壓力容器表面堆焊

壓力容器表面堆焊

一、分類

（1）按電極種類分：

1、實芯焊絲自動鴇極氨弧堆焊（AutoTIG）。

2、藥芯焊材C02氣體保護堆焊（FCAW）o

3、焊條電弧堆焊（SMAW）o

4、帶極堆焊。

5、雙極埋弧自動焊（SAW）。

⑵帶極堆焊分類

1、按堆焊原理分類：分為帶極埋弧堆焊（SAW）和帶極電弧堆焊（ESW）。

2、按堆焊層數(shù)分：單層堆焊和雙層堆焊。

3、按堆焊速度分：普通速度堆焊和高速帶極堆焊。

（2）按堆焊材料分類

1、碳鋼和低合金鋼堆焊。

2、不銹鋼（奧氏體不銹鋼和雙相不銹鋼）堆焊。

3、銀基合金堆焊。

4、硬質合金堆焊。

二、帶極堆焊

（1）帶極堆焊的特點

1、效率高、熔化速度大、一次對焊硬度可達4~6mm。

2、熔深淺、稀釋率較小。

3、焊道表面平整光滑美觀，一般不需加工。

4、節(jié)省焊劑，理論上焊劑與帶極堆焊的熔化比率是0.4~0.5,大的是

鑄極堆焊的1/2。實際上考慮到浪費的問題，焊劑與鋼帶的消耗比例是

0.7~0.8o

5、變形小、由于輸入母材的單位面積熱量相對較少。

6、熔煉型焊劑比燒結型焊劑堆焊熔深大。

（2）帶極堆焊中的焊接工藝參數(shù)

1、鋼帶牌號及尺寸規(guī)格、焊劑牌號。

1

2、焊接電流、焊接電壓、焊接速度、。其中焊接電流對稀釋率的影響

小，而焊接速度影響大。3、鋼帶的干伸長度。4、搭接容易。5、

堆焊厚度。

（3）電渣堆焊：1、定義：利用電流通過熔渣所產(chǎn)生的電阻熱來熔化

焊劑、焊帶、母材，形成堆焊金屬，這種對焊技術的方法就稱之為帶極電

渣堆焊。2、特點：與帶極埋弧堆焊相比。

①熔深淺：由于母材是通過熔渣接受熱量，而不是像埋弧自動焊那樣

電極與母材間產(chǎn)生電弧，所以母材不可能得到大的熔深。電渣堆焊的熔深

一般小于1mm。②稀釋率?。合♂屄嗜绾斡嬎悖考俣ê附舆^程中沒有任

何損耗。

Xw=XB.6+XD（l-6）%

Xw—-某元素在焊縫金屬中的含量。XB--某元素在母材金

屬中的含量。XD--某元素在焊帶金屬中的含量。5

一一稀釋率。

以Ni舉例說明：由于NiB=O.得出3=（NiD-NiW）/NiD對電

渣堆焊而言，最小稀釋率可達5%。

為了更好的說明電渣帶極堆焊稀釋率小的特點。想將各種常用的堆焊

稀釋率方法列表如下：

2

③堆焊層表面平整光滑。一般情況下，表面不平度小于等于1mm。

④與帶極埋弧堆焊相比，焊縫金屬中含氧量和非金屬夾雜物顯著減少。

這主要得益于電渣堆焊是一個相當于電渣重熔的冶煉過程。故雜質非常少,

下表就是一個實例：

3、電渣堆焊的焊接原理

以埋弧焊形式起弧，利用電弧熱熔化焊劑形成液態(tài)熔渣，液態(tài)渣池導

電性非常良好，焊接電流通過焊帶一渣池一母材，就是利用熔渣通電所產(chǎn)

生的電阻熱來熔化鋼帶的母材，實現(xiàn)電渣堆焊過程。

這里需要說明兩點：

①在熔渣通電時，靠熔渣的電阻熱使母材熔化，又因為熔渣的導電率

高，電流很容易從熔化的渣池的上部分分散流過，整個渣池的溫度變得均

勻一致。不致出現(xiàn)加大母材熔深的高溫部位，所以熔深較淺，故電渣堆焊

往往叫淺熔深電渣堆焊。

②所謂的電渣堆焊其實并不完全是一個電渣焊過程，其中也有一部分

電弧焊過程。電極（鋼帶）中間位置與導電性非常良好的熔化熔渣相接觸。

所以電極（鋼帶）中間位置與熔渣很容易接通電流，產(chǎn)生電阻熱來熔化鋼

帶和母材，形成電渣堆焊過程；而在電極兩端，鋪撒在電極前面的焊劑從

旁邊旋進熔池。它起到推開熔渣，阻止熔渣和電極接觸的作用。故在電極

兩端是一個電弧焊的過程，這就是為什么在電渣堆焊時鋼帶頭部呈中間凹

陷兩端突起的形狀。由此也可以說電渣堆焊中電極各部分存在著兩種不同

的熱冷形態(tài)，一種是由于熔渣通電所產(chǎn)生的電阻熱；一種是電弧熱，即電

弧焊過程。只不過電弧焊的比例比正常態(tài)的埋弧焊要少得多。故電渣堆焊

時熔深淺、稀釋率低。

4、應用

①在應用電渣焊時，其焊接電流要比埋弧堆焊大。而焊接電壓要比

埋弧堆3

焊低。一般在23~25伏。

②必須使用電渣堆焊專用焊劑，才能得到電渣過程。且鋼帶成分也作

相應調整，因為電渣焊時合金元素燒損少。

③適用于單層堆焊。由于稀釋率低，堆焊一層也容易得到合適的焊縫

化學成分。

④雙層堆焊時，推薦第一層，采用手用埋弧堆焊，以加大熔深，第二

層采用電渣堆焊，以保證堆焊層表面平整光滑，比較容易忙族堆焊層表面

的質量要求。第一層所以不推薦采用電渣堆焊，主要由于其熔深淺，當焊

帶寬度大于75mm時，在加氫反應器中宜產(chǎn)生氫剝離問題。在封頭堆焊時，

由于堆焊位置的復雜性，為保證堆焊層與母材結合面超探質量，即使用較

窄鋼帶堆焊，第一層也強調推薦采用埋弧堆焊。

⑤使用寬度>50mm鋼帶進行電渣堆焊時，應加磁控，否則由于焊

接電流較大，由焊接電流產(chǎn)生的磁探力作用會使熔融的金屬向中心流動，

從而造成焊道兩側發(fā)生咬邊，且表面不平整，焊道表面成型惡化。一般當

電流>1000安時，尤其需要加磁控，以減少磁場力的影響。

⑥如采用寬度90mm的鋼帶，則所用的電流額定電流大于等于2500

安。

5、高速帶極堆焊

1）泛指堆焊時燒結速度V，15M/h的堆焊方法稱之為高速帶極堆焊。

2）特點：

①一般只能采用埋弧堆焊。

②堆焊的熔深較普通的埋弧堆焊大。

③熔敷效率更高。

④所使用的焊劑應為告訴堆焊專用焊劑。

⑤堆焊層抗氫剝離能力顯著提高。

⑥雙層堆焊，整個堆焊層由過渡層和表層，兩層堆焊金屬組成。對

過渡層的要求如下：

a.過渡層往往采用高Cr-Ni焊材，即309型和309Mo型。其目的是

堆焊金屬成分雖受母材稀釋，但其Cr,Ni含量仍能保持等于或高于18-8不

銹鋼的成分。通過塞弗勒圖可知，其過渡層組成基本上還是奧氏體+鐵素

體。

4

b.以前國內外焊材廠家對于E309L型鋼帶均有兩種成分組成，一種

是Cr24Nil3型，另一種是Cr22Nill型。兩者均可用，但注意其所配用的

焊劑又是不同。c.過度層厚度一般為3mm即可，不宜太厚。

d.過渡層堆焊一般采用埋弧焊方法，其原因有二：一是防止出現(xiàn)堆焊

層與母材之間的未熔合缺陷，二是減少堆焊層產(chǎn)生氫剝離裂紋的敏感性。

對表層的要求如下：

a.堆焊金屬化學成分的要求。在表層有效厚度范圍內(一般要求為

3mm)化學成分應滿足技術條件的要求。以壓力容器內部雙層堆焊

(E309L+E347)技術條件要求為例，表層堆焊金屬的化學成分滿足如下要

求：

CW0.04%,SW0.9%,Mn=0.5~2.50%,PW0.03%,SW0.03%,

Cr=18,0~21.0%zNi=9.0~11.0%,MoW0.5%,CuW0.20%,Nb=0.8~1.0%

b,鐵素體數(shù)的要求：一是根據(jù)其取樣分析的化學成分，按照

WRC-1992(FN)圖進行測稱，其鐵素體數(shù)FN應為3~10(3~8)。二是在焊態(tài)

下用鐵素體測定儀以磁性法對堆焊表層的表面測量鐵素體數(shù)，其FN值為

3-10(3~8)。

c.100%PT合格及對堆焊層為結合及焊接缺陷進行100%UT掃描合格。

d,表面平整度要求：表面應平滑，兩相鄰焊道之間的下凹陷不得大于

1mm,焊道接頭的不平度不得超過1.5mm.

e.堆焊層的厚度要求：用超探方法測量，其堆焊層總厚度為6.5mm

或按標準圖樣規(guī)定。

對焊方法的選擇：帶極堆焊時一般過渡層選用埋弧堆焊(SAW)，而表

面層選用電渣堆焊(ESW),以以保證表面平整光滑。

6、單層堆焊

①焊接方法的選擇：一般應選用電渣堆焊（ESW）方法，但也可以選

用埋弧堆焊（SAW）方法。

②焊材的選擇：焊帶及焊劑均選用單層堆焊專用焊材。其焊帶寬度

應小于或等于75毫米。

③對堆焊層的要求（與雙層堆焊的不同點）

5

a.厚度：一般要求4（+0.5/-0）mm,其表層有效厚度為1.5mm。

b.距離表面1.5mm范圍內應保持其堆焊金屬化學成分達到技術條件

規(guī)定的要求。

三、實芯焊接自動鴇極氫弧堆焊（AutoTIG）

①實質：是一種全自動的填絲的鴇極氨弧焊

②特點：

1）工件旋轉，機頭不旋轉，只做步進式的橫向擺動。

2）適于對內徑650-6150mm小直徑接管內壁堆焊。

3）焊絲直徑為61.0-61.2mm

4）是帶脈沖的直流氮弧焊接

四、藥芯焊絲氣體保護堆焊（FCAW）

①不銹鋼藥芯焊絲進行MAG焊的特點

1）與SMAW相比，熔敷速度可提高2-4倍，其熔敷效率高達90%（而

不銹鋼焊條僅為55%）,生產(chǎn)效率明顯提高

2）對電流、電壓的適應范圍大

3）脫渣性良好，焊道表面光滑，飛濺少，電弧燃燒穩(wěn)定

②不銹鋼藥芯焊絲進行MAG焊（C02）的機理

通過藥芯焊粉加入脫氧劑（主要是脫氧元素Si、Mn）,反應生成MnO、

SiO2形成熔渣而浮到熔池表面，故用CO2焊接不銹鋼藥芯焊絲時，在焊道

表面會有一層熔渣形成。由于目前應用最廣泛的不銹鋼藥芯焊絲均為鈦型

不銹鋼藥芯焊絲，故脫渣性極其優(yōu)良。

③堆焊時推薦的焊接工藝規(guī)范規(guī)程

1）焊接電流：采用直流性電壓特性電源，直流反接極，不宜使用脈

沖電流，否則飛濺會增加。

2）保護氣體：100%82,若使用Ar+20-50%C02混合氣體，易產(chǎn)生

凹坑，氣孔等缺陷。氣體流量為20-25L/min左右。

3）焊絲伸出長度：一般為L伸=15-20mm。

伸出長度過短時易產(chǎn)生凹坑，氣孔等缺陷，過長時，由于大氣中的N

會使焊縫中的N增加，從而會導致焊縫金屬鐵素體數(shù)減少

6

4）焊接規(guī)范參數(shù)

<t>1.2mm；l=180-200A,U=28-30V,V=20-40cm/min

4）1.6mm；l=210-230A,U=30-32V,V=20-30cm/min

5）其他注意事項：

①堆焊時采用半重疊式壓道焊，即相鄰焊道的搭接量應為焊道寬度

的50%,否則會使稀釋率過大。

②藥芯焊絲堆焊的稀釋率在15-25%,提高焊速或增大焊接電流會使

稀釋率增大，鐵素體量減少，鐵素體量減少，故應采用較小電流，低焊速

堆焊。

五、雙極埋弧自動焊

（1）應用場合：

1、主要用于碳鋼和低合金鋼材質的堆焊。

2、加氫反應器內壁凸臺堆焊。

3、容器筒體與裙座連接部位的堆焊。

4、另部件表面補堆焊等。

（2）通用要求：

1、焊接工藝評定的要求：應采用相對應的對接焊縫評定，但注定其

焊縫金屬厚度應在覆蓋范圍之內。

2、所用焊材：英語殼體對接焊縫相同的焊材或另附材質相匹配的焊

材（含焊材、焊絲、焊劑）。

3、堆焊尺寸：在滿足圖紙尺寸的基礎上，若對焊后還需加工，則堆

焊焊肉尺寸應留有足夠的加工余量。

4、對堆焊過程中消除應力退火后，對堆焊焊肉表面應進行100%MT,

還應對堆焊焊肉內部與母材的結合面進行100%UT檢測。

（3）筒體內壁凸臺堆掛

在加氫反應器及類似的壓力容器產(chǎn)品中，往往設計者在筒體設有若干

個支撐凸臺或冷氫臺，他們是合筒體融為一體的。對于板式容器，這些凸

臺都是采用雙極埋弧堆焊的方法堆焊出來的。如果堆焊工藝不當，極易產(chǎn)

生焊接裂紋。因此對于加氫反應器而言，筒體內壁凸臺堆焊是其焊接的關

鍵環(huán)節(jié)之一。

1、凸臺堆焊產(chǎn)生的焊接裂紋的形態(tài)和部位

7

裂紋產(chǎn)生的部位：絕大部分產(chǎn)生于凸臺與通體之間的拐角處，并向筒

體方向延伸。從微觀上看，堆焊金屬與殼體母材之間的熔合線靠母材一側

的熱影響區(qū)的粗晶區(qū)。

裂紋形態(tài)：一種是沿晶界開裂或沿晶界開裂后又穿晶擴展。

裂紋性質：一種屬于再熱裂紋，另一種為冷裂紋。

2、裂紋產(chǎn)生的原因分析

①再熱裂紋產(chǎn)生的原因：

a.加氫反應器使用最多的是2.25Cr-lMo鋼，按再熱裂紋敏感性公式計

算：Psb=Cr%+Cu%+2Mo%+10V%+7Nb%+5Ti%-2

該鋼的Psb大約為25%,具有一定的再熱裂紋敏感性。

含Cr,MO,V的高強鋼和耐熱鋼，具有較強的高溫強度和抗回火軟化能

力，是基于晶粒內存在彌散細小的合金元素碳化物。焊接時，熱影響區(qū)相

當于經(jīng)歷了高溫固溶處理，使這些碳化物溶入固體內，由于焊接的冷卻速

度快，來不及析出。當進行消除應力熱處理時，恰好是合金碳化物在晶粒

內彌散析出，使晶內大大強化。晶內不易滑移，而焊接殘余應力的消除不

能通過晶界滑移來進行。當晶界出承受不了滑移時，就產(chǎn)生晶界裂化。

由于粗晶區(qū)的晶界相對細晶區(qū)較少，故在承受同樣的殘余應力時，此

處易發(fā)生滑移而開裂。

b.拐角處正處于高應力集中區(qū)，在高的殘余應力作用下，此處易發(fā)生

裂紋。c.凸臺采用SAW方法堆焊，相對而言，由于埋弧自動焊的熱輸入

量較大，其熱影響區(qū)的粗晶區(qū)的晶粒較嚴重，產(chǎn)生再熱裂紋的敏感性高。

②冷裂紋產(chǎn)生的原因：

a.由于堆焊時預熱溫度不夠，使焊接熱影響區(qū)，特別是焊趾部分產(chǎn)生

淬硬組織。

b.在拐角處存在著較高的應力集中，尤其在筒體內壁堆焊時，由于焊

縫的縱向收縮，使之對筒體內壁呈現(xiàn)一個向心的拉應力，在拉應力的作用

下，在焊趾處易產(chǎn)生裂紋。

c.若由于各種因素使焊縫中含有較多的氫，隨著冷卻，氫向靠近熔合

線的熱影響區(qū)擴散，作為母材其對氫的融耐度遠小于發(fā)生組織轉變的熱影

響區(qū)。故使大8

量的氫聚集在靠近熔合線的狹窄的熱影響區(qū)內。

在應力、淬硬組織和氫三者的共同作用下，在焊趾部位易產(chǎn)生焊接冷

裂紋。③防止裂紋產(chǎn)生的工藝措施：

a.凸臺堆焊的焊縫截面尺寸盡量采取如圖（1）的形狀，不推薦采用

如圖（2）的形狀，以避免造成局部應力集中過大。

（1）（2）

b.應在帶堆焊區(qū)先用焊條電弧焊方法預先堆焊廠2層焊肉，由于焊條

電弧焊的熱輸入量較埋弧自動焊的小，其焊接熱影響區(qū)的粗晶程度較低0

然后自動焊堆焊時應距焊條電弧焊堆焊層的熱影響區(qū)5~10mm左右。

c.嚴格控制焊前預熱溫度，確保焊條后熱規(guī)范在（250~300）℃X4h.

d.若堆焊金屬截面尺寸較大，待堆焊至一半后，增加一次中間退火處

理，最終全部堆焊完后，必須進行中間消除應力退火處理。

e.堆焊所用的焊條、焊劑使用前應按規(guī)定烘干。

f.對于鍛焊式加氫反應器，建議筒節(jié)鍛件在凸臺部位加工出有一定高

度的凸臺，然后在凸臺上面進行堆焊，以避開高應力的拐角區(qū)。

六、特殊合金堆焊

在這里所指的特殊合金主要指雙相不銹鋼及銀基耐蝕合金，個別部件

也存在硬質合金堆焊。

（1）雙相不銹鋼的堆焊

堆焊用焊材：

a.過渡層焊材，有兩種選擇。

1、按中國石化工程建設公司編制的BCEQ-9338/A《壓力容器內部雙

層堆焊（E309MoL+E2209型）技術條件》規(guī)定。過渡層焊材應采用AWSA5.4

E309MoL型或AWSA5.9ER309MoL型或其他相當著。

2、從技術角度講，采用同類型的從雙相不銹鋼合金元素都是可行的，

也是9

歐洲山特維克等公司推薦的。

b,表層焊材見下表：

注：①SMAW——焊條電弧焊TIG——鴇極筑弧焊MIG——熔化極

氤弧焊SAW——埋弧焊FCAW——藥芯焊絲電弧焊②焊材牌號后面的

符號：

LR——鈦型酸性焊條LB——堿性焊條L——焊絲LT——藥性焊絲

③各種焊材牌號均為瑞典山特維克公司焊材牌號典型焊材牌號的熔

敷金屬成分：（％）

10

推薦焊材生產(chǎn)廠家：

國外廠家：瑞典山特維克公司，阿維斯塔公司，英國曼徹特公司，

日本W(wǎng)EL公司。國內廠家：北京金威公司2）堆焊工藝要求：

a.嚴格控制好焊接熱輸入量。熱輸入量過高會使晶粒粗大，。相和

二次奧氏體（Y2）析出，從而降低焊縫的耐腐蝕性能，也會使韌性下降；

若熱輸入量過小，會使。一Y轉變的少，使。相較高而Y相較少。對于2205

型堆焊，

q=5-25KJ/cm,2507型焊縫應使q控制在

2-15KJ/cmo

b.預熱：通常不做要求。c.層間溫度：應控制在《150℃。d.盡量

采用多道多層焊。e.要絕對避免十分快速的冷卻。3）對堆焊層表層的

要求

a.堆焊金屬化學成分的要求：其表層的化學成分應分別符合AWS

A5.4E2209,A5.9ER2209和AWSA5.4E2553,

A5.9ER2553的規(guī)定。

b.硬度要求：堆焊層表面硬度應在W25HRC。C.鐵素體含量：。相其值

為②銀基合金堆焊

35%-65%o

以堆焊625型銀基合金為例：1）堆焊焊材選擇：

11

焊條：AWSA5.llENiCrMo-3（牌號Inconel112）

焊絲：AWSA5.14ERNiCrMo-3（牌號Inconel625）

從過渡層至表層均用上述焊材。

推薦焊材生產(chǎn)廠家：

國外廠家：美國阿克斯公司，日本W(wǎng)EL公司，國際超合金集團（SMC）。

國內廠家：哈焊所，北鋼院。

2）堆焊方法:推薦采用焊條電弧焊（SMAW）,帶極堆焊（SAW或ESW）,

氣體保護焊（TIG、MIG或FCAW）方法。其中SMAW法，焊條直徑宜選

用6W4mm.SAW或ESW法，鋼帶規(guī)格宜選用30X0.5mm,37.5X0,4m,50

X0.4mm.TIG法：焊絲直徑小W2.4mm。

MIG法：焊絲直徑6W1.2mm。

FCAW法：焊絲直徑6W1.2mm。

3）堆焊工藝注意事項：

a.待堆焊表面的清理時保證堆焊質量的關鍵條件之一。堆焊前一定要

將待堆焊表面油、雜質等污物清理和清洗干凈。

b.銀基合金液態(tài)焊縫金屬粘稠，流動性差，熔深淺。不可用增大焊接

電流的辦法來克服。

c.嚴格控制焊接熱輸入量，以控制和減少熱裂紋，提高其耐腐蝕性。

d.焊條電弧焊時，應使其焊道具有略為凸起的形狀外形，避免出現(xiàn)平

的或凹狀的焊道外形，收弧時一定填滿弧坑。以免形成焊道中心熱裂紋和

弧坑裂紋。e.層間溫度應控制在100℃以下。

f.絕對避免采用碳弧氣刨清除焊接缺陷，只能用機加工方法或砂輪打

磨方法消除之。

g.若堆焊試板切割，宜采用線切割方法。

4）對堆焊層的要求:

a.銀基合金堆焊至少兩層，最好堆焊三層。堆焊層總厚度至少為5mm

（或按圖樣要求），表層有效厚度22mm。

b.堆焊層表面硬度應W22HRC。

c.表層的堆焊金屬化學成分應符合下列要求：

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CW0.05%、SiW0.75%、MnWl.O%、PW0.03%、SWO.O2%、Cr=20-23%、

Ni255.0%、Mo=8.0-10.0%、FeW7.0%、（Nb+Ta）=3.15-4.15%、Cu

W0.5%。

d.抗腐蝕試驗要求：應模擬容器的焊后熱處理狀態(tài)后對表層進行下列

抗腐蝕試驗。

i>7焊后熱處理狀態(tài)分為三種：

?焊態(tài)

??堆焊母材為碳鋼或碳銃鋼時按610c±1O℃X4h；

???堆焊母材為2.25CrlMo鋼時按690℃±10℃X8h；

ii>抗腐蝕試驗：

?按ASTMA262C法（Huey法）進行，合格指標為5個周期平均腐蝕

速度為WO.O75mm/月。

??按YB/T5362-2006（即GB/T17898-1999）進行氯化物應力腐蝕試驗，

共2件，加載應力為210Mpa,經(jīng)2個周期（每個周期為96小時）后，用

10倍放大鏡檢查無裂紋為合格。

???按ASTMG28A進行晶間腐蝕試驗，合格指標為：敏化狀態(tài)腐蝕率

/焊態(tài)下腐蝕率W1.5（其敏化狀態(tài)即焊后熱處理狀態(tài)）。

③硬質合金堆焊

有些容器的法蘭密封面要求堆焊硬質合金材料。

1）硬質合金堆焊焊縫金屬的焊接特點

a.堆焊焊縫金屬都有一個最低硬度要求，故焊縫金屬都具有硬而脆的

特性。在焊接拘束應力作用下易開裂，一般焊前均需預熱，只是預熱溫度

高低要求不同，焊后均要后熱緩冷。

b.為降低稀釋率，盡量采用小的焊接電流堆焊。

2）堆焊工藝要點

a.焊前預熱，焊后后熱且緩慢冷卻是一般硬質合金堆焊時必須采取的

工藝措施。

b.盡量采用小電流堆焊，最好不用大直徑焊條堆焊。

c.薄層多道焊是減少焊接拘束應力的措施之一。

13

d.對于某些硬質合金堆焊材料，如：CoCr-A型、CrNiSiMo型材料，為

減少開裂的敏感性，可預先在基體上先堆焊一層E309型焊材，做為隔離

層，然后再堆焊硬質合金材料。

<7>奧氏體不銹鋼堆焊時易出現(xiàn)的質量問題

這里主要講不銹鋼堆焊時常見的質量問題，產(chǎn)生的原因分析及防止措

施①質量問題（亦稱焊接缺陷）的分類及產(chǎn)生原因

1）宏觀缺陷一可見缺陷

a.堆焊金屬外形及尺寸不符合要求：這主要與焊材工藝性能和操作不

當有關。

i>堆焊層表面成型不符合要求按堆焊技術要求“其堆焊層表面應平

滑，兩相鄰焊道之間的凹下量不得大于1mm,焊接接頭的不平度不得超過

1.5mm（用200mm長的弧形樣板測量）”若達不到上述要求，則應補焊并

修磨平整。

ii>；堆焊厚度不符合要求。利用超聲波測厚儀測量堆焊層厚度，堆焊

層厚度不得小于圖樣規(guī)定值。

b.夾渣、咬邊及裂紋

夾渣往往以道間夾渣形成出現(xiàn)，有時也會產(chǎn)生層間夾渣。裂紋主要出

現(xiàn)在收弧處，有時也會出現(xiàn)在焊道中。焊道夾渣形成原因主要是焊劑工藝

性能較差，使熔敷金屬的焊道兩側的潤濕角太陡，造成邊緣熔合不良，在

堆焊后一道焊道時，就易形成道間夾渣。另外焊接規(guī)范、焊接位置等不合

格也易形成這種缺陷。堆焊層裂紋主要時熱裂紋，其原因有二：熔敷金

屬的格銀比不合格，致使焊肉鐵素體含量太低或太高，這主要由焊材成分

不適造成；焊接規(guī)范不當，電流過大也易造成熱裂紋。

c.堆焊層與母材間結合面未熔合或層間未熔合。

由于烘結型焊劑比熔煉型焊劑堆焊重量輕，故熔深比較小。一旦操作

不當或焊接規(guī)范參數(shù)掌握不適，易出現(xiàn)結合面未熔合或層間未熔合缺陷。

2）內部缺陷

a.堆焊層下裂紋

i>特性：a>裂紋位于堆焊熱影響區(qū)焊道重疊部分的下部粗晶區(qū)內,

它是在焊前一道焊道時被加熱到1200-1425C左右，再因焊后一道焊道而

被加熱到14

600-700C的部分，而后再經(jīng)過消除應力熱處理時產(chǎn)生的。

b>裂紋與堆焊方向垂直

c>是一種非常微小的裂紋。裂紋深度一般在2.5-3mm左右，長度為

0.2mm至數(shù)毫米，一般用顯微鏡很難發(fā)現(xiàn)。用普通的無損檢測方法也不易

探出來。d>裂紋是沿晶界產(chǎn)生并擴展。

e>只發(fā)生在焊接熱輸入量大（如帶極堆焊）的場合。

f>只發(fā)生在某些特定的合金鋼（含Mn量較低，碳化物形成元素較

多的鋼,如SA508cl2鍛件）中。

ii>；裂紋性質：屬于再熱裂紋性質。

iii>產(chǎn)生原因：

a>與鋼的化學成分有關。特別是當鋼含有一定量的強烈碳化物形成

元素如V,M。時、易產(chǎn)生堆焊層下裂紋。以再熱裂紋（亦稱消除應力裂紋）

敏感性4G表示：

△G=Cr%+3.3（Mo%）+8.1（V%）-2

當鋼具有再熱裂紋敏感傾向。△6<0時,產(chǎn)生裂紋敏感

性較低，且AG增大，產(chǎn)生堆焊層下裂紋的傾向增大；但是研究表明，當

△G>2時:堆焊層下裂紋產(chǎn)生的可能性反而減小，AG更大時，可能性趨

于0.這是因為當0<AG<2時，由于碳化物二次沉淀硬化強化了晶內，使

晶內不易滑移，晶間強度相對減弱，大多數(shù)形成已經(jīng)通過晶間滑移進行,

當晶界處承受不了滑移變形時，就產(chǎn)生晶界裂紋。而4GA2的鋼主要是有

二次沉淀硬化的M23C6型碳化物沉淀析出的Cr-Mo鋼。故其堆焊層下裂

紋敏感性很低。

b>堆焊時造成的焊接收縮應力和異種鋼焊接因堆焊層與基層熱膨

脹系數(shù)相差較大造成的熱應力是引起裂紋的另一個原因。

c>焊接熱輸入量大造成熱影響區(qū)存在較粗大晶粒的過熱區(qū)。

iv>防止措施

堆焊層下裂紋是一種非常微小的裂紋，且越過粗晶區(qū)而擴展的例子是

沒有的。盡管對設備的安全使用不存在什么問題，但還是以不存在裂紋狀

的缺陷為好。a>采用雙層堆焊。利用第二層堆焊的輸入熱量來對

第一層的熱影響粗晶區(qū)進行正火，使之晶粒細化。但這時要對第一層的堆

焊厚度加以控制，最好在3mmi5

以下。

b>采用低熱輸入量的方法堆焊。

c>使用再熱裂紋敏感性低的材料制造設備。

b.堆焊層（表層）鐵素體含量（或鐵素體數(shù)）不符合要求

i>堆焊層技術要求：

最早：要求按塞弗勒組織圖測算，其鐵素體含量3-10%,同時磁針法

測量8%=3-10%。從2003年以后：要求按WRC-1992圖測算其鐵素體數(shù)（FN）

為3-10%,磁針法測量FN=3-10%

近年來：有的產(chǎn)品要求按WRC-1992圖測算：FN=3-8%（雙層堆焊E316L

時），而對于單層堆焊時，均要求FN=3-8%（含E347）。

ii>鐵素體含量8%與鐵素體數(shù)FN之間的關系：

a>鐵素體含量5%：是指直接由液態(tài)金屬凝固結晶而形成的高溫鐵

素體，并被保留到室溫，在組織中所占的體積百分比。

鐵素體數(shù)（FN）：人為選定用來表示奧氏體不銹鋼，雙相不銹鋼焊縫

金屬鐵素體含量的標準化數(shù)值。

b>8%及FN之間的換算關系，詳見JB/TA7853-95《格鎮(zhèn)奧氏體不銹

鋼焊縫金屬中鐵素體數(shù)的測量》標準中圖2曲線，及英國曼徹特公司提供

的相關資料，見下圖及德龍圖。

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從上述資料可看出，當FN<8時，大致可認為3%、FN。

iii>鐵素體含量的測量方法：

a>磁性法：（亦稱磁針法）利用鐵素體測量儀直接在堆焊層焊縫金

屬表面測量，直接讀出鐵素體數(shù)值。

b>金相法：在堆焊層試板上取金相磨片，利用化學方法或電解侵蝕

方法顯示鐵素體，用金相割線法測量鐵素體體積百分比?；蛴媒鹣鄻藰訄D

譜對照比較給出鐵素體含量的大致含量范圍，此法在實際生產(chǎn)中很少采用。

c&g七測算法：分析堆焊層化學成分，利用組織圖測算鐵素體，近年來

都要求按WRC-1992（FN）圖測算。

iv>堆焊層對鐵素體含量有一定限制的理由：a>FN23的理由：

3鐵素體有減少堆焊層，熱裂紋的作用。這主要由于鐵素體對熱裂紋致裂

元素的溶解能力好，反之奧氏體的溶解能力很小，若3含量低，就會使這

些熱裂紋致裂元素發(fā)揮作用而產(chǎn)生熱裂紋。另一個原因是5鐵素體比奧氏

體膨脹系數(shù)較小，在較高溫度下，奧氏體鋼焊縫金屬內塑性變形比鐵素體

鋼焊縫金屬大，導致其裂紋傾向較大。第三點：有一定量的5鐵素體存在，

定會隔斷奧氏體晶界，使之低熔點液相薄膜即使形成也只能斷續(xù)分布，不

易形成熱裂紋。b>FNV8或10的理由：堆焊層隨著設備都要進行消除

應力退火熱處理，當熱處理溫度低于600℃時，堆焊層中的鐵素體含量并

沒有變化，但經(jīng)過600℃以上退火后，其部分鐵素體就會轉變成6脆化相，

且隨著溫度的升高及加熱時間加長，6相的析出量也增加。如果用公式表

示：

8(AW)=8(SR)+6(SR)

5(AW)——焊接后的鐵素體含量％

8(SR)——經(jīng)退火后的鐵素體含量％

6(SR)------退火后的6相含量

通過對堆焊金屬進行彎曲試驗得知：

當3(AW)-5(SR)<7時，彎曲試驗不產(chǎn)生裂紋

當3(AW)-8(SR)>7時，彎曲試驗由于脆化就產(chǎn)生裂紋

所以，為了防止堆焊層脆化，必須減少焊接后的鐵素體含量，為此,

從設計角度出發(fā)，人為的確定堆焊層焊后的鐵素體含量應控制在8%以下。

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v>造成堆焊層鐵素體含量不合格的一般原因：

a>焊條(帶、絲)的化學成分中Cr當量/Ni當量比例不合適，當Ceq

高而Nieq低時，會造成8%較高，反之則8%偏低。

b>工藝方面：焊接電流過大，其Cr當量降低，而Ni烘燒較少，會

造成鐵素體含量偏低。電弧過長或焊絲干伸長度過長，會使空氣中的N過

高的侵入熔池，使焊縫金屬氮含量較高也會使Ni當量升高。造成鐵素體含

量偏低。

c>化學成分取樣位置有誤。當采用鉆削法取樣時，往往會鉆到過渡

層上，而過渡層Cr高，造成鐵素體偏高。

c.堆焊層熔敷金屬化學成分不合格其造成不合格的原因與鐵素體含量

不合格原因基本一致。

d.耐腐蝕試驗不合格

i>對要求按GB/T4334.E-2008《不銹鋼硫酸-硫酸銅腐蝕試驗方法》

時，一般均能通過。

ii>；對要求按其它腐蝕試驗方法時，可能不合格的原因如下：

a>焊材選擇不合適

b>焊接工藝不當