現(xiàn)代過程裝備制造技術(shù)鋼制壓力容器的焊接

5鋼制壓力容器的焊接目前一頁\總數(shù)二十三頁\編于二十二點5.1焊接接頭5.2常用焊接方法及其焊接工藝5.3常用鋼材的焊接5.4焊后熱處理目前二頁\總數(shù)二十三頁\編于二十二點5.3常用鋼材的焊接5.3.1金屬材料的焊接性5.3.2碳鋼的焊接5.3.3低合金鋼的焊接5.3.4奧氏體不銹鋼的焊接5.3.5鋁及鋁合金的焊接5.3.6鈦及鈦合金的焊接5.3.7異種金屬的焊接目前三頁\總數(shù)二十三頁\編于二十二點5.3.1金屬材料的焊接性金屬材料的焊接性：指材料在一定的焊接工藝條件下（包括焊接方法、焊接材料、焊接工藝參數(shù)和結(jié)構(gòu)形式等），能否獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度和該焊接接頭能否在使用條件下可靠運行。工藝焊接性：指在一定焊接工藝條件下，能否獲得組織、性能均勻一致，無缺陷的焊接接頭的能力。即復(fù)雜的焊縫冶金反應(yīng)對焊縫性能和產(chǎn)生缺陷的影響程度，以及焊接熱源對熱影響區(qū)組織性能及產(chǎn)生缺陷的影響程度。使用焊接性：指焊接接頭或整體結(jié)構(gòu)滿足技術(shù)條件所規(guī)定的各種使用性能的程度。包括常規(guī)的力學(xué)性能及特定條件下的性能，如抗脆性斷裂性能，蠕變、疲勞性能，持久強度，耐腐蝕性能等。目前四頁\總數(shù)二十三頁\編于二十二點5.3.1金屬材料的焊接性評定金屬材料的焊接性需要通過一系列的試驗和理論分析、計算，來進(jìn)行綜合判斷。無論是工藝焊接性還是使用焊接性，評定判斷方法有三種：實際焊接法模擬焊接法理論估算法目前五頁\總數(shù)二十三頁\編于二十二點5.3.1金屬材料的焊接性工藝焊接性試驗方法碳當(dāng)量法：把鋼材化學(xué)成分中的碳和其他合金元素的含量多少對焊后淬硬、冷裂及脆化等的影響折合成碳的相當(dāng)含量，并據(jù)此含量的多少來判斷材料的工藝焊接性和裂紋的敏感性。冷裂紋敏感指數(shù)Pcm：根據(jù)Pcm、板厚及焊條熔敷金屬中的含氫量，可確定防止冷裂所需的預(yù)熱溫度。目前六頁\總數(shù)二十三頁\編于二十二點5.3.1金屬材料的焊接性使用焊接性的試驗方法常規(guī)力學(xué)性能試驗主要是測定焊接接頭在不同載荷作用下的強度、塑性和韌性。拉伸、沖擊、彎曲、應(yīng)變時效敏感性試驗、接頭及堆焊金屬硬度試驗法焊接接頭抗脆斷性能試驗焊接接頭疲勞及動載試驗、焊接接頭的抗腐蝕試驗、焊接接頭的高溫性能試驗?zāi)壳捌唔揬總數(shù)二十三頁\編于二十二點5.3.2碳鋼的焊接碳鋼的分類按含碳量分：低碳鋼C≤0.25%；中碳鋼0.25%<C≤0.60%；高碳鋼C>0.6%。按冶煉方法分：平爐鋼；轉(zhuǎn)爐鋼，又分為氧氣轉(zhuǎn)爐鋼和堿性空氣轉(zhuǎn)爐鋼；電爐鋼。按鋼材脫氧程度不同分：沸騰鋼（F）半鎮(zhèn)靜鋼（b）鎮(zhèn)靜鋼（Z）特殊鎮(zhèn)靜鋼（TZ）。按用途分：結(jié)構(gòu)鋼；工具鋼。按質(zhì)量鋼中有害元素、硫和磷的含量分：普通鋼（P≤0.045%，S≤0.050%）；優(yōu)質(zhì)鋼（P、S≤0.035%）；高級優(yōu)質(zhì)鋼（P≤0.035%，S≤0.030%)目前八頁\總數(shù)二十三頁\編于二十二點5.3.2碳鋼的焊接低碳鋼的焊接低碳鋼的焊接性優(yōu)良。因低碳鋼含碳量低，錳、硅含量又少，所以一般情況不會因為焊接而引起嚴(yán)重硬化組織或淬火組織。這種鋼的塑性和沖擊韌性優(yōu)良，焊后的焊接接頭塑性和沖擊韌性也很好。焊接時一般不需要預(yù)熱和后熱，不需要特殊注意層間溫度，焊后也不必采用熱處理改善組織和性能。整個焊接過程中不需要特殊的工藝措施。低碳鋼焊接時應(yīng)注意以下幾點。被焊材料和焊接材料的質(zhì)量是否合格。焊接線能量不宜過大，特別是埋弧焊時。剛性大的焊接結(jié)構(gòu)在溫度較低的情況下焊接時，可能產(chǎn)生裂紋，可以適應(yīng)考慮預(yù)熱。總之，低碳鋼是最容易焊接的鋼種，可以采用常用的所有焊接方法焊接。目前九頁\總數(shù)二十三頁\編于二十二點5.3.2碳鋼的焊接中碳鋼的焊接當(dāng)含碳量在0.25%左右而含錳量不高時，焊接性良好。隨著含碳量的增加，焊接性逐漸變差。當(dāng)含碳量達(dá)0.50%左右而仍按焊接低碳鋼工藝施焊時，則熱影響區(qū)可能產(chǎn)生硬脆的馬氏體組織，易于開裂。中碳鋼焊接時應(yīng)注意以下幾點。大多數(shù)情況下需要預(yù)熱和控制層間溫度，以降低冷卻溫度，防止產(chǎn)生馬氏體組織。焊后最好立即進(jìn)行消除殘余應(yīng)力熱處理，特別是在厚大件、鋼性大的結(jié)構(gòu)或工作條件較苛刻的情況下。如果不能立即消除殘余應(yīng)力，也應(yīng)采用后熱工藝，以便使擴(kuò)散氫逸出。焊接沸騰鋼時注意向焊縫過渡錳、硅、鋁等脫氧劑元素，以防止減少氣孔的產(chǎn)生。應(yīng)選低氫焊接材料。目前十頁\總數(shù)二十三頁\編于二十二點5.3.2碳鋼的焊接高碳鋼的焊接由于其含碳量更高，更容易產(chǎn)生硬脆的高碳馬氏體，淬硬傾向和裂紋敏感傾向更大，從而焊接性更差。這類鋼不用于制造焊接結(jié)構(gòu)，主要用于制造高硬度耐零部件，高碳鋼的焊接的補焊修理為主。為了獲得高硬度和耐磨性，高碳鋼零件一般都經(jīng)過熱處理。焊接前應(yīng)退火，以減少裂紋傾向，焊后再經(jīng)熱處理，以達(dá)到高硬度和耐磨的要求。高碳鋼焊接時應(yīng)注意以下幾點。高碳鋼焊接前應(yīng)先進(jìn)行退火。焊接材料通常不用高碳鋼，應(yīng)是低氫的。采用結(jié)構(gòu)鋼焊接時必須預(yù)熱，一般預(yù)熱溫度為250~350℃以上。焊接過程中需要保持與預(yù)熱溫度一樣的層間溫度。焊后工件應(yīng)立即送入650℃的爐中保溫，進(jìn)行消除殘余應(yīng)力的熱處理。目前十一頁\總數(shù)二十三頁\編于二十二點5.3.3低合金鋼的焊接強度用鋼（高強鋼）的焊接特點：強度高，塑性、韌性也較好。屈服強度在400MPa的低合金鋼，一般都在熱軋或正火狀態(tài)下使用，基體組織為鐵素體+珠光體，如16Mn鋼（現(xiàn)歸為Q345）。加工性能與低碳鋼相似，具有較好的塑性和焊接性。強度增加，淬硬傾向比低碳鋼稍大。在較低溫度下或剛性大、厚壁結(jié)構(gòu)的焊接時，需要考慮采取預(yù)熱措施，預(yù)防冷裂紋產(chǎn)生。目前十二頁\總數(shù)二十三頁\編于二十二點5.3.3低合金鋼的焊接強度用鋼（高強鋼）的焊接屈服強度為500MPa的低合金鋼，典型代表18MnMoNb，以正火+回火狀態(tài)供貨。除電渣焊外，應(yīng)采取預(yù)熱措施，預(yù)熱溫度一般為150~180℃，對拘束度較大的接頭，預(yù)熱溫度應(yīng)提高到180~230℃。焊后或中斷焊接時，應(yīng)后熱處理。焊接材料為保證焊接接頭的性能和質(zhì)量，焊接線能量適當(dāng)大些，否則易出現(xiàn)淬硬組織而降低韌性，同時注意多層焊時層間溫度控制在預(yù)熱溫度和300℃之間。焊后要進(jìn)行熱處理。電渣焊接頭進(jìn)行正火+回火處理，如遇鋼材性能偏低或要充分發(fā)揮鋼材性能潛力時，可采用調(diào)質(zhì)處理；在手工電弧焊或埋弧自動焊后，進(jìn)行回火或消除殘余應(yīng)力熱處理。目前十三頁\總數(shù)二十三頁\編于二十二點5.3.3低合金鋼的焊接低溫用鋼的焊接在使用溫度下具有足夠的韌性及抵抗脆性破壞的能力。一般通過合金元素的固溶強化細(xì)化晶粒，并通過正火、回火處理細(xì)化晶粒、均化組織，從而獲得良好的低溫性能。含碳量低，其淬硬傾向和冷裂傾向小，具有良好的焊接，但應(yīng)關(guān)注焊縫和粗晶區(qū)的低溫脆性。為了避免焊縫金屬和熱影響區(qū)形成粗晶組織而降低低溫韌性，要求采用小的焊接線能量。焊接電流不宜過大，宜用快速多道焊的方法以減輕過熱，并通過多層焊的重?zé)嶙饔眉?xì)化晶粒，多道焊時要控制層間溫度。應(yīng)注意避免產(chǎn)生缺陷（弧坑、未焊透及焊縫成形不良等），并注意及時修補產(chǎn)生的缺陷，否則裝備在低溫運行時，因鋼材對缺陷和應(yīng)力集中的敏感性大，而增大裝備的低溫脆性破壞傾向。焊后消除應(yīng)力處理可以降低低合金低溫用鋼焊接裝備的脆斷傾向。目前十四頁\總數(shù)二十三頁\編于二十二點5.3.3低合金鋼的焊接耐蝕鋼的焊接雖含有銅、磷等合金元素，但含量較低，所以焊接時不會產(chǎn)生熱裂紋，冷脆傾向也不大，焊接性仍較好。耐蝕鋼的焊接工藝與強度級別較低的熱軋鋼相同。耐蝕鋼的焊接珠光體耐熱鋼的焊接厚板的Cr-Mo耐熱鋼，在加工焊接坡口時，可以采用火焰切割，但要預(yù)熱，并做磁粉檢測表面是否產(chǎn)生裂紋。焊接材料的選擇要注意保證焊后Cr和Mo等重要合金元素的含量，控制碳的含量。焊前預(yù)熱是防止低合金耐熱鋼焊接冷裂紋和消除應(yīng)力裂紋的有效措施之一。焊后熱處理既可以消除焊接殘余應(yīng)力，又可以改善組織、提高接頭的綜合力學(xué)性能，包括提高高溫蠕變強度和組織穩(wěn)定性、降低焊縫及熱影響區(qū)的硬度等。目前十五頁\總數(shù)二十三頁\編于二十二點5.3.4奧氏體不銹鋼的焊接不但能抗很多介質(zhì)（主要是氧化性介質(zhì)）的腐蝕，而且高溫、低溫的力學(xué)性能均較好，-196℃仍具有相當(dāng)?shù)乃苄院晚g性、較好的焊接性。在實際焊接生產(chǎn)中，這類鋼易產(chǎn)生的問題是晶間腐蝕和熱裂紋。預(yù)防焊接熱裂紋的措施：嚴(yán)格限制焊縫中的硫、磷等有害元素的含量。控制焊縫成分，使其形成由奧氏體與鐵素體組成的雙相組織。選用堿性焊接材料，低線能量，快焊快冷，防止過熱。盡量減少焊接殘余應(yīng)力，注意正確的焊接結(jié)構(gòu)，選擇減少焊縫金屬充填量的坡口。目前十六頁\總數(shù)二十三頁\編于二十二點5.3.4奧氏體不銹鋼的焊接預(yù)防晶間腐蝕的措施：控制焊縫的化學(xué)成分：控制焊縫的含碳量；添加穩(wěn)定化元素在被焊母材和焊接材料中；雙相組織法。從焊接工藝著手：以快焊快冷為原則，盡量采用大的焊接速度，短弧焊，不橫向擺動。多層焊時層間要完全冷卻后再焊接下一層，允許采用焊后快冷的方法，如用水激冷焊縫；采用小電流、直流反接為宜；不要在焊接接頭附近引弧，不要敲打工件；與腐蝕介質(zhì)接觸側(cè)焊縫盡量安排在最后焊接，以免其受另一側(cè)焊縫熱源影響而增大晶間腐蝕傾向；當(dāng)存在有晶間腐蝕時，可采用焊后熱處理工藝。穩(wěn)定化退火：加熱到850℃保溫2h后空冷，使碳化物充分析出，鉻得到充分?jǐn)U散以補充貧鉻區(qū)的鉻，減少晶間腐蝕的產(chǎn)生。固溶處理目前十七頁\總數(shù)二十三頁\編于二十二點5.3.5鋁及鋁合金的焊接5.3.6鈦及鈦合金的焊接5.3.7異種金屬的焊接熔合比、稀釋率異種金屬焊接時，通常以熔敷的焊接材料的化學(xué)成分作為焊縫金屬的基本成分，而將熔入的母材引起焊縫中合金元素所占比例的變化視為“稀釋”。稀釋的程度取決于焊縫金屬的熔合比。熔合比即母材金屬在焊縫金屬中所占的百分比。熔合比高時，稀釋的程度大，反之則稀釋的程度小。目前十八頁\總數(shù)二十三頁\編于二十二點5.3.7異種金屬的焊接異種金屬的焊接特點異種金屬焊接時，焊縫金屬與母材熱影響區(qū)金屬之間沒有明顯的界線，而是形成了一個化學(xué)成分即不同于焊縫金屬又不同于母材的過渡層。當(dāng)焊縫金屬與母材金屬化學(xué)成分差別很大時，過渡層不易充分混合，過渡層明顯，其各部位的性能將對焊接接頭的整體性能有重要影響。熔合比或稀釋率高時，過渡層更明顯。目前十九頁\總數(shù)二十三頁\編于二十二點5.4焊后熱處理5.4.1目的和規(guī)范5.4.2方法5.4.3鋼制壓力容器應(yīng)進(jìn)行焊后熱處理的條件目前二十頁\總數(shù)二十三頁\編于二十二點5.4.1目的和規(guī)范焊后熱處理的目的松弛焊接殘余應(yīng)力穩(wěn)定結(jié)構(gòu)形狀和尺寸改善母材、焊接接頭和結(jié)構(gòu)件的性能焊后熱處理規(guī)范加熱溫度保溫時間升溫速度冷卻速度進(jìn)出爐溫度目前二十