焊接工藝規程的編制課件-資料下載頁

　　

【正文】 還應通過焊接性試驗最終確定 。 （ 1） 首先考慮等強度原則 。 要求焊縫的強度等于或略高于母材金屬的強度 ， 而不希望焊縫強度太高 。 ★ 經驗證明 ， 如果焊縫強度超過母材過多且塑性差時 ， 可能造成冷彎角小 ， 甚至出現橫向裂紋 。 ★ JB/T4709規定：碳素鋼 、 低合金鋼的焊縫金屬應保證力學性能 ， 且其抗拉強度不應超過母材標準規定的上限值加30MPa。 （ 2） 應考慮化學成分的要求 。 一般情況選用焊條熔敷金屬的 S、 P含量應與母材一致 。 ★ 壓力容器焊接的焊接材料熔敷金屬硫 、 磷含量應符合JB/T47472023《 壓力容器用鋼焊條訂貨技術條件 》 的規定 。 ★ 壓力容器制造和現場組焊時 ， 應注意所采購的焊條其質量證明書標注的 S、 P量是否符合 JB/T47472023的規定 。 （ 3） 滿足所要求的常溫或低溫沖擊韌性指標要求 。 對于有沖擊韌性要求的焊件 ， 一般情況選用的焊條其焊縫金屬沖擊值應不低于相應母材標準規定下限值 。 ★ 用于壓力容器焊接的焊條應符合 JB/T47472023《 壓力容器用鋼焊條訂貨技術條件 》 的規定 。 （ 4） 對于一些在腐蝕介質中工作的低合金鋼 ， 則主要根據焊縫金屬耐腐蝕性能來選擇焊條 。 ■ 舉例： 10MoWVNb抗氫鋼應采用 J507MoW 焊條 ， 而不能用 J507。 （ 5）對于 同一強度等級的酸性焊條和堿性焊條的選用 ，主要取決于焊接件的結構形狀（簡單或復雜）、鋼板厚度、工作條件（靜載荷或動載荷）和鋼材的抗裂性能等方面。 ● 對于重要結構及要求抗裂性好 、 塑性好 、 沖擊韌性好 、低溫性能好的焊接結構 ， 應選用堿性焊條 （ 低氫型或超低氫型 ） 。 ☆ 低氫型焊條的含氫量標準是 510mL/100g；超低氫型焊條為 ≤5mL/100g。 ● 對于非重要結構或坡口表面有油 、 銹 、 氧化皮等臟物而又很難清理時 ， 在結構性能要求允許的前提下 ， 可選用酸性焊條 。 （ 6） 在某些特殊情況下 ， 例如鋼材冷裂紋傾向較大 、 結構剛性大 、 板材較厚和接頭冷卻速度較快時 ， 為防止裂紋 ， 以及考慮母材金屬成分的過渡 ， 有效的辦法是 選用強度級別比母材金屬略低 、 塑性和韌性高 、 抗裂性好的焊條 。 （ 三 ） 低溫鋼的焊條選用 對低溫鋼的認識： ● 用于制造 20～ 253℃ 低溫下工作的焊接結構的專用鋼材 ，稱為 低溫鋼 。 ● 低溫鋼的分類： 根據化學成分和組織特點 ， 分為三大類： ? 低合金鐵素體型低溫鋼： 含合金元素總量不超過 5%。 組織為鐵素體加少量珠光體 ， 在 40～ 110℃ 范圍內使用 。 ■ 舉例： 低合金低溫鋼 16MnDR（ 40 ℃ ） 、 低溫碳鋼ASTM A333Gr6（ 45 ℃ ） 、 鋼 ASTM A333Gr3 （ 100 ℃ ） 等 。 ? 中合金低碳馬氏體型低溫鋼： 合金元素含量大于 510%。組織與熱處理方法有關：淬火后的組織為低碳馬氏體；正火后的組織為低碳馬氏體 、 鐵素體及少量奧氏體；回火后的組織為含鎳鐵素體和少量富碳奧氏體 。 ☆ 典型鋼種有 9Ni鋼：回火后的組織使 9Ni鋼在 196℃ 低溫下仍具有優良的低溫韌性 。 ? 高合金奧氏體型低溫鋼： 合金元素總含量大于 10%， 組織為奧氏體 ， 在 196～ 269℃ 的低溫下仍保持相當高的韌性 。 ■ 舉例： 1Cr18Ni9Ti等 。 低溫鋼結構發生脆性斷裂的必要條件： （ 1） 必須具備由外載荷及殘余內應力引起的一定應力水平； （ 2） 由結構 、 材料 、 制造缺陷引起的缺口效應 ， 其中由焊接而引起的缺陷 （ 幾何的或冶金的 ） 往往是脆斷的裂源 。 （ 3）設備和管道的工作溫度低于材料的脆性轉變溫度 低合金低溫鋼的焊接特點： （ 1） 不含鎳低溫鋼： 由于其含碳量低、其他合金元素也不高，淬硬和冷裂傾向小，具有良好的焊接性。一般可不采用預熱，但應避免在低溫下施焊。 （ 2） 含鎳低溫鋼 ：由于添加了鎳，增大了鋼的淬硬性，但不顯著，冷裂傾向不大。當板厚較大或拘束較大時，應采用適當預熱。 ◇ 雖然鎳可能增大熱裂傾向，但是嚴格控制鋼及焊接材料中的 C、 S、 P含量，以及采用合理的焊接工藝，增大焊縫成形系數，可以避免熱裂紋。 ★特別提醒： 低溫下使用的焊接結構易于發生脆性斷裂。所以保證焊縫和粗晶區的低溫韌性是低溫鋼焊接時的技術關鍵。 ■舉例： 9Ni鋼 的焊接特點 （ 1） 焊接接頭的低溫韌性問題 （ 包括焊縫金屬、熔合區和粗晶區）。 （ 2） 焊接熱裂紋問題 ， 尤其表現 為 弧坑裂紋。 （ 3） 焊接冷裂紋問題 ： 在低氫條件下一般不會產生冷裂紋。但高氫下也有一定冷裂敏感性。 （ 4） 焊接時電弧的磁偏吹 問題 ： 9Ni鋼系鐵磁性鋼，焊接時易發生電弧的磁偏吹， 造成夾渣、未熔合等焊接缺陷的產生 。 ◆ 焊接磁偏吹的消除及控制措施： ◇ 采用永久磁鐵平衡法來消除焊接磁偏吹的影響。在坡口焊縫的背側移動永久磁鐵，并用特斯拉計監測，可以保證焊縫內的剩磁接近于零。 ◇ 采用交流焊接電源，由于電流方向的高頻率變換（每秒100次），磁場不會造成電弧偏吹。 ◇ 避免使用大電流的碳弧氣刨清根，而改用砂輪打磨。 低溫鋼焊接接頭的低溫韌性保證措施： （ 1） 從結構設計上充分考慮焊透 ，避免結構不良而引起的人為缺陷。 （ 2） 正確選擇焊材 ，保證焊縫足夠的沖擊韌性水平。 （ 3）正確制定焊接工藝， 控制焊接線能量 ：采取小電流、快焊速、控制多層焊的層間溫度等措施。 （ 4） 避免工藝缺陷 ：防止焊接接頭產生各種應力集中源。 ● 采用錘擊工件等強制手段進行組裝會增加殘余應力 ， 易導致發生低應力脆性斷裂破壞 。 所以規定低溫鋼在組裝過程中不允許采用錘擊等強制手段進行組裝 。 ● 因為缺口效應往往是脆斷的裂源 ， 所以不允許在受壓元件上刻劃或敲打材料標記和焊工鋼印等導致產生缺口效應的劃痕 。 ● 焊件表面的電弧擦傷是應力集中源 ， 所以規定焊接時不得在焊件表面引弧 、 收弧和試驗電流 ， 嚴禁有電弧擦傷 。 ● 對低溫鋼焊接實行表面退火焊道 ， 對改善焊接接頭的韌性有相當有利的作用 。 這種表面退火焊道通常可以用鎢極氬弧焊不填焊絲表面重熔來實現 。 ◇ 為了消除表面層的柱狀組織 ， 也可以最后多焊一層退火焊道 ，再把退火焊道加工掉 。 （ 5） 焊后消除應力熱處理可以降低低溫鋼焊接產品的脆斷危險性。 低合金低溫鋼的焊條選用要點： 低溫鋼焊接的主要矛盾是保證接頭的低溫韌性要求，防止接頭在使用過程中產生脆性斷裂，其強度通常均能滿足要求。故應按以下原則選用與母材的使用溫度相適應的焊條： （ 1） 當低溫鋼結構的使用條件在 45℃ 以上時 ， 可選用低溫韌性好的 TiB系或高韌性普通低合金鋼焊條 。 如 W50 J507RH。 （ 2） 使用條件在 60℃ 以下的低溫鋼 ， 一般均采用含鎳的低溫鋼焊條 。 如 W60 W707Ni等 。 （ 3） 在 100℃ 左右使用的低溫鋼 ， 通常均使用含 高含鎳量并含一定量鉬的低溫鋼焊條 。 如 W907Ni。 （ 4） 對于 9Ni鋼的焊接 ， 常用的焊接材料有三種 ， 即：含Ni約 60%以上的 Inconel型 、 含 Ni約 40%的 FeNi基型 、 含 Ni13%Cr16%的奧氏體不銹鋼改進型 。 如： 如 ENiCrFe2 、 ENiCrFe4 、 ENiCrMo6等焊條 。 ★ JB/T47092023規定：用于焊接低溫鋼的鎳鋼焊條的焊縫金屬夏比 V型缺口沖擊吸收功在相應低溫時應不小于 34J。 ★ 低溫鋼焊條藥皮一般均采用低氫型。 （ 四 ） 鉻鉬珠光體耐熱鋼的焊條選用 對耐熱鋼的認識： 在高溫下能夠保持化學穩定性 （ 耐腐蝕 、 不起皮 ） 叫做 熱穩定性 ；在高溫下具有足夠的強度叫做 熱強性 。 具有熱穩定性和熱強性的鋼稱為 耐熱鋼 。 ● 耐熱鋼的分類： （ 1） 低合金耐熱鋼： 合金元素總含量 5%以下 。 供貨狀態為退火 、 或正火 +回火 。組織主要為珠光體 +鐵素體 ， 所以也稱珠光體耐熱鋼 。 以 Cr、Mo為主要元素的珠光體耐熱鋼稱為鉻鉬珠光體耐熱鋼 。 ■ 如： 12CrMo、 15CrMo、 12Cr1MoV等 。 （ 2） 中合金耐熱鋼： 合金元素總含量 612%，以 Cr為主，含 %。供貨狀態主要為退火、或正火 +回火。也有以調質狀態供貨。退火狀態下的組織為鐵素體 +碳化物；正火 +回火狀態下的組織為鐵素體 +貝氏體。合金元素總含量大于 10%以上的耐熱鋼組織為馬氏體。 ■ 如： 、 、 9Cr1MoV等。 （ 3） 高合金耐熱鋼： 合金元素總含量大于 13%， 以 Cr或 CrNi為主 。 組織為馬氏體 、 鐵素體和奧氏體三種 。 ■ 如 0Cr13Al（ 鐵素體 ） 、 1Cr13（ 馬氏體 ） 、 1Cr18Ni9Ti（ 奧氏體 ） 。 ● 耐熱鋼的高溫性能： （ 1） 抗蠕變性能 。 蠕變 ：金屬在一定溫度和一定應力作用下隨著時間的增加，慢慢發生塑性變形的現象 碳鋼工作溫度超過 300350℃ ，合金鋼的工作溫度高于 400 ℃ ，都會發生蠕變。 （ 2） 高溫持久強度 ：金屬材料在高溫、長期應力作用下抵抗斷裂的能力。 （ 3） 蠕變脆性 （鋼的持久塑性）：在溫度、應力和時間三者聯合作用下所產生的脆性傾向。 （ 4） 高溫抗氧化能力 。 對耐熱鋼焊接接頭性能的基本要求： （ 1） 接頭的等強度和等塑性： 不僅要有與母材基本相等的常溫和高溫短時強度，而且更重要的應具有與母材相當的高溫持久強度，同時還應具有與母材相近的塑性變形能力。 （ 2） 接頭的抗氫性和抗氧化性： 具有與母材基本相同的抗氫性和抗高溫氧化性。為此要求焊縫金屬的合金成分應與母材基本相同。 （ 3） 接頭的組織穩定性： 要求接頭各區的組織不應產生明顯的變化及由此引起的脆變或軟化。 （ 4） 接頭的抗脆斷性： 焊接接頭應能承受 的壓力試驗，和高溫高壓設備投運或檢修后的冷起動過程。 （ 5） 低合金耐熱鋼接頭的物理均一性： 低合金耐熱鋼焊接接頭具有與母材基本相同的物理性能，防止接頭材料的熱膨脹系數和導熱率的差別造成過大的熱應力，對接頭的提前失效產生不利影響。 ★ 奧氏體耐熱鋼與奧氏體不銹鋼具有基本相同的焊接特點，其焊條選用原則將在后面的奧氏體不銹鋼一章中一并介紹。 鉻鉬珠光體耐熱鋼的焊接特點： ● 鉻鉬珠光體耐熱鋼的基本合金元素是 Cr和 Mo，有的還含有 V、 W、 Si、 Ti、 B等。 ● 焊接時存在的主要問題是： （ 1） 熱影響區的脆化（淬硬性）： 在冷卻速度較大的情況下，接近熔合線的粗晶區容易形成淬硬的馬氏體組織。主要合金元素 Cr和 Mo能顯著地提高鋼的淬硬性。 ? 雖然多層焊的接頭性能比單層焊好得多，但緊靠熔合線的熱影響區仍是最薄弱的環節。 ★ 防止措施： ◇ 通過預熱盡可能提高焊接加熱速度； ◇ 適中的焊接線能量。 （ 2） 焊縫和熱影響區的軟化： 冷卻速度過慢，使接頭在AC1附近的停留時間增長，而出現“軟化區”，沖擊韌性下降，引起斷裂。 ★ 防止措施： ◇ 盡量減小焊