【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 焊接后，應(yīng)在對(duì)面焊接對(duì)應(yīng)的焊縫。焊接結(jié)束后，用鏨子敲碎焊縫上的熔渣，輕輕的敲擊焊縫，這樣能細(xì)化第一道焊縫的金屬晶粒，之后再用鋼刷清理焊縫。焊接的時(shí)候，由于開(kāi)的是X型坡口，焊接的寬度逐漸加大，所以焊接的的道數(shù)也逐漸增多，焊接的方法與之前的焊接方法相同。 焊接材料的選擇選擇焊接材料最重要的原則就是確保焊縫金屬的性能，使之滿足產(chǎn)品的技術(shù)要求，從而保證產(chǎn)品在服役中正常運(yùn)行。15CrMoR屬于低合金鋼,主要用于制造各類中低壓壓力容器等受力構(gòu)件，要求焊接接頭具有足夠的強(qiáng)度，適當(dāng)?shù)那龋銐虻捻g性和低的時(shí)效敏感性，既具有與產(chǎn)品技術(shù)條件相適應(yīng)的力學(xué)性能。因此，選擇焊接材料時(shí)，必須保證焊縫金屬的強(qiáng)度、塑性和韌性等力學(xué)性能指標(biāo)不低于母材，同時(shí)還要滿足產(chǎn)品的一些特殊要求。如中溫強(qiáng)度、耐大氣腐蝕等。并不要求焊縫金屬的合金系統(tǒng)或化學(xué)成分與母材完全相同。一般來(lái)說(shuō)，焊縫金屬的強(qiáng)度是較易保證的，關(guān)鍵在于保證強(qiáng)度的同時(shí)獲得良好的塑性和韌性。焊縫從高溫快速冷卻后得到不平衡組織，合金元素往往以過(guò)飽和狀態(tài)固溶于基體中，從而使焊縫金屬的強(qiáng)度上升，塑性、韌性下降。為了消除冷卻速度高對(duì)性能帶來(lái)的不利影響，必須調(diào)整焊縫的化學(xué)成分。一般情況下，希望焊縫的含碳量低于母材，合金元素含量也應(yīng)比母材稍低，必要時(shí)對(duì)合金系統(tǒng)作些調(diào)整。熔敷金屬中ωC低于母材即可保證焊縫與母材等強(qiáng)?？梢怨烙?jì)，如果焊條熔敷金屬的化學(xué)成分與母材完全相同，在快冷條件下，焊縫金屬的強(qiáng)度必將上升，而塑性韌性下降。因此，在選擇焊條時(shí)的主要依據(jù)是保證焊縫與母材的強(qiáng)度級(jí)別相匹配。,通常將焊材中的碳含量控制在低于母材碳含量范圍內(nèi),同時(shí)為防止焊接接頭出現(xiàn)再熱裂紋及回火脆性,在選擇焊材時(shí)應(yīng)注意:①在保證焊縫熱強(qiáng)性的前提下,將V、Ti、Nb、P、As、Sb和Sn的含量控制在最低的容許范圍內(nèi)。②選用高溫塑性高于母材的焊材。先對(duì)埋弧焊材進(jìn)行分析選擇:通過(guò)分析,選擇的埋弧焊焊劑為CHF603H08CrMoA，原因是該焊劑為燒結(jié)型堿性焊劑,具有熔敷金屬的擴(kuò)散氫含量低,接頭性能優(yōu)良等特點(diǎn)，其中的焊劑的擴(kuò)散氫的測(cè)定值≤。相比之下,熔煉型焊劑的擴(kuò)散氫含量高,冷裂紋的傾向會(huì)較高,故選擇CHF603H08CrMoA作為與15CrMoR匹配的埋弧焊焊接材料是比較適當(dāng)?shù)?。焊絲、熔敷金屬化學(xué)成分及機(jī)械性能列于表41。表41 焊絲、熔敷金屬化學(xué)成分及機(jī)械性能焊絲牌號(hào)焊劑牌號(hào)焊絲的化學(xué)成分(%)CMnSiCrMoS≤P≤H08CrMoACHF603焊絲牌號(hào)焊劑牌號(hào)熔敷金屬的化學(xué)成分(%)CMnSiCrMoH08CrMoACHF603～～～～～焊絲牌號(hào)焊劑牌號(hào)熔敷金屬的機(jī)械性能σb(MPa)δ5(%)Akv(J)H08CrMoACHF603430～60022～2454再對(duì)手工電弧焊的焊材選擇:JB/T4709推薦的焊材為R307,熔敷金屬擴(kuò)散氫含量≤6mL/100g(GB/T51181995低合金鋼焊條[H]量的規(guī)定)。相應(yīng)焊材R307B,該焊條是超低氫型低合金鋼耐熱鋼焊條,熔敷金屬具有極低的擴(kuò)散氫含量(為1mL/100g)和極優(yōu)異的抗裂性能,可進(jìn)行全位置焊接,在生產(chǎn)應(yīng)用有很成功的經(jīng)驗(yàn)。因此在手工電弧焊焊材方面,我們選R307B。 焊前準(zhǔn)備焊前準(zhǔn)備工作包括：接頭和坡口設(shè)計(jì)、坡口加工、接頭清理、焊接裝配、工裝及焊接設(shè)備調(diào)整、維護(hù)等內(nèi)容.焊接接頭開(kāi)坡口的根本目的在于確保接頭的焊接質(zhì)量，同時(shí)方便焊接過(guò)程的進(jìn)行，并有利于經(jīng)濟(jì)性的提高。坡口形式和尺寸的選擇，主要根據(jù)被焊板材的厚度、焊接方法接頭的力學(xué)和冶金性能要求，以及施工條件等。 接頭和坡口的設(shè)計(jì)及加工一般來(lái)說(shuō)，在選擇和設(shè)計(jì)焊接坡口時(shí)，應(yīng)遵循以下原則：(1).保證焊接質(zhì)量 確保焊接質(zhì)量是焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的最根本的要求，也是焊接坡口選擇和設(shè)計(jì)的根本出發(fā)點(diǎn)。(2)焊接的可焊性 可焊性是選擇坡口形式的重要原則之一。一般來(lái)說(shuō)，要根據(jù)構(gòu)件能否翻轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn)的難易程度或內(nèi)外兩側(cè)的焊接條件來(lái)定。對(duì)不能翻轉(zhuǎn)的構(gòu)件或內(nèi)徑較小的容器、轉(zhuǎn)子及軸類零件的對(duì)接焊縫，為了避免大量的仰焊和不能或不便從內(nèi)側(cè)施焊，易采用V型或U型坡口。(3)坡口易于加工 V型坡口和U型坡口均可用氣割或等離子切割加工，也可用機(jī)械切削加工，但U型坡口和雙U型坡口則需要用刨邊機(jī)加工。因此，從坡口加工的難易程度出發(fā)，能采用V型坡口或雙V型坡口就不易采用U型或雙U型坡口等加工工藝較復(fù)雜的坡口類型。(4)焊接效率和經(jīng)濟(jì)性 坡口的斷面積盡可能小，這樣可以降低焊接材料的消耗，減少焊接工作量，提高焊接效率，并節(jié)省能源和人工，有利于經(jīng)濟(jì)效益的提高。(5)焊接變形易于控制 采用不適當(dāng)?shù)钠驴谛问饺菀桩a(chǎn)生較大的焊接變形，如果坡口形適宜，工藝合理，則可有效地減小焊接變形。由于埋弧焊可使用較大的焊接電流，電弧具有較強(qiáng)的穿透力，一般不開(kāi)坡口也能將焊件焊透。但隨著罕見(jiàn)厚度增加，焊接電流不能無(wú)限提高。為了將焊件悍透，并使焊縫有良好的成形，應(yīng)在焊件上開(kāi)坡口。本焊件厚度為50mm,屬較厚焊件，可開(kāi)X形坡口，坡口帶鈍邊。焊縫坡口的加工方法有很多,可以采用機(jī)械加工,其加工精度較高,，焊前必需清理干凈熱切割熔渣和氧化皮，切割面缺口應(yīng)用砂輪修磨成圓滑過(guò)渡，機(jī)械加工的邊緣或坡口面焊前應(yīng)清除油跡等污物。對(duì)焊縫質(zhì)量要求較高的焊件，焊前最好用丙酮擦凈坡口表面。 焊件的清理和裝配焊件裝配前，需將坡口及附近區(qū)域表面上的銹蝕、油垢、氧化物、水分等清理干凈?？捎檬止で謇?，即用鋼絲刷，風(fēng)動(dòng)和電動(dòng)砂輪或鋼絲輪進(jìn)行清除；必要時(shí)可用氧乙炔焰烘烤焊接部位，以燒掉焊件表面上的油垢和油漆，并烘干水分。機(jī)械加工的坡口容易在坡口表面沾染切削液或其他油脂，焊前可用揮發(fā)性溶劑將污染部位清洗干凈。焊件裝配時(shí)必須保證焊縫間隙均勻，高低平整不錯(cuò)邊。焊件必須用夾具或定位焊縫可靠地固定。定位焊使用R307B焊條定位焊。其位置一般應(yīng)在第一道焊縫的背面，長(zhǎng)度一般不大于30mm，定位焊縫應(yīng)平整，且不允許有裂紋，夾渣等缺陷。厚板簡(jiǎn)體內(nèi)應(yīng)力大,點(diǎn)固焊時(shí)必須預(yù)熱。預(yù)熱范圍要在點(diǎn)焊部位周圍200mm范圍內(nèi),點(diǎn)焊焊點(diǎn)要長(zhǎng)些,約60mm左右,間距為200～300mm,點(diǎn)焊時(shí),必須先在縱縫兩端裝配引弧板,以免焊點(diǎn)剝裂。用R307B焊條點(diǎn)焊,電流可比焊接工藝規(guī)定值大10%20%。本焊接為環(huán)縫焊接，不須加裝引弧板和引出板。 焊接設(shè)備調(diào)整和維護(hù)本焊接選用MZ1000型埋弧焊，ZX54002型手工電弧焊。焊前應(yīng)檢查接到焊機(jī)上的動(dòng)力線、焊接電纜接頭是否松動(dòng)、接地線是否連接妥當(dāng)、導(dǎo)電嘴的磨損情況和是否夾持可靠。焊機(jī)要進(jìn)行調(diào)試，檢查儀表及各部分動(dòng)作情況，并按要求調(diào)好預(yù)定焊接參數(shù)。焊機(jī)啟動(dòng)前，應(yīng)再次檢查焊機(jī)和輔助裝置的各種開(kāi)關(guān)、旋鈕等的位置是否正確、離合器是否可靠接合。無(wú)誤后再按焊機(jī)的操作順序進(jìn)行焊接操作。 焊接材料的處理焊接材料的處理表42焊條烘干工藝可得出。埋弧焊焊劑應(yīng)嚴(yán)格清理，焊絲表面的油銹及拔絲用的潤(rùn)滑劑都要清理干凈，以免污染焊縫成出氣孔。埋弧焊劑采用CHF603,為燒結(jié)型焊劑, 焊絲、焊劑烘干溫度150－250℃，保溫2h?；厥蘸竸┮^(guò)篩清除焊渣等雜質(zhì)后才能使用。手工焊焊條R307B焊條烘干溫度350－400℃，保2 h，以保證焊縫金屬中擴(kuò)散氫的含量為最低值。表42 焊條烘干工藝焊接材料母材強(qiáng)度級(jí)別σS/MPa烘干溫度/186。C保溫時(shí)間/h堿性焊條≥600440～540≤410450～470400～420350～400222酸性焊條≤410150～2501～2 焊前預(yù)熱和焊后熱處理重要構(gòu)件的焊接、合金鋼、高碳鋼的焊接及厚部件的焊接，都要求在焊前必須預(yù)熱。由于15CrMoR屬于低合金珠光體耐熱鋼焊接性較差，需進(jìn)行焊前預(yù)熱和焊后熱處理。 焊前預(yù)熱和層間溫度的控制焊前預(yù)熱的主要作用如下： 預(yù)熱能減緩焊后的冷卻速度，有利于焊縫金屬中擴(kuò)散氫的逸出，避免產(chǎn)生氫致裂紋。同時(shí)也減少焊縫及熱影響區(qū)的淬硬程度，提高了焊接接頭的抗裂性。預(yù)熱可降低焊接應(yīng)力。均勻地局部預(yù)熱或整體預(yù)熱，可以減少焊接區(qū)域被焊工件之間的溫度差。這樣，一方面降低了焊接應(yīng)力，另一方面，降低了焊接應(yīng)變速率，有利于避免產(chǎn)生焊接裂紋。預(yù)熱可以降低焊接結(jié)構(gòu)的拘束度，對(duì)降低角接接頭的拘束度尤為明顯，隨著預(yù)熱溫度的提高，裂紋發(fā)生率下降。預(yù)熱溫度和層間溫度的選擇不僅與鋼材和焊條的化學(xué)成分有關(guān)，還與焊接結(jié)構(gòu)的剛性、焊接方法、環(huán)境溫度等有關(guān)，應(yīng)綜合考慮這些因素后確定。另外，預(yù)熱溫度在鋼材板厚方向的均勻性和在焊縫區(qū)域的均勻性，對(duì)降低焊接應(yīng)力有著重要的影響。局部預(yù)熱的寬度，應(yīng)根據(jù)被焊工件的拘束度情況而定，一般應(yīng)為焊縫區(qū)周圍各三倍壁厚，且不得少150200mm。如果預(yù)熱不均勻，不但不減少焊接應(yīng)力，反而會(huì)出現(xiàn)增大焊接應(yīng)力的情況。15CrMoR鋼在焊前預(yù)熱溫度為150～180℃,層間溫度為150～200℃。以減小焊接時(shí)工件的溫度梯度及焊后冷卻速度，從而減小或避免產(chǎn)生淬硬組織，有利于氫的析出，防止冷裂紋產(chǎn)生。焊前采用電加熱帶對(duì)整條焊縫進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱寬度為坡口兩側(cè)各不小于200mm范圍。電加熱帶放置在外側(cè)焊縫處，內(nèi)側(cè)用巖棉進(jìn)行保溫。預(yù)熱過(guò)程隨時(shí)用遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀測(cè)溫，保證預(yù)熱溫度的均勻性，溫度升至200℃后斷電進(jìn)行焊接。 焊后熱處理在下列的情況下要求進(jìn)行焊后熱處理。(1)為了防止延遲裂紋，焊后應(yīng)立即進(jìn)行消除應(yīng)力或消氫處理。(2)厚壁壓力容器為了防止由于焊接時(shí)在厚度方向存在溫差，而形成三向應(yīng)力場(chǎng)所導(dǎo)致的脆性破壞，焊后應(yīng)進(jìn)行消除應(yīng)力退火。(3)電渣焊接頭為了細(xì)化晶粒，提高接頭韌性，焊后一般要求進(jìn)行正火或正火+回火處理。(4)對(duì)可能發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂或要求尺寸穩(wěn)定的產(chǎn)品，焊后應(yīng)進(jìn)行消應(yīng)力退火。焊后進(jìn)行機(jī)械加工的構(gòu)件，在加工前應(yīng)進(jìn)行消除應(yīng)力退火。對(duì)于低合金耐熱鋼來(lái)說(shuō)，焊后熱處理的目的不僅是消除焊接應(yīng)力，而且更重要的是改善金屬組織，降低焊縫及熱影響區(qū)硬度，提高接頭的高溫蠕變強(qiáng)度和組織穩(wěn)定性，達(dá)到提高接頭的綜合力學(xué)性能的目的。由于低合金耐熱鋼在370～565℃溫度區(qū)間長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程具有回火脆性，因此在選擇熱處理工藝時(shí)一定要避免在此溫度區(qū)間長(zhǎng)時(shí)間停留。溫度的確定：各國(guó)制造法規(guī)對(duì)15CrMoR的焊后熱處理溫度要求不一，JB／T4709－2000推薦溫度為≥600℃，其它規(guī)范推薦為640～680℃，為此分別做了（620177。20）℃，（620177。40）℃溫度下熱處理焊接接頭的力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表33。表43 熱處理焊接接頭的力學(xué)性能PWHT溫度／℃接頭σb(MPa)母材σb(MPa)AKV／J焊縫區(qū)熱影響區(qū)母材620177。40550，600，580510，520，525110，98，9295，90，85180，185，170620177。20510，500，496485，480，470135，152，145125，106，112199，182，180由此可見(jiàn)，較高的的熱處理溫度由于提高了組織的穩(wěn)定性而延長(zhǎng)了蠕變斷裂時(shí)間有利于提高接頭的沖擊韌度。為此產(chǎn)品的熱處理溫度選定在（620177。20）℃。為避免15CrMoR在370～565℃這一溫度帶出現(xiàn)材料韌性下降的現(xiàn)象，降溫過(guò)程中在400℃以下要加快冷卻速度。熱處理工藝如圖41所示。圖41 熱處理工藝焊接接頭的后熱處理——消氫處理，后熱處理又稱為焊后消氫處理（焊后立即進(jìn)行）,其作用是降低焊縫中的擴(kuò)散氫含量,從而減少焊件在整體消除應(yīng)力熱處理之前焊縫產(chǎn)生冷裂紋的傾向。該設(shè)備的焊后消氫規(guī)范為300℃2h，同一條焊縫應(yīng)盡可能連續(xù)焊完,如較長(zhǎng)時(shí)間中斷焊接過(guò)程,應(yīng)作后熱消氫處理。 焊接工藝參數(shù)的選擇正確選擇焊接工藝參數(shù)是獲得高生產(chǎn)率和高質(zhì)量焊縫的先決條件。各種工藝參數(shù)的選擇是以生產(chǎn)率、焊接材料、焊縫位置和形狀，設(shè)備情況等為基礎(chǔ)的。本課題研究的材料是15CrMoR，主要采用的焊接方法是手弧焊和埋弧焊。它們的焊接工藝參數(shù)包括：焊條、焊絲的種類、牌號(hào)和直徑；焊劑的種類和牌號(hào)；焊接電流的種類、極性和大小；焊接電壓；焊接速度；焊道層數(shù)等。 焊條種類、牌號(hào)及電源的種類的選擇實(shí)際工作中主要是根據(jù)母材的種類、強(qiáng)度指標(biāo)、接頭剛度和工作環(huán)境條件選擇焊條。焊一般低合金鋼主要按等強(qiáng)度原則選用強(qiáng)度等級(jí)相同或稍低的焊條,重要結(jié)構(gòu)選用低氫型堿性焊條。15CrMoR鋼是壓力容器專業(yè)用鋼,它要求焊接接頭具有一定的強(qiáng)度、塑性和韌性，所以此處選用R307B焊條。R307B屬于低氫鈉型堿性焊條，具有良好的力學(xué)性能和抗裂性能，可全位置焊接。通常根據(jù)焊條類型決定焊接電源的種類，低氫鈉型焊條應(yīng)采用采用直流反接。 焊條及焊絲直徑與電流的選擇為了提高生產(chǎn)率，應(yīng)盡可能選用直徑較大的焊條和焊絲。但選用大直徑焊條或焊絲時(shí)需要的焊接電流較大，容易引起燒穿、焊縫成形不良等缺陷。通常根據(jù)工件厚度、焊道層次和焊縫的空間位置選用焊條直徑。表44給出了選用焊條及焊絲直徑的推薦值。當(dāng)接頭鈍邊較小，間隙較大，焊打底焊道時(shí)，按表中下限選用焊條及焊絲直徑。表44 焊條及焊絲直徑與焊件厚度的關(guān)系焊件厚度( mm)234～56～12≥13焊條直徑( mm)22～～42～～6由于母材板厚為50mm，故焊條和焊絲的直徑分別選為4mm和5mm。焊接電流是焊接工藝參數(shù)中最重要的參數(shù)，因?yàn)楹腹ぴ诓僮鬟^(guò)程中需要經(jīng)常調(diào)節(jié)的工藝參數(shù)大都是焊接電流，而焊接速度和電弧電壓也是焊工根據(jù)實(shí)際情況隨時(shí)調(diào)整的。焊接電流主要影響焊縫的熔深，對(duì)焊縫寬度和余高影響不大。焊接電流越大，熔深越大，焊條熔化速度越快，焊接效率越高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在電弧熱和電阻熱的共同作用下，焊條剩余部分的溫