焊接工藝規(guī)程

焊接工藝規(guī)程第1頁/共132頁

工藝規(guī)程基本概念

規(guī)定產品或零部件制造工藝過程和操作方法等的工藝文件稱為工藝規(guī)程。

工藝規(guī)程是指導生產組織生產、管理生產的主要工藝文件，是加工、檢驗驗收、生產調度與安排的主要依據(jù)。工藝規(guī)程也是生產、組織和管理工作的基本依據(jù)，因為在生產管理中，產品投產前原材料及毛坯的供應，通用工藝裝備的準備，機床負荷的調整，專用工藝裝備的設計和制造，作業(yè)計劃的編排，勞動力的組織以及生產成本的核算等都是以工藝規(guī)程作為基本依據(jù)的。第2頁/共132頁4.1焊縫符號及標注焊接圖是供焊接加工時所用的圖樣。除了將焊接件的結構表達清楚以外，還必須把焊接的有關內容表示清楚，如焊接接頭型式、焊縫型式、焊縫尺寸、焊接方法等。要看懂焊接機械設備圖紙，就必須了解焊縫的符號及其標注方法。焊縫代號是工程語言的一種，它可以統(tǒng)一焊接結構圖紙上的符號。我國的焊縫符號是由國家標準GB324—88規(guī)定的。焊縫符號由以下內容組成：1.常用焊接方法的代號

可用簡明的字母符號來代表各種常用的焊接方法，具體內容見表4-1第3頁/共132頁

第4頁/共132頁4.1焊縫符號及標注2.基本符號

焊縫符號由基本符號與指引線組成，必要時還要加上輔助符號、補充符號和焊縫尺寸符號。

基本符號是表示焊縫橫截面形狀的符號，它采用近似于焊縫橫截面形狀符號表示，表4-2。3.輔助符號及補充符號

輔助符號是表示焊縫表面形狀特征的符號，不需要確切地說明焊縫的表面形狀時，可不用。補充符號是為了補充說明焊縫的某些特征面用的符號，它們的表示方法見表4-3。4.焊縫的尺寸符號

在設計或生產需注明焊縫尺寸時，用焊縫尺寸符號表示，見表4-4。第5頁/共132頁第6頁/共132頁第7頁/共132頁第8頁/共132頁第9頁/共132頁第10頁/共132頁4.1焊縫符號及標注5.指引線(1)指引線由帶箭頭的箭頭線和兩條基準線(一條為細實線，一條為虛線)兩部分組成。(2)虛線可畫在細實線的上側或下側，基準線一般與標題欄的長邊相平行，必要時，也可與標題欄的長邊相垂直。箭頭線用細實線繪制，箭頭指向有關焊縫處，必要時允許箭頭線折彎一次。當需要說明焊接方法時，可在基準線末端增加尾部符號。第11頁/共132頁4.1焊縫符號及標注5.指引線(3)箭頭線與焊縫位置的關系箭頭線相對焊縫的位置一般沒有特殊要求，箭頭線可以標在有焊縫一側，也可以標注在沒有焊縫一側，如圖所示。第12頁/共132頁4.1焊縫符號及標注5.指引線(4)基本符號相對基準線的位置為了在圖樣上能確切地表示焊縫位置，標準中規(guī)定了基本符號相對基準線的位置。①如果焊縫接頭在箭頭側，則將基本符號標在基準線的細實線一側，如圖a所示。②如果焊縫接頭不在箭頭側，則將基本符號標在基準線的虛線一側，如圖b所示。③標注對稱焊縫及雙面焊縫時，可不畫虛線，如圖c所示。第13頁/共132頁第14頁/共132頁第15頁/共132頁第16頁/共132頁4.1焊縫符號及標注6.常用焊縫的尺寸標注法(1)焊縫橫截面上的尺寸，標在基本符號的左側。(2)焊縫長度方向的尺寸，標在基本符號的右側(3)坡口角度α、坡口面角度β、根部間隙b標在基本符號的上側或下側。(4)相同焊縫數(shù)量及焊接方法代號標在尾部。(5)當需要標注的尺寸數(shù)據(jù)較多，又不易分辨時，可在數(shù)據(jù)前面增加相應的尺寸符號。第17頁/共132頁第18頁/共132頁焊縫的標注示例第19頁/共132頁焊縫的標注示例(續(xù))第20頁/共132頁第21頁/共132頁第22頁/共132頁4.2焊接接頭及坡口型式常見的焊接接頭有對接接頭、T形接頭、角接接頭和搭接接頭等四種，如圖所示。焊接接頭的選擇：主要根據(jù)焊接結構形式、焊件厚度、焊縫強度要求及施工條件等來選擇。

第23頁/共132頁第24頁/共132頁焊縫的規(guī)定畫法工件經焊接后所形成的接縫稱為焊縫。如需在圖樣中簡易地繪制焊縫時，可用視圖、剖視圖或斷面圖表示，也可用軸測圖示意地表示。焊縫的規(guī)定畫法，如圖所示。第25頁/共132頁4.2焊接接頭及坡口型式1.對接接頭對接接頭容易焊透，受力情況好，應力分布均勻，連接強度高，焊接接頭質量容易保證。

受力均勻，在靜載和動載作用下都具有很高的強度，且外形平整美觀，是應用最多的接頭形式。但對焊前準備和裝配要求較高。

通常使焊縫略高于母材板面，這加厚層造成了構件表面的不平滑，在焊縫與平材的過渡處引起應力集中。大型和要求較高的鍋筒、壓力容器上的對接焊縫一般要求打磨平整或噴九后出廠。第26頁/共132頁第27頁/共132頁4.2焊接接頭及坡口型式1.對接接頭(1)按照焊件厚度及坡口準備的不同，對接接頭可分為不開坡口、單邊V形、V形坡口、U形坡口、單邊U形、K形坡口、X形坡口、U形V形混合坡口和雙U形坡口等(見圖)。

第28頁/共132頁4.2焊接接頭及坡口型式1.對接接頭

一般情況，手工電弧焊焊接6mm以下焊件和自動焊焊接14mm以下焊件時，可不開坡口。鋼板超過上述厚度時，電弧不能熔透鋼板，應考慮開坡口，開坡口可使熱源伸入根部，保證焊透，且可降低熱規(guī)范，減小熱影響區(qū)和減少焊件的變形。鈍邊和間隙的尺寸若能很好配合，不僅可保證焊透，而且也可避免燒穿、未焊透等缺陷。坡口型式選擇，主要根據(jù)被焊工件厚度、焊后應力變形大小、坡口加工的難易程度、焊條的消耗量以及焊接工藝等各方面的因素來考慮。第29頁/共132頁4.2焊接接頭及坡口型式1.對接接頭(2)在不同厚度鋼板對接時，由于接頭處斷面有突然變化，會造成應力集中，如焊縫兩邊鋼板中心線不一致，受力時將產生附加彎矩，這些都將影響接頭強度。雙面或者單面削薄(圖)。

第30頁/共132頁第31頁/共132頁4.2焊接接頭及坡口型式2.T形接頭

根據(jù)工件厚度不同，將兩塊鋼板互成直角連接在一起的焊縫接頭稱為T形接頭。接頭可分為不開坡口、單邊V形坡口、雙邊V形坡口以及K形坡口，根據(jù)厚薄不同可用單面或雙面焊。鍋爐壓力容器插入式管接頭、人孔圈和筒體的焊接屬于此類。廣泛采用在空間類焊件上，具有較高的強度，如船體結構中約70％的焊縫采用了T形接頭。

第32頁/共132頁未開坡口T形接頭開坡口T形接頭第33頁/共132頁4.2焊接接頭及坡口型式2.T形接頭

對不開坡口的T形接頭，應盡量避免采用單面角焊縫，因為，該種接頭的根部有很深的缺口，且此種焊縫不能承受反方向的力矩。

第34頁/共132頁4.2焊接接頭及坡口型式3.角接接頭

根據(jù)工件厚度不同，將兩塊鋼板互成直角沿邊沿連接在一起的焊縫接頭稱為角接接頭。通常只起連接作用，只能用來傳遞工作載荷。

第35頁/共132頁4.2焊接接頭及坡口型式3.角接接頭圖示為不允許的角接焊縫結構。這些角焊縫應力分布不均，在焊縫根部有較大應力集中，在壓力容器的受壓件上是禁止采用的。

第36頁/共132頁4.2焊接接頭及坡口型式4.搭接接頭焊前準備簡便，但受力時產生附加彎曲應力，降低了接頭強度。第37頁/共132頁4.3焊接應力和變形

結構焊接時總是要產生焊接變形和應力。在焊接過程中，焊件中產生的隨時間而變化的變形和內應力分別稱為瞬時變形和焊接瞬時應力。焊后溫度冷卻至室溫時留存于焊件中的變形和應力分別稱為焊接殘余變形和焊接殘余應力。4.3.1焊接應力和變形產生的原因

焊接對焊縫區(qū)不均勻的加熱和冷卻是產生焊接應力和變形的根本原因。

第38頁/共132頁4.3焊接應力和變形4.3.1焊接應力和變形產生的原因

焊接時，焊件進行局部加熱，根據(jù)金屬熱脹冷縮的特性，產生abcde的變形。但鋼板是一個整體，這種伸長不能自由地實現(xiàn)，鋼板端而只能比較均衡地伸長Δι。第39頁/共132頁4.3焊接應力和變形4.3.1焊接應力和變形產生的原因冷卻時，由于焊縫附近金屬在焊接過程中已發(fā)生了不可恢復的壓縮塑性變形，它同樣受到兩側金屬的約束。為保持整體的一致性，而均衡地收縮了Δι‘，且焊縫區(qū)要產生一定量的彈性拉伸，兩側金屬產生一定量的彈性壓縮。于是在焊縫區(qū)及其附近的金屬中就存在拉應力，在兩側金屬中則存在壓應力。構件中的應力處于平衡狀態(tài)。由此可知，平板對接焊后比焊前縮短了Δι’，同時焊縫區(qū)產生了拉應力，遠離焊縫的兩側金屬受壓應力。即室溫下保留下來焊接應力與變形—焊接殘余應力和殘余變形。第40頁/共132頁4.3焊接應力和變形4.3.2焊接殘余應力的分布、影響和消除焊接應力可分為熱應力、拘束應力、相變應力和焊接殘余應力，焊接殘余應力往往數(shù)值很大，在厚度較大的焊接結構中，焊接殘余應力一般可達到材料的屈服極限。1.焊接應力的分類(1)縱向應力：沿著焊縫長度方向的應力;(2)橫向應力：垂直于焊縫長度方向且平行于構件表面的應力;(3)厚度方向應力：垂直于焊縫長度方向且垂直于構件表面的應力。第41頁/共132頁

4.3.2焊接殘余應力的分布、影響和消除2.焊接殘余應力的分布(1)焊縫縱向應力σx沿著焊縫縱向的應力稱為縱向應力σx；把垂直于焊縫縱向的應力稱為橫向應力σy。焊縫及其附近的壓縮塑性變形區(qū)內σx的為拉應力，其值一般可達材料的屈服強度。第42頁/共132頁4.3焊接應力和變形4.3.2焊接殘余應力的分布、影響和消除2.焊接殘余應力的分布(2)焊縫橫向應力圖為一定長度平板焊縫中橫向應力σy的分布。焊縫及其附近的壓縮塑性變形區(qū)內σy為拉應力，兩端為壓應力，離開焊縫中心越遠，σy

迅速衰減。厚板焊接結構中除了縱向應力和橫向應力外，還存在沿厚度方向的應力。這三個方向內應力在厚度方向分布極不均勻。厚板電渣焊時焊縫中心出現(xiàn)三軸向拉應力，隨板厚的增加而增加，但在表面為壓應力。第43頁/共132頁

第44頁/共132頁4.3焊接應力和變形4.3.2焊接殘余應力的分布、影響和消除3.焊接殘余應力的影響

(1)對結構強度與受壓件穩(wěn)定性的影響

在構件承受拉伸載荷時，焊接殘余內應力將與載荷應力相疊加，從而影響構件的強度。(2)對構件脆性斷裂的影響

增大了構件的名義應力，加上焊接接頭區(qū)材料韌性的下降和焊接缺陷的產生，都會促使構件在外載不大的情況下發(fā)生低應力脆斷。(3)對疲勞強度的影響：

焊縫區(qū)的殘余拉應力能提高結構平均拉應力值，使疲勞壽命降低。第45頁/共132頁4.3焊接應力和變形4.3.2焊接殘余應力的分布、影響和消除3.焊接殘余應力的影響

(4)對焊件加工精度和尺寸穩(wěn)定的影響(5)對裂紋擴展的影響

評定焊接區(qū)裂紋狀態(tài)時，必須考慮焊接殘余應力。在計算裂紋擴展驅動力——應力強度因子KI時，殘余應力σr用拉應力的當量值σ3來考慮殘余應力對裂紋擴展的貢獻，即：

σ3=αrσr

其中αr和裂紋的類型(穿透裂紋、埋藏裂紋、表面裂紋)及裂紋方向(和熔合線平行的裂紋、和熔合線垂直的裂紋、角焊縫裂紋)有關。第46頁/共132頁4.減少和消除焊接殘余應力的措施與方法從設計和焊接工藝兩方面減少焊接殘余應力(1)設計上減少焊接應力的核心是正確布置焊縫，從而避免應力疊加，降低應力峰值。①盡量減少焊縫數(shù)量，減少焊縫尺寸和長度。②焊縫應避免過分集中(圖)，有足夠距離，要盡可能避免交叉，以免出現(xiàn)三向復雜應力。③焊縫不要布置在高應力區(qū)及斷面突變的地方，以避免應力集中。④采用剛性較小接頭表式。翻邊替插入管。第47頁/共132頁4.3焊接應力和變形4.3.2焊接殘余應力的分布、影響和消除4.減少和消除焊接殘余應力的措施與方法(2)工藝上減小焊接應力的方法①采用合理的焊接順序和方向。讓大多數(shù)焊縫在剛性較小的情況下施焊。②縮小焊接區(qū)與結構整體之間的溫差，從而礎小焊接內應力。整體預熱，采用較小的線能量。③錘擊焊縫。減小焊接應力與變形。④減少氫含量及消氫處理。(3)消除殘余應力方法主要是焊后消除殘余應力，對厚度超過一定尺寸的鍋爐、壓力容器受壓元件，均應進行焊后熱處理以消除內應力。第48頁/共132頁4.3.3焊接變形的形式、影響因素及控制方法工件焊后一般都會產生變形，如果變形量超過允許值，就會影響使用。變形產生的主要原因是焊件不均勻地局部加熱和冷卻。因為焊接時，焊件僅在局部區(qū)域被加熱到高溫，但加熱區(qū)域金屬因受到周圍溫度較低的金屬阻止，卻不能自由膨脹；而冷卻時又由于周圍金屬的牽制不能自由地收縮。結果這部分加熱的金屬存在拉應力，而其它部分的金屬則存在與之平衡的壓應力。當這些應力超過金屬的屈服極限時，將產生焊接變形；當超過金屬的強度極限時，則會出現(xiàn)裂縫。第49頁/共132頁4.3.3焊接變形的形式、影響因素及控制方法焊接變形的形式

焊接變形可能是多種多樣的，最常見的有五種基本形式或者是這幾種變形的組合。圖(a)是平板對接焊接以后產生的縱向和橫向收縮變形；圖(b)是平板對接后的角變形；圖(c)是圓筒件焊縫布置偏離焊件形心軸形成的彎曲變形；圖(d)是薄壁焊件焊后產生的波浪形變形。此外，在梁柱結構焊接時還易出現(xiàn)扭曲變形。其中收縮變形、彎曲變形屬整體變形，而另外幾種形式為局部變形。第50頁/共132頁第51頁/共132頁第52頁/共132頁4.3焊接應力和變形4.3.3焊接變形的形式、影響因素及控制方法2.焊接變形的影響因素(1)焊縫位置對焊接變形的影響

焊縫在結構中布置對稱，只產生縱向和橫向縮短。但當焊縫在結構中布置不對稱時，則會引起彎曲變形：而當焊縫截面重心偏離接頭截面重心時，則會產生角變形。(2)結構剛性的影響：

受同樣大小的力，剛性大的結構變形小，剛性小的結構則變形大。焊接變形總是沿著結構或焊件剛性的約束最小的方向進行。

第53頁/共132頁4.3焊接應力和變形4.3.3焊接變形的形式、影響因素及控制方法2.焊接變形的影響因素(3)裝配和焊接次序的影響：

條焊縫焊接時的剛性約束大小取決于裝配焊接程序。對截面對稱、焊縫對稱焊接結構，可采用先裝配成整體的方法。而對復雜焊接結構，因為焊縫多，各焊縫引起的變形相互影響，難以控制，因此必須采用部分裝配、焊接、再裝配、再焊接次序，以控制總體焊接變形。(4)其他影響因素：

變形和坡口型式、裝配間隙、焊接規(guī)范、焊接方法也密切相關。第54頁/共132頁4.3.3焊接變形的形式、影響因素及控制方法3.控制焊接變形的方法為了控制和減小焊接變形，應采用必要的合理設計方案和工藝措施。

(1)合理的設計

保證承載能力條件下，應盡量減小焊縫數(shù)量、長度和尺寸。應合理安排焊縫的位置，使結構中所有焊縫盡量對稱于截面中性軸，或接近中性軸，以減小焊件的變形。(2)必要的工藝措施①預留收縮余量。在工件備料時加一定收縮余量。一般焊縫的縱向收縮量按焊縫的長度來計算。數(shù)值和坡口、接頭型式及板厚有關。第55頁/共132頁②反變形法

用經驗或計算方法，須先判斷工件在焊后可能發(fā)生變形大小和方向，在焊前裝配時、預先將焊件向將要變形的反方向擺放或人為變形，控制得當，可使得到正確形狀，防止殘余變形。第56頁/共132頁4.3.3焊接變形的形式、影響因素及控制方法③選擇合理的焊接方法和規(guī)范采用能量集中熱源和快速焊接方法④合理的裝配焊接次序

把大型結構適當?shù)胤殖蓭讉€部件，分別裝配焊接，然后再拼焊成整體。第57頁/共132頁4.3.3焊接變形的形式、影響因素及控制方法⑤剛性固定法：

焊前將結構固定夾緊，依靠外加約束減小焊接變形，但是剛性夾持阻止了焊件的自由收縮，將在構件內部產生較大內應力，應針對焊件材料和結構形式慎重選擇。第58頁/共132頁4.3.3焊接變形的形式、影響因素及控制方法⑥采用合理的焊接順序第59頁/共132頁4.3.3焊接變形的形式、影響因素及控制方法4.矯正焊接變形方法即使采用控制變形方法，構件焊接后難以避免產生變形。當焊件超出產品技術要求所允許焊接變形時，都要求焊后進行矯正，使之符合產品質量要求。矯正的實質是使焊接構件產生新的變形，以抵消焊接時所發(fā)生的變形。矯正焊接變形的過程往往增加構件的內應力。因此矯正變形之前最好先消除焊接殘余應力，以免矯正變形時構件發(fā)生局部破裂。

生產中常用機械矯正和火焰加熱矯正第60頁/共132頁4.3.3焊接變形的形式、影響因素及控制方法4.矯正焊接變形方法(1)機械矯正法：機械矯正法是用機械加壓或錘擊冷變形方法，產生塑性變形來矯正焊接變形。第61頁/共132頁4.3.3焊接變形的形式、影響因素及控制方法4.矯正焊接變形方法(2)火焰矯正法：火焰加熱矯正法是利用火焰局部加熱后的冷卻收縮，來抵消該部分伸長變形。加熱部位必須正確，火焰加熱矯正的加熱溫度一般為600~800℃。第62頁/共132頁第63頁/共132頁4.3.3焊接變形的形式、影響因素及控制方法4.矯正焊接變形方法(3)矯形時，要特別注意鋼種:對耐腐蝕設備不宜用錘擊，以防應力腐蝕;對具有晶間隙蝕傾向的不銹鋼和淬硬傾向較大的鋼材不宜用火焰矯形；對冷裂傾向較大的高強鋼要少用機械法矯形，因該法易產生冷作硬化。第64頁/共132頁4.4焊接工藝要素和規(guī)范

焊接工藝是控制接頭焊接質量的關鍵因素。在工廠中,目前以焊接工藝細則卡來規(guī)定焊接工藝的要素。焊接工藝細則卡的編制依據(jù)是相應的焊接工藝評定試驗結果。

焊接工藝細則卡規(guī)定的焊接工藝要素：①焊前準備；②焊接材料的牌號及規(guī)格；③焊接工藝規(guī)范參數(shù)；④操作技術；⑤焊后檢查等。第65頁/共132頁4.4焊接工藝要素和規(guī)范4.4.1焊前準備1.坡口加工(1)剪切—常用于不開坡口的薄板

此法生產率高，加工方便，加工后邊緣平直，但在剪床上不能剪切厚鋼板，也不能加工有角度的坡口，一般適用于25mm以下板厚。(2)刨邊—用于直邊坡口

用刨床或刨邊機加工直邊坡口，加工質量好，坡口平直，精度高。第66頁/共132頁4.4.1焊前準備1.坡口加工(3)車削—用于管子坡口

車削可加工出各種型式的坡口，厚壁筒體的U型坡口常用這種加工方法，對較長、較重等無法搬動的管子可用移動式的管子坡口機。小直徑薄壁管子可用手動式坡口機，大直徑厚壁管子則可采用電動車管機。(4)氧乙炔切割—應用最廣的加工坡口方法

利用氣割可以得到任何角度的V形、X形、單邊V形、K形等坡口，更適合厚鋼板的切割，生產率高。氣割有手工、半自動和自動，可同時安裝二三把割炬，能將V形、X形坡口一次切成)。質量好，生產率高。第67頁/共132頁第68頁/共132頁4.4.1焊前準備1.坡口加工(5)鏟削—用于加工坡口,清焊根

用風鏟來鏟削坡口、勞動強度較大，噪聲嚴重。這種方法已日益被碳弧氣刨所代替。(6)碳弧氣刨—常用于清焊根

碳弧氣刨效率比風鏟高，勞動強度?。貏e在開u形坡口時更為顯著，正在逐漸取代風鏟。缺點是要用直流電源，刨割時煙霧大，要采取排煙措施。第69頁/共132頁4.4.1焊前準備2.坡口清洗(1)坡口兩側的內、外表面必須清除銹斑、氧化膜和油垢等污染，這是防止焊縫產生氣孔和裂紋的有效措施。(2)手工電弧焊清理寬度為20mm范圍；埋弧自動焊為30mm；電渣焊為40mm。(3)焊接過程中不發(fā)生冶金反應的焊接方法,如TIG焊，MIG焊，PAW焊等，更應重視。第70頁/共132頁4.4.1焊前準備3.坡口裝配(1)焊件組裝時，接頭兩側邊緣必須相互對準。焊件組裝后應進行錯邊量檢查，在壓力容器制造中，對接接頭錯邊量的要求較高。A，B類焊縫對口錯邊量應符合下表規(guī)定。

第71頁/共132頁4.4焊接工藝要素和規(guī)范4.4.2焊接工藝規(guī)范參數(shù)

焊接工藝規(guī)范參數(shù)包括焊前的預熱溫度，焊接電參數(shù)(電流、電壓、電流種類、頻率、焊接和送絲速度等)，后熱溫度和保溫時間，消氫處理溫度和保溫時間，焊后熱處理和消除應力處理制度等。在氣體保護焊中，還應包括氣體種類、混合比和流量等。1.焊前預熱溫度的選定①降低焊接熱影響區(qū)的冷卻速度，避免淬硬組織的形成，防止冷裂紋并改善熱影響區(qū)塑性；②減小焊接區(qū)的溫度梯度，從而降低焊接接頭的內應力；第72頁/共132頁4.4焊接工藝要素和規(guī)范4.4.2焊接工藝規(guī)范參數(shù)③擴大焊接區(qū)加熱范圍，使焊接接頭在較寬區(qū)域內處于塑性狀態(tài)，減弱焊接應力的不利影響。④改變焊接區(qū)的應變集中區(qū)部位，降低了促使冷裂紋形成的應力峰值；⑤延長焊接區(qū)在l00℃以上停留時間，有利于焊縫金屬中氫逸出，降低氫致裂紋危險。對于結構簡單的焊件，可按表4—7規(guī)定的溫度范圍進行預熱。

第73頁/共132頁

第74頁/共132頁4.4焊接工藝要素和規(guī)范4.4.2焊接工藝規(guī)范參數(shù)2.焊接電參數(shù)(1)在使用連續(xù)的交流電和直流電焊接時，焊接規(guī)范中的電參數(shù)主要是焊接電壓和焊接電流。(2)在采用脈沖電流焊接時，電參數(shù)還包括電流的交變頻率、通斷比、基本電流和峰值電流值。(3)焊接規(guī)范參數(shù)的選擇原則首先是保證接頭的熔透、無裂紋并獲得成形良好的焊道，同時還應保證接頭的性能滿足技術條件規(guī)定的各項要求，因而在選擇電參數(shù)時要考慮焊接熱輸入量對接頭性能的影響。手工電弧焊焊條直徑選擇及相應的焊接電流范圍見表4-8.第75頁/共132頁第76頁/共132頁第77頁/共132頁4.4.2焊接工藝規(guī)范參數(shù)3.焊后加熱和消氫處理

焊后加熱是指焊后將焊件或焊接區(qū)立即加熱到150~250℃，保溫一定時間，該工藝簡稱后熱。若以消氫為目的，后熱處理應在300~400℃溫度范圍內進行，這種處理就稱為“消氫處理”。其要點是每條焊縫焊完后立即將焊件或整條焊縫加熱到上述溫度，并保溫2~4h后空冷。4．焊后熱處理

常用的焊后熱處理有：(1)水調質處理，即水淬加回火處理。

淬火后回火處理的溫度對焊接接頭的性能有很大影響?；鼗饻囟葢谠贏C3以上50~100℃。第78頁/共132頁4.4.2焊接工藝規(guī)范參數(shù)4．焊后熱處理對一種鋼材最適用的回火溫度范圍可通過預先的回火處理試驗來確定。(2)正火或正火加回火：

厚壁筒節(jié)縱縫電渣焊縫晶粒粗大，達不到所要求的力學性能，因此焊后必須作正火處理以細化晶粒。某些采用埋弧焊焊成的筒節(jié)也可能在熱校和熱整形過程中經受正火處理。

正火溫度應在該種鋼材AC3以上30~50℃。過高的正火溫度會導致晶粒的長大，起不到正火的效果。保溫時間按1~2min/min壁厚計算。保溫結束后將工件放在平靜空氣中冷卻。

第79頁/共132頁4.4.2焊接工藝規(guī)范參數(shù)4．焊后熱處理(3)

消除應力處理

當壓力容器的壁厚超過下表所列的界限就必須將其作消除應力處理。消除應力處理的作用：①消除殘余應力，穩(wěn)定構件尺寸；②改善構件母材與焊接接頭的性能；③析出焊接區(qū)域的有害氣體，防止延遲裂紋；④提高構件抗應力腐蝕的能力；⑤提高耐疲勞強度。第80頁/共132頁第81頁/共132頁4.5焊接工藝評定4.5.1壓力容器焊接工藝評定的要求鍋爐壓力容器焊接工藝內容泛，任何一種焊接工藝要素的改變都會對接頭性能產生影響，對將用于生產的每項焊接工藝應作相應評定。焊接工藝評定是按采用焊接工藝在接近實際生產條件下焊制模擬產品試板，并從焊成試板中按產品的技術條件截取拉力、彎曲和沖擊韌性試樣，并將焊接條件變化是否影響接頭力學性能作為是否需要重新評定焊接工藝的判斷準則，如果所有試樣的檢驗結果全部符合技術要求，則證明所編制的焊接工藝是可行的，可根據(jù)工藝評定報告擬定正式的焊接工藝細則卡。第82頁/共132頁4.5焊接工藝評定4.5.1壓力容器焊接工藝評定的要求焊接工藝評定也可用以評定施焊單位是否有能力焊出符合規(guī)程和產品技術條件所要求的焊接接頭，驗證施焊單位制訂的焊接工藝指導書是否合適。

焊接工藝評定是在焊接性試驗基礎上進行的生產前工藝驗證試驗，應在制訂焊接工藝指導書以后焊接產品以前進行。第83頁/共132頁4.5焊接工藝評定4.5.2焊接工藝評定試驗

焊接工藝評定用試板應具有足夠的尺寸，對手工電弧焊、氬弧焊和CO2氣保焊，試板尺寸至少為300mm×500mm，對于埋弧焊至少應為400mm×600mm，電渣焊500mm×800mm。

焊接工藝評定試板焊完后，應按焊接工藝規(guī)定進行焊后熱處理。然后按下圖取樣，并加工成拉力、彎曲和沖擊試樣(圖4-18)，各種試樣尺寸和加工精度按相應的國家標準的規(guī)定制作。試驗結果應符合產品技術條件要求。容器殼體上的管接頭可按下焊制模擬試板并取宏觀試樣檢驗(圖4-19)。第84頁/共132頁第85頁/共132頁第86頁/共132頁4.5焊接工藝評定4.5.3焊接工藝評定的特點和一般過程1.擬定焊接工藝指導書，由具有專業(yè)知識和實踐經驗焊接工藝人員，根據(jù)鋼材焊接性能試驗，結合產品特點、制造工藝條件來擬定，內容包括焊接工藝重要因素、補加因素和次要因素。2.按照焊接工藝指導書和標準規(guī)定來施焊試件，檢驗及測定試樣性能，填寫焊接工藝評定報告。如果評定不合格，應修改焊接工藝指導書繼續(xù)評定，直到評定合格。3.經評定合格的焊接工藝指導書可直接用于生產，也可以根據(jù)焊接工藝指導書、焊接工藝評定報告結合實際生產條件，編制焊接工藝卡，用于產品施焊。第87頁/共132頁4.6焊接裂紋及控制

焊接裂紋是指焊接過程中或焊后一段時間內，由于焊接的原因(冶金、材料或內外力)，在焊接接頭范圍內產生的金屬材料分離現(xiàn)象(局部斷裂)。裂紋是一種最危險的焊接缺陷，其特點為端部尖銳，而且分離寬度(張開位移)比裂紋長度小得多。防止焊接裂紋是焊接結構設計和制造的重大內容。第88頁/共132頁4.6焊接裂紋及控制4.6.1焊接裂紋的分類

焊接裂紋種類繁多，其區(qū)分方法也隨人們對裂紋實質認識不斷加深而有很大不同，下表是目前通用的按裂紋發(fā)生時期和部位來分類方法。第89頁/共132頁4.6焊接裂紋及控制4.6.2焊接裂紋形成的一般條件

高強鋼橋梁，造船鋼結構，冷裂紋，占90％。石化裝置或動力設備，熱裂紋則占多數(shù)。珠光體耐熱鋼，其再熱裂紋又很容易出現(xiàn)。裂紋的產生有兩個原因。(1)拘束造成的應力應變是造成開裂的主要原因之一。開裂過程必須要求有一定的應力作用，而焊接過程中的局部不均勻加熱過程必然造成接頭在焊接的冷卻過程中由于結構整體的拘束而受到拉伸應力應變。(2)一定材料在某一溫度區(qū)間,由于存在致脆因素,使接頭具體部位在拉伸應力作用下發(fā)生開裂。第90頁/共132頁4.6.3焊接裂紋1.熱裂紋(1)焊接熱裂紋的特征

熱裂紋具有以下形態(tài)特征，有別于其他裂紋：①裂紋大多在焊縫表面開口，且有氧化色彩。②裂紋往往產生于樹枝晶會合處，在焊縫橫截面中心沿縱長方向產生。③裂紋一般沿晶界，具有高溫沿晶斷裂性質。④大多數(shù)發(fā)生在凝固過程中，也有凝固之后。(2)形成機理：焊縫凝固過程中當存在低熔點共晶體時，由于焊接冷卻速度快，當晶粒已凝固，而晶界處于液態(tài)，變形阻力幾乎為零時，若焊接拉應變很大，可能使晶界拉開，形成裂紋。第91頁/共132頁1.熱裂紋(3)影響因素①焊縫化學成份的影響焊接中的許多低熔共晶體是焊接冶金反應的產物。凡能產生低熔共晶體的元素都是促進熱裂的元素；凡能細化晶?；虍a生高熔點化合物或能使低熔點共晶體成球狀或塊狀分布的元素均對抑制熱裂有效。第92頁/共132頁1.熱裂紋(3)影響因素②焊縫斷面形狀的影響深而窄的焊縫由于宏觀偏析主要集中于焊縫中間，易形成熱裂紋，為此在厚板埋弧自動焊時要特別注意調節(jié)焊接電流與電弧電壓的比例，使焊縫形狀系數(shù)大于1.3~1.5。手弧焊時焊縫截面小，電流低，不易造成深而窄的焊縫。第93頁/共132頁影響焊縫形狀系數(shù)的因素第94頁/共132頁1.熱裂紋(3)影響因素③焊接工藝及焊件結構的影響焊件結構和焊接工藝直接影響到焊接接頭的拘束度，反映在焊接拉伸應變大小上，它對熱裂紋的影響屬于力學因素。第95頁/共132頁1.熱裂紋(4)預防焊接熱裂紋的措施①預防熱裂紋的基本措施是嚴格控制焊縫化學成份，限制碳、硫、磷雜質元素含量，也可在焊接材料中加入足夠脫硫劑。②采取工藝措施，如焊前預熱、伴熱、用大線能量施焊(應保證焊縫形狀系數(shù)不過小)。③盡量降低焊件剛性等，減小焊接內應力。第96頁/共132頁2.冷裂紋(1)冷裂紋的特征冷裂紋是焊接低合金高強度鋼、中合金鋼和中碳鋼等易淬火鋼材時最易產生的焊接缺陷。①產生于焊縫金屬凝固之后，一般產生于馬氏體轉變溫度以下或常溫。②主要產生熱影響區(qū)，產生焊縫區(qū)可能性極小。③常具有延遲性。

第97頁/共132頁2.冷裂紋(2)冷裂紋的特征冷裂紋是焊接低合金高強度鋼、中合金鋼和中碳鋼等易淬火鋼材時最易產生的焊接缺陷。①產生于焊縫金屬凝固之后，一般產生于馬氏體轉變溫度以下或常溫。②主要產生熱影響區(qū)，產生焊縫區(qū)可能性極小。③常具有延遲性。(2)產生原因：

冷裂紋產生的本質，是焊件熱影響區(qū)的低塑性組織(淬硬組織)、焊接接頭中的氫和焊接應力綜合作用的結果。第98頁/共132頁2.冷裂紋(3)影響因素①淬硬作用

易淬火鋼在焊接時過熱區(qū)會產生粗大馬氏體組織，從而使熱影響區(qū)金屬的塑性下降，脆性增加，當受到大的焊接拉應力作用時就易開裂。②氫的作用

氫所誘發(fā)的冷裂紋，從潛伏、萌生、擴展，以至開裂具有延遲斷裂和特征，至于延遲時間長短和氫的濃度以及焊接接頭的應力水平有關。第99頁/共132頁第100頁/共132頁2.冷裂紋(3)影響因素③焊接應力的作用：

當焊接應力為拉應力并與氫的析集和材料淬火硬化同時發(fā)生時，極易發(fā)生冷裂紋。厚板焊接更易在根部產生冷裂紋，一是厚板剛性大，二是厚板冷卻速度快，促使產生淬火組織，從而產生較大的焊接應力所致。第101頁/共132頁2.冷裂紋(4)預防冷裂紋的措施冷裂紋是三個因素的綜合作用，排除或削弱其中任何一個因素都對防冷裂有利。若僅存在某一因素的作用，冷裂紋也不致產生。①最大限度地降低焊縫氫含量。焊條和焊劑要高溫烘干，去除潮氣，清除坡口區(qū)域的油銹水。焊后加熱到200~300℃，以利于氫擴散逸出。②焊前預熱，焊后緩冷。用預熱、伴熱和焊后熱處理以及采用大線能量施焊均利于氫的逸出和降低淬火傾向。③嚴格控制母材含磷量，以防冷脆。④采取有利于降低焊接殘余應力的措施。第102頁/共132頁3.再熱裂紋(1)再熱裂紋的特征①

再熱裂紋是在焊后消除應力熱處理再加熱到540~930℃范圍內產生的②裂紋沿熱影響區(qū)的粗晶區(qū)的晶粒用界擴展；③呈分枝狀的晶間裂紋，裂紋擴展到焊縫或母材的細晶粒區(qū)就終止了。(2)再熱裂紋形成機理

焊后消除應力熱處理再加熱受到550~700℃時經過保溫，合金碳化物彌散析出在位錯線上，強化了晶內，同時粗晶區(qū)晶界的強度低，塑性差，再加熱過程中，殘余應力釋放，晶界強度又低于晶內，導致晶界開裂。第103頁/共132頁3.再熱裂紋(3)影響因素影響再熱裂紋的因素很多：如母材的化學成分、拘束狀態(tài)、焊接規(guī)范、焊條強度、消除應力規(guī)范和使用溫度等。①化學成份主要影響熱影響區(qū)晶界塑性；②拘束狀態(tài)、焊接規(guī)范影響焊接殘余應力大?。虎巯龖崽幚硪?guī)范或使用溫度主要影響再熱作用下所引起的塑性應變量和合金碳化物彌散析出程度。

因此，熱影響區(qū)粗晶區(qū)的塑性變形能力、焊接殘余應力和再熱引起的塑性應變量是影響再熱裂紋的三個基本因素。第104頁/共132頁3.再熱裂紋(4)預防再熱裂紋的措施一是改善焊接熱影響區(qū)粗晶區(qū)的塑性；二是減少焊接殘余應力。①選用再熱裂紋敏感性小的母材，是根本措施②采取一切有利于降低殘余應力的措施。③避免焊接殘余應力與其他應力(結構應力、再熱過程中的熱應力等)的復合④采用低匹配焊接材料利于吸收變形。⑤在確保消除應力效果的前提下，盡量采用較低再熱溫度和較短保溫時間。如果能以略低于預熱溫度的后熱來代替再熱，則以后熱為好。第105頁/共132頁4.層狀撕裂(1)層狀撕裂的特征①是在焊縫快速冷卻過程中，在板厚方向焊接拉伸應力作用下，在鋼板中產生與母材軋制表面平行裂紋，常發(fā)生T形、K形厚板接頭中；②層狀撕裂是在常溫下產生的裂紋，大多數(shù)在焊后冷卻到150℃以下或室溫以后產生，但是，當結構拘束度很高和鋼材層狀撕裂敏感性較高時，在300~250℃范圍內也可能產生。第106頁/共132頁第107頁/共132頁4.層狀撕裂(2)造成層狀撕裂的主要因素①夾雜物的影響。夾雜物是造成鋼材各向異性的主要原因，也是層狀撕裂的發(fā)源地。②母材性能的影響。金屬基體本身的塑性、韌性對層狀撕裂有重要影響。塑性、韌性差，就意味著抗層狀撕裂的能力差。③拘束應力的影響。任何焊接裂紋都是在拉伸應力的作用下發(fā)生的，層狀撕裂也不例外。只有在角接接頭和T形接頭這類易形成較大兩向拘束應力的情況下，才會引起層狀撕裂。第108頁/共132頁4.層狀撕裂(3)層狀撕裂的預防措施層狀撕裂修復困難，對這種缺陷主要是預防。①當焊接接頭的拘束程度可能會導致層狀撕裂時，就應對所用鋼板進行層狀撕裂敏感性評定，并選用對層狀撕裂敏感性低的鋼板。②采用合理的坡口型式，盡可能使焊縫熔合線同鋼板成一角度。③對層狀撕裂比較敏感的鋼種，如設計允許，可用強度等級較低、塑、韌性較好的焊接材料，降低鋼板厚度方向的應力。④鋼種的層狀撕裂敏感性較高，可在焊接坡口處的鋼板表面預先堆焊幾層低強度的焊縫金屬。第109頁/共132頁4.7鍋爐壓力容器用鋼的焊接工藝特點

鍋爐鋼分類GB713GB5310鍋爐GB沒有涵蓋ASTM鋼號對照低碳鋼20gQ235-ABCD(GB700)20G10,20GB308710,20GB816320R

A178-CA210-A低合金高強度鋼16Mng19Mng22Mng13MnNiMoNbg20MnG25MnG

16MnR

珠光體耐熱鋼12Cr1MoVg15CrMog15MoG20MoG15CrMoG12Cr2MoG12Cr1MoVG12Cr2MoWVTiB12Cr3MoVSiTiB

1.25Cr0.5MoA213-T1

A213-T11/P11A213-T22/P22

A213-T23/P23馬氏體耐熱鋼

10C9Mo1VNb

10Cr9MoW1.6VNb10Cr12MoW2VNbA213-T91/P91A213-T92/P92A213-T/P122奧氏體不銹鋼

0Cr18Ni90Cr19Ni11Nb

0Cr17Ni12Mo20Cr18N10TiA213-TP304HA213-TP347HA213-TP316HA213-TP321H第110頁/共132頁4.7鍋爐壓力容器用鋼的焊接工藝特點

4.7.1低碳鋼焊接工藝制造鍋爐受壓元件的低碳鋼主要有Q235—ABCD，20g鋼板和10，20，20G鋼管，這些材料主要用來制造工業(yè)鍋爐的鍋筒、管束、集箱等，碳鋼強度低，所以高壓或超高壓以上的自然循環(huán)鍋爐鍋簡一般不采用低碳鋼，而是采用低合金結構鋼。但美、日些鍋爐制造廠習慣上仍采用低碳鋼來制造鍋爐鍋筒，如SA299鋼板，低碳鋼碳含量低，沒有淬硬傾向，可焊性好，工藝性能好。焊接性能良好，不必采用特殊的焊接工藝，通常一些薄壁件也不需要焊后熱處理，可采用所有的焊接方法進行焊接，并能獲得性能良好的焊接接頭。

第111頁/共132頁4.7.2低合金高強度鋼的焊接工藝鍋爐壓力容器廣泛采用低合金高強度鋼，常用的鋼種有16Mng，19Mng，22Mng，20MnG，25MnG，13MnNiMoNbg，可以分成兩類：1.屈服極限小于400MPa16Mng，19Mng，22Mng，20MnG，25MnG等，Mn含量提高了鋼的強度，但未損害鋼的塑性和韌性，碳含量低，沒有淬硬傾向，可焊性好，工藝性能好。2.屈服極限大于400MPa

13MnNiMoNbg等，電弧焊時，各種冷卻速度下都可能在熱影響區(qū)內形成馬氏體組織。焊縫和熱影響區(qū)對冷、熱、再熱裂紋都比較敏感。第112頁/共132頁4.7.2低合金高強度鋼的焊接工藝使用堿性低氫焊條，烘干后隨用隨取。焊前預熱和焊后低溫消氫處理相配合，防止強度級別較高的低合金鋼產生冷裂紋。采取適當?shù)暮附右?guī)范以控制焊接冷卻速度。對于有過熱傾向而又有一定淬硬性的鋼，可以用線能量小的規(guī)范，以減少高溫停留時間，同時采用預熱來減小過熱區(qū)的淬硬性。盡量減少結構的剛性和裝配應力，禁止強力組裝，并采用合理的焊接順序。采用焊后熱處理，以減少焊縫殘余應力和改善組織狀態(tài)。第113頁/共132頁4.7.3珠光體耐熱鋼的焊接工藝

珠光體耐熱鋼正火后組織為珠光體，具有足夠的蠕變強度和抗氧化能力，中高壓以上的鍋爐過熱器、再熱器管束、集箱等，常用的有：15MoG，20MoG，15CrMoG，12Cr2MoG，12Cr1MoVG，12Cr2MoWVTiB，12Cr3MoVSiTiB(1)含有不等的合金元素Cr,Mo,V。這類鋼焊接時焊縫和熱影響區(qū)易形成淬硬組織，使焊接接頭脆性增大，容易產生裂紋。(2)產生冷裂紋及再熱裂紋傾向。

焊前預熱，焊后緩冷。任何厚度的耐熱鋼焊接接頭焊后都應進行熱處理，以消除殘余應力，加快接頭中氫的逸出，避免冷裂紋產生。第114頁/共132頁4.7.49%~12%Cr馬氏體型耐熱鋼焊接工藝9%~12%Cr系馬氏體型耐熱鋼具有很高的蠕變斷裂強度和抗氧化能力，填補了低合金鋼和奧氏體鋼之間空白，其中10C9Mo1VNb鋼625的蠕變斷裂強度和奧氏體鋼0Cr18Ni9等強度、10Cr9MoW1.6VNb、10Cr12MoW2VNb的性能則更加優(yōu)異，是下一步發(fā)展更高參數(shù)、更大容量的超超臨界發(fā)電機組主力鋼種。(1)含有不等的合金元素Cr,Mo,V,Nb等。這類鋼焊接時焊縫和熱影響區(qū)易形成淬硬組織，使焊接接頭脆性增大，容易產生裂紋。(2)焊前預熱，焊后進行熱處理，避免產生冷裂紋。任何厚度的耐熱鋼焊接接頭焊后都應進行熱處理，以消除殘余應力，加快接頭中氫的逸出，避免冷裂紋產生。第115頁/共132頁4.7.5奧氏體不銹鋼的焊接工藝

奧氏體鋼具有高的熱強性和優(yōu)良的抗氧化性、抗腐蝕能力，是高蒸汽參數(shù)的鍋爐過熱器，再熱器管材高溫段主要用鋼。我國比較典型有18-8，國外15-10型，25-20型奧氏體不銹鋼。1.奧氏體鋼焊接主要問題

晶間腐蝕是18-8型奧氏體鋼最危險破壞形式之一。特點足腐蝕沿晶界深入金屬內部，導致脆性破壞，引起金屬力學性能顯著下降。晶間腐蝕典型過程是不銹鋼焊后450~850℃溫度范圍停留一段時間后，碳向奧氏體晶粒邊界擴散，并和鉻化合析出碳化鉻。而鉻擴散速度小，來不及向邊界擴散、補充，即造成奧氏體邊界貧鉻，使晶間喪失抗腐蝕性能，產生晶間腐蝕。第116頁/共132頁4.7.5奧氏體不銹鋼的焊接工藝奧氏體鋼焊接工藝(1)控制含碳量。碳是造成晶間腐蝕的主要因素。如含碳量很小，則碳全部溶解在固溶體中，不易擴散產生晶間腐蝕。焊接材料的含碳量應控制在0.08%以下或更低(＜0.04％)，可提高焊縫抗晶間腐蝕性能。(2)添加穩(wěn)定劑。在焊接材料中加入鈦、鉭、鈮、鋯和碳親和力比鉻強元素，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，可提高抗晶間腐蝕能力。第117頁/共132頁4.7.5奧氏體不銹鋼的焊接工藝奧氏體鋼焊接工藝(3)采用合理的工藝措施。為防止奧氏體鋼在450~850℃停留時間過長，產生晶間腐蝕，焊奧氏體鋼時，一般不預熱，應盡可能采用大的焊接速度、短弧和焊條不作橫向擺動。多道焊時、待前一條焊縫完全冷卻再焊下一道焊縫，或用墊板加速焊縫冷卻。(4)焊后熱處理。焊后可將焊接接頭進行固溶處理。方法