金屬材料焊接知識

1、金屬材料焊接知識第一節(jié) 金屬材料焊接性的基本概念一、焊接性的定義 金屬的焊接性是指材料對焊接加工的適應性，主要指在一定的焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質焊接接頭的難易程度，它包括兩個方面的內容。（1）接合性能：既在一定的焊接工藝條件下，一定的金屬形成焊接缺陷的敏感性。（2）使用性能：既在一定的焊接工藝條件下，一定金屬的焊接接頭對使用要求的適應性。金屬焊接性的內容是多方面的，對于不同材料、不同工作條件下的焊件，焊接性的內容不同。因此焊接性只是相對的概念。二、影響焊接性的因素金屬材料焊接性的好壞主要決定于材料化學成分，而且與結構的復雜程度、鋼度、焊接方法、采用的焊接材料、焊接工藝條件及結構的使用條件有密切

2、關系。1結構因素焊接接頭的結構設計會影響應力狀態(tài)，從而對焊接性產(chǎn)生影響，焊接時應盡量使焊接接頭處于鋼度較小的狀態(tài)，使之能夠自由收縮，這樣有利于防止焊接裂紋。2材料因素材料因素包括母材本身和使用的焊接材料，如焊條、焊絲、焊劑、保護氣體等。它們在焊接時都參與熔池或半熔化區(qū)內的冶金過程，直接影響焊接質量。母材或焊接材料選用不當時，會造成焊接金屬化學成分不合格，力學性能和其他使用性能降低：這會出現(xiàn)氣孔、裂紋等缺陷。也就是使結合性能變差。3工藝因素對于同一母材，當采用不同的焊接工藝方法和工藝措施時，所表現(xiàn)的焊接性也不同。焊接方法對焊接的影響，首先表現(xiàn)在焊接熱源能量密度大小、溫度高低以及熱輸入的多少。工藝

3、措施對防止焊接接頭缺陷，提高使用性能也有重要的作用。如焊前預熱、焊后緩冷和去氫處理等，他們對防止熱影響區(qū)淬硬變脆、降低焊接應力、避免氫致冷裂紋是比較有效的措施，另外，如合理安排焊接順序，則能減小應力變形。4使用條件焊接結構的使用條件是多種多樣的，有在高溫、低溫下工作，在腐蝕介質中工作及在靜載或動載工作下工作等。在高溫工作，可能產(chǎn)生蠕變，在低溫工作或有沖擊載荷工作時，容易發(fā)生脆性破壞，在腐蝕介質下工作時，接頭要求具有耐腐蝕性?？傊?，使用條件越不利，焊接性就越不能保證。第二節(jié) 低碳鋼的焊接目前我國鍋爐和壓力容器生產(chǎn)中最常用的低碳鋼是Q235B、Q235C和20g等，由于它的含碳量（含碳量在0.25

4、%以下），及其他合金元素少，這類鋼材焊接性能良好。1、 低碳鋼焊接特點1可裝配成各種不同接頭，適應各種不同位置施焊，且焊接工藝和技術比較簡單，容易掌握。2焊接一般不需要預熱。若在寒冷地區(qū)焊接，也可以將焊件預熱至150左右。3塑性較好，焊縫產(chǎn)生裂紋和氣孔的傾向小，可制造各類大型構架和壓力容器。4不需要使用特殊的設備，對焊接電源沒有特殊要求。交直流弧焊機都可以焊接，但在焊接低碳鋼時，如焊條或工藝規(guī)范選擇不當，可能出現(xiàn)熱影響區(qū)晶粒長大，溫度越高，熱影響區(qū)在高溫停留時間越長，晶粒長大越嚴重。2、 低碳鋼焊接低碳鋼幾乎可采用所有的焊接方法來進行焊接，并都能保證焊接接頭的良好質量。用得最多的焊接方法如手工

5、電弧焊，埋弧自動焊、電渣焊、氬弧焊和二氧化碳焊等。1手工電弧焊焊接低碳鋼的手工焊焊條見表12-1、表12-3、表12-4，焊條的選擇主要是根據(jù)被焊接低碳鋼的強度等級以及焊接結構的工作條件。表12-1 常用低碳鋼（部分）的焊接材料鋼號手工焊自動焊焊條牌號焊絲牌號焊劑牌號Q235AB結422H08A焊劑43120R結422 結426結427H08MnA焊劑43120g結422 結427H08MnA焊劑431焊接規(guī)范的確定，主要考慮焊接過程的穩(wěn)定、焊縫成型的良好及焊縫中不產(chǎn)生缺陷。當基本金屬厚度較大或周圍溫度較低時，由于焊縫金屬及熱影響區(qū)的冷卻速度很快，也有可能出現(xiàn)裂縫，這時需要對焊件進行適當預熱，

6、預熱溫度一般為100-150。2埋弧自動焊低碳鋼的自動焊接頭的等級強度，主要靠選擇相應焊絲和焊劑來獲得。焊絲和焊接見表12-2。表12-2 常用低碳鋼（部分）的焊接材料鋼號埋 弧 自 動 焊二氧化碳氣體保護焊焊絲焊絲牌號焊劑牌號Q235ABH08A焊劑431H08Mn2SiA20RH08MnA焊劑431H08Mn2SiA20gH08MnA焊劑431H08Mn2SiA表12-3 幾種常用碳鋼焊條的化學成分（%）焊條牌號國際型號MnSiNiCrMoVSPJ422E43030.0350.040J427E43151.250.090.300.200.300.08J426E4316J502E5003J50

7、7E50151.600.750.300.200.300.08J506E5016J507HE5015J507CE5015J506DE5016 元素總量不大于1.5； 元素總量不大于1.75。表12-4 幾種常用碳鋼焊條的力學性能焊條牌號國際型號S（Mpa）0.2（Mpa）S（）AKV（J）溫度（）J422E430342033022270J427E431530J426E4316J502E5003490410200J507E50152230J506E5016J507HE5015J507CE5015J506DE5016 比起手工焊，埋弧自動焊可以采用較大的焊接規(guī)范參數(shù)，生產(chǎn)效率高，熔深也較大。在生產(chǎn)實

8、踐當中，采用埋弧自動焊焊接較厚工件時，可以用一道或多道焊來完成，厚壁容器一般均采用多道埋弧自動焊。在多層自動焊時，焊第一層是值得注意的。因為焊第一層時，基本金屬的熔入比例較大，若遇到基本的含碳量處于規(guī)范范圍的上限，在焊縫中含碳量就可能略有升高；同時，第一層埋弧自動焊容易形成不利的焊縫橫截面形狀（如所謂O形截面），容易產(chǎn)生熱裂縫。因此在多層自動焊焊接厚板時，要求焊坡口根部第一層時采用的焊接規(guī)范比焊上面幾層的小些。如采用手工焊打底埋弧自動焊，上述情況就不太突出。在進行環(huán)縫自動焊時，為防止熔池中金屬外流及保證自動焊焊劑的良好保護作用。焊絲的位置應從最高處朝旋轉的相反方向作偏移，以使熔池中液態(tài)金屬保持

9、在焊件的上表面。第三節(jié) 低合金鋼焊接一、概述在碳素鋼中加入一定量的合金元素，可以大大提高鋼的強度，并能獲得各種特殊的性能，這種鋼稱為合金鋼。合金元素總質量分數(shù)小于5%的合金鋼稱為低合金剛。低合金剛加入合金元素有Mn、Si、Mo、V、Ti、Cu、B、Cr、Ni等。這些合金元素的加入使鋼材具有強度高、韌性好、耐磨、耐腐蝕、耐高溫、耐低溫等一系列優(yōu)良性能。二、低合金結構鋼的分類低合金結構鋼是以該鋼材的屈服點進行分類的，其牌號和化學成分見表12-5，新舊低合金結構鋼的標準牌號對照見表12-6。表12-5 低合金高強度結構鋼的牌號和化學成分（GB/T1591-94）牌號質量等級化學成分（質量分數(shù)）（）C

10、MnSiPSVNbTiAlCrNiQ345ABC0.200.200.201.001.601.001.601.001.600.550.550.550.0450.0400.0350.0450.0400.0350.020.150.020.150.020.150.0150.0600.0150.0600.0150.0600.020.200.020.200.020.200.015Q345DE0.180.181.001.601.001.600.550.550.0300.0250.0300.0250.020.150.020.150.0150.0600.0150.0600.020.200.020.200.015

11、0.015表12-5 低合金高強度結構鋼的牌號GB/T1591-94GB1591-88Q34512MnV、14MnNb、16Mn、16MnRE、18Nb三、低合金結構鋼的焊接性低合金結構鋼焊接時的共同特點是焊縫和熱影響區(qū)具有不同程度的淬硬傾向，對氫的敏感性強，焊接應力較大時，焊接接頭易產(chǎn)生裂紋。1 焊縫和熱影響區(qū)的淬硬傾向低合金結構鋼中強度等級和含碳量較低的一些鋼種，如Q295（09MnV、09Mn2）等，焊縫和熱影響區(qū)的淬硬傾向并不大，隨著強度等級的提高，鋼中碳和合金元素的含量增加，熱影響區(qū)的淬硬傾向就增大，熱影響區(qū)組織中馬氏體組織所占的比例也就增大。影響熱影響區(qū)淬硬程度的因素很多，其中只要

12、有：（1）材料和結構方面的因素。如鋼材的品種、化學成分、厚度、接頭形式及焊縫尺寸等。（2）焊接工藝方面的因素。如焊接工藝方法、焊接參數(shù)、焊縫附近的起焊溫度等。焊接熱輸入較大時，可以防止淬硬組織，但卻容易產(chǎn)生魏氏組織；焊接熱輸入較小時，則相反。因此對于不同的鋼種，應該分別選擇不同的焊接參數(shù)。2 焊接裂紋低合金結構鋼焊接時，在焊接接頭中可能產(chǎn)生的焊接裂紋有冷裂紋、熱裂紋和再熱裂紋。（1）冷裂紋。冷裂紋是低合金結構鋼焊接時常見的一種裂紋，并且往往有延遲的性質。焊接強度強度等級較低的低合金結構鋼時，由于淬硬傾向很小，焊縫和熱影響區(qū)金屬的塑性較好，故產(chǎn)生冷裂紋的可能性不大。冷裂紋主要發(fā)生在強度級別較高鋼

13、材的厚板結構中。（2）熱裂紋。低合金結構鋼產(chǎn)生熱裂紋的可能性比冷裂紋小得多，只有在原材料化學成分不符合規(guī)格（如含S、C量偏高，嚴重偏析）時才有可能產(chǎn)生。（3）再熱裂紋。含有V、Cr、Mo、B等合金元素的低合金結構鋼有產(chǎn)生再熱裂紋的傾向。四、低合金鋼的焊接工藝特點1焊接材料的選用低合金結構鋼是強度鋼，所以應該按照等強度的原則選擇對應的焊接材料。焊縫金屬的強度不宜超過母材過多，否則會使焊縫塑性降低，甚至會產(chǎn)生裂紋。另外，選擇焊接材料時，還要考慮到焊件的厚度、坡口形式、焊后的冷卻速度和對焊縫金屬使用性能的特殊要求等。焊接低合金結構鋼用焊條、焊絲及焊劑見表12-7。表12-7 焊接低合金結構鋼用焊條、

14、焊絲及焊劑鋼材牌號焊條電弧焊用焊條型號埋 弧 焊焊前預熱焊絲牌號焊劑牌號Q295E4301 E4303E4315 E4316H08AH08MnAHJ431一般情況下不預熱Q345E5001 E5003E5015 E5016I形坡口 H08A中厚板開坡口 H08MnAH10Mn2H10MnSi厚板開坡口 H10Mn2HJ431HJ350一般情況下不預熱Q390E5015 E5016E5501 E5516E5515I形坡口 H08MnA中厚板開坡口 H10MnSiH10Mn2H08Mn2Si厚板開坡口 H08MnMoAHJ431HJ350HJ250一般情況下不預熱或預熱100150Q420E551

15、5 E5516E6016 - D1E6015 - D1H08MnMoAHJ431HJ350預熱150以上施焊Q460E7015 - D2H08Mn2MoAH08MnMoVAHJ350HJ250預熱150以上施焊2焊接參數(shù)的確定焊接參數(shù)對低合金結構鋼焊接接頭的性能有著直接的影響。焊接參數(shù)影響到焊縫的冷卻速度，當選擇較大的焊接參數(shù)時，即熱輸入大，則焊縫冷卻速度小；反之，選擇較小的焊接參數(shù)時冷卻速度則大。所以，為減小過熱區(qū)的淬硬傾向，焊接參數(shù)應選擇大些。對于過熱敏感、且有一定淬硬性的鋼材，焊接時要用小的焊接參數(shù)，以減少焊件在高溫停留的時間；同時，采用預熱措施，以減少過熱區(qū)的淬硬程度。預熱的防止裂紋和

16、熱影響區(qū)出現(xiàn)淬硬組織的有效措施。預熱溫度的選擇與鋼材的化學成分、板厚、焊件的剛度、接頭的形式和環(huán)境溫度有關。預熱溫度的選擇見表12-8。對于厚板或強度等級較高，且有延遲裂紋傾向的低合金結構鋼，要求焊后及時進行回火處理，以消除焊接殘余應力，改善熱影響區(qū)的顯微組織，使殘留在焊縫中的氫能夠逸出。幾種常用低合金鋼焊前預熱及焊后處理參數(shù)見表12-8。表12-8 低合金結構鋼焊前預熱及焊后熱處理的參數(shù)鋼材牌號預熱溫度（）焊后熱處理參數(shù)焊條電弧焊電渣焊Q295（09MnV、09Mn2）不預熱（一般供應的板厚16mm）不熱處理Q345（16Mn、12MnV、14MnNb）100150（30mm）600650回

17、火900930正火600650回火Q390（15MnV、16MnNb）100150（28mm）550或650回火950980正火550或650回火Q420（15MnVN、14MnVTiRE）100150（25mm）950正火650回火五、常用低合金鋼的焊接工藝（一）Q345（16Mn）鋼是利用我國富有資源Mn、Si為合金元素，其屈服點大于345MPa，是我國產(chǎn)量最大、應用最廣的低合金結構鋼。16Mn鋼的化學成分和力學性能見表12-9。表12-9 Q345（16Mn）鋼的化學成分和力學性能化學成分的質量分數(shù)（）力學性能（不低于）CSiMn屈服點（MPa）抗拉強度（MPa）伸長率（）0.200.5

18、51.001.602753454705302122（1）焊接性。16Mn鋼具有良好的焊接性，淬硬傾向比Q235鋼稍大些。在大厚度、大剛度結構上進行小焊接參數(shù)，焊接時可能出現(xiàn)裂紋，特別是在低溫條件下進行焊接。因此，在低溫條件下焊接時應進行適當?shù)念A熱，焊件厚度超過一定范圍時應按有關規(guī)定進行焊后熱處理。（2）焊接方法。常見的焊接方法都可用于16Mn鋼的焊接。16Mn鋼的焊條電弧焊：焊條電弧焊時應采用強度等級為E50的焊條，應用最多的是E5015焊條。對于要求不高的焊件，可采用E5001焊條和E5003焊條。16Mn鋼的埋弧焊：埋弧焊時選用HJ431焊劑和HJ350焊劑，配合H08MnA焊絲、H10M

19、n2焊絲或H10MnSi焊絲，可以得到很好的效果。當焊件開I形坡口時，一般可選用H08MnA焊絲；對于開其他形狀坡口焊件的焊接，選用合金元素含量較高的焊絲H10Mn2和H10MnSi；對于大厚度深坡口的焊件，可選用H10Mn2焊絲，這樣都可以保證得到力學性能較高的焊接接頭。16Mn鋼的CO2氣體保護焊：采用的焊絲有細焊絲和粗焊絲兩種，前者主要用于薄板結構及厚板窄間隙焊接；后者用于中厚板結構或鑄鋼件補焊中，焊絲牌號常用H08Mn2Si和H10MnSi。（二）Q390（15MnV和15MnTi）鋼的焊接15MnV鋼和15MnTi鋼屬于390MPa級的低合金結構鋼。它們分別是在16Mn鋼的基礎上加入

20、（V）為0.020.20和（Ti）為0.020.20煉制而成的。V或Ti的加入，能使鋼材強度提高，同時又能細小晶粒、減少鋼材的過熱傾向。15MnV鋼和15MnTi鋼的化學成分和力學性能見表12-10。表12-10 15MnV鋼和15MnTi鋼的化學成分和力學性能鋼號化學成分的質量分數(shù)（）力學性能（不低于）CMnSiVTi屈服點（MPa）抗拉強度（MPa）伸長率（）15MnV0.201.001.600.550.020.20330390490650192015MnTi0.201.001.600.550.020.203303904906501920（1）焊接性。這類鋼焊接性較好。當板厚小于32mm、

21、在0以上焊接時，原則上可不預熱；當板厚大于32mm或在0以下施焊時，應預熱到100150，焊后采用550560回火處理。（2）焊接方法。常用的焊接方法都可以用于這類鋼的焊接。埋弧焊，對于厚度較小，焊后不回火的焊件，可采用H08MnA焊絲配合HJ431進行焊接；對于厚度較大或坡口較深的焊縫，則采用H10Mn2焊絲或H08Mn2Si焊絲配合HJ431或HJ350進行焊接；對于特大厚度深坡口的焊縫可采用H08MnMoA焊絲配合HJ431或HJ350、HJ250進行焊接。焊條埋弧焊，對于厚度不大、坡口不深的結構，可采用E5015焊條、E5016焊條；厚度較大的結構應采用E5503 - G焊條；對于不重

22、要的結構，也可采用E5501焊條、E5503焊條。CO2氣體保護焊，焊接用焊絲采用H08Mn2SiA。電渣焊，采用H10MnMoVA焊絲或H08Mn2MoVA焊絲配合HJ431焊劑或HJ360焊劑。（三）18MnMoNbR鋼的焊接18MnMoNbR鋼是采用鈮來強化的中溫壓力容器用鋼。18MnMoNbR鋼的化學成分和力學性能見表12-11。表12-11 18MnMoNbR鋼的化學成分和力學性能化學成分的質量分數(shù)（）力學性能（不低于）CMnSiNbMo屈服點（MPa）抗拉強度（MPa）伸長率（）0.221.201.600.150.500.0250.0500.200.400.450.65410440

23、57074017（1）焊接性。18MnMoNbR鋼碳當量的質量分數(shù)為0.57，所以焊接性較差，焊接時具有一定的淬硬傾向，故焊前除電渣焊外一般需要預熱，預熱溫度為200250。為防止焊后產(chǎn)生延遲裂紋，焊后應立即進行熱處理。電渣焊接頭焊后進行900980正火加630670回火處理，如遇鋼材性能偏低或要更充分發(fā)揮鋼材的性能潛力，可采用調質處理；在焊條電弧焊或埋弧焊后進行回火或消除應力熱處理，其加熱溫度通常比鋼材回火溫度約低30。（2）焊接方法。18MnMoNbR鋼焊接裝配定位有應局部預熱到200以上，否則會在焊接熱影響區(qū)產(chǎn)生微裂紋。焊條電弧焊時，可采用E6016 - D1、E7015 - D2等抗拉

24、強度大于650MPa的焊條，使用時應嚴格遵守堿性焊條的使用規(guī)則，徹底清除焊件坡口的油、污、銹、水，以免由氫引起冷裂紋。埋弧焊時，焊絲可選用H08Mn2MoA或H08MnMoA，配合HJ252焊劑或HJ350焊劑，焊接時層間溫度應控制在300以下。電渣焊時，可選用H10Mn2MoA或H10Mn2MoVA兩種焊絲，配合HJ431焊劑或HJ250焊劑、HJ360焊劑。（四）珠光體耐熱鋼的焊接耐熱鋼是指用于制造在高溫下長期使用的零件而專門冶煉出來的一種工業(yè)用鋼。這種鋼在高溫下具有足夠的強度和抗氧化性，珠光體耐熱鋼是以Cr、Mo為主要合金元素的低合金結構鋼，由于它的旗本組織是珠光體，故稱為珠光體耐熱鋼。

25、常用珠光體耐熱鋼的化學成分、室溫力學性能和高溫力學性能見表12-12。表12-12 常用珠光體耐熱鋼的化學成分、室溫力學性能和高溫力學性能鋼號化學成分的質量分數(shù)（）熱處理狀態(tài)常溫力學性能高溫性能CMnSiCrMoWV抗拉強度（MPa）屈服點（MPa）伸長度（）沖擊韌度/（J/cm2）溫度（）抗久強度（105h/MPa）蠕變極限1（105h/MPa）12CrMo0.080.150.400.700.170.370.400.700.400.55900930正火680730回火（緩冷到300空冷）4102652411048051054020012070153703515CrMo0.120.180.40

26、0.700.170.370.801.100.400.55900正火650回火44029522945005501001405070804512Cr1MoV0.080.150.400.700.170.370.901.200.250.350.150.3010001020正火740回火4402552278480520580200160801901306020Cr3MoWVA0.170.240.300.600.170.372.003.000.350.500.300.600.700.9010401060油淬650720回火785635345141855580600620110142901385895120

27、140546836501珠光體耐熱鋼的特性珠光體鋼的合金元素質量分數(shù)一般不超過5，在500600有良好的熱強性，工藝性能好，比較經(jīng)濟，應用范圍廣泛。鋼種Cr、Mo含量的高低是決定鋼的抗氧化能力和高溫強度的主要因素。鋼種的碳容易和鉻形成化合物，降低固溶體中鉻的濃度，從而降低鋼的抗氧化性能，所以耐熱鋼中碳的質量分數(shù)應在0.25以下。釩、鎢、鈮、鈦等合金元素可與碳形成穩(wěn)定的碳化物，提高珠光體鋼的高溫強度。2珠光體耐熱鋼的焊接性這種鋼淬硬性傾向較大，易產(chǎn)生冷裂紋，且多出現(xiàn)在焊縫和熱影響區(qū)中，并且在焊后熱處理過程中易產(chǎn)生再熱裂紋。3珠光體耐熱鋼的焊接工藝（1）預熱。預熱是焊接珠光體耐熱鋼的重要工藝措施。

28、為了保證焊接質量，不論是在定位焊或焊接過程中，都應預熱并保持在150300的溫度范圍內，用氬弧焊打底和CO2氣體保護焊時，可降低預熱溫度或不預熱。（2）保溫焊和連接焊。所謂保溫焊，是指在整個焊接過程中，應使焊件（焊縫附近30100mm范圍）保持足夠的溫度。因此在焊接過程中，應經(jīng)常測量焊件溫度并不使溫度下降。所謂連續(xù)焊，是指焊接過程最好不要間斷，如果必須間斷，則應在間斷時使焊件緩慢均勻地冷卻，再焊之前仍要重新預熱。（3）短道焊。短道焊也是為了使焊縫及熱影響區(qū)緩慢冷卻，辦法是如果要焊一條長焊縫，則每一道不要焊太長，使得被焊的這一段在較短的時間內重復受熱。厚板宜用多層多道焊，以增加焊縫自回火作用。采

29、用短道焊法，焊縫和熱影響區(qū)的每一點在很短時間內都重復受熱，但這種方法有許多不便之處，如果在焊接過程中焊件溫度并不低或有其他輔助加熱方法，則不必采用這種方法。（4）焊后緩冷。焊后應立即用石棉布覆蓋焊縫及熱影響區(qū)，使其緩慢冷卻。（5）焊后熱處理。焊后應立即進行高溫回火，以防止產(chǎn)生延遲裂紋，消除應力和改善組織。幾種常用珠光體耐熱鋼焊條的選用及預熱、焊后熱處理參數(shù)見表12-13。表12-13 常用珠光體耐熱鋼焊條的選用及預熱、焊后熱處理參數(shù)材料牌號焊 接 工 藝焊后熱處理參數(shù)（）預熱溫度（）焊條型號（牌號）12CrMo200250E5515-B1（R207）68072015CrMo200250E551

30、5-B2（R307）68072020CrMo250350E5515-B2（R307）65068012CrMoV200250E5515-B2-V（R310）7107504珠光體耐熱鋼的焊接方法（1）焊條電弧焊。焊條電弧焊時焊條的選擇是根據(jù)化學成分，而不是根據(jù)力學性能選用。為了確保材料的耐熱性，焊條的合金含量應與母材相當或略高于母材。珠光體耐熱鋼焊條的選用見表12-13。焊條電弧焊的優(yōu)點是機動靈活，能進行全位置焊，因而在鉻-鉬耐熱鋼管道焊接中應用十分廣泛；但是，焊條電弧焊難以建立起理想的低氫條件，從而使焊接工藝復雜化。珠光體耐熱鋼管對焊接的坡口形式見圖12-2。U形坡口用于較厚管子的對接，這種坡口

31、形式對坡口根部間隙要求嚴格，否則對根部焊接質量有較大的影響。帶墊圈坡口形式的優(yōu)點是根部間隙較大，便于運條，保證根部能焊透；但必須注意墊圈與管子間的間隙應小于0.51.0mm。否則焊縫根部兩側容易產(chǎn)生裂紋。（2）鎢極氬弧焊。鎢極氬弧焊的焊接氣氛具有超低氬特點，焊接鉻-鉬耐熱鋼時可以降低預熱溫度。用鎢極氬弧焊焊接珠光體耐熱鋼時，焊接方法可以是手工鎢極氬弧焊打底時，能清晰地看見焊接電弧和熔池，焊接熔池小，液體金屬凝固快，容易實現(xiàn)單面焊雙面成形，特別適用于小直徑薄壁管的焊接。鎢極氬弧焊的缺點是熔敷效率低，因此在焊接厚壁管時，鎢極氬弧焊只用做打底焊，其余填充焊道可采用焊條電弧焊。鎢極氬弧焊打底時的坡口形

32、式見圖12-3坡口不留間隙，焊接時可以填充焊絲也可以不填充焊絲。鎢極氬弧焊打底的焊接參數(shù)見表12-14。表12-14 鎢極氬弧焊打底的焊接參數(shù)管子規(guī)格鎢極直徑（mm）鎢極伸出長度（mm）焊接電流（A）噴嘴直徑（mm）填充焊絲直徑（mm）氬氣流量（L/min）小直徑薄壁管2.5569011082.0812大直徑薄壁管2.56811013082.51015目前，全位置機械化脈沖氬弧焊已成功地應用于珠光體耐熱鋼管子的焊接。用這種方法焊接，既可以打底，也可以蓋面，具有效率高、質量穩(wěn)定的優(yōu)點。材料為12Cr1MoV、規(guī)格為38mm4mm管子全位置機械化脈沖氬弧焊的焊接參數(shù)見表12-15。表12-15 3

33、8mm4mm 12Cr1MoV管子全位置脈沖氬弧焊的焊接參數(shù)層次基值電流（A）脈沖電流（A）鎢極離焊件距離（mm）脈寬比（）頻率（Hz）旋轉速度（r/s）氣體流量（L/min）打底層60701400.20.33540641/801216蓋面層401702.83.03540641/801216注：1焊絲：ER55 - B2L，1.0mm；2鎢極：鈰鎢極，3mm；3坡口形式：V形，a=500，鈍邊225mm，根部間隙0.81.4mm。常用珠光體耐熱鋼鎢極氬弧焊時的焊絲型號及牌號見表12-16。表12-16 珠光體耐熱鋼鎢極氬弧焊用焊絲型號及牌號鋼 號12CrMo15CrMo12Cr1MoV焊絲型號

34、（牌號）ER55 - B2（TGR55CM）ER55 - B2L（TGR55CML）ER55 - B2（TGR55CM）ER55 - B2L（TGR55CML）ER55 - B2 - MnV（TGR55V）（3）熔化極氣體保護焊。這種焊接方法可采用氬氣加少量CO2（或O2）的氧化性混合氣體。這種氣體也具有低氫特點。珠光體耐熱鋼熔化極氣體保護焊平焊時主要采用射流過渡；全位置焊時采用脈沖射流過渡或短路過渡。在實現(xiàn)耐熱鋼厚壁大直徑管道機械化焊接方面，熔化極氣體保護焊是很有前途的。熔化極氣體保護焊焊接珠光體耐熱鋼的焊絲選用見表12-17。表12-17 熔化極氣體保護焊焊接珠光體耐熱鋼的焊絲選用表鋼 號

35、焊絲型號（牌號）12CrMoER55 - B2（TGR55CM） ER55 - B2L（TGR55CML）15CrMoER55 - B2（TGR55CM） ER55 - B2L（TGR55CML）12Cr1MoVER55B2MnV （TGR55V）（4）埋弧焊。埋弧焊熔敷速度快，特別適用于珠光體耐熱鋼厚壁壓力容器的對接縱縫和環(huán)境以及大型鑄件和汽輪機轉子的焊接。埋弧焊的缺點是不能在任意空間位置進行焊接，對于小直徑管和薄壁構件難發(fā)揮其應有的效率。珠光體耐熱鋼采用埋弧焊時用的焊絲和焊劑見表12-18。表12-18 珠光體耐熱鋼采用埋弧焊時用的焊絲和焊劑鋼 號焊絲牌號焊劑12CrMoH10MoCrA

36、H13CrMoAHJ35015CrMoH08CrMoA H13CrMoAHJ35012Cr1MoVH08CrMoVAHJ250 HJ260第四節(jié) 不銹鋼的焊接一、概述不銹鋼即在空氣中能抵抗腐蝕的鋼，這種鋼鉻的質量分數(shù)含Cr不小于12,在空氣、水、蒸汽中不腐蝕和生銹。不銹鋼之所以有良好的耐腐蝕性，是由于鉻可以使鋼具有高的鈍化能力。不銹鋼在航空、化工和原子能等工業(yè)中，得到日益廣泛的應用。各種不銹鋼都具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性，但并不是絕對不會生銹，如在加工、使用和保養(yǎng)不當時，不銹鋼仍會生銹。在不銹鋼中除含有Cr以外，還可以加入Ni、Mn等元素，以增加其抗腐蝕的性能，使鋼能抵抗某些酸性介質的腐蝕，這種在酸

37、、堿及其他化學侵蝕介質中能抵抗腐蝕的鋼稱為耐酸鋼。在不銹鋼中加入一定量的Si、Al等合金元素，可提高不銹鋼在高溫下的抗氧化性和高溫強度，這種剛稱為熱強鋼。耐酸鋼、熱強鋼通常也稱為不銹鋼。耐酸鋼、熱強鋼一般具有不銹的性質，但不銹鋼不一定具有耐酸、耐熱的性能。二、不銹鋼的分類（1）按化學成分分。鉻不銹鋼：1Cr13、1Cr17、1Cr25Ti等。鉻鎳不銹鋼：1Cr17Ni8、1Cr18Ni9、12Mo3Ti等。（2）按顯微組織分。奧氏體不銹鋼：當鋼中（Cr）為18、（Ni）為810時，便具有穩(wěn)定的奧氏體組織，這種鋼稱為奧氏體不銹鋼。這類鋼無磁性，經(jīng)淬火也不硬化，但具有冷加工硬化性。奧氏體不銹鋼具有

38、良好的耐蝕性、塑性、高溫性能和焊接性，是不銹鋼中應用最廣泛的一個剛種。奧氏體不銹鋼的主要缺點是含貴重合金元素鎳較多，屬于這類鋼的牌號有：1Cr17Ni7、1Cr17Ni8、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Si3、0Cr25Ni20等，應用最多的是1Cr17Ni8、1Cr18Ni9Ti。馬氏體不銹鋼：這種剛的顯微組織為馬氏體，特點是除含有較高的鉻以外，還含有較高的碳 （C）0.10.5，所以這類鋼具有淬硬性，在熱處理和拋光后具有最好的力學性能。屬于這類鋼的牌號有：2Cr13、3Cr13、3Cr13Mo、8Cr17等，其中以2Cr13應用最廣。鐵素體不銹鋼：這種鋼的顯微組織為鐵素體，（Cr）為1

39、330的高鉻鋼屬于此類鋼，其含碳量很低，（C）均在0.15以下。這類鋼具有良好的熱加工性和一定的冷加工性，經(jīng)過淬火也不會硬化，在加熱到475時會發(fā)生脆化。屬于這類鋼的牌號有：1Cr17、1Cr17MO、0Cr13Al、1Cr25Ti等。此外，還有一些復相鋼，特別是奧氏體-鐵素體型不銹鋼，如1Cr18Ni11Si4AlTi、0Cr26Ni5Mo、1Cr21Ni5Ti等，其具有很優(yōu)異的耐蝕性能，尤其是耐應力腐蝕開裂性能。三、不銹鋼的物理性能合金元素含量越多，導熱性越差，而線膨脹系數(shù)和電阻率越大。以18-8型鉻的平均質量分數(shù)（Cr）為18，鎳的平均質量分數(shù)（Ni）為9不銹鋼為代表，其物理性能與低碳鋼

40、的比較見表12-19。表12-19 18-8型不銹鋼和低碳鋼的物理性能比較鋼號電阻率（m）（20）導熱率W/（mk）熱膨脹系數(shù)（10-6C-1）1005000100065018-87310-816.3321.3516.918.7Q2351510-858.6241.8612.214.7四、不銹鋼的耐蝕性能鉻可以使鋼具有高的鈍化能力，不銹鋼中含有大量的鉻，處于鈍化態(tài)的不銹鋼其表面被致密的氧化膜所覆蓋，這層氧化膜對內部金屬起著保護作用，抑制金屬釋放電子的溶解過程，降低腐蝕速度，從而增加了不銹鋼的耐蝕性能。但在不同的酸中，由于鋼中所含合金元素的作用效果不同，耐蝕性能的表現(xiàn)也有所不同。在HNO3這種氧化

41、性酸中，Cr、V、Si能提高鋼的耐蝕性；在還原性酸（如HCI或H2SO4）中，Ni的作用對耐蝕有利；對于H2SO4，Cu的作用最好?？偟目磥?，（Mo）在23時，在各類酸中，特別是在還原性酸中，能比較明顯地改善鋼的耐蝕性。五、不銹鋼的焊接性焊接不銹鋼時，如焊接工藝不當或焊接材料選用不正確，會產(chǎn)生一系列缺陷，這樣將直接影響焊接接頭的性能和焊縫的質量。1焊接接頭的抗腐蝕性不銹鋼的焊接接頭在腐蝕性介質中長期工作時，會產(chǎn)生3種腐蝕現(xiàn)象，即整體腐蝕、晶間腐蝕和應力腐蝕。晶間腐蝕和整體腐蝕見圖12-4。（1）整體腐蝕：任何不銹鋼是腐蝕性介質作用下，其工作表面總會有腐蝕現(xiàn)象產(chǎn)生，這種腐蝕叫做整體腐蝕。不銹鋼由

42、于具有良好的抗腐蝕性能，所以其整體腐蝕量并不大，并且和焊接也無關。（2）晶間腐蝕：奧氏體不銹鋼在450850加熱時，會由于沿晶界沉淀出鉻的碳化物，致使晶粒周邊形成貧鉻區(qū)，在腐蝕介質中即可沿晶粒邊界發(fā)生所謂晶間腐蝕。此時，外觀雖仍呈光澤，但因晶粒已失去聯(lián)系，敲擊時已失去金屬聲音。產(chǎn)生晶間腐蝕的不銹鋼，在受到應力作用時，即會沿晶界斷裂，強度幾乎完全損失，是不銹鋼最危險的一種破壞形式。晶間腐蝕可以分別產(chǎn)生在熱影響區(qū)、焊縫或熔合線上，在熔合線上產(chǎn)生的晶間腐蝕又稱為刀狀腐蝕。晶間腐蝕產(chǎn)生的原因：奧氏體不銹鋼產(chǎn)生晶間腐蝕的原因是由于晶界處形成貧鉻區(qū)（鉻的質量分數(shù)小于12）而造成的。形成貧鉻區(qū)的原因是當奧氏

43、體不銹鋼處在450850溫度下，碳在奧氏體中的擴散速度大于鉻在奧氏體中的擴散速度。室溫下碳在奧氏體中的溶解度很小，（C）約為0.020.03，當奧氏體鋼中的（C）超過0.020.03時，碳就不斷地向奧氏體晶界擴散，并和鉻化合形成碳化鉻Cr23C5或（Cr、Fe）23C6。但由于鉻比碳原子半徑大，擴散速度小，來不及向晶界擴散，晶界附近大量的鉻和碳化合成碳化鉻沉淀于晶界，當其（Cr）小于12時，便造成奧氏體邊界的貧鉻區(qū)，從而失去抗腐蝕能力，在腐蝕介質中使用，即會引起晶間腐蝕。防止晶間腐蝕的措施：控制含碳量：奧氏體不銹鋼中含碳量增加時，在晶界形成的碳化鉻也隨之增多，晶間腐蝕的傾向增大，所以碳是造成晶

44、間腐蝕的最有害元素。減少奧氏體不銹鋼中的含碳量，是防止晶間腐蝕最根本的辦法。若奧氏體不銹鋼中的（Cr）小于0.020.03時，則碳全部都能溶解在奧氏體中，即使在450850溫度下，也不會形成貧鉻區(qū)，更不會產(chǎn)生晶間腐蝕。奧氏體不銹鋼根據(jù)含碳量不同，分成三個等級：一般含碳量（Cr）0.14、低碳級（Cr）0.06和超低碳級（Cr）0.03。因為超低奧氏體不銹鋼原則上不會產(chǎn)生晶間腐蝕，故焊接這類鋼時也可采用超低碳不銹鋼焊絲，如H00Cr21Ni10（Cr）0.03。添加穩(wěn)定劑：在鋼和焊接材料中加入鈦、鈮等與碳的親和力比鉻強的元素，能夠與碳結合成穩(wěn)定的碳化物，從而避免在奧氏體晶界造成貧鉻，對提高抗晶間

45、腐蝕能力有十分良好的作用，常用的不銹鋼材和焊接材料都含有鈦和鈮，如1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni12Mo2Ti鋼材、E347-16焊條、H0Cr20Ni10Ti焊絲等。采用雙相組織：加入合金元素使接頭中形成奧氏體加鐵素體的雙相組織，減少和隔離奧氏體晶粒的連續(xù)晶界，也可以避免晶間腐蝕的產(chǎn)生。合金元素對不銹鋼組織的影響可以分為兩大類，奧氏體生成劑：N、Ni、C、Cu、Co、Mn等；鐵素體生成劑：V、Mo、W、Cr、Nb、Ti、Si等。當不銹鋼中的（Cr）與（Ni）之比大于1.8時，就會出現(xiàn)鐵素體組織。焊后固溶處理：將焊件中熱到10501100，使碳迅速溶入奧氏體中，然后迅速冷卻，形成穩(wěn)定的奧

46、氏體組織。這種處理方法的缺點是，如果焊件接頭需要在危險溫度區(qū)內工作，則仍不可避免形成貧鉻區(qū)而產(chǎn)生晶間腐蝕。減少焊接熱輸入：采用小電流、大焊速、短弧、多道焊；先焊一層的溫度待冷卻至800以下后再焊下一層；也可在焊件下加襯銅墊板，或直接澆水冷卻，以增加焊接接頭的冷卻速度。這樣可縮短焊接接頭在危險溫度區(qū)停留的時間，防止晶間腐蝕。均勻化處理：將焊接接頭加熱至850900，保溫2h，使奧氏體內部的鉻有充分時間擴散到晶界，使晶界處的（Cr）又恢復大于12，從而避免產(chǎn)生晶間腐蝕。（3）應力腐蝕：這是不銹鋼在靜應力（內應力或外應力）與腐蝕同時作用下發(fā)生的破壞現(xiàn)象。如18-8型不銹鋼，由于導熱性差，線膨脹系數(shù)大

47、，所以焊后會產(chǎn)生較大的焊接殘余應力。防止應力腐蝕的措施首先是要消除應力，通常可用錘擊法來松弛殘余應力，或者在低溫（低于300350）進行退火處理，也可以在高于850進行退火處理；其次可以在18-8型不銹鋼焊縫中形成一定數(shù)量的鐵素體組織，使鐵素體阻礙裂紋的擴展，從而提高焊縫金屬抗應力腐蝕的能力。2焊接接頭的熱裂紋熱裂紋是不銹鋼焊接時比較容易產(chǎn)生的一種缺陷，包括焊縫的縱向和橫向裂紋、弧坑裂紋、打底焊的焊根裂紋和多層焊的層間裂紋等，特別是含鎳量較高的奧氏體不銹鋼，更容易產(chǎn)生熱裂紋，這是由于奧氏體鋼含有能形成低熔點共晶的合金元素和雜質，如碳、硫、磷、鎳等。防止不銹鋼產(chǎn)生熱裂紋的措施是通過焊接材料向焊縫

48、中加入形成鐵素體的元素；采用雙相組織的焊條，使焊縫形成奧氏體和鐵素體雙相組織；在焊接工藝上，采用堿性焊條，選用小電流、快速焊、收弧時盡量填滿弧坑以及采用氬弧焊打底等工藝。3焊接接頭的脆化（1）相脆化。奧氏體或鐵素體不銹鋼在高溫（375875）長時間保溫（幾小時到幾百小時）就會形成一種Fe - Cr金屬間化合物，即相。相的性能極硬而脆，且分布在晶界處，使不銹鋼的沖擊韌度大大下降而脆化。為了消除已經(jīng)生成的相，恢復焊接接頭的韌度，可以把焊接接頭加熱到10001050，然后快速冷卻。相在1Cr17Ni8鋼、1Cr18Ni9Ti鋼的焊縫中一般不產(chǎn)生。（2）475脆性。它主要出現(xiàn)于（Cr）15的鐵素體不銹

49、鋼中，這種剛在350500內長期停留（幾個小時到幾十個小時），就會使焊縫沖擊韌度大大下降，出現(xiàn)脆化，由于475時脆化速度最快，故稱為475脆化。焊接過程中不可避免地要經(jīng)歷這個溫度。已產(chǎn)生475脆化的焊縫，可經(jīng)900淬火消除。4熔合線脆斷奧氏體不銹鋼在高溫下長期使用，在沿焊縫熔合線外幾個晶粒的地方會發(fā)生脆斷現(xiàn)象，此種現(xiàn)象稱為熔合線脆斷。在鋼中加入鉬能提高鋼材抗高溫脆斷的能力。六、奧氏體不銹鋼的焊接工藝奧氏體不銹鋼具有良好的焊接工藝，常用的焊接方法，都能適用。但是因為電渣焊接過程的特點，會使奧氏體不銹鋼接頭的抗晶間腐蝕能力降低，并且在熔合線附近易產(chǎn)生嚴重的刀狀腐蝕，因此極少應用。焊條電弧焊是焊接奧

50、氏體不銹鋼最常用的焊接方法。這種焊接方法具有熱影響區(qū)小，易于保證焊接質量，適應各種焊接位置與不同板厚工藝要求的優(yōu)點。但這種方法生產(chǎn)率低，合金元素過渡系數(shù)小，更換焊條時，焊縫交接處的重復加熱會給接頭質量帶來不利影響。（1）焊條的型號。奧氏體不銹鋼焊條有酸性鈦鈣型和堿性低氫鈉型兩大類。低氫鈉型焊條的抗熱裂性較好，但成形不如鈦鈣型焊條，抗腐性也較差。鈦鈣型焊條具有良好的工藝性能，生產(chǎn)中用得較普遍。根據(jù)國標GB/T983-1995，不銹鋼焊條型號的編制方法如下： E 表示藥皮類型、焊接位置及焊接電流種類 表示熔敖金屬中特殊要求的化學成分 表示熔敖金屬化學成分分類代號 表示焊條（2）焊條的選擇。根據(jù)被焊

51、不銹鋼的牌號選擇焊條（表12-20）。表12-20 焊接奧氏體不銹鋼時焊接材料的選用鋼 號焊條型號（牌號）氬弧焊焊絲埋弧焊絲埋弧焊焊劑1Cr18Ni9E308-16（A101）E308-15（A107）H1Cr9Ni9-1Cr18Ni9TiE408-16（A101）E308-15（A107）H1Cr19Ni9H1Cr9Ni9H0Cr20Ni10TiHJ260HJ172Y1Cr18Ni9Se1Cr18Ni9Si3E316-15（A207）E316-16（A202NE）H0CrNi12Mo2-00Cr17Ni14Mo2E316-16（A202NE）H00Cr19Ni12Mo2H00Cr19Ni12

52、Mo2HJ260（3）焊接參數(shù)的選擇。焊接奧氏體不銹鋼時，應控制熱輸入和層間溫度，以防止熱影響區(qū)晶粒長大及碳化物的析出。由于不銹鋼的電阻較大，焊接時產(chǎn)生的電阻熱較大，同樣直徑的焊條焊接電流值應比低碳鋼焊條降低20左右，焊條長度也比碳素鋼焊條短，不然在焊接時會由于藥皮的迅速發(fā)紅失去保護而無法奧氏體不銹鋼焊條的藥皮有酸性和堿性兩種類型，但即使是使用酸性焊條，最好也選用直流反極性電源，因為此時焊件是負極，溫度低，受熱少；此外，直流電源穩(wěn)定，也有利于保證焊縫直流。焊接奧氏體不銹鋼時不同焊接位置焊接電流的選擇見表12-21。表12-21 焊接奧氏體不銹鋼時不同焊接位置焊接電流的選擇焊件厚度（mm）焊條直徑（mm）平焊焊接電流（A）立焊焊接