【正文】 施工單位的工程技術人員要求掌握焊材選擇的基本知識，目的是： （ 1）在審圖時核對設計對焊材選擇的正確性； （ 2）當設計無規(guī)定或現(xiàn)場條件滿足不了設計規(guī)定時，為自選焊材提供方便。 ■舉例： Q235，按等強度的原則應選用 J42焊條，而不應選用 J50 焊條。 （ 3）當母材化學成分中碳或硫、磷等有害雜質較高時，應選擇抗裂性和抗氣孔能力較強的焊條。如異種鋼焊條的選擇。 ■舉例： 16Mn 鋼用于非重要結構時可選用 J50 J503 等酸性焊條；而當用于重要結構時，則應選用 J50 J507 等堿性焊條。還應考慮是否在腐蝕介質中工作，以選擇合適的堆焊焊條。 考慮焊件的復雜程度和結構特點、焊接接頭型式等： （ 1）形狀復雜或大厚度的焊件，由于其焊縫金屬在冷卻收縮時產生的內應力大，容易產生裂紋。 （ 3）因受條件限制而使某些焊接部位難以清理干凈時，就應考慮選用氧化性強，容易脫渣，對鐵銹、氧化皮和油污反應不敏感的酸性焊條，以免產生氣孔等缺陷。 （ 2）某些鋼材（如珠光體耐熱鋼）需進行焊后消除應力熱處理，但受設備條件限制或本身結構限制而不能進行時，應選用與母材金屬化學成分不同的焊條（如奧氏體不銹鋼焊條），可以免進行焊后熱處理。 （ 3）對于在密閉容器內或通風不良場所焊接時，應盡量采用低塵低毒焊條或酸性焊條。 （ 3）根據(jù)結構的工作條件，合理選用焊條的合金系統(tǒng)。 考 慮焊條的工藝性能： 焊條工藝性能的好壞是焊條使用的前提。 （二）碳素鋼的焊條選用 對碳素鋼的認識： ●碳鋼的主要分類方法： （ 1）按含碳量分類：低碳鋼： C≤ %（有的國家稱為軟鋼）；中碳鋼： C=%；高碳鋼： C＞ %。 （ 5）根據(jù)鋼中有害雜質 S、 P 的含量分： 普通碳素鋼： S ≤ %， P ≤ %； 優(yōu)質碳素鋼： S ≤ %， P ≤ %； 高級優(yōu)質碳素鋼： S ≤ %， P ≤ %。 （ 2）焊接氣瓶用碳素鋼（ GB665394）： ? HP24 HP26 HP295： C≤ %；屈服強度 245295MPa。 （ 6）石油天然氣管道用螺旋縫埋弧焊碳素鋼（ GB971188） ? S20 S2 S290： C≤ %；屈服強度 205290MPa （ 7）鐵道鋼軌用碳素鋼（ GB258581）： ? U、 7 U7 U71Cu： C=%；抗拉強度≥ 785MPa。 （ 3）母材成分不合格（如 C、 S 過高）時，焊接裂紋傾向大。有時也可選用 E50 系列焊條代用，但不應作為首選，否則違背了等強的原則。在我國，鈦鈣型焊條（如 J422）的消耗量最大，要占全部焊條產量 的 80%以上 。 中碳鋼的焊接工藝要點： （ 1）正確選擇焊接材料。 （ 5）對已經熱處理的中碳鋼部件進行焊接，應采取防裂紋的措施。 （ 3）在僅要求實現(xiàn)完整連接而不要求強度，或不要求焊縫與母材等強度的場合，或者焊件結構復雜對采取防裂紋措施有困難時，可采用強度等級較母材低一檔的焊條。理由是奧氏體焊縫金屬塑性好、溶解氫的能力強。 方案二：在無預熱情況下，先用 A302 或 A307 焊條在 45 鋼及 Q235 鋼的坡口面上堆焊兩層隔離層，然后再用 A302 或 A307 焊條進行對接焊。 ?屈服強度為 300450MPa 的低合金結構鋼，以熱軋或正火狀態(tài)使用。因為線能量增大可使硬化傾向降低，但易使晶粒長大。 ?焊接接頭的內應力存在 ☆在低合金結構鋼及其常用的配套焊接材料中，由于能增大熱裂傾向的元素含量較少，故產生熱裂紋的敏感性不大。因為熔池過熱易促使熱裂。焊縫系數(shù)小，則使偏析集中于焊縫中心，形成焊縫中心薄弱面，熱裂傾向大。如合理布置焊縫，合理安排施焊順序等。 （ 1）首先考慮等強度原則。 （ 2）應考慮化學成分的要求。 （ 3）滿足所要求的常溫或低溫沖擊韌性指標要求。 ■舉例： 10MoWVNb 抗氫鋼應采用 J507MoW 焊條，而不能用 J507。 ●對于非重要結構或坡口表面有油、銹、氧化皮等臟物而又很難清理時，在結構性能要求允許的前提下，可選用酸性焊條。組織為鐵素體加少量珠光體，在 40～ 110℃范圍內使用。 ☆典型鋼種有 9Ni鋼：回火后的組織使 9Ni鋼在 196℃低溫下仍具有優(yōu)良的低溫韌性。 （ 3）設備和管道的工作溫度低于材料的脆性轉變溫度 低合金低溫鋼的焊接特點： （ 1）不含鎳低溫鋼：由于其含碳量低、其他合金元素也不高，淬硬和冷裂傾向小，具有良好的焊接性。 ◇雖然鎳可能增大熱裂傾向，但是嚴格控制鋼及焊接材料中的 C、 S、 P 含量，以及采用合理的焊接工藝，增大焊縫成形系數(shù)，可以避免熱裂紋。 （ 2）焊接熱裂紋問題， 尤其表現(xiàn) 為 弧坑裂紋。 ◆焊接磁偏吹的消除及控制措施： ◇采用永久磁鐵平衡法來消除焊接磁偏吹的影響。 低溫鋼焊接接頭的低溫韌性保證措施： （ 1）從結構設計上充分考慮焊透，避免結構不良而引起的人為缺陷。 ●采用錘擊工件等強制手段進行組裝會增加殘余應力，易導致發(fā)生低應力脆性斷裂破壞。 ●對低溫鋼焊接實行表面退火焊道，對改善焊接接頭的韌性有相當有利的作用。 低合金低溫鋼的焊條選用要點： 低溫鋼焊接的主要矛盾是保證接頭的低溫韌性要求，防止接頭在使用過程中產生脆性斷裂，其強度通常均能滿足要求。如 W60 W707Ni等。 如： 如 ENiCrFe2 、 ENiCrFe4 、 ENiCrMo6 等焊條 。具有熱穩(wěn)定性和熱強性的鋼稱為耐熱鋼。以 Cr、 Mo 為主要元素的 珠光體耐熱鋼稱為鉻鉬珠光體耐熱鋼。也有以調質狀態(tài)供貨。 （ 3）高合金耐熱鋼： 合金元素總含量大于 13%，以 Cr 或 CrNi為主。 蠕變：金屬在一定溫度和一定應力作用下隨著時間的增加，慢慢發(fā)生塑性變形的現(xiàn)象 碳鋼工作溫度超過 300350℃，合金鋼的工作溫度高于 400 ℃，都會發(fā)生蠕變。 對耐熱鋼焊接接頭性能的基本要求： （ 1）接頭的等強度和等塑性：不僅要有與母材基本相等的常溫和高溫短時強度，而且更重要的應具有與母材相當?shù)母邷爻志脧姸?，同時還應具有與母材相近的塑性變形能力。 （ 4）接頭的抗脆斷性：焊接接頭應能承受 ，和高溫高壓設備投運或檢修后的冷起動過程。 ●焊接時存在的主要問題是： （ 1）熱影響區(qū)的脆化（淬硬性）：在冷卻速度較大的情況下，接近熔合線的粗晶區(qū)容易形成淬硬的馬氏體組織。 （ 2）焊縫和熱影響區(qū)的軟化：冷卻速度過慢，使接頭在 AC1 附近的停留時間增長，而出現(xiàn) “軟化區(qū) ”，沖擊韌性下降，引起斷裂。 ★防止措施：同低合金結構鋼。 （ 5）再熱裂紋：在焊接之后再次處于高溫（如焊后熱處理）下產生的裂紋。焊接接頭中的咬邊、根部未焊透等處是產生再熱裂紋的裂源。 ◇正確選用焊接材料： ①采用強度較低的焊縫金 屬，以提高其塑性變形能力，可減輕近縫區(qū)塑性應變集中程度； ②也可僅在焊縫表層用低強高塑性焊條蓋面。 鉻鉬珠光體耐熱鋼的焊條選用要點： ☆從合金元素過渡方式看，絕大多數(shù)低合金耐熱鋼焊條的主要合金成分都是由藥皮來過渡的。 （ 2）如焊 件焊后需經退火、正火或熱成形，則應選用合金成分和強度級別較高的焊條。通常選用熔敷金屬化學成分和力學性能與母材相同或接近的焊條。 ◇控制焊接工藝： ①堆焊隔離層；☆控制適宜的線能量； ②適當預熱和提高層間溫度； ③采用回火焊道（焊趾覆層或 TIG 重熔）有助于細化晶粒，減小應力集中； ④調整施焊方式減少焊接應力（焊接順序、分段退焊等）； ⑤焊后對焊縫的加強高和焊趾部位 打磨呈圓滑過渡，減小應力集中程度； ⑥有條件時可采用熱輸入量小、熱影響區(qū)窄、焊縫金屬含氫量低的焊接方法（如窄間隙焊、熔化極氣體保護焊等）。加熱速度較慢時容易發(fā)生再熱裂紋。 ?再熱裂紋的主要影響因素： ◇化學成分： Cr、 Mo、 V是碳化物的形成元素，會有析出強化作用，增加鋼的再熱裂紋敏感性。以 鋼為典型。 （ 3）冷裂紋：一般發(fā)生在熱影響區(qū)的粗晶區(qū)內。 ?雖然多層焊的接頭性能比單層焊好得多，但緊靠熔合線的熱影響區(qū)仍是最薄弱的環(huán)節(jié)。 ★奧氏體耐熱鋼與奧氏體不銹鋼具有基本相 同的焊接特點，其焊條選用原則將在后面的奧氏體不銹鋼一章中一并介紹。為此要求焊縫金屬的合金成分應與母材基本相同。 （ 3）蠕變脆性（鋼的持久塑性）：在溫度、應力和時間三者聯(lián)合作用下所產生的脆性傾向。 ■如 0Cr13Al（鐵素體）、 1Cr13（馬氏體）、 1Cr18Ni9Ti（奧氏體）。合金元素總含量大于 10%以上的耐熱鋼組織為馬氏體。 （ 2）中合金耐熱鋼： 合金元素總含量 612%，以 Cr 為主，含 %。供貨狀態(tài)為退火、或正火 +回火。 ★低溫鋼焊條藥皮一般均采用低氫型。 如 W907Ni。如 W50 J507RH。 ◇為了消除表面層的柱狀組織，也可以最后多焊一層退火焊道，再把退火焊道加工掉。 ●因為缺口效應往往是脆斷的裂源，所以不允許在受壓元件上刻劃或敲打材料標記和焊工鋼印等導致產生缺口效應的劃痕。 （ 3）正確制定焊接工藝，控制焊接線能量：采取小電流、快焊速、控制多層焊的層間溫度等措施。 ◇采用交流焊接電源，由于電流方向的高頻率變換（每秒 100 次），磁場不會造成電弧偏吹。但 高氫下也有一定冷裂敏感性。所以保證焊縫和粗晶區(qū)的低溫韌性是低溫鋼焊接時的技術關鍵。 （ 2）含鎳低溫鋼：由于添加了鎳，增大了鋼的淬硬性，但不顯著，冷裂傾向不大。 ■舉例： 1Cr18Ni9Ti等。 ?中合金低碳馬 氏體型低溫鋼：合金元素含量大于 510%。 （三）低溫鋼的焊條選用 對低溫鋼的 認識： ●用于制造 20～ 253℃低溫下工作的焊接結構的專用鋼材，稱為低溫鋼。 ●對于重要結構及要求抗裂性好、塑性好、沖擊韌性好、低溫性能好的焊接結構，應選用堿性焊條（低氫型或超 低氫型）。 ★用于壓力容器焊接的焊條應符合 JB/T474720xx《壓力容器用鋼焊條訂貨技術 條件》的規(guī)定。 ★壓力容器焊接的焊接材料熔敷金屬硫、磷含量應符合 JB/T474720xx《壓力容器用鋼焊條訂貨技術條件》的規(guī)定。 ★經驗證明，如果焊縫強度超過母材過多且塑性差時，可能造成冷彎角小，甚至出現(xiàn)橫向裂紋。 低合金結構鋼的焊條選擇要點： 總體原則：一般根據(jù)母材的化學成分、力學性能、接頭的裂紋敏感性、焊后是否熱處理、焊件的使用條件（耐蝕、耐高溫、耐低溫等）、結構形式及受力情況、焊接施工條件等因素進行綜合 考慮。 ◇減小熔合比：通過開大坡口，或減小熔深，或采取隔離層堆焊法，采用鎳基合金焊材等，來減小熔合比，防止母材向焊縫轉移某些有害雜質。因為焊接速度增大會改變熔池形狀，影響到偏析。 C含量最好小于%。 ?限制擴散氫： ◇焊件坡口表面清理；采用低氫或超低氫焊材，并防止吸潮； ◇預熱或 “緊急 ”后熱以減少擴散氫； ◇采用奧氏體焊條來固溶氫，限制氫的擴散，但帶來其它問題（如熱裂紋、熔合區(qū)冷裂紋、不經濟等），非特殊情況不采用。如07MnNiCrMoVDR（屈服強度下限 490MPa） 低合金結構鋼的焊接特點： （ 1）熱影響區(qū)的淬硬傾向（硬化）：