《壓力管道技術(shù)》 第十章 施工安裝

管道工程工藝標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范做法相關(guān)

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二零XX年XX月XX日

壓力管道技術(shù)

目錄

第一章緒論...................................................................1

第一節(jié)壓力管道的特點....................................................1

一、壓力管道的定義及分類................................................1

二、壓力管道的特點......................................................2

第二節(jié)壓力管道的研究范疇................................................3

一、設(shè)計................................................................3

二、制造.................................................................7

三、安裝.................................................................7

四、應(yīng)用（運行）........................................................8

第三節(jié)壓力管道的基本要求................................................8

一、安全性..............................................................9

一經(jīng)濟樣.........................................................................Q

第二章應(yīng)用總準(zhǔn)體系..........................................................11

第一節(jié)國際上常用的標(biāo)準(zhǔn)體系..............................................11

一、德國及前蘇聯(lián)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系............................................11

二、美國及日本應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系..............................................12

三、國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系.......................................14

四、英國及法國應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系..............................................14

第二節(jié)國內(nèi)常用的標(biāo)準(zhǔn)體系................................................15

一、石化行業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系................................................15

二、化工行業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系................................................16

三、機械行業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系................................................17

四、中國國家應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系................................................17

第三節(jié)常用壓力管道應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)配伍表.......................................19

附錄F2—1常用的管子標(biāo)準(zhǔn)及其外徑尺寸對比...............................21

第三章材料...................................................................22

第一節(jié)金屬材料基本知識（一）...........................................22

一、金屬的微觀結(jié)構(gòu)......................................................22

二、金屬材料的基本性能..................................................28

三、溫度對金屬材料性能的影響...........................................30

四、常見元素對金屬材料性能的影響.......................................32

第二節(jié)常用金屬材料......................................................36

一、常用黑色金屬材料....................................................37

二、常用有色金屬材料....................................................43

第三節(jié)石油化工生產(chǎn)過程中常見的腐蝕環(huán)境.................................44

一、常見的腐蝕類型及定義................................................44

二、常見的幾種腐蝕介質(zhì)..................................................48

三、常見的幾種腐蝕環(huán)境..................................................52

第四節(jié)壓力管道常用金屬材料的基本限制條件...............................54

一、一般限制條件........................................................54

二、常用材料的應(yīng)用限制..................................................56

三、其它方面對材料的限制................................................57

第五節(jié)常用非金屬材料....................................................58

一、常用工程塑料及其襯里管..............................................59

二、常用橡膠襯里管子....................................................62

三、其它非金屬及其襯里管子..............................................63

四、非金屬材料及其襯里的設(shè)計與施工.....................................63

附錄F3—1常用金屬材料的物理參數(shù).......................................66

第四章管道壓力等級..........................................................69

第一節(jié)設(shè)計條件..........................................................69

一、設(shè)計壓力............................................................69

二、設(shè)計溫度............................................................70

第二節(jié)影響管道壓力等級確定的因素.......................................71

一、影響公稱壓力等級確定的因素.........................................71

二、影響壁厚等級確定的因素.............................................71

第三節(jié)壓力等級的確定方法...............................................74

一、管道壓力等級確定的原則.............................................74

二、公稱壓力等級的確定方法.............................................75

三、壁厚等級的確定方法.................................................76

第四節(jié)特殊管道元件的強度設(shè)計...........................................77

一、法蘭強度設(shè)計........................................................77

二、常用非標(biāo)準(zhǔn)管件的壁厚確定...........................................84

三、管道的開孔補強.....................................................86

附錄F4—1常用墊片的比壓力y和墊片系數(shù)m.......................................................90

附錄F4-2盲板或平蓋封頭的計算直徑和結(jié)構(gòu)特征參數(shù)......................91

第五章管道元件應(yīng)用..........................................................92

第一節(jié)管子..............................................................92

一、焊接鋼管............................................................92

二、無縫鋼管............................................................93

三、復(fù)合管和襯里管.....................................................95

四、其它類管子..........................................................95

第二節(jié)管件..............................................................96

一、連接型式............................................................96

二、對焊管件............................................................97

三、承插焊和螺紋連接管件...............................................98

四、其它管件............................................................100

第三節(jié)法蘭及緊固件......................................................101

一、法蘭................................................................101

二、螺栓/螺母...........................................................102

三、墊片................................................................102

四、盲板、8字盲板、限流孔板和混合孔板.................................103

第四節(jié)閥門及其它管道設(shè)備................................................104

一、對閥門的一般要求...................................................104

二、閘閥、截止閥、止回閥...............................................107

三、蝶閥、球閥、疏水閥.................................................107

四、儀表調(diào)節(jié)閥和安全閥.................................................108

五、其它管道設(shè)備........................................................108

第六章管系靜應(yīng)力分析........................................................110

第一節(jié)靜力分析的基礎(chǔ)知識................................................110

一、基本概念............................................................110

二、管道元件變形的幾種基本型式..........................................112

三、強度理論............................................................118

四、強度分析............................................................124

第二節(jié)管系靜應(yīng)力的計算與評定............................................128

一、管系靜應(yīng)力分析的目的及任務(wù)..........................................129

二、管系靜應(yīng)力的分析方法................................................130

三、ANSI簡單判斷法....................................................131

四、CAESARII詳細(xì)應(yīng)力分析法............................................132

第三節(jié)管系的熱脹及柔性設(shè)計..............................................140

一、熱膨脹的概念........................................................141

二、管系柔性的概念......................................................143

三、影響管系柔性的因素..................................................144

四、管系的柔性設(shè)計......................................................145

附錄F6—1常用管件的應(yīng)力增強系數(shù)和柔性系數(shù).............................149

第七章管系動應(yīng)力分析........................................................151

第一節(jié)機械振動理論......................................................151

一、基本概念............................................................151

二、機械振動研究的目的和方法............................................152

三、機械振動理論........................................................152

第二節(jié)往復(fù)壓縮機管道的振動分析與設(shè)計...................................158

一、第一振系的分析與設(shè)計................................................159

二、第二振系的分析與設(shè)計................................................160

三、第三振系的分析與設(shè)計................................................163

四、第五振系的分析與設(shè)計................................................166

五、管道振動設(shè)計的其它問題..............................................167

第三節(jié)其它常見的管道振動設(shè)計............................................168

一、兩相流介質(zhì)呈柱塞流時引起的管道振動分析及設(shè)計.......................168

二、水錘引起的管道振動分析及設(shè)計.......................................168

三、介質(zhì)渦流引起的管道振動分析及設(shè)計...................................169

四、轉(zhuǎn)動機械動不平衡引起的管道振動分析及設(shè)計...........................169

五、風(fēng)載荷引起的管道振動分析及設(shè)計.....................................169

六、地震載荷引起的管道振動分析及設(shè)計...................................169

第四節(jié)管道的低循環(huán)疲勞破壞及設(shè)計.......................................170

一、基本概念............................................................170

二、低循環(huán)疲勞的分析與計算..............................................172

三、低循環(huán)疲勞設(shè)計時應(yīng)注意的問題.......................................174

附錄F7—1常見材料的設(shè)計疲勞曲線.......................................175

第八章管道支撐..............................................................179

第一節(jié)概述...............................................................179

一、管道支吊架的分類....................................................179

二、支吊架的結(jié)構(gòu)組成....................................................181

第二節(jié)支吊架的型式選用..................................................183

一、一般選用原則........................................................183

二、常用支吊架型式及其選用..............................................184

三、彈簧支吊架..........................................................192

第三節(jié)支吊架的位置確定..................................................197

一、支吊架位置確定的原則................................................197

二、管道允許跨距的確定..................................................199

第四節(jié)支吊架的載荷計算及強度設(shè)計.......................................202

一、載荷的分類及計算....................................................202

二、管道支撐件的強度設(shè)計................................................206

第九章采購與制造............................................................209

第一節(jié)金屬材料的基本知識（二）.........................................209

一、冶煉方法及其對材料性能的影響.......................................209

二、加工變形及其對材料性能的影響.......................................211

三、熱處理及其對材料性能的影響.........................................213

第二節(jié)檢測技術(shù)..........................................................219

一、化學(xué)成分分析........................................................219

二、機械性能試驗........................................................220

三、耐腐蝕性試驗.......................................................222

四、宏觀組織檢驗.......................................................223

五、微觀組織檢驗.......................................................226

六、無損檢測............................................................227

第三節(jié)管道及其元件的常用制造方法.......................................231

一、鑄造................................................................231

二、壓力變形加工.......................................................234

第四節(jié)管道元件的采購和技術(shù)要求.........................................237

一、編寫詢標(biāo)技術(shù)文件...................................................237

二、參加技術(shù)談判.......................................................238

三、編寫訂貨技術(shù)文件...................................................240

四、中間技術(shù)資料確認(rèn)...................................................241

附錄F9-1常用的檢查試驗標(biāo)準(zhǔn)...........................................242

附錄F9—2布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度對照表..........................243

第十章施工安裝..............................................................244

第一節(jié)金屬焊接的基本知識（一）.........................................244

一、金屬焊接的分類.....................................................244

二、電弧焊接過程的金屬理論.............................................247

三、焊接接頭缺陷.......................................................251

四、焊接接頭的檢查與試驗...............................................254

第二節(jié)金屬焊接的基本知識（二）.........................................256

一、焊接技術(shù)............................................................256

二、常用材料的焊接.....................................................261

第三節(jié)常用壓力管道施工規(guī)范介紹.........................................264

一、適用范圍及管道分類.................................................264

二、管道及其元件安裝前的檢查...........................................265

三、管道的焊接與檢驗...................................................266

四、管道的壓力及密封試驗...............................................268

第四節(jié)設(shè)計人員在施工中的任務(wù)...........................................270

一、設(shè)計文件的技術(shù)交底.................................................270

二、處理施工中與設(shè)計有關(guān)的技術(shù)問題....................................271

二、一些常見的施工問題.................................................271

附錄F10-1常用管道焊接坡口型式及尺寸.................................274

附錄F10-1常用管道施工標(biāo)準(zhǔn)...........................................276

第十一章運行使用............................................................277

第一節(jié)運行前的檢查.....................................................277

一、竣工文件檢查.......................................................277

二、現(xiàn)場檢查............................................................281

三、建檔、標(biāo)識及數(shù)據(jù)采集...............................................283

第二節(jié)運行中的檢查和監(jiān)測...............................................285

一、運行初期檢查.......................................................285

二、巡線檢查及在線監(jiān)測.................................................287

三、末期檢查及壽命評估.................................................287

第三節(jié)壓力管道事故的呈報及分析.........................................289

一、壓力管道事故的呈報.................................................289

二、壓力管道事故的分析.................................................289

三、工程引例............................................................291

第十章施工安裝

壓力管道的現(xiàn)場安裝及施工一般涉及到管子及其元件的安裝前抽檢、管道的預(yù)制及機加工、管道的

焊接及檢查、管道的吹掃及試驗、工程驗收等內(nèi)容，除此之外，它還包括現(xiàn)場施工程序編制、現(xiàn)場施工

組織、現(xiàn)場施工管理等方面的內(nèi)容。這些問題是施工技術(shù)人員研究的問題。本書仍按既定原則，即僅從

設(shè)計人員的角度來介紹有關(guān)的問題。

在壓力管道的現(xiàn)場施工中，焊接占去了大部分的施工工作量，而且它也是全部施工工作中最關(guān)鍵的

一個內(nèi)容，同時也是技術(shù)最復(fù)雜的工作內(nèi)容，焊接質(zhì)量的好壞直接影響到壓力管道的安全。因此本章將

首先介紹一些有關(guān)的焊接基本知識，然后介紹幾個常用的施工規(guī)范及其應(yīng)用注意事項，最后介紹設(shè)計技

術(shù)人員應(yīng)如何配合管道的現(xiàn)場施工。

第一節(jié)金屬焊接的基本知識(一)

焊接是使兩個分離的金屬構(gòu)件借助于原子間的聯(lián)系和擴散，形成永久結(jié)合接頭的過程。焊接是實現(xiàn)

管道連接最常用的方法之一，它與法蘭、螺紋連接相比，具有下列一些特點：

a、接頭重量輕，可以節(jié)省大量的金屬材料；

b、接頭價格便宜。因為采用法蘭或螺紋連接時，需要采用經(jīng)過精密機加工的專用管道元件，成本較

高；

c、接頭強度高，密封性能好；

山為不可拆卸接頭；

e、現(xiàn)場勞動強度大，且因為焊接過程可能會產(chǎn)生強光或有害氣體，需要加強勞動保護。

正因上述原因，管道的連接接頭約有90%為焊接，除非管道結(jié)構(gòu)或工藝要求必須為可拆卸或者不能

焊接的接頭才采用法蘭和螺紋連接。

由于這部分的內(nèi)容較多，考慮章節(jié)的均衡問題，故將它分為兩節(jié)介紹。

一、金屬焊接的分類

焊接的分類方法很多，常見的分類方法有以下三種。

(-)按接頭型式和用途分類

按接頭型式可分為角焊、對焊、點焊、斷續(xù)焊、塞焊、密封焊等，見圖10-1所示。

a、角焊b、對焊c、點焊d、斷續(xù)焊e、密封焊

圖10-1焊接接頭型式分類

在壓力管道中，小口徑薄壁管子及管件常用角焊，詳見第五章所述。除小口徑管道外，它還經(jīng)常用

于平焊法蘭接管、開口補強接頭、支吊架連接接頭的焊接。根據(jù)元件的厚度不同，它又可分為單面焊和

雙面焊兩種。角焊不能采用射線探傷，故其接頭強度和焊接質(zhì)量不易檢查。

對焊是管道器材元件連接中應(yīng)用最多的一種焊接。根據(jù)管道元件的厚度不同可分為單面焊、雙面焊

、帶墊板和不帶墊板焊接等多種型式。

點焊是在整個接頭中僅就幾個點進行焊接，常用于裝配定位或正式焊接前的定位。

斷續(xù)焊是在整個接頭中分段進行焊接。它常用于某些管道支吊架的焊接，此時只需要強度滿足要求

即可，而不需要嚴(yán)密性。斷續(xù)焊可以減少焊縫長度，從而減少焊接工作量，又不容易引起過大的焊接變

形。管道及其元件間的焊接是不允許采用斷續(xù)焊的。

塞焊常用于襯里層與基層的焊接，壓力管道中不常用。

密封焊是對管道元件其它連接接頭的補充焊接，起二次密封作用。例如，螺紋接頭的焊接、閥蓋法

蘭的焊接等。密封焊常采用低熔點材料進行焊接，容易清除掉，不影響原接頭的可拆性。

（二）按接頭位置分類

按焊接接頭與焊接材料（焊條）的相對空間位置不同可分為平焊、立焊、橫焊和仰焊等類型。見圖

圖10-2所示。

a、平焊b、立焊c、橫焊d、仰焊

圖10-2焊接接頭與焊條的相對空間位置分類

平焊使得焊接人員以比較舒適的姿式工作，因此焊接速度快，生產(chǎn)率高。由于重力的作用，焊縫容

易成形，外觀好，出現(xiàn)咬邊、末焊透、焊瘤等缺陷的機會少，故焊接質(zhì)量較好。但是，如果焊縫材料分

渣不好，易產(chǎn)生夾渣。由于它可以有較多的熔池金屬存在，故可以采用較大的焊條直徑和焊接電流，故

可提高生產(chǎn)率?？偲饋碇v，平焊的焊接質(zhì)量較好，故在焊接質(zhì)量評定和現(xiàn)場施工檢查中，對平焊和其它

型式的焊接要求是不一樣的。例如一些施工規(guī)范規(guī)定，固定焊比轉(zhuǎn)動焊的無損探傷比例大，就是因為轉(zhuǎn)

動焊可以均為平焊，而固定焊可能不得不部分采用立焊、橫焊或仰焊。

就對焊接人員的姿式影響來說，立焊劣于平焊，但優(yōu)于仰焊，故焊接人員的工作效率和工作質(zhì)量介

于平焊和仰焊之間。由于重力的作用，熔渣容易從熔池金屬中分離出去，不易使焊縫產(chǎn)生夾渣，但此時

若熔池金屬太多，容易下流而產(chǎn)生焊瘤、咬邊等缺陷，焊縫外觀質(zhì)量也不如平焊，故立焊時常采用小直

徑焊條和小電流焊接。

橫焊與立焊的特點基本相似，僅僅是其咬邊和焊瘤易出現(xiàn)的位置不同。橫焊的咬邊容易出現(xiàn)在焊縫

的下邊沿。

仰焊將使焊接人員以極不舒適的姿式焊接，勞動強度大，勞動條件差，焊接質(zhì)量也較差，故施工時

應(yīng)盡量減少仰焊的數(shù)量。

（三）按焊接方法分類

自從工業(yè)焊接方法問世以來，得到了迅猛發(fā)展，到目前為止，焊接方法已有近百種之多。在這里僅

就壓力管道中可能用到焊接方法進行介紹。

壓力管道中可能遇到的焊接方法如圖10—3所示。

手工電弧焊

自動埋弧焊

半自動埋弧焊

--------氣焊E

——二氧化碳?xì)怏w保護焊

——熔化焊---------氣體保護焊

-----惰性氣體保護焊

壓力管道焊接--------等離子焊

--------鍛焊

—壓力焊________接觸焊

高頻焊

圖10—3按焊接方法分類

1、熔化焊

利用外部加熱使構(gòu)件連接處熔化，從而實現(xiàn)構(gòu)件的原子間結(jié)合的焊接方法稱為熔化焊。它的特點是

焊接接頭達(dá)到完全的冶金結(jié)合，接頭的機械性能接近或完全達(dá)到甚至超過母材，因此它是目前應(yīng)用較多

的一種焊接方法。

常用的熔化焊焊接方法有電弧焊、氣體保護焊、等離子焊、氣焊等。

a、電弧焊

電瓠焊是在電極（通常為與電源連接的焊條或焊絲）和焊件之間造成電弧，并利用電弧產(chǎn)生的熱量

,將接頭處的金屬及填充金屬熔化，形成永久性接頭的焊接方法。它是目前應(yīng)用最廣泛的一種焊接方法

。電瓠焊具有焊接質(zhì)量可靠，熱影響區(qū)小，焊接速度快的特點。

根據(jù)操作方式的不同，常用的電弧焊有手工電瓠焊、自動埋弧焊、半自動埋瓠焊之分。其中，手工

電弧焊與自動埋弧焊相比，它們的優(yōu)缺點見表10-1所示。

表10-1手工電弧凋N和自動埋孤焊的特點

比較項目手工電弧焊自動埋弧焊

人工夾持填充材料，并沿焊健接頭專用機械夾持焊接填充材料，并通過機械自動運

操作方式移動而完成焊接。焊接填充材料通送焊接填充材料，焊接接頭也自動前進，焊接填

常為帶藥皮的焊條充物通常為焊絲，并通過機械自動輸送保護材料

生產(chǎn)效率生產(chǎn)效率低，勞動強度大，生產(chǎn)環(huán)可以采用較大的焊接參數(shù)，故生產(chǎn)效率高。由于

境差機械操作，人員只需操作機器，故勞動強度低

焊接質(zhì)量受焊接人員的技術(shù)水平、環(huán)境等影受人為的影響較小，焊接質(zhì)量穩(wěn)定，焊箕表面質(zhì)

響，質(zhì)量不穩(wěn)定量較好。由于焊接電流大，不易產(chǎn)生未焊透等缺

陷。不存在換焊條問題，為連續(xù)完成，故減少了

由于這個原因而引起的焊接質(zhì)量問題

焊料及電較厚件需要開坡口，焊縫金屬填充由于焊接電流大，熔深大，較厚件也可以不開坡

能的利用量較大。每根焊條均要留下一截夾口。由于焊縫金屬的燒損和飛濺少，故金屬損失

持段，造成浪費也較少

生產(chǎn)設(shè)備設(shè)備簡單，一次投資低設(shè)備復(fù)雜，為專用的焊接設(shè)備，一次投資高

焊接位置不受位置限制，操作比較靈活限用于焊筑形狀簡單、能實現(xiàn)自動成形的水平焊

縫或螺旋焊縫。當(dāng)焊接構(gòu)件的尺寸、接頭型式等

發(fā)生變化時，需重新調(diào)整機器的有關(guān)參數(shù)

適用場合適用于小批量、接頭型式多變的場適用于大批量同一類型接頭型式的焊接，常用于

合，故施工現(xiàn)場一般均采用該方法鋼管廠制造焊接鋼管

半自動埋弧焊的特點介于手工和全自動埋弧焊之間。

b、氣體保護焊

氣體保護焊實際上是電弧焊的一種。對手工電弧焊來說，其熔池金屬是通過焊條藥皮產(chǎn)生的熔渣來

覆蓋，以避免與空氣的接觸。對于自動埋弧焊，它是通過大量的焊劑材料將電弧及熔池金屬均覆蓋起來

以達(dá)到隔絕空氣的目的。而氣體保護焊則是通過非氧化性氣體或惰性氣體將電孤及溶池金屬與空氣隔絕

,從而達(dá)到保護焊縫金屬的目的。氣體保護焊與前二者相比，具有下列特點：由于沒有熔劑，整個焊接

過程和熔池情況可見性好，便于操作控制，焊^表面成形好。而且由于沒有熔劑的存在，焊縫的夾渣已

不存在。由于保護氣體的氣流對強柱有壓縮作用，使電弧熱量更集中，因此焊縫熱影響區(qū)減小，焊縫質(zhì)

量較好，構(gòu)件變形也較小，同時也可節(jié)省能源。但焊接過程要消耗大量氣體，尤其是制取費用較高的惰

性氣體（如氧氣、氨氣），焊接費用較高。壓力管道的焊接常用它作為單面焊雙面成形的打底焊和蓋面

焊。

根據(jù)所采用的保護氣體不同，氣體保護焊可分為二氧化碳?xì)怏w保護焊、氧氣氣體保護焊（通常也稱

它為氫弧焊）和氨氣氣體保護焊等。二氧化碳?xì)怏w保護焊與氯氣、氨氣保護焊相比，其最大特點是氣體

較廉價。但由于二氧化碳在電瓠的作用下會被電離而分解出氧和一氧化碳，前者對熔池金屬易產(chǎn)生氧化

作用，而后者易使焊縫產(chǎn)生氣孔等缺陷，故其焊縫質(zhì)量不如惰性氣體保護焊好。

c、等離子焊

等離子焊是利用等離子弧作為熱源，將焊接接頭的局部金屬和填充金屬熔化而進行焊接的一種方法

。作為等離子焊熱源的等離子弧，與一般電弧相比具有以下特點：溫度高，通?？蛇_(dá)16000°K-33000

°K；速度高，可達(dá)300m/s~100m/s；能量密度大，可達(dá)480kw/cm2?這些特點使得等離子焊具有焊

縫熱影響區(qū)小、焊接構(gòu)件變形小、焊接接頭質(zhì)量好及焊接速度快等優(yōu)點，它常用來焊接高熔點金屬或合

金。但等離子焊的設(shè)備控制較復(fù)雜，設(shè)備昂貴，而且由于電離產(chǎn)生的金屬氣體對人身有害，焊接時需要

良好的通風(fēng)和勞動保護，故它在工程上的應(yīng)用并不太廣泛。

等離子焊不如等離子切割應(yīng)用廣泛。由于等離子弧具有上述特點，故幾乎沒有不能被它切割的金屬

,并且其熱量集中，具有切割速度快、質(zhì)量好、熱影響區(qū)小及構(gòu)件變形小等優(yōu)點，故壓力管道器材元件

的制造和施工中，常用它來切割鋼板（尤其是合金鋼板）和開設(shè)焊接坡口。

d、氣焊

氣焊是利用可燃?xì)怏w和助燃?xì)怏w混合燃燒形成的火焰，將被焊構(gòu)件的接頭局部溶化，并另外填充焊

接金屬而進行焊接的一種方法。與電弧焊相比，由于火焰的熱強度較低，金屬加熱時間較長，而且加熱

范圍較大，故焊后構(gòu)件的變形較大。氣焊的火焰對熔池金屬的保護較差，容易造成熔池金屬的氧化，而

且易出現(xiàn)氣孔、夾渣等缺陷，故其焊^質(zhì)量較差。因此，在壓力管道現(xiàn)場施工中，這種焊接方法實際上

已很少用。但氣焊不需要電流，設(shè)備簡單，適合于野外的施工及修理工作。由于氣焊的溫度低，不象電

弧焊那樣容易將較薄構(gòu)件燒穿，故它以前常用于較薄構(gòu)件的焊接。但隨著氫弧焊等焊接方法的應(yīng)用，在

較薄構(gòu)件的焊接中，氣焊也逐漸被采用細(xì)焊絲的氮弧焊所代替。

2壓力焊

利用外部加熱，使構(gòu)件連接處的金屬呈塑性或表面熔化狀態(tài)，同時對構(gòu)件施加壓力，從而實現(xiàn)構(gòu)件

間原子結(jié)合的焊接方法稱為壓力焊。與熔化焊相比，它具有下列特點：焊接時一般不需要太高的溫度，

故對母材的損傷小。不需要焊條和保護劑或保護氣，可以減小焊接成本。但其焊接接頭一般情況下冶金

結(jié)合不完全，焊縫質(zhì)量較差，尤其是綜合機械性能較低，故常用于壓力和溫度不高尤其溫度不高的使用

場合。

常用的壓力焊接方法有鍛焊（爐焊）、接觸焊（電阻焊）、高頻焊等。

a、鍛焊（爐焊）

連續(xù)爐焊（鍛焊）是在加熱爐內(nèi)對構(gòu)件進行加熱，然后對已成型的邊緣采用機械加壓方法并使其焊

接在一起而形成具有一條直健的焊接方法。其特點是生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本低，但焊接接頭冶金結(jié)合不

完全，焊縫質(zhì)量差，綜合機械性能差。石化裝置中的水、汽、風(fēng)管道常為采用該焊接方法制造的焊接鋼

管。

b.接觸焊（電阻焊）

電阻焊是利用強大的電流在通過焊接件的接頭處時，利用接頭處的電阻產(chǎn)生熱量，將接頭金屬迅速

加熱到高溫，同時施加壓力使之焊合。其特點是生產(chǎn)效率高，自動化程度高，焊接時不需要焊條和焊劑

,對母材損傷小，焊接變形和殘余應(yīng)力較小。但其焊接設(shè)備復(fù)雜，價格高，對焊接接頭的表面質(zhì)量要求

也比較高。由于接頭處難免有雜質(zhì)存在，所以接頭處的塑性和沖擊韌性較低，不宜用于高溫情況下和重

要的場合。

c,高頻焊

通過高頻感應(yīng)電流發(fā)熱，對焊接接頭局部加熱使表面熔化，然后加壓，使構(gòu)件焊接在一起。其特點

與電阻焊近似，常用于制造焊接鋼管。

二、電弧焊接過程的金屬理論

壓力管道及其元件在制造和現(xiàn)場施工過程中，基本上都是采用電瓠焊，故下面就以電弧焊為例來介

紹有關(guān)的焊接理論和焊接技術(shù)。

（-）焊接金屬及其填充金屬的加熱特性

一般情況下，將電焊機、焊條和焊接件連接構(gòu)成一個閉合電路。電路的電壓較低，一般為24V左右

,而焊接電流較大，一般為50A~250A。當(dāng)焊條與構(gòu)件接觸時，由于接觸點的電阻較大，由此產(chǎn)生較大

的熱量，使接觸金屬溫度升高。如果將焊條離開構(gòu)件一較小的距離，在電壓和高溫的作用下，會使焊條

與構(gòu)件間的氣體發(fā)生電離，從而產(chǎn)生連續(xù)而強烈的放電現(xiàn)象。這種因氣體介質(zhì)的電離而產(chǎn)生的連續(xù)放電

現(xiàn)象就是電弧。

電弧是由一組高溫的正負(fù)離子和電子組成的。就焊條與構(gòu)件之間的電弧來說，其各部分的溫度是不

相同的。以直流電弧為例，陰極區(qū)的溫度約為24009，長度約為104mm,陽極區(qū)的溫度約為2600℃

,長度約為1（?2mm~1（y3mm,陰極與陽極之間的弧柱區(qū)的溫度約為6000X>700（rc。由此可見，對直

流電來說，正接（焊條接電源負(fù)極，焊件接電源正極）與反接（與正接相反）對焊件的熔化溫度是不一

樣的，對于高強度鋼，采用正接可以得到較大的熔深。對于交流電來說，由于其正、負(fù)極為交替出現(xiàn)，

故不存在正接、反接之說?？偲饋碚f，高溫的電弧形成了電瓠焊的熱源。

電瓠燃燒時，弧柱便成為高度電離的氣體導(dǎo)體，而電弧的兩端加有焊接電流和焊接電壓，電弧本身

又具有電阻。根據(jù)電學(xué)原理可知，當(dāng)電阻不變時，電弧發(fā)出的熱量與其電阻和電流成正比，也就是說，

焊接電流越大，電弧產(chǎn)生的熱量越多，對焊件金屬的熔化就越快，熔深越深。而焊接電壓不宜太高，這

是因為焊件本身是作為焊接回路的一部分，它又直接暴露于人們可接觸的地方，故如果電壓太高，會導(dǎo)

致人員觸電。

由于電瓠是被電離的高溫氣體，又是導(dǎo)體，故在焊接中常出現(xiàn)電弧的偏吹問題，它主要是受環(huán)境氣

流（如大風(fēng)）或電流磁場的影響所至。電弧的偏吹會使電弧的燃燒不穩(wěn)定，焊縫成型不規(guī)則，或因弧長

增長而增加了有害氣體侵入的機會，從而導(dǎo)致焊舞質(zhì)量下降等問題。許多施工規(guī)范中都對焊接施工環(huán)境

的風(fēng)速進行了規(guī)定正是源于這個原因。

（二）焊縫金屬的冶金過程

焊件與焊條在電弧的作用下熔化，電弧離開后，熔化的液態(tài)金屬將結(jié)晶凝固。這個熔化凝固過程具

有加熱溫度高，時間短，液態(tài)金屬少，冷卻速度快，并直接與空氣接觸發(fā)生一系列反應(yīng)等特點。為此，

為了補充可能被燒損的金屬，常通過焊條或藥皮（焊劑）加入一些相應(yīng)的金屬，以保證焊健金屬的性能

。由此可以說，焊接的過程，存在著一個冶金反應(yīng)過程。

焊接過程包括的冶金反應(yīng)基本上有以下兩個方面的反應(yīng)：其一是液態(tài)金屬與氣體間的反應(yīng)；其二是

液態(tài)金屬與焊條藥皮或焊劑的反應(yīng)。

1、液態(tài)金屬與氣體間的反應(yīng)

焊接時，熔池周圍充滿了各種成分的氣體，這些氣體主要來自于周圍的空氣，焊件或焊條中的濕氣

（水分），焊件表面的鐵銹、油脂和油漆受熱后蒸發(fā)出的氣體等。在這些氣體中，以氧、氮、氫對焊縫

質(zhì)量的影響最大。

在第九章中已經(jīng)講到，氧的存在會造成許多金屬元素的燒損。氧與鐵形成的氧化鐵，不僅使鐵元素

的量減少，還容易溶入焊健中形成非金屬物夾雜，從而造成焊健金屬性能的下降。氧還能與碳生成一氧

化碳?xì)怏w，使焊縫中出現(xiàn)氣孔。為了減少氧的存在，應(yīng)盡量采用較短的電弧，以避免大量的空氣接觸熔

池金屬。焊前應(yīng)對焊條進行烘干，潮濕或雨雪天不能戶外焊接，以避免大量的濕氣（H2。）因電離而分

解出對焊縫金屬有害的氫氣和氧氣。在焊條藥皮或焊劑中加入脫氧劑可以有效地脫除焊縫金屬中的氧。

氮的存在會使焊舞的塑性和韌性下降，故對它的存在也應(yīng)加以控制。焊舞中的氮主要來自于焊^周

圍的空氣，故焊接時一方面要采用較短的孤長，另一方面要加強溶池熔化金屬的保護。

氫的存在會給焊縫帶來一系列不利的影響。由于氫在液態(tài)金屬和固態(tài)金屬中的溶解度差別較大，故

焊縫金屬冷卻后，過飽和的氫會在晶格缺陷中聚集而還原為氫分子，從而造成局部高壓，這個高壓會導(dǎo)

致晶格缺陷擴展成微裂紋，進而擴展為宏觀裂紋。氫是眾多合金鋼焊縫冷裂紋產(chǎn)生的主要誘因，氫在逸

出過程中容易產(chǎn)生氣孔，氫分散存在于金屬內(nèi)部時容易造成金屬的脆性，等等。由此可見，焊縫金屬中

的氫必須嚴(yán)加控制。氫的主要來源是潮濕的焊接環(huán)境、焊條和焊劑中的水蒸汽，焊件上的油污及油漆在

高溫下也會析出氫，因此焊接時應(yīng)嚴(yán)格控制這些影響因素。除此之外，在焊條藥皮或焊劑中加入CaF2（

即瑩石），它可與氫生成HF而逸出。凡是加入CaF2的焊條稱為低氫型焊條。

2、液態(tài)金屬與焊條藥皮或焊劑的反應(yīng)

在介紹這個反應(yīng)之前，首先介紹一下焊條藥皮或焊劑的作用?？偲饋碇v，焊條藥皮或焊劑主要有以

下作用：

a、焊條藥皮或焊劑隨金屬填充物熔化后（對焊劑是部分熔化），將以熔渣的形式覆蓋在焊^金屬

表面上，從而保護高溫的焊縫金屬免遭空氣的侵害；

b、由于熔渣中存在金屬鈉、鉀、鈣等元素的化合物等易電離介質(zhì)，可以使電瓠中的電離條件得到

改善，使電弧容易點燃，并穩(wěn)定燃燒，減少飛濺，保證焊縫成形良好；

c、在焊條藥皮或焊劑中加入一些特定的物質(zhì)，可以達(dá)到對焊縫金屬進行脫氧、脫硫、脫磷的冶金

目的；

d、通過在焊條藥皮或焊劑中有意加入一些特定金屬元素，可以補償焊接過程中的金屬燒損。

根據(jù)焊條藥皮或焊劑的組成不同，可分為堿性焊條（焊劑）、酸性焊條（焊劑）和中性焊條（焊劑）

三種。堿性焊條（焊劑）中的主要成分為Na2。、K2。、CaO、MgO,FeO,MnO等；酸性焊條（焊劑

）中的主要成分為Si02、Ti2O,P2O5等；中性焊條（焊劑）的主要成分為AI2O3、Fe2O3,V2O5等。

酸性焊條的焊渣呈玻璃狀結(jié)構(gòu)，外表發(fā)亮，容易形成光滑的焊縫。堿性焊條（焊劑）一般呈結(jié)晶狀，焊

縫成形較差。

不同藥皮的焊條或焊劑，在焊縫的冶金反應(yīng)中的作用是不同的。下面將結(jié)合冶金反應(yīng)的目的來介紹

它們的作用。

前面已經(jīng)講過，氧的存在會造成許多有用合金元素的燒損，或者易形成夾雜物，故焊條的藥皮或焊

劑中常加入一些與氧親合力更高的元素如硅、鎰、鈦、鋁等，并生成不溶于焊縫液態(tài)金屬的焊渣而排出

。從這個角度來說，酸性、堿性、中性焊條或焊劑均能達(dá)到該目的。

第三章中已經(jīng)講過，硫的存在能與鐵生成FeS,并以低熔點的FeS-Fe（熔點為985T）或FeS-FeO（

熔點為940匕）共晶存在于晶界上。在高溫下，這些共晶物容易引起材料的紅脆，降低材料的耐蝕性和

材料的強度及塑性，在焊健中它還容易導(dǎo)致結(jié)晶裂紋（熱裂紋）的出現(xiàn)。在焊接冶金反應(yīng)中，往往在焊

條藥皮或焊劑中加入比鐵對硫親合力更大的鎰、鈣等元素，焊接時生成難溶于金屬溶液而容易溶于熔渣

的MnS、CaS,從而達(dá)到脫硫的目的。從脫硫的目的來講，堿性焊條或焊劑更好些。

磷在鋼中可全部溶于鐵素體中，使鐵素體難以變形，從而使鋼材呈現(xiàn)脆性。它也可能以Fe3P的形

式存在，并與鐵形成低熔點共晶物分布于晶界上，但Fe3P與FeS不同，前者強度較高，會阻礙晶界的

常溫變形，故總起來說，磷主要是導(dǎo)致金屬材料冷脆的有害元素。焊接冶金反應(yīng)中脫磷的方法是靠FeO

將磷氧化，然后再與CaO、MgO、MnO等生成復(fù)雜的磷酸鹽，從而達(dá)到脫磷目的。脫磷的反應(yīng)式為：

2P+5FeO,<—?P2O5+Fe

2Fe3P+5FeO?<—?P2O5+11Fe

P2O5+4CaO?—?4CaO?P2c）5

CaO?P2O5易溶于熔渣而排走。由此可見，只有堿性焊條才能脫磷，酸性焊條是不能脫磷的。

在焊接過程中，由于蒸發(fā)、氧化等原因，會損失一部分有用的合金元素，使焊縫的組織和性能受到

影響。為了補償損失的合金元素，或者為了有意識地去改善焊縫金屬的組織和性能，可以在焊條藥皮或

焊劑中加入相應(yīng)的元素，使它們在焊^冶金反應(yīng)過程中熔入到焊健金屬中，使焊^的合金成分達(dá)到希望

的要求。當(dāng)然，在焊接材料中直接提高可能被燒損的合金元素含量或者有意識加入某些特定的合金元素

也能達(dá)到該目的。對于氣體保護電瓠焊，因為不存在焊條藥皮或焊劑，故只有通過改善焊接材料（焊絲

）的成分來達(dá)到這個目的。

（三）焊接接頭的組織與性能

焊接接頭在經(jīng)歷