【正文】 由于焊接接頭最突出的問題就是焊接殘余應(yīng)力和冷裂紋的問題，而高溫回火對改善這些問題帶來的不利影響是有效的，又由于它對母材的損傷小，成本又低，故焊縫的高溫回火是應(yīng)用最多的焊后熱處理方法。通過焊后熱處理，不僅可以消除或減緩焊接殘余應(yīng)力，還可改善焊接接頭的組織，降低接頭區(qū)的含氫量，提高焊接接頭的耐腐蝕性和韌性，防止焊縫區(qū)產(chǎn)生脆性破壞和延遲裂紋等。如有濕硫化氫、苛性堿存在時； d、有特定的防腐蝕要求時。但焊縫的預(yù)熱惡化了焊接的工作環(huán)境，尤其是對手工焊接來說，它不利于焊接的操作。 （四）焊前預(yù)熱和焊后熱處理 前文已經(jīng)多次提到，焊接的過程都是對焊件進(jìn)行局部加熱的過程，局部加熱就意味著被加熱區(qū)與周圍的金屬之間存在一個溫度梯度。 上節(jié)中已經(jīng)講到，等離子切割具有溫度高、熱量集中的特點(diǎn)，它幾乎能切割一切金屬材料，所以在工程上的應(yīng)用日益增多。 丁字接頭 兩個焊件成丁字型結(jié)合的焊接接頭稱為丁字接頭。該過渡區(qū)的坡度一般不宜大于15176。然而，加墊環(huán)的焊縫，其焊接準(zhǔn)備工作量較大，故實(shí)際工程上也很少用。這三種坡口型式相比，Y型坡口加工最簡單，但其金屬填充量最大。 烘干后的焊條應(yīng)存在烘干箱或保溫箱中備用，不宜露天放置，否則使用前應(yīng)再次烘干。 b、焊條藥皮的選擇 母材中如果含硫、磷等雜質(zhì)元素較高時，應(yīng)選用脫硫、脫磷且抗裂性較好的堿性焊條；對于承受動載荷或沖擊載荷的情況，為了保證焊縫金屬的塑性和韌性，宜選用堿性焊條；對于形狀復(fù)雜或壁厚較厚的焊件，由于它易產(chǎn)生焊接裂紋和較大的焊接應(yīng)力，也宜選用堿性焊條；對于易產(chǎn)生冷裂的高強(qiáng)度鋼，應(yīng)選用低氫型焊條；對于受結(jié)構(gòu)、位置等方面的影響，其焊接接頭的鐵銹、油污等難以清除干凈時，宜選用對它敏感性較小的酸性焊條；對于固定焊縫，應(yīng)選用全位置焊接的焊條；當(dāng)沒有直流電焊機(jī)時，應(yīng)選用交流或交直流兩用焊條。 例如，E001910MO215表示：焊條；熔敷金屬中的碳含量≤%；鉻的含量為19%；鎳的含量為10%；鉬的含量為2%；焊條為堿性藥皮，適用于直流反接焊接。其代號表示如下： E ＃＃ ＃ ＃＃ A1 后綴字母。堿性焊條則較差些； g、堿性焊條焊接時產(chǎn)生的煙氣多，且由于其中含有氟化氫這一有毒氣體，故焊接時要有良好的通風(fēng)措施。其中，堿性焊條與酸性焊條的特點(diǎn)對比如下： a、酸性焊條中由于存在氧化硅、氧化鈦等強(qiáng)氧化物，使得焊縫的氧化冶金反應(yīng)比較劇烈，因此焊縫金屬的有益合金元素容易被燒損，且不利于摻合金。為了提高生產(chǎn)率則常采用大電流、快速焊的焊接參數(shù)。 電弧電壓的選擇 前面已經(jīng)講過，焊接回路的電壓不能太高，以避免現(xiàn)場人員觸電。影響焊條直徑選取的因素有構(gòu)件的壁厚、接頭的坡口型式、焊接的位置等。因此，在焊接前應(yīng)首先合理的確定這些技術(shù)參數(shù)和焊接工藝。有關(guān)的試驗(yàn)方法和試驗(yàn)要求見標(biāo)準(zhǔn)SHJ509和本書第九章。 密封性試驗(yàn)的方法很多，常用的有煤油滲透試驗(yàn)、氣密試驗(yàn)等方法。 當(dāng)外觀檢查不能立即判定某些缺陷是不是裂紋時，應(yīng)作標(biāo)記，以便用無損探傷方法（如磁粉探傷或滲透探傷）進(jìn)一步檢查確認(rèn)。 外觀檢驗(yàn) 焊縫的外觀檢查一般以肉眼觀察為主，有時也可利用（5~20）倍的放大鏡進(jìn)行觀查。焊縫過低時還會削弱焊接接頭強(qiáng)度，過高時容易增加焊接應(yīng)力，且浪費(fèi)焊接材料，故均應(yīng)進(jìn)行控制。焊瘤可進(jìn)行鏟除修理。 （四）其它焊接缺陷 除了上述的幾種主要的、也是影響比較大的缺陷之外，焊接中還經(jīng)常出現(xiàn)下列一些缺陷。 c、焊接工藝方面的影響 如果焊接速度較快，金屬的冷卻速度也較快，不利于氣體的逸出，容易產(chǎn)生氣孔。母材或焊接材料的含碳量越高，或焊接過程中脫氧不完全時，容易產(chǎn)生一氧化碳?xì)饪住臏p少氫的來源考慮，應(yīng)采用低氫型焊接材料，焊前嚴(yán)格烘干焊接材料，不要在濕度較大的雨雪天焊接等都可減少焊縫金屬中的氫含量；控制焊后冷卻速度和多層焊的層間溫度，使其不發(fā)生或少發(fā)生馬氏體的轉(zhuǎn)變，既可防止組織脆化，又利于氫的逸出，故有利于防止冷裂紋的出現(xiàn)；焊后進(jìn)行熱處理，可以起到除氫、消脆和消除焊接應(yīng)力的作用，因此可以防止冷裂紋的產(chǎn)生。氫在金屬中的擴(kuò)散速度受溫度的影響比較大，也與金屬的組織有關(guān)。而焊縫邊沿金屬含碳量較高，故中心金屬首先發(fā)生奧氏體轉(zhuǎn)變，此時它的過飽和氫將向母材側(cè)遷移。由此可見，含碳量的增加，同時會增加材料焊接冷裂和熱裂的危險(xiǎn)性，故壓力管道的焊接元件中，對于碳素鋼材料，%。采用堿性焊條，對焊縫進(jìn)行較好的脫硫也是降低熱裂紋產(chǎn)生傾向的途徑之一。 熱裂紋一般發(fā)生在結(jié)晶過程中金屬冷卻到固相線附近的溫度，此時金屬的結(jié)晶即將完成，而晶粒之間尚存在著少量的低熔點(diǎn)共晶體的液態(tài)薄層尚未凝固。一般情況下，焊后熱處理可以消除60%~80%的焊接殘余應(yīng)力。例如，對于DN≤40的焊接連接合金鋼閥門，由于其結(jié)構(gòu)尺寸較小，焊接變形和焊后熱處理會影響到其閥座的密封性，故一般要在它的兩端各加裝150mm長的短管，該短管在制造廠焊好，這樣就使得現(xiàn)場的焊縫離閥門較遠(yuǎn)，從而不致于因焊接或熱處理變形而影響到閥門的密封性；焊接殘余應(yīng)力的存在還影響到焊接接頭金屬的耐腐蝕性能，因?yàn)榻饘僭趹?yīng)力的作用下處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，甚至處于晶格畸變的高能狀態(tài)，此時更容易遭受腐蝕，特別是應(yīng)力腐蝕。 c、組織應(yīng)力 組織應(yīng)力是固態(tài)金屬發(fā)生相變時，體積改變受阻而引起的應(yīng)力。 從微觀上來講，焊接殘余應(yīng)力由以下三部分組成： a、熱應(yīng)力 這是由于焊縫本身各部分收縮量不同或者是由于加熱不均勻（局部加熱）而產(chǎn)生的應(yīng)力。由于這些差別，有必要將焊縫中經(jīng)常出現(xiàn)的缺陷及防止方法進(jìn)行介紹。蘭脆區(qū)的顯微組織基本上同母材組織。溫度稍高于AC1的部分，一般只能發(fā)生珠光體向奧氏體的轉(zhuǎn)變，而由于溫度較低，鐵素體沒能發(fā)生奧氏體轉(zhuǎn)變，或者沒能完全轉(zhuǎn)變。該區(qū)域金屬的性能特點(diǎn)是沖擊韌性顯著降低，一般可降低25%~30%。根據(jù)所發(fā)生的熱處理和金屬的組織不同，可將熱影響區(qū)劃分為半熔化區(qū)、過熱區(qū)、正火區(qū)、部分相變區(qū)、再結(jié)晶區(qū)和藍(lán)脆區(qū)等六個部分。通過改變焊接工藝，可以改變焊縫金屬的組織。 a、母材：被焊接的管子、管件等原構(gòu)件稱為母材； b、焊接材料：焊絲、裸焊條等填充金屬與焊劑和焊條藥皮統(tǒng)稱為焊接材料； c、熔池：焊接時，被加熱熔化的母材和焊接材料處于一個池形固態(tài)金屬中，這一由固態(tài)金屬所形成的包圍液態(tài)金屬的池子稱為熔池； d、熔合線：熔池與母材的邊界線稱為熔合線。P2O5易溶于熔渣而排走。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(qiáng)度及塑性，在焊縫中它還容易導(dǎo)致結(jié)晶裂紋（熱裂紋）的出現(xiàn)。堿性焊條（焊劑）中的主要成分為Na2O、K2O、CaO、MgO、FeO、MnO等；酸性焊條（焊劑）中的主要成分為SiOTi2O、P2O5等；中性焊條（焊劑）的主要成分為Al2OFe2OV2O5等。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。氧還能與碳生成一氧化碳?xì)怏w，使焊縫中出現(xiàn)氣孔。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(diǎn)?？偲饋碚f，高溫的電弧形成了電弧焊的熱源。當(dāng)焊條與構(gòu)件接觸時，由于接觸點(diǎn)的電阻較大，由此產(chǎn)生較大的熱量，使接觸金屬溫度升高。其特點(diǎn)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。與熔化焊相比，它具有下列特點(diǎn)：焊接時一般不需要太高的溫度，故對母材的損傷小。 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(jìn)行焊接的一種方法。 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(jìn)行焊接的一種方法。氣體保護(hù)焊與前二者相比，具有下列特點(diǎn)：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，焊縫表面成形好。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)量問題焊料及電能的利用較厚件需要開坡口，焊縫金屬填充量較大。它是目前應(yīng)用最廣泛的一種焊接方法。 仰焊將使焊接人員以極不舒適的姿式焊接，勞動強(qiáng)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。但是，如果焊縫材料分渣不好，易產(chǎn)生夾渣。 塞焊常用于襯里層與基層的焊接，壓力管道中不常用。角焊不能采用射線探傷，故其接頭強(qiáng)度和焊接質(zhì)量不易檢查。因?yàn)椴捎梅ㄌm或螺紋連接時，需要采用經(jīng)過精密機(jī)加工的專用管道元件，成本較高； c、接頭強(qiáng)度高，密封性能好； d、為不可拆卸接頭； e、現(xiàn)場勞動強(qiáng)度大，且因?yàn)楹附舆^程可能會產(chǎn)生強(qiáng)光或有害氣體，需要加強(qiáng)勞動保護(hù)。壓力管道技術(shù) 施工安裝第十章 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(jī)加工、管道的焊接及檢查、管道的吹掃及試驗(yàn)、工程驗(yàn)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。 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。 對焊是管道器材元件連接中應(yīng)用最多的一種焊接。 密封焊是對管道元件其它連接接頭的補(bǔ)充焊接，起二次密封作用。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。 （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。電弧焊具有焊接質(zhì)量可靠，熱影響區(qū)小，焊接速度快的特點(diǎn)。每根焊條均要留下一截夾持段，造成浪費(fèi)由于焊接電流大，熔深大，較厚件也可以不開坡口。而且由于沒有熔劑的存在，焊縫的夾渣已不存在。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(diǎn)：溫度高，通?？蛇_(dá)16000176。與電弧焊相比，由于火焰的熱強(qiáng)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。不需要焊條和保護(hù)劑或保護(hù)氣，可以減小焊接成本。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。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(qiáng)烈的放電現(xiàn)象。 電弧燃燒時，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。為此，為了補(bǔ)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，以保證焊縫金屬的性能。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。由此可見，焊縫金屬中的氫必須嚴(yán)加控制。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。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錳、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。由此可見，只有堿性焊條才能脫磷，酸性焊條是不能脫磷的。它實(shí)質(zhì)上也是焊接接頭的液態(tài)金屬與未被熔化的母材金屬的交界線。例如，減少焊接電流，即減少加熱熱量和熔池體積，使焊縫金屬結(jié)晶速度加快，獲得的焊縫組織就比較細(xì)。見圖104所示。它也是焊接接頭開裂的多發(fā)區(qū)。沒能轉(zhuǎn)變的鐵素體會長大。 由此可見，上述的六個區(qū)都會對母材的組織和（或）性能帶來一些變化，而且大多數(shù)帶來的都是不利影響，因此在焊接過程中，應(yīng)盡量減少熱影響區(qū)的寬度，并通過適當(dāng)?shù)臒崽幚砗秃附右?guī)范來消除其不利影響。 （一）焊接殘余應(yīng)力及焊接變形焊接殘余應(yīng)力及焊接變形的產(chǎn)生被熔化的焊縫金屬，在冷卻過程中將會收縮。前者如焊縫的角向收縮、縱向收縮而產(chǎn)生的應(yīng)力；后者如由于焊接是移動的，沿焊縫方向的金屬先后加熱和冷卻而造成的應(yīng)力。例如，馬氏體的比容比較大，由奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體時，其體積要膨脹。事實(shí)上也證明，大多數(shù)應(yīng)力腐蝕的開裂都是由焊接殘余應(yīng)力或加工殘余應(yīng)力引起的。除此之外，采用合理的施焊順序，采用較小的焊接電流和較大的焊接速度，采用焊前預(yù)熱等措施都有助于減少焊接殘余應(yīng)力。當(dāng)這些低熔點(diǎn)液態(tài)薄層凝固時，因得不到液體金屬的補(bǔ)償，會形成強(qiáng)度很低的疏松組織。碳含量的增加，將減小硫在金屬中的熔解度，使更多的硫集中分布在晶界上，從而促使硫與鐵的低熔點(diǎn)共晶物的形成。對于高合金（奧氏體不銹鋼除外）來說，由于合金元素的存在，使材料的淬硬性增加，從而導(dǎo)致其產(chǎn)生冷裂紋的危險(xiǎn)性增加。由于焊縫冷卻速度極快，當(dāng)過飽和的氫遷移的焊縫的熔合線附近時，已沒有擴(kuò)散到母材內(nèi)的溫度能量，故它將在熔合線周圍的馬氏體組織或材料的微觀孔隙內(nèi)聚集。一般情況下，氫在高溫下的擴(kuò)散速度較快，低溫下的擴(kuò)散速度則較慢。工程中進(jìn)行焊后熱處理是防止焊后產(chǎn)生冷裂紋的常用方法。 前文已講過，氫氣若在焊縫冷卻時聚集在材料的微觀孔隙內(nèi)，可還原為氫氣。焊接電弧較長時，容易使空氣侵入，產(chǎn)生氣孔的可能性就越大。這些缺陷對焊接接頭的性能都會帶來一些不利的影響，因此一般的焊接施工規(guī)范中對它們都有具體的限制。 c、弧坑或未焊滿 它是在焊縫邊緣或焊縫收尾處因熔化金屬未填滿焊縫而留下的溝槽或凹坑。 內(nèi)部缺陷 內(nèi)部缺陷除上面提到的裂紋、氣孔和夾渣外，經(jīng)常見到的還有末焊透。觀查的內(nèi)容主要有焊縫的外部缺陷，如焊縫的尺寸超差、咬邊、焊瘤、弧坑、未焊滿、燒穿、焊漏、外部氣孔和外部裂紋等。 無損檢查 對于重要的焊接接頭，可以采用無損探傷方法對其焊縫的表面缺陷和內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢查。 針對焊縫的水壓試驗(yàn)和密封性試驗(yàn)在工程上很少單獨(dú)去做，而常常是與系統(tǒng)的水壓試驗(yàn)和氣密試驗(yàn)一起做。 化學(xué)成分分析 化學(xué)成分分析常于焊接材料的研究中，對于成熟的母材和焊接材料，工程上或焊接工藝評定中是很少進(jìn)行