奧氏體不銹鋼低溫換熱器的焊接工藝(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 紋；熱影響區(qū)及多層焊層間金屬，則多為高溫液化裂紋； 結晶裂紋（1）裂紋產(chǎn)生的原因 奧氏體鋼對熱裂紋比較敏感，主要是由于冶金因素決定，即由鋼的化學成分、組織性能決定的。（2）防止焊縫結晶裂紋的途徑1） 嚴格控制有害雜質(zhì)，主要是硫磷的含量2） 調(diào)整焊縫金屬為雙相組織3） 合理進行合金化4） 使用小的線能量進行焊接 液化裂紋液化裂紋主要在近縫區(qū)，并且在過熱晶粒的邊界發(fā)生明顯的偏析，并產(chǎn)生晶間液膜，產(chǎn)生液化裂紋。為了防止鋼的液化裂紋主要在焊接工藝方面采取措施，以減少母材過熱，抑制晶粒的長大，嚴格限制母材中的有害雜質(zhì)的含量，也有利于提高液化裂紋性能。 鐵素體含量的控制問題奧氏體耐熱鋼焊縫金屬中鐵素體的含量多少，直接關系到抗熱裂紋性，熱強性。各種不同成分的鎘鎳系焊縫金屬，在焊后狀態(tài)的鐵素體含量可按德龍焊縫組織圖來確定。根據(jù)焊縫金屬的化學成分計算出鉻當量和鎳當量，就可按圖上找到相應的組織。注意在根據(jù)焊縫成分計算焊縫金屬的鎘鎳當量時，要考慮不同的焊接條件下的融合比的變化對焊縫的成分的影響。焊縫金屬的力學性能與鐵素體含量存在一定關系，從圖中可以看出，隨著鐵素體含量的增加，奧氏體鎘鎳鋼的焊縫金屬的常溫抗拉強度提高，變形能力下降。然而，高溫抗拉強度，高溫持久強度及低溫韌性均明顯下降。因此，對于高溫強度要求較高的焊接接頭，必須嚴格控制鐵素體的含量，在某種場合下必須采用全奧氏體的焊縫金屬。4 高壓低溫容器焊接方法及焊接工藝分析 焊條電弧焊、特點及應用 用手工操作焊條進行焊接的電弧焊方法稱為焊條電弧焊（縮寫SMAW，ISO代號為111）。它是利用焊條與焊件之間建立起來的穩(wěn)定燃燒的電弧，使焊條和焊件熔化，從而獲得牢固的焊接接頭。原理如圖41圖41 焊條電弧焊的原理1—藥皮 2—焊心 3—保護氣 4—電弧 5—熔池6—母材 7—焊縫 8—渣殼 9—熔渣 10—熔池 焊條電弧焊具有設備簡單、操作方便、適應性強，對焊接頭的裝配要求低、能在空間任何位置焊接，但對焊工技術要求高、勞動條件差、生產(chǎn)效率低、焊接質(zhì)量依賴程度高等的特點。所以被廣泛應用于造船、鍋爐及壓力容器的制造、機械制造、建筑結構、化工設備制造等工業(yè)領域。 焊條電弧焊工藝分析（1）焊前準備用氣割或碳弧氣刨加工坡口時，應保證加工面的質(zhì)量，防止其表面凸凹不平，不合格的予以修磨，坡口表面不得有裂紋、夾渣、分層等缺陷，否則予以去除或修補。清除坡口及其兩側10～20mm范圍內(nèi)的油污、鐵銹、氧化皮等贓物。焊條應按照規(guī)定的溫度烘干，入爐和出爐的溫度不應過高，以防藥皮脆裂。（2）焊接接頭形式、坡口和焊縫 1）接頭形式 用焊接方法連接的接頭成為焊接接頭常用的接頭形式有：對接接頭、搭接接頭、角接接頭、和T型接頭。選擇焊接接頭形式主要根據(jù)產(chǎn)品的結構，并綜合考慮受力條件、加工成本等因素。2）坡口 坡口是根據(jù)設計或工藝需要，在焊件的待焊部位加工成一定幾何形狀并經(jīng)裝配后構成的溝槽。坡口形式取決于焊件接頭形式、焊件厚度以及對接頭質(zhì)量的要求，國家標準GB/T9851988對此作了詳細的規(guī)定。對接接頭是焊接結構中最常見的接頭形式。根據(jù)板厚不同對接接頭常用的坡口形式有I形，V形，X形，帶鈍邊U形等。角接接接頭和T形接頭的坡口形式可分為I形、帶鈍邊的單邊V形坡口和K形坡口等。3）焊縫 焊縫是指焊件經(jīng)焊接后所形成的結合部分。按空間位置可分為平焊縫、橫焊縫、立焊縫及仰焊縫四種形式；按結合方式可分為對接焊縫、角焊縫及塞焊縫。按焊縫斷續(xù)情況可分為連續(xù)焊縫和斷續(xù)焊縫兩種形式。（3） 焊接工藝參數(shù)及選擇焊條電弧焊的焊接工藝參數(shù)包括：焊條直徑、焊接電流、電弧電壓、焊接速度、電源種類和極性、焊接層數(shù)等。焊接工藝參數(shù)選擇的正確與否，直接影響焊縫形狀、尺寸、焊接質(zhì)量和生產(chǎn)率。1）焊條直徑 焊條直徑指焊芯直徑。它是保證焊接質(zhì)量和效率的重要因素。焊條直徑的選擇一般根據(jù)焊件厚度選擇，還應考慮接頭形式、施焊位置和焊接層數(shù)，對于重要的焊接結構還要考慮焊接熱輸入的要求，一般情況，焊條直徑與焊件厚度之間關系的參考數(shù)據(jù)見表41。表41 焊條直徑與工件厚度之間的關系焊件厚度∕mm2 3 4～5 6～12 ﹥13焊條直徑∕mm 2 ～44～5 4～62）焊接電源種類和極性的選擇 用交流電源焊接時，電弧穩(wěn)定性差。采用直流焊接時，電弧穩(wěn)定、飛濺少，但電弧磁偏吹較交流嚴重。低氫型焊條穩(wěn)弧性差，通常必須采用直流焊接電源，且一般來說用反接，因為反接的電弧比正接穩(wěn)定。 3）焊接電流的選擇 選擇焊接電流時，應根據(jù)焊條類型、焊件直徑、焊件厚度、接頭形式、焊接位置和層數(shù)等因素綜合考慮。焊接電流選擇不當易造成未焊透、夾渣或咬邊、焊穿金屬飛濺等。對于一定的直徑的焊條有一個合適的電流范圍，可參考表42。表42 焊接電流和焊條直徑的關系焊接直徑∕mm4 56焊接電流∕A25～4040～6550～80100～130160～210200～270260～300 在相同焊條直徑的條件下，平焊電流可大一些，其它位置焊接電流應小一些。相同條件下，堿性焊條的焊接電流比酸性焊條小10％左右 4）焊縫層數(shù)的選擇 在焊接厚度較大時，往往要進行多層焊，對于低碳鋼和強度低的低合金鋼的多層焊時，焊層厚度不能太大，對于質(zhì)量要求高的焊縫，每層厚度不超過4～5mm。焊層厚度主要依據(jù)焊件厚度、焊條直徑、坡口形式和裝配間隙等來確定，可按下面公式估算：n=δ∕d式中, n為焊接層數(shù): δ為焊接厚度(mm): d為焊條直徑(mm)。5）電弧電壓與焊接速度 焊條電弧焊的電弧電壓主要由電弧長度來決定:電弧越長,電弧電壓越大；電弧越短，電壓越小。在焊接的過程中應盡量使用短弧焊接。立焊、仰焊時，焊接電弧應比平時更短，以利于溶滴的過渡。 應嚴格按照焊接工藝或焊接文件的要求進行。焊接過程中，焊接速度應該均勻適當，既要保證焊透又要保證不焊穿，同時還要使焊縫寬度和余高符合設計的要求。(1)未焊透 焊接時由于焊接電流過小，容易造成母材的未焊透。它可以嚴重降低焊縫的力學性能，造成應力集中，產(chǎn)生裂紋源，埋下隱患的根源，在焊縫中是不予許出現(xiàn)的情況。(2)焊穿 焊接時由于焊接電流過大或是運條不當，使焊縫出現(xiàn)的連接不緊密、氣密性不好的現(xiàn)象。在焊穿處往往伴隨著氣孔、夾渣、裂紋等缺陷。(3)裂紋 焊接裂紋由于焊接線能量選擇不當，運條方式不合適，以及焊接方法有誤，在焊縫中形成致命的缺陷。裂紋的產(chǎn)生使焊縫的力學性能、抗腐蝕性能、抗疲勞強度，遭到極大的削弱，在焊縫中杜絕出現(xiàn)。(4)焊瘤 引弧時由于方式不當，以及焊接參數(shù)選擇不合適，造成在母材上留下渣殼等現(xiàn)象。它影響一定的力學性能和焊縫的外觀要求，應最大限度的使其降低到最低。(5)氣孔 氣孔是焊接時焊縫中的氣體未即使逸出焊縫的現(xiàn)象。它能降低焊縫的力學性能，產(chǎn)生應力集中。在焊縫中一般不允許出現(xiàn)。(6)夾渣 由于焊接電流選擇不當、運條方式不合適，在焊縫中有渣殼未逸出焊縫的現(xiàn)象。在焊縫中應嚴格限制這種現(xiàn)象。防止措施：（1）母材應嚴格清理，杜絕產(chǎn)生缺陷的外在因數(shù)（2）焊條應烘干（3）焊接參數(shù)及運條方式選擇合理（4）盡量運用短弧焊，降低焊瘤的產(chǎn)生 埋弧焊 埋弧焊是目前廣泛使用的一種生產(chǎn)效率較高的機械焊接方法。它與焊條電弧焊相比，雖然靈活性差一些，但焊接質(zhì)量好、效率高、成本低，勞動條件好。 埋弧焊的原理及特點 埋弧焊（英文縮寫SAW，ISO代號為12），是電弧在焊劑層下燃燒進行焊接的方法。是利用焊絲和焊件之間燃燒的電弧產(chǎn)生熱量，熔化焊絲、焊劑和母材而形成焊縫的。 焊接過程如圖42圖42 埋弧焊焊接過程1—V型坡口 2—焊道 3—焊渣 4—焊劑擋板 5—接電源 6—接自動送絲裝置 7—接焊劑漏斗 8—焊劑輸入導管 9—焊劑 10—接電源11—母材 12—電極（焊絲或焊帶） 13—引弧板14—襯墊埋弧焊主要有生產(chǎn)率高、焊縫質(zhì)量好、焊接成本低、勞動條件好的優(yōu)點，有難以在空間位置施焊、對焊件裝配質(zhì)量要求高、不適合焊接薄板和短焊縫。它廣泛用于造船、鍋爐、化工容器、大型金屬結構和工程機械等工業(yè)制造部門，是當今焊接生產(chǎn)中普遍使用的焊接方法之一。 焊接工藝分析（1）焊前準備檢查焊件坡口角度、鈍邊尺寸是否符合工藝文件的要求坡口面凸凹不平處應打磨修補，有裂紋、分層等缺陷應予清除。并清除破口及兩側各20～30mm范圍內(nèi)的油污、鐵銹、氧化物、熔渣和水分等有害物質(zhì)。也應保證焊劑清潔粒度均勻，焊絲應清除表面的油漬和銹斑等。（2）坡口的選擇由于焊件的厚度為10mm，坡口應選擇V形，必須保證能夠焊透。坡口形式如圖43。圖43 V形坡口（3）焊接工藝參數(shù)及選擇埋弧焊工藝參數(shù)分為主要參數(shù)和次要參數(shù)。主要參數(shù)是指那些直接影響焊縫質(zhì)量和生產(chǎn)效率的參數(shù)，它們是焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲和焊劑的成分與配合、電流的種類及極性和預熱溫度等。對焊縫質(zhì)量產(chǎn)生有限或無多大的影響的參數(shù)稱為次要參數(shù)。厚板的工藝參數(shù)如下表5所示。表43中厚板多層焊接工藝參數(shù) 焊接層數(shù)焊絲直徑(mm) 焊接電流(A)電弧電壓(V)焊接速度（m/h）第一、二層4600～70035～3728～32 中間各層5700～80036～3825～30 蓋面層6650～75038～4228～32焊接工藝方法確定后，即可按照鋼材、板厚、和對接接頭的要求，選擇合適的焊劑和焊絲牌號，對于厚板或窄間隙埋弧焊接頭，應選擇能滿足接頭性能要求又具有良好工藝性和脫渣性的焊劑。常用埋弧焊焊劑與匹配的焊絲牌號如表44。表44常用埋弧焊焊劑的用途及匹配的焊絲焊劑類型焊劑型號成分類型用途配用焊絲適用電流類型使用前焙烘（b℃）熔煉型熔煉型HJ130無Mn高Si低F低碳鋼低合金鋼H10Mn2交直流2250HJ131無Mn高Si低FNi基合金Ni基焊絲交直流2250HJ150無Mn中Si中F軋輾堆焊H2Cr13直流2250HJ151無Mn中Si中F奧氏體不銹鋼相應鋼種的焊絲直流2300HJ172無Mn低Si高F含Nb、Ti不銹鋼相應鋼種的焊絲直流2400HJ173無Mn低Si高FMn、Al高合金相應鋼種的焊絲直流2250HJ230低Mn高Si低F低碳鋼低合金鋼H08MnA H10Mn2交直流2250HJ250低Mn中Si中F低合金高強鋼相應鋼種的焊絲直流2350HJ251低Mn中Si中F珠光體鋼CrMo鋼焊絲直流2350HJ252低Mn中Si中F15MnVH08MnMoA直流2350HJ260低Mn高Si中F不銹鋼不銹鋼焊絲直流2400HJ330中Mn高Si低F低碳鋼低合金鋼H10Mn2交直流2350HJ350中Mn中