壓力容器與壓力管道知識培訓(xùn)材料之三壓容焊接基本知識

1、壓力容器及壓力管道知識培訓(xùn)材料之三焊接基本知識1 電焊條1.1焊條的組成及作用涂有藥皮的供手工電弧焊用的熔化電極叫電焊條，簡稱焊條。它由焊芯和藥皮兩部分組成。通常焊條引弧端有倒角，藥皮被除去一部分，露出焊芯端頭。有的焊條引弧端涂有黑色引弧劑，引弧更容易。不銹鋼焊條夾持端端面涂有不同顏色，以便識別焊條型號。在靠近夾持端的藥皮上印有焊條牌號。1.1.1焊芯焊條中被藥皮包敷的金屬絲叫焊芯。1.1.1.1焊芯的作用 作電極產(chǎn)生電弧。 焊芯熔化后成為填充金屬，與熔化了的母材混合形成焊縫。1.1.1.2.焊芯的分類及牌號 根據(jù)GB1300-7焊接用鋼絲標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，專門用于制造焊芯和焊絲的鋼材，可分為碳素結(jié)構(gòu)

2、鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼三類。焊條鋼牌號一律用漢語拼音字母H做字首，其后緊跟鋼號，表示方法與優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金鋼相同。若鋼號末尾注有高字（或用字母A表示），為高級優(yōu)質(zhì)焊條鋼，含硫、磷量較低。若末尾注有“特”字（或用字母E表示），為特級焊條鋼，含硫、磷均小于0.03%。H1Cr19NiTi鉻鎳鈦不銹鋼焊條鋼。常用焊芯的牌號、代號及其化學(xué)成分見GB1300-7焊接用鋼絲附錄1-1。1.1.2藥皮涂敷在焊芯表面的有效成分叫藥皮。它由幾種或幾十種成分組成。藥皮的作用如下：穩(wěn)弧作用 焊條藥皮中含有穩(wěn)弧物質(zhì)，可保證電弧容易引燃和燃燒穩(wěn)定。保護(hù)作用 藥皮熔化時(shí)產(chǎn)生氣體和熔渣，可隔離空氣，保護(hù)熔融金額。熔渣冷

3、卻后，在焊縫表面形成渣殼，可防止焊縫表面金屬不被氧化并減慢焊縫的冷卻速度，有利于熔池中氣體逸出，減少產(chǎn)生氣孔的可能性，并改善焊縫成形。冶金作用 藥皮中加有脫氧劑和合金劑，通過熔渣與熔化金屬的化學(xué)反應(yīng)，可減少氧、硫、磷等有害雜質(zhì)，使焊縫金屬獲得符合要求的力學(xué)性能。滲合金 藥皮中加有鐵合金，這些合金元素熔化后過渡到熔池中，可提高焊縫金屬中合金元素的含量，從而改善焊縫金屬的性能，通過滲合金甚至可獲得性能與母材完全不同的焊縫金屬，如在碳鋼上堆焊不銹鋼、高速鋼等。改善焊接工藝性能 通過調(diào)整藥皮成分，可改變藥皮的熔點(diǎn)和凝固溫度，使焊條末端形成套筒，產(chǎn)生定向氣流，有利于熔滴向熔池過渡，可適應(yīng)全位置焊接需要。

4、1.2 焊條的種類、型號及規(guī)格1.2.1焊條的種類及型號根據(jù)焊條的用途可分為碳鋼焊條、低合金鋼焊條、不銹鋼焊條、堆焊焊條、鋁及鋁含金焊條、銅及銅合金焊條，鑄鐵焊條等，這里只介紹焊鋼用的焊條。1.2.1.1碳鋼焊條 根據(jù)GB5177-85碳鋼焊條標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，這類焊條的型號，根據(jù)熔敷金屬的抗拉強(qiáng)度，藥皮類型、焊接位置和焊接電流種類劃分。型號編制方法如下：E X1X2 X3X4 表示藥皮類型及電流種類見表1-2-3，1-2-4。 表示焊接位置，詳見表1-2-2。 表示熔敷金屬的最低抗拉強(qiáng)度單位為kgf/mm2。 表示焊條。碳鋼焊條包括E43和E50兩個(gè)系列，分別詳見表1-2-3、1-2-4。表1-2-

5、2焊接位置（X3）的意義X30或者說24焊條使用位置全位置焊平焊向下立焊平、立、橫、仰船形焊例1E 43 15 表示焊條藥皮低氫鈉型，并可采用直流反接焊接 表示焊條適用于全位置焊接 表示熔敷金屬抗拉強(qiáng)度的最小值（420MPa） 表示焊條。表1-2-3 E43系列焊條的性能焊條型號藥皮類型焊接位置電流種類E4300特殊型平、立、仰、橫交流或直流正、反接E4301鈦鐵礦型E4303鈦鈣型E4310高纖維鈉型直流反接E4311高纖維鉀型交流或直流反接E4312高鈦鈉型交流或直流正接E4313高鈦鉀型交流或直流正、反接E4315低氫鈉型直流反接E4315低氫鉀型交流或直流反接E4320氧化鐵型船形焊交

6、流或直流正接E4322平交流或直流正、反接E4323鐵粉鈦鈣型平、船形焊交流或直流正、反接E4324鐵粉鈦型E4327鐵粉氧化鐵型交流或直流正接E4328鐵粉低氫型交流或直流反接平角焊又叫船形焊，下同。例2E 43 03 表示氧化鈦鈣型藥皮，焊接電流為交流或直流 表示焊條適用于全位置 表示熔敷金屬抗拉強(qiáng)度的最小值 表示焊條。1.2.1.2低合金鋼焊條 根據(jù)GB5118-85低合金鋼焊條規(guī)定，這類焊條根據(jù)熔敷金屬的力學(xué)性能、化學(xué)成分、藥皮類型、焊接位置和焊接電流種類劃分型號，具體表示方法如下 E XX X X XX XX 表示熔敷金屬的合金元素，用元素符號表示 表示熔敷金屬化學(xué)成分分類代號，見表

7、1-2-6 表示藥皮類型見表1-2-5 表示焊條適用位置見表1-2-2表示熔敷金屬抗拉強(qiáng)度的最小值kgf/mm2 表示焊條表1-2-4 E50系列焊條的性焊條型號藥皮類型焊接位置電流種類E5001鈦鐵礦型平、立、仰、橫交流或直流正、反接E5002鈦鈣型E5010高纖維素鈉型直流反接E5011高纖維素鉀型交流或直接反接E5014鐵粉鈦型交流或直流正、反接E5015低氫鈉型直流反接E5016低氫鉀型交流或直流反接E5018鐵粉低氫型E5024鐵粉鈦型平、船形焊交接或直流E5027鐵粉氧化鐵型交漢或直流正接E5028鐵粉低氫型交流或直流反接E5048平、立、仰、立向下根據(jù)熔敷金屬抗拉強(qiáng)度，低合金鋼焊

8、條分為50、55、60、70、75、85六個(gè)系列，每個(gè)系列的焊條藥皮類型見表1-2-5。表1-2-5 低合金鋼焊條的藥皮類型及適用焊接位置焊條型號藥皮類型焊接位置電流種類E50系列熔敷金屬b490MPa(50kgf/mm2)E5010-x高纖維素鋼型平、立、橫、仰直流反接E5011-x高纖維素鉀型交流或直流反接E5015-x低氫鈉型直流反接E5016-x低氫鉀型交流或直流反接E5018-x鐵粉低氫型E5020-x高氧化鐵型船形焊交流或直流正接平交流或直流正、反接E5027-x鐵粉氧化鐵型船形焊交流或直流正接平交流或直流正反接E55系列熔敷金屬b540MPa(55kgf/mm2)E5500-x特

9、殊型平、立、橫、仰交流或直流正、反接E5503-x鈦鈣型E5510-x高纖維素鈉型直流反接E5511-x高纖維素鉀型交流或直流反接E5513-x高鈦鉀型交流或直流正、反接E5515-x低氫鈉型直流反接E5516-x低氫鉀型交流或直流反接E5518-x鐵粉低氫型E60系列熔敷金屬b590MPa(60kgf/mm2)E6000-x特殊型 平、立、橫、仰交流或直流正、反接E6010-x高纖維素鈉型直流反接E6011-x高纖維素鉀型交流或直流反接E6013-x高鈦鉀型交流或直流正、反接E6015-x低氫鈉型直流反接E6016-x低氫鉀型交流或直流反接E6018-x鐵粉低氫型E70系列熔敷金屬b690M

10、Pa(70kgf/mm2)E7010-x高纖維素鈉型平、立、橫、仰直流反接E7011-x高纖維素鉀型交流或直流反接E7013-x高鈦鉀型交流或直流正、反接E7015-x低氫鈉型直流反接E7016-x低氫鉀型交流或直流反接E7018-x鐵粉低氫型E75系列熔敷金屬b740MPa(75kgf/mm2)E7515-x低氫鈉型平、立、橫、仰直流反接E7516-x低氫鉀型交流或直流反接E7518-x鐵粉低氫型E85系列熔敷金屬b840MPa(85kgf/mm2)E8515-x低氫鈉型平、立、橫、仰直流反接E8516-x低氫鉀型交流或直流反接E8518-x鐵粉低氫型注：焊條型號后綴字母代表熔敷金屬化學(xué)成分

11、分類號A1，B1，B2等。下同（見表1-2-6）1.2.1.3不銹鋼焊條 這類焊條用于焊接含鉻量大于4%，含鎳量小于50%的耐蝕鋼或耐熱鋼。根據(jù)GB983-85不銹鋼焊條標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，這類焊條的型號根據(jù)熔敷金屬的化學(xué)成分，力學(xué)性能、藥皮類型和焊接電流種類劃分。焊條型號編制方法如下： E XX XX XX XX XX 表示藥皮類型與焊接電流 表示熔敷金屬中其它合金元素及含量 表示熔敷金屬中鎳的含量% 表示熔敷金屬中鉻的含量% 表示熔敷金屬含碳量見表1-2-7 表示焊條表1-2-7熔敷金屬含碳量代號代號000123熔敷金屬含碳量%0.040.100.150.200.45例 E 1 23 13 Mo2

12、15 表示焊條為堿性藥皮，適用于反接焊接 表示熔敷金屬中含鉬量的近似值為2% 表示熔敷金屬中含鎳量的近似值為13% 表示熔敷金屬中含鉻量的近似值為23% 表示熔敷金屬含碳量.15% 表示焊條1.2.1.4堆焊焊條 這類焊條用于金屬表面層的堆焊，熔敷金屬在常溫或高溫下，具有一定程度的耐磨、耐蝕性能，使堆焊表面具有特殊性能。GB984-85規(guī)定焊條型號根據(jù)熔敷金屬化學(xué)成分及藥皮類型分類，編制方法如下： ED X XX XX X X 表示藥皮類型及電流種類見表1-2-10表示焊條適用位置 細(xì)分的型號用A1，A2B1，B2表示，見表1-2-9堆焊焊條的型號和化學(xué)成分見表1-2-9 表示見表1-2-8

13、表示堆焊焊條1.2.2酸性焊條與堿性焊條盡管藥皮有多種類型，但根據(jù)藥皮熔化后熔渣特性，只能分成酸性焊條與堿性焊條兩類。這兩類焊條的工藝性能，操作注意事項(xiàng)和焊縫質(zhì)量有較大的差異，因此必須熟悉它們的特點(diǎn)。1.2.2.1酸性焊條 酸性焊條熔渣的主要成分是酸性氧化物（如二氧化硅、二氧化鈦、三氧化二鐵等），其它在焊接過程中容易放出含氧物質(zhì)，以及藥皮里的有機(jī)物，分解時(shí)產(chǎn)生保護(hù)氣體。因此烘干溫度不能超過250。這類焊條氧化性較強(qiáng)，容易使合金元素氧化，同時(shí)電弧中的氫離子容易和氧離子結(jié)合生成氫氧根離子，可防止氫氣孔，因此這類焊條對鐵銹不敏感。酸性渣不能有效地清除熔池中的硫、磷等雜質(zhì)，因此焊縫金屬產(chǎn)生偏板的可能性

14、較大，出現(xiàn)熱裂紋的傾向較高，焊縫金屬的沖擊韌度較低。酸性焊條突出的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格較低，焊接工藝性較好，容易引弧，電弧穩(wěn)定，飛濺小，對弧長不敏感，對油銹不敏感，對焊前準(zhǔn)備要求低，而且焊縫成形好，廣泛用于一般結(jié)構(gòu)。這類焊條的典型牌號產(chǎn)品有：結(jié)422、熱202、熱307等。1.2.2.2堿性焊條 堿性焊條熔渣的主要成分是堿性氧化物（如大理石、螢石等）和鐵合金，焊接時(shí)大理石分解，產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w。這類焊條的氧化性弱，對油、水、鐵銹等很敏感。如果焊前工件焊接區(qū)沒有清理干凈，或焊條未完全烘干，容易產(chǎn)生氣孔。但焊縫金屬中合金元素較多，硫、磷等雜質(zhì)較少，因此焊縫的力學(xué)性能，特別是沖擊韌度較好，故這類焊條主要用于焊

15、接重要結(jié)構(gòu)。堿性焊條突出的缺點(diǎn)是價(jià)格稍貴，工藝性能差，引弧困難，電弧穩(wěn)定性差，飛濺較大，必須采用短弧焊，焊縫外形稍差，魚磷紋較粗。必須說明一點(diǎn)，對同一序列的焊條，無論是酸性焊條，還是堿性焊條，它們的熔敷金屬的力學(xué)性能都能滿足使用要求，只是酸性焊條熔敷金屬的塑性和韌性稍差，因此至今還廣泛地應(yīng)用。為了更好地掌握酸性焊條與堿性焊條的特點(diǎn)，將這兩類焊條的特性對比列于表1-2-12。表1-2-12酸性焊條與堿性焊條的對比酸性焊條堿性焊條 對水、鈦銹產(chǎn)生氣孔的敏感性不大，焊條在使用前經(jīng)150200烘焙1h 電弧穩(wěn)定，可用交流或直流施焊 焊接電流較大 可長弧操作 合金元素過渡效果差 熔深較淺，焊縫成形較好

16、熔渣呈玻璃狀，脫渣較方便 焊縫的常、低溫沖擊韌度一般 焊縫的抗裂性能較差 焊縫的含氫量高、影響塑性 焊接時(shí)煙塵較少 對水、鐵銹產(chǎn)生氣孔的敏感性較大，要求焊條在使用前經(jīng)300350烘焙12h 由于藥皮中含有氟化物惡化電弧穩(wěn)定性，須用直流反接施焊，只有當(dāng)藥波中加入穩(wěn)弧劑后，才可用交流兩用施焊 焊接電流較同規(guī)格的酸性焊條約小10%左右 須短弧操作，否則易引起氣孔 合金元素過渡效果好 熔深稍深，焊縫成形尚好容易堆高 熔渣呈結(jié)晶狀，脫渣不及酸性焊條好 焊縫的常、低溫沖擊韌度較高 焊縫的抗裂性能好 焊縫的含氫量低 焊接時(shí)煙塵稍多1.3 焊條的選用原則焊條的種類很多，應(yīng)用范圍不同，正確選用焊條，對焊接質(zhì)量、

17、勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品成本都有影響，為了正確地選用焊條，可參考以下幾個(gè)基本原則。1.3.1等強(qiáng)度原則對于承受靜載或一般載荷的工件或結(jié)構(gòu)，通常選用抗拉強(qiáng)度與母材相等的焊條，這就是等強(qiáng)度原則。例如焊接20，Q235等低碳鋼或抗拉強(qiáng)度在400MPa左右的鋼就可以選用E43系列焊條。而焊16Mn，16Mng等抗拉強(qiáng)度在500MPa范圍的鋼，選用E50系列焊條就行了。有的人認(rèn)為選用抗拉強(qiáng)度高的焊條焊接抗拉強(qiáng)度低的材料好，這個(gè)觀念是錯(cuò)誤的，通?？估瓘?qiáng)度高的鋼材的塑性指標(biāo)都較差，單純追求焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度，降低了它的塑性，往往不一定有利。1.3.2等同性原則焊接在特殊環(huán)境下工作的工件或結(jié)構(gòu)，如要求耐磨、耐腐蝕、在

18、高溫或低溫下具有較高的力學(xué)性能，則應(yīng)選用能保證熔敷金屬的性能與母材相近或相近似的焊條，這就是等同性原則。如焊接不銹鋼時(shí)，應(yīng)選用不銹鋼焊條；焊接耐熱鋼時(shí)應(yīng)選用耐熱鋼焊條。1.3.3等條件原則根據(jù)工件或焊接結(jié)構(gòu)的工作條件和特點(diǎn)選擇最多。例如焊接需承受動(dòng)載或沖擊載茶的工件，應(yīng)選用熔敷金屬?zèng)_擊韌度較高的低氫型堿性焊條。反之，焊一般結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)選用酸性焊條。雖然選用焊條時(shí)還應(yīng)考慮工地供電情況，工地設(shè)備條件，經(jīng)濟(jì)性及焊接效率等，但這都是比較次要的問題，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況決定。1.4焊條的檢驗(yàn)和保管1.4.1焊條的檢驗(yàn)為確保產(chǎn)品質(zhì)量，新進(jìn)廠的焊條應(yīng)進(jìn)行下列檢驗(yàn)。1.4.1.1.外觀檢驗(yàn) 焊條藥皮表面應(yīng)細(xì)膩光滑，無

19、氣孔和機(jī)械損傷，藥皮無偏心，焊芯無銹蝕現(xiàn)象，引弧端有倒角，引燃劑完好，夾持端牌號標(biāo)志清晰。1.4.1.2.藥皮強(qiáng)度檢驗(yàn) 將焊條平舉至離鋼板1m處，松開手讓焊條自由落下，如藥皮無脫落現(xiàn)象，則藥皮強(qiáng)度合格。1.4.1.3.工藝性檢驗(yàn) 用待驗(yàn)焊條進(jìn)行焊接試驗(yàn)，若引弧容易、電弧燃燒穩(wěn)定、飛濺小、藥皮熔化均勻、焊縫成形好、不產(chǎn)生氣孔、裂紋、夾渣和咬邊等缺陷，脫渣容易，則焊條的工藝性好。1.4.1.4.理化檢驗(yàn) 焊接重要產(chǎn)品用的焊條，應(yīng)焊正式工藝試驗(yàn)試板，除進(jìn)行外觀檢驗(yàn)外，還要對試板進(jìn)行X光探傷，取樣做金相試驗(yàn)，化學(xué)分析及力學(xué)性能試驗(yàn)，所有項(xiàng)目都合格時(shí)，焊條才合格。當(dāng)焊工對使用的焊條質(zhì)量發(fā)生懷疑時(shí)，可以用

20、下述方法鑒別焊條質(zhì)量。 將幾根焊條放在手掌上滾動(dòng)，若焊條互相碰撞時(shí)發(fā)出清脆的金屬聲，則焊條藥皮干燥可用；若發(fā)出低沉的沙沙聲，則焊條藥皮已受潮不能用。 將焊條在焊接回路中短路數(shù)秒鐘，若焊條表面出汗、出現(xiàn)顆粒狀斑點(diǎn)，則焊條已受潮不能用。 焊芯上有銹痕，則焊條已受潮不能用。 將厚藥皮焊條緩慢彎成120°角，若涂料大塊脫落或藥皮表面無裂紋，都是受潮焊條。干燥的焊條在緩慢彎曲時(shí)，有小的脆裂聲，繼續(xù)彎至120°，藥皮受拉面出現(xiàn)小裂口。 焊接時(shí)藥皮成塊脫落，產(chǎn)生大量水蒸氣或有爆裂現(xiàn)象，說明焊條已受潮。已受潮的焊條，若藥皮脫落，則應(yīng)報(bào)放心。若酸性焊條受潮不嚴(yán)重，或焊芯上有輕微銹痕，焊接時(shí)基

21、本上能保證質(zhì)量，烘干后可以再用，但不能用來焊接重要結(jié)構(gòu)。若堿性焊條焊芯上有銹痕，則不能正常使用。1.4.2焊條的貯存、保管及烘干按JB3323-83焊條質(zhì)量管理規(guī)程規(guī)定，焊條的貯存、保管和使用前的烘干要求如下：1.4.2.1.焊條必須存放在干燥、通風(fēng)良好的室內(nèi)倉庫里。焊條貯存庫內(nèi)，不允許放置有害氣體和腐蝕性介質(zhì)，室內(nèi)應(yīng)保持整潔。1.4.2.2.焊條應(yīng)存放在架子上，架子離地面的距離應(yīng)小于300mm，離墻壁距離不小于300mm，室內(nèi)應(yīng)放置去濕劑，嚴(yán)防焊條受潮。1.4.2.3.焊條堆放時(shí)應(yīng)按種類、牌號、批次、規(guī)格，入庫時(shí)間分類堆放，每垛應(yīng)有明確的標(biāo)志，避免混亂。發(fā)放焊條時(shí)應(yīng)遵循先進(jìn)先出的原則，避免焊

22、條存放期太長。1.4.2.4.焊條在供給使用單位以后，至少在六個(gè)月之內(nèi)能保證繼續(xù)使用。1.4.2.5.特種焊條的貯存與保管制度，應(yīng)比一般焊條嚴(yán)格。并將它們堆放在專用庫房或指定區(qū)域內(nèi)，受潮或包裝損壞的焊條未經(jīng)處理不準(zhǔn)入庫。1.4.2.6.對于已受潮、藥皮變色和焊芯有銹跡的焊條，須經(jīng)烘干后進(jìn)行質(zhì)量評定。若各項(xiàng)性能指標(biāo)都滿足要求時(shí)，方可入庫，否則不準(zhǔn)入庫。1.4.2.7.一般焊條一次出庫量不能超過兩天的用量。已經(jīng)出庫的焊條，焊工必須保管好。1.4.2.8.焊條貯存庫內(nèi)，應(yīng)設(shè)置溫度計(jì)和濕度計(jì)。低氫型焊條庫內(nèi)溫度不低于5，空氣相對濕度應(yīng)低于60%。1.4.2.9.存放期超過一年的焊條，發(fā)放前應(yīng)重新做各種

23、性能試驗(yàn)，符合要求時(shí)方可發(fā)放，否則不準(zhǔn)發(fā)放。2 鍋爐壓力容器常用鋼材的焊接2.1低碳鋼的焊接鍋爐壓力容器受壓元件所使用的低碳鋼主要有：Q235A、Q235B、10、20、20R、20g、20G等，鍛件還有20、25；進(jìn)口鋼種有RST37-2、ST44、ST35.8、ST45（以上為德國鋼）及SS41、SM41、SB42、STB42STS42、STP42（以上為日本鋼）等。這些鋼的含碳量都較低，一般不大于0.25%，因此焊接性良好，無淬硬傾向，無需特殊工藝措施，即可實(shí)現(xiàn)焊接。并且?guī)缀跄懿捎盟械母鞣N焊接工藝方法進(jìn)行焊接。2.1.1低碳鋼的焊接工藝特點(diǎn)低碳鋼焊件隨板厚的增大，剛度增大，焊縫的裂紋傾

24、向也增大，因此焊接剛度大的結(jié)構(gòu)宜選用低氫堿性焊條，焊前預(yù)熱或焊后消除應(yīng)力熱處理。預(yù)熱和回火溫度見表9-6。Q235AF鋼屬于沸騰鋼，因雜質(zhì)含量較高，大厚度工件有可能產(chǎn)生熱裂紋。某些鍋爐鋼，如20g、22g等，當(dāng)碳和雜質(zhì)含量偏于上限時(shí)，在線能量較大時(shí)由于近縫區(qū)在高溫下停留時(shí)間長，可能在熔合線附近出現(xiàn)液化裂紋。因此應(yīng)控制線能量、調(diào)整熔合比，防止裂紋的產(chǎn)生。表9-6 常用低碳鋼預(yù)熱及回火溫度鋼號材料厚度/mm預(yù)熱溫度/回火溫度/Q235A、235AF、08、10、15、2050905060065025、20g、22g、20G>50100100600650>1001506006502.1.

25、2低碳鋼焊接材料選擇低碳鋼焊條電弧焊大多選用E43××系列焊條，主要是根據(jù)等強(qiáng)度的原則。常用低碳鋼焊條選擇見表9-7。表9-7 常用低碳鋼焊條選擇鋼號焊條型號及鋼號一般結(jié)構(gòu)鍋爐壓力容器重要結(jié)構(gòu)Q215、Q235A、10、15、20E4313（J421）E4303（J422）E4316（J426）E4315（J427）Q235B、Q235C、20R、20G、20g、22gE4316（J426）E4315（J4277）E4316（J426）E4315（J427）CO2氣體保護(hù)焊可采用H08MnSi（GB/T14958-1994）和ER49-1（MG49-1）、ER49-G（MG

26、49-G）、ER50-2、ER50-3（MG50-3）、ER50-4（MG50-4）、ER50-5、ER50-6（MG50-6）、ER50-7、ER50-G（MG50-F）焊絲，也可采用藥芯焊絲如YJ501-1等。埋弧焊可選用H08A或H08E焊絲配合高錳高硅低氟熔煉焊劑HJ430、HJ431、HJ433或HJ434；如果選用H08MnA或H10Mn2焊絲，則應(yīng)配合無錳、低錳或中錳型焊劑。電渣焊可選用H10Mn2、H08Mn2Si、H10MnSi焊絲，配合中猛高硅中氟熔煉焊劑。用于鍋爐受壓元件的低碳鋼，其壁厚大于30mm時(shí)，焊后應(yīng)進(jìn)行熱處理；用于壓力容器受壓元件，當(dāng)母材名義厚度大于34mm時(shí)焊

27、后應(yīng)進(jìn)行處理（如焊前預(yù)熱100以上，需熱處理的名義厚度可大于38mm）以上消除焊接殘余應(yīng)力。2.2低合金高強(qiáng)度鋼的焊接鍋爐壓力容器廣泛使用的低合金高強(qiáng)鋼有12MnHP、12MnCrVHP、16MnHP、16Mn、16MnR、12Mng、16Mng、16MnRC、15MnVR、20MnMo、15MnVNR、14MnMoVT 18MnMoNbR等；進(jìn)口鋼種有德國的19Mn5、19Mn6、St52鋼和日本的SPV36、SM53B、SM53C、SPV46等，這些鋼種基本屬于熱軋及正火鋼。根據(jù)其強(qiáng)度級別，在294392MPa區(qū)間的為普通低合金鋼，如16MnR、15MnVR、12Mng、19Mn5等，多為

28、熱軋鋼，只有厚度超過一定界限時(shí)作正火處理。這種鋼是在小于0.2%的基礎(chǔ)上加入少量合金元素，通過合金元素的固溶強(qiáng)化作用來提高強(qiáng)度。熱軋鋼通常為鋁鎮(zhèn)靜的鐵素體加珠光體組織鋼。特殊情況下，如厚板（>25mm時(shí)）為改善其綜合性能，提高其韌性進(jìn)行900-920的正火處理，正火后強(qiáng)度略有下降，但塑性、韌性有所提高，并降低了脆性轉(zhuǎn)變溫度。屈服點(diǎn)在392MPa以上的鋼種，固溶強(qiáng)化的同時(shí)還利用沉淀強(qiáng)化作用，以保證這種鋼經(jīng)正火處理后碳化均勻彌散板出，從而提高強(qiáng)度又保證塑性和韌性。屈服點(diǎn)為411MPa級的有15MnVNR、15MnVTiRE鋼等。14MnMoVg、18MnMoNbR鋼則屬于490MPa級高強(qiáng)鋼

29、。低合金高強(qiáng)鋼由于加入了合金元素，增加了材料的淬硬傾向，有些元素還形成低熔點(diǎn)的化合物。因此同上于冶金因素及組織轉(zhuǎn)變會使焊縫，尤其熱影響區(qū)出現(xiàn)各種不利的組織。在擴(kuò)散氫及熱應(yīng)變循環(huán)的共同作用下，還會產(chǎn)生裂紋或引起粗晶脆化。2.2.1低合金高強(qiáng)鋼焊接性的主要問題熱裂紋熱軋及正火鋼，一般含碳量都較低，而含錳量都較高。它們的Mn/S比都可達(dá)到要求，具有較好的抗熱裂紋性能，正常情況下焊縫不分出現(xiàn)熱裂紋。但當(dāng)材料含碳量超過0.12%，S、P含量較高或因偏板使局部C、S含量偏高時(shí)，Mn/S就可能低于要求而出現(xiàn)熱裂紋。在這種情況下，就要從工藝上設(shè)法減小熔合比，在焊接材料上采用低碳、低硫或高錳焊接材料，以降低焊縫

30、中的含碳量、含硫量，防止熱裂紋。冷裂紋冷裂紋是低合金高強(qiáng)鋼焊接性的主要問題。從材料本身考慮，淬硬組織是引起冷裂紋的決定因素。隨著鋼強(qiáng)度級別的提高，合金元素的增加，其淬硬傾向逐漸增大。在冷卻速度較大時(shí)，熱影響區(qū)會出現(xiàn)貝氏體和大量馬氏體組織。尤其當(dāng)形成粗大的孿晶馬氏體時(shí)其缺口敏感性增加，嚴(yán)重脆化，在焊接應(yīng)力的作用下產(chǎn)生冷裂紋。此外還會由于擴(kuò)散氫的富集在淬硬脆化區(qū)引起顯微裂紋。裂紋尖端形成三向應(yīng)力區(qū)，并再行誘導(dǎo)氫擴(kuò)散富集，使裂紋擴(kuò)展成為宏觀裂紋，這就是延遲裂紋。再熱裂紋某些含有較多碳化物形成元素（如Cr、Mo、V），并可產(chǎn)生沉淀硬化的低合金高強(qiáng)鋼和熱強(qiáng)鋼厚板接頭中，往往會在焊后消除應(yīng)力熱處理過程中沿

31、熱影響區(qū)產(chǎn)生再熱裂紋；一些在高溫下長期運(yùn)行的壓力容器等設(shè)備，也會在接頭中出現(xiàn)再熱裂紋。這種裂紋多起源于接頭的應(yīng)力集中區(qū)。為防止再熱裂紋，應(yīng)首先從材料方面考慮選用化學(xué)成分適合的鋼種，其次是降低焊縫金屬強(qiáng)度使之低于母材；制定正確合理的焊接工藝，控制焊接熱輸入量，防止粗晶脆化，及采取預(yù)熱措施等。對于再熱裂紋敏感性較高的鋼種，可在坡口側(cè)壁預(yù)先堆焊低強(qiáng)度焊縫，以松馳應(yīng)力。層狀撕裂在低合金高強(qiáng)鋼厚板的T形接頭或角接接頭中，還會沿鋼材的軋制方向產(chǎn)生層狀撕裂。這主要與鋼中含有片狀硫化物與層狀硅酸鹽或大量成片地密集在同一平面內(nèi)的氧化鋁夾雜物有關(guān)，其中以片狀硫化物最為嚴(yán)重。因此硫化物含量及Z向斷面收縮率是評定鋼材

32、層狀撕裂敏感性的主要指標(biāo)。因此低合金高強(qiáng)多焊接，應(yīng)根據(jù)母材碳及合金元素含量、板厚、接頭形式、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等，合理選擇線能量，采用堿性低氫焊條和堿度較高的焊劑，且焊前要嚴(yán)格烘干。根據(jù)環(huán)境溫度，拘束條件等確定預(yù)熱溫度，厚度超過一定范圍還必須采取后熱或焊后熱處理措施，以降低熱影響區(qū)硬度，提高塑性、韌性，消除應(yīng)力和擴(kuò)散氫的影響。2.2.2常用低合金高強(qiáng)鋼的焊接2.2.2.116Mn、16MnR鋼的焊接16Mn鋼具有良好的綜合加工工藝性能，經(jīng)氣割或碳弧氣刨的坡口邊緣1mm內(nèi)出現(xiàn)淬硬（Hmax>350HV），但淬硬層在焊接時(shí)可完全熔掉。16Mn鋼的碳當(dāng)量一般為0.35%0.41%，其淬硬傾向和裂紋傾向比

33、一般低碳鋼稍大。在低溫環(huán)境或厚度大、剛性結(jié)構(gòu)焊接時(shí)，應(yīng)采用稍強(qiáng)的焊接參數(shù)及較小的焊接速度、注意填滿弧坑，并適當(dāng)預(yù)熱。16MnR、16Mng屬于343MPa級高強(qiáng)鋼。板厚30mm以下可不預(yù)熱，焊后不作熱處理。但大于3050mm時(shí)，采用焊條電弧焊應(yīng)適當(dāng)預(yù)熱，預(yù)熱100以上；埋弧焊板厚超過50mm，焊接前應(yīng)預(yù)熱100以上。16MnR、16Mng和SPV36、SM50、19Mn5、16Mn、St52鋼，焊條電弧焊可采用E5016(J506)、E5015（J507）焊條。當(dāng)厚度小或強(qiáng)度要求不高的承載構(gòu)件焊接時(shí)，可選用E5003（J502）、E5001（J503）焊條。埋弧焊可根據(jù)坡口形式、板厚及工藝條件

34、選擇焊接材料。不開坡口對接和角接接頭，由于熔合比較高，可選用合金含量較低的H08A和H08MnA焊絲，配合HJ431焊劑。厚度較大開坡口的對接接頭或角接頭應(yīng)選用H10Mn2、H08MnA、H08MnMo或H10MnSi焊絲，配合HJ431；焊后需熱處理的厚壁容器，應(yīng)選用H08MnMoA焊絲，配合HJ431或HJ360。板厚大于70mm時(shí)應(yīng)采用H10MnMo焊絲，配合HJ431。焊后正火處理，正火溫度900930。正火后進(jìn)行超聲波檢測，合格后進(jìn)行610630回火。焊條電弧焊或埋弧焊，板厚大于30mm時(shí)，焊后應(yīng)消除應(yīng)力熱處理。焊前預(yù)熱100以上，不消除應(yīng)力熱處理的厚度可放寬至34mm。熱處理溫度6

35、00650，保溫時(shí)間按3min/mm計(jì)。2.2.2.215MnVR鋼的焊接鋼中微量元素V與Mn一樣起強(qiáng)化作用，可使略高于16MnR鋼，對焊接性無影響，其碳當(dāng)量0.40%。當(dāng)殼體名義厚度>30mm時(shí)，無論采用埋弧焊或焊條電弧焊均應(yīng)預(yù)熱100150。預(yù)熱焊時(shí)>32mm，不預(yù)熱時(shí)>28mm，均應(yīng)作消除應(yīng)力熱處理，熱處理時(shí)的加熱溫度為540580，保溫時(shí)間為3min./mm。15MnVR及19Mn5、19Mn6、SPV46鋼焊條電弧焊可選用E5515（J557）焊條。中、厚板也可選用E5015（J507）和E506（J506）焊條。埋弧焊選用H08MnMo、H08Mn2Mo焊絲，配合

36、HJ350或SJ301。當(dāng)<20mm時(shí)，可采用I形坡口直邊對接，焊絲選用H10Mn2或H08MnA，配合HJ350或SJ301。電渣焊選用H10MnMo、H10Mn2Mo焊絲，配合HJ360、HJ431。焊后經(jīng)920960正火處理，并進(jìn)行超聲波檢測合格后，進(jìn)行540580回火處理，保溫時(shí)間可按3min/mm計(jì)。2.2.2.315MnVNR鋼的焊接15MnVNR鋼是在Mn固溶強(qiáng)化的基礎(chǔ)上以V、N進(jìn)行彌散強(qiáng)化的高強(qiáng)鋼，其可達(dá)411MPa，碳當(dāng)量0.43%。焊接時(shí)其淬硬傾向并不嚴(yán)重，埋弧焊或焊條電弧焊接頭的最大硬度不超過350HV。熱影響區(qū)不會發(fā)生回火軟化，過熱區(qū)稍有脆化傾向，隨著線能量的增大

37、其沖擊韌度逐漸下降，因此應(yīng)采用較小的線能量。當(dāng)25mm時(shí)，應(yīng)預(yù)熱150以上。焊條電弧焊選用E6016-D1（J606）、E6015-D1（J607）、E6015-G（J607Ni、J607H）焊條，也可選用E5515-G（J557、J557Mo、J557MoV）、E5516-G（J556、J556RH）焊條。埋弧焊選用H08MnMoA、H08Mn2MoA焊絲，配合HJ350或SJ101；氬弧焊選用H08Mn2Si焊絲。電弧焊>20mm時(shí)，焊后應(yīng)進(jìn)行540580的回火，保溫時(shí)間按3min/mm計(jì)。電渣焊選用H10MnMoA、H10Mn2MoVA焊絲，配合HJ431或HJ360。焊后進(jìn)行正火

38、+回火處理，正火溫度950，保溫1h；回火溫度540580，保溫2h。2.2.2.418MnMoNbR鋼的焊接18MnMoNbR鋼的大于490MPa，鋼中加入Mo和Nb可細(xì)化晶粒并形成彌散狀態(tài)的碳化物（NbC、Mo2C），所以這種鋼具有較好的中溫性能，適用于制造石油、化工高壓容器及鍋爐。這種鋼可用氣割下料，氣割后不需刨邊直接焊接。由于強(qiáng)度高，回彈性大，成形和矯圓時(shí)需加熱，控制溫度在9001000之間，加工終止溫度不應(yīng)低于800。鋼的碳當(dāng)量為0.55%，具有一定淬硬性，常溫下（不預(yù)熱）施焊熱影響區(qū)最高硬度可達(dá)400HV以上，預(yù)熱150可降至350HV以下。焊條電弧焊選用E6015-D1（J607

39、）、E6015-G（J607Ni、J607RH）焊條。定位焊或焊接工藝卡具都必須進(jìn)行局部預(yù)熱，并應(yīng)認(rèn)真烘干焊條及清理坡口，以免焊縫增氫引起延遲裂紋。電弧焊前應(yīng)預(yù)熱180200。埋弧焊選用H08Mn2MoA、H08Mn2MoVA焊絲，配合HJ250-HJ350或HJ101焊劑。多層焊時(shí)為避免過熱，層間溫度應(yīng)控制在300以下。電渣焊時(shí)宜選用H10Mn2NiMoA、H10Mn2MoA和H10Mn2MoVA焊絲，配合HJ360、HJ431。電渣焊可不預(yù)熱，但應(yīng)適當(dāng)增加引弧板長度。18MnMoNbR、18MnMoNbg鋼具有延遲裂紋傾向，焊后應(yīng)盡快熱處理。焊條電弧焊和埋弧焊只回火處理；電渣焊應(yīng)進(jìn)行正火+

40、回火處理，正火溫度950980。根據(jù)焊材合金系統(tǒng)不同，其回火溫度不同，Mn-Mo系焊絲回火溫度為600650；Mn-Mo-V系焊絲為避免焊縫在600具有回火脆性，應(yīng)取上限（650）的回火溫度。2.2.2.514MnMoVg鋼的焊接14MnMoVg鋼，>490MPa，正火+回火后的組織為索氏體+少量珠光體和鐵素體。碳當(dāng)量為0.50%有較明顯的淬硬傾向，要適當(dāng)預(yù)熱和調(diào)整焊接線能量，以控制熱影響區(qū)的冷卻速度、防止冷裂紋。當(dāng)>20mm時(shí)，預(yù)熱150以上，預(yù)熱寬度不少于3倍板厚且鋼板內(nèi)外表面溫度應(yīng)均勻。層間溫度不低于預(yù)熱溫度，便不宜過高，否則將降低接頭強(qiáng)度和韌性，一般保持在150200。焊條

41、電弧焊應(yīng)選用D7015-G（J707），厚板可采用E6015-D1（J607）焊條，焊條經(jīng)350-400烘干，恒溫12h。埋弧焊應(yīng)選用H08Mn2MoA、H08Mn2MoVA、H08Mn2NiMo焊絲，配合HJ250、HJ350、SJ101。當(dāng)板厚50mm時(shí)，焊后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行消氫處理。電渣焊時(shí)宜選用H10Mn2MoA、H10Mn2MoVA、H10Mn2NiMoA焊絲，配合HJ360、HJ431。焊后進(jìn)行950970的正火處理，正火后進(jìn)行650670的回火處理。電弧焊時(shí)，任意厚度都應(yīng)進(jìn)行600650的回火處理，保溫時(shí)間按4min/mm計(jì)。由于14MnMoVg鋼有一定的再熱裂紋敏感性，所以熱處理后應(yīng)

42、對焊縫進(jìn)行超聲波和磁粉檢測。2.2.2.613MnNiMoNbR鋼的焊接13MnNiMoNbR鋼，392MPa，昌中溫厚壁壓力容器用鋼，具有較好的綜合力學(xué)性能，可用于450以下。火焰切割厚板（80mm），開始位置應(yīng)預(yù)熱100以上；電弧氣割刨清根應(yīng)將焊件預(yù)熱150200。焊條電弧焊選用E6015（J607）、E6016（J606）焊條。焊條烘干350400/2h。焊條電弧焊板厚大于10mm時(shí)，應(yīng)預(yù)熱150200，并保持層間溫度不低于150，焊后作消氫處理；板厚大于90mm時(shí)，焊后立即進(jìn)行350400×2h的消氫處理。預(yù)熱時(shí)>20mm的受壓件，焊后必須作600620的消除應(yīng)力熱處理

43、。埋弧焊可采用I形、V形或U形坡口。選用H08Mn2MoA焊絲，配合HJ350或SJ101焊劑。>20mm時(shí)預(yù)熱至150200，保持層間溫度不低于150。消氫處理和焊后消除應(yīng)力熱處理與焊條電弧焊相同。焊后應(yīng)進(jìn)行100%超聲檢測，并作25%射線檢測抽查。電渣焊選用H10Mn2NiMo和H10Mn2Mo焊絲，配合HJ360、HJ431。焊后正火處理溫度920940，保溫時(shí)間1.5min/mm；回火處理溫度630650，保溫時(shí)間2min/mm。焊縫進(jìn)行100%超聲波檢測。2.3珠光體耐熱鋼的焊接珠光體耐熱鋼是以Cr-Mo為基的低合金鋼，具有較好的高溫抗氧化性和熱強(qiáng)性，最熱動(dòng)力設(shè)備及中、高溫高壓

44、容器的重要材料之一。常用的鋼號有12CrMo、15CrMo、12Cr2Mo、12Cr1MoV、20CrMo、2.25Cr1Mo等。2.3.1 珠光體耐熱鋼的化學(xué)成分及焊接性珠光體耐熱鋼的化學(xué)成分和合金的組織，是為滿足常溫力學(xué)性能和保證高溫性能而設(shè)計(jì)的。高溫，金屬容易氧化和腐蝕，而長期受應(yīng)力作用的同時(shí)還會發(fā)生“蠕變”。因此為提高鋼的抗氧化性，通常加入Cr、Al、Si元素，從而可在鋼的表面形成穩(wěn)定致密的保護(hù)性氧化膜Cr2O3、Al2O3等，以防止氧對鐵的繼續(xù)氧化。為提高鋼的熱強(qiáng)性，加入Cr、Mo、W等元素可使鐵素體基本固溶強(qiáng)化；加入V、Nb、Ti強(qiáng)碳化物形成元素，以形成合金碳化物（如V4C3、VC

45、、NbC、TiC）沉淀強(qiáng)化；加入微量元素RE和B等起凈化并填充晶界的作用，并可阻礙晶界的擴(kuò)散變形，使晶界強(qiáng)化。珠光體耐熱鋼由于加入多量合金元素以提高熱穩(wěn)和熱強(qiáng)性，因此也增大了鋼的淬透性，近縫區(qū)（熔合線附近）存在淬硬脆化和延遲紋傾向，尤其含V鋼在焊后熱處理或高溫長期工作中還會產(chǎn)生再熱裂紋。熱影響區(qū)中加熱溫度處于ACl附近的區(qū)域還將發(fā)生回火軟化，而可能成為蠕變斷裂的起源。某些耐熱鋼基體金屬及焊接接頭，當(dāng)存在一定量的雜質(zhì)元素（如鋼中殘余的P、As、Sb、Sn和焊縫金屬中的O、Si、P等）時(shí)，還具有明顯的回火脆性，使其在350500的溫度區(qū)間長期運(yùn)行過程中發(fā)生劇烈脆變，導(dǎo)致失效或斷裂。為保證焊縫性能與

46、母材相匹配具有熱強(qiáng)性，焊縫成分應(yīng)力求與母材相近。為防止焊縫熱裂段向，其含碳量應(yīng)比基體金屬低（但不低于0.07%），其他合金元素含量盡可能與母材相近，以獲得相同的熱物理性能和力學(xué)性能。為消除近縫區(qū)的淬硬現(xiàn)象，應(yīng)根據(jù)鋼的成分及其結(jié)構(gòu)尺寸，選擇適當(dāng)?shù)念A(yù)熱溫度和焊后熱處理溫度。同時(shí)為控制軟化區(qū)的軟化程度，盡可能選擇低的預(yù)熱溫度和偏小的線能量。為防止回火脆性，應(yīng)降低焊縫金屬中的O、Si、P含量，這是最有效的措施。2.3.2 珠光體耐熱鋼的焊接2.3.2.112CrMo、15CrMo及20CrMo鋼的焊接12CrMo、15CrMo鋼含碳量較低，焊接性較好，厚度大于10mm時(shí)，應(yīng)預(yù)熱150以上。20CrMo

47、鋼任意厚度，均應(yīng)預(yù)熱150以上。12CrMo鋼焊條電弧焊時(shí)選用E5515-B1（R207）焊條，15CrMo、20CrMo及SA387Gr12（ASME）、13CrMo44（德國）鋼，選用E5515-B2（R307）焊條。埋弧焊和氬弧焊可選用H08CrMoA、H12CrMoA鋼，配合HJ350或SJ101。焊接時(shí)保持層間溫度不低于最低預(yù)熱溫度，厚度大于50mm的20CrMo鋼，焊后立即進(jìn)行250的低溫后熱處理。任意厚度的12CrMo、15CrMo鋼壓力容器，焊后應(yīng)進(jìn)行整體熱處理，熱處理溫度為640670，保溫時(shí)間按4min/mm計(jì)。任意厚度的20CrMo鋼壓力容器，應(yīng)進(jìn)行650680焊后回火處

48、理。2.3.2.212Cr1MoV鋼的焊接12Cr1MoV鋼是在Cr、Mo合金基礎(chǔ)上加入0.15%0.3%V，具有較高的熱強(qiáng)性，最高工作溫度可達(dá)580。當(dāng)>6mm時(shí)，焊接前應(yīng)預(yù)熱至200以上。焊條電弧焊選用E5515-B2-V（R317）焊條。埋弧焊選用H08CrMoVA焊絲，配合HJ350或SJ101。氬弧焊選用H08CrMoA、H08CrMnSiMoA焊絲。厚度大于60mm時(shí)，焊后立即進(jìn)行350400/2h的消氫處理。任意厚度12Cr1MoV鋼容器，焊后應(yīng)作730750的回火熱處理，保溫時(shí)間按5min.mm計(jì)。消除應(yīng)力熱處理后還應(yīng)進(jìn)行100%的超聲檢測。2.3.2.32.25CrIMo鋼的焊接屬于這類鋼的還有SA387Gr22（ASME）及10CrMo910（德國），它們是高壓加氫裝置常用的抗氫金剛，含有較多的Cr、Mo合金元素（約4%），有較強(qiáng)淬硬和冷裂傾向。埋弧焊時(shí)焊道曾出現(xiàn)過縱向裂紋，一般采用較低的預(yù)熱溫度不足以防止冷裂紋，必須預(yù)熱200以上，但又容易引起裂紋。通常采用150180的預(yù)熱溫度不足以防止冷裂紋，必須預(yù)熱200以上，但又容易引起熱裂紋。通常采取150180的預(yù)熱和不低于200的后熱處理。焊條電弧焊選用E60