和低溫韌性異種鋼接頭：就低的原則3、焊接方法：各種4、焊接工藝：主要因素：降低冷卻速度，避免冷裂紋產(chǎn)生最有效方法：預(yù)熱5、預(yù)熱（1）焊前預(yù)熱的作用:降低焊接冷卻速度，遏制或減少淬硬組織；減小焊接區(qū)的溫度梯度，降低焊接接頭內(nèi)應(yīng)力；擴(kuò)大焊接區(qū)的溫度場(chǎng)，使焊接接頭在較寬的區(qū)域內(nèi)處于塑性狀態(tài)，減弱了焊接應(yīng)力的不利影響；降低殘余應(yīng)力峰值；有利于焊縫中氫的逸出。

預(yù)熱溫度對(duì)焊縫邊界焊接熱循環(huán)的影響（2）預(yù)熱要求測(cè)溫點(diǎn)位置（預(yù)熱范圍）：（距焊縫坡口邊緣）δ≤50mm，寬度為4δ，且不超過(guò)50mm；δ＞50mm，寬度≥75mm；測(cè)溫方法：在加熱面的背面測(cè)定溫度溫度均勻化：每25mm厚度，2min預(yù)熱溫度：由焊接性試驗(yàn)確定6、其他焊接工藝層間溫度：不低于預(yù)熱溫度焊接參數(shù)：由焊接工藝評(píng)定確定線能量(熱輸入)：焊接電流、焊接電壓、焊接速度緩冷后熱處理：在焊接完成后，立即加熱到一定溫度一般為200～350℃（根據(jù)材料和結(jié)構(gòu)型式的不同而不同）保持一定時(shí)間（一般不少于30min），目的：降低擴(kuò)散氫含量不銹鋼的焊接1、焊接性能用于耐腐蝕、高溫、低溫奧氏體不銹鋼主要問(wèn)題：晶間腐蝕：碳在奧氏體中溶解度不同，1100℃時(shí)達(dá)0.12%，450～850℃時(shí)只有0.02%，稱為敏化溫度；在敏化溫度區(qū)晶粒邊界析出Cr23C6，造成晶界局部貧鉻（含Cr量低于12%），喪失抗腐蝕能力。解決辦法：超低碳，添加穩(wěn)定化元素（Ti、Nb），快速冷卻熱裂紋：S可與Ni形成低熔點(diǎn)共晶，熔點(diǎn)650℃，聚集在晶界，凝固過(guò)程中，在拉伸應(yīng)力的作用下開裂。解決辦法：嚴(yán)格限制S、P含量馬氏體、鐵素體不銹鋼主要問(wèn)題：冷裂紋，脆化不銹鋼的焊接2、焊接方法：常見方法3、焊材選擇原則同種接頭：化學(xué)成分不同奧氏體不銹鋼異種接頭：化學(xué)成分就低的原則不同馬氏體、鐵素體不銹鋼異種接頭：化學(xué)成分就低的原則提高焊縫耐腐蝕性：超低碳，添加穩(wěn)定化元素（Ti、Nb）奧氏體不銹鋼與碳素鋼、低合金鋼、馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼的異種接頭應(yīng)選用：25Cr-13Ni（E309型），25Cr-20Ni（E310型）不銹鋼的焊接4、焊接工藝馬氏體、鐵素體不銹鋼：與低合金鋼相類似奧氏體不銹鋼：快速冷卻（與低合金鋼相反）不預(yù)熱，層間溫度≤150℃，小線能量，多層多道焊，背面充氬保護(hù)藥芯焊絲的應(yīng)用5、不銹鋼復(fù)合鋼的焊接馬氏體（鐵素體）不銹鋼復(fù)合鋼，奧氏體不銹鋼復(fù)合鋼焊材選擇：基層和復(fù)層：按其本身選焊材過(guò)渡層：選25Cr-13Ni或25Cr-20Ni型焊材預(yù)熱：按總厚度確定定位焊：只允許焊在基層上焊接順序：基層→過(guò)渡層→復(fù)層不得用碳鋼、低合金鋼焊材在復(fù)層、過(guò)渡層上施焊過(guò)渡層焊縫應(yīng)同時(shí)熔合基層焊縫、基層母材、復(fù)層母材，且蓋滿基層焊縫和基層母材鋁及鋁合金的焊接1、鋁及鋁合金的焊接特點(diǎn)鋁及鋁合金具有較好的焊接性能，由于鋁及鋁合金所具有的某些物理化學(xué)性能，其焊接特性主要有以下幾點(diǎn)：（1）強(qiáng)的氧化能力。（2）高的熱導(dǎo)率和比熱容。（3）易形成氣孔。（4）易變形。（5）合金元素的蒸發(fā)和燒損。（6）高溫時(shí)的低強(qiáng)度及低塑性。（7）在固、液態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)無(wú)顏色變化。2、焊前清理焊絲、坡口表面及其兩側(cè)50mm范圍進(jìn)行表面清理，可根據(jù)表面污染程度選用以下方法：丙酮等有機(jī)溶劑去除表面的油和油脂。采用機(jī)械法或化學(xué)法清除表面氧化膜。機(jī)械法：坡口及其兩側(cè)表面用刮削、銼削或銑削，也可用不銹鋼絲刷清理露出金屬光澤。焊絲表面用不銹鋼絲刷或干凈的油砂紙擦洗?；瘜W(xué)法：化學(xué)清洗。清洗后的母材、焊絲要干燥，焊絲要存放在干燥箱內(nèi)。干燥后鋁板、鋁絲即可進(jìn)行裝配焊接。若存放后再用，鋁板坡口邊要用不銹鋼絲刷（電動(dòng)），而焊絲最好用刮刀進(jìn)行處理。3、焊接工藝（1）鎢極氬弧焊。鋁及鋁合金的手工鎢極氬弧焊一般采用交流電源，采用純度不低于99.9%的純氬保護(hù)。引弧方法多采用高頻引弧裝置。（2）熔化極氬弧焊。較厚的鋁及鋁合金板常用熔化極氬弧焊，有自動(dòng)焊和半自動(dòng)焊兩種，通常采用直流反接法，幾乎不用直流正接或交流方法。（3）鎢極脈沖氬弧焊。鎢極脈沖氬弧焊可以提高小電流電弧的穩(wěn)定性，并用于控制焊縫成形和對(duì)母材熱輸入量。一般手工鎢極脈沖氬弧焊脈沖頻率都小于10Hz，實(shí)際應(yīng)用的頻率可低于5Hz，當(dāng)焊接速度高時(shí)，則相應(yīng)選擇較高的脈沖頻率。（4）熔化極脈沖氬弧焊?？蓪?duì)焊絲熔化及熔滴進(jìn)行控制，改善電弧穩(wěn)定性?？稍谛〉钠骄附与娏髑闆r下實(shí)現(xiàn)熔滴以射流過(guò)渡形式過(guò)渡。可以進(jìn)行全位置焊接。根據(jù)板厚、焊接速度及焊接位置等選擇平均電流，根據(jù)平均電流選擇合適的脈沖峰值與基值電流組合，以保證實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的可控射流過(guò)渡方式。（5）等離子弧焊。以鎢極為電極，等離子弧為能源。焊接鋁合金時(shí)通常采用交流或變極性電源?？捎眯】追ɑ蛉弁阜▋煞N方法焊接。適用于10mm以下的板焊接，可不開坡口。4、預(yù)熱及焊后熱處理。采用手工鎢極氬弧焊時(shí)，焊接厚度大于15mm時(shí)，焊前一般應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱，