【正文】 近似百分含量、其它重要合金元素及近似百分含量等劃分。其代號表示如下： E ＃＃ ＃＃ ＃＃ ＃＃ ＃＃ 表示藥皮類型及焊接電流種類； 表示熔敷金屬中其它重要合金元素及近似百分含量； 表示熔敷金屬中鎳的近似百分含量； 表示熔敷金屬中鉻元素的近似百分含量； 為一位或兩位數(shù)字，表示熔敷金屬中的含碳量，“00”表示含 碳量≤%，“0”表示含碳量≤%，“1”表示含碳量≤ %，“2”表示含碳量≤%，“3”表示含碳量≤%； 表示焊條。 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。 電焊條的選用原則 電焊條的選用首先應(yīng)考慮作為填充金屬的金屬絲應(yīng)滿足對母材的使用性和適應(yīng)性。其次應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境、焊接環(huán)境等因素選擇藥皮類型。 a、金屬絲的選擇 對于碳鋼、低合金鋼等大多數(shù)結(jié)構(gòu)鋼的焊接，一般要求焊縫金屬與母材等強度，故可按等強度原則選用焊條，即焊條的強度與母材強度相同或相近。由于焊縫組織為鑄造組織，有時為了不使焊縫強度降低過多，常選用焊條金屬的強度略高于母材金屬。但是，焊條金屬不宜高于母材金屬強度太多，以免使焊縫金屬的塑性和沖擊韌性降低。有時為了保證焊縫金屬的沖擊韌性，有意選擇強度比母材金屬低的焊條。 焊條金屬的化學(xué)成分應(yīng)與母材金屬的化學(xué)成分相同或相近，尤其是對于有耐熱、耐腐蝕要求的母材，為了保證焊縫具有同樣的耐熱、耐腐蝕性能，焊條金屬的化學(xué)成分必須滿足這一要求，而且其耐熱、耐腐蝕的成分應(yīng)比母材金屬更多，不利成分更少。 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；當沒有直流電焊機時，應(yīng)選用交流或交直流兩用焊條。 電焊條的烘干 在運輸或貯藏過程中，焊條的藥皮會受潮。受潮的焊條在焊接過程中會產(chǎn)生大量的水蒸汽及其電解物，從而造成焊縫金屬的飛濺，并使電弧不穩(wěn)定，同時還將大大增焊縫金屬中的含氫量，從而造成材料的冷裂。為此，焊接前必須對焊條烘干。 烘干溫度不宜太低，時間不宜太短，否則達不到烘干的目的，即此時仍有部分水分留在焊條藥皮中，它仍將影響到焊縫的質(zhì)量。但烘干溫度也不宜太高，時間也不宜太長，否則，可能會使藥皮中的某些合金元素和有機物燒損，同時可能使藥皮變脆、開裂和脫落等。對于堿性焊條來說，由于其脫氣性不好，故要求其烘干溫度較高，一般為250℃~300℃，時間為1h~2h。酸性焊條的烘干溫度一般為70℃~150℃，時間同為1h~2h。 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。烘干焊條時應(yīng)注意緩慢升溫和降溫，以免藥皮開裂剝落。 （三）焊接坡口的準備 為了保證構(gòu)件在焊接時能夠焊透，故對于壁厚較厚的構(gòu)件，焊接接頭應(yīng)開設(shè)一定的坡口。對壓力管道及其元件的焊接來說，常用的坡口型式及其尺寸要求見附錄F101所示。 從F101中可知，常用的接頭型式可以分為三大類：即對焊接頭、角焊接頭和丁字接頭。 對焊接頭 對焊接頭的焊縫金屬主要是受拉應(yīng)力作用，受力情況比較好，強度高，而且節(jié)省接頭金屬，故它是應(yīng)用最廣的一種。 對于構(gòu)件壁厚較?。ㄒ话阈∮?mm）的情況，即使在不開設(shè)坡口的情況，也能保證焊透，故此時往往不開設(shè)坡口。 Y型坡口一般適用于構(gòu)件壁厚為4mm~40mm的情況；YV型復(fù)合坡口一般適用于構(gòu)件壁厚為17mm~60mm的情況；U型坡口一般適用于構(gòu)件壁厚為17mm~60mm的情況。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。U型坡口則相反，即其加工最復(fù)雜，但金屬填充量最少。YV型坡口則居二者之間。不難理解，焊縫金屬填充量大時，不僅增加較貴的焊接材料用量，降低焊接生產(chǎn)率，還容易產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力和焊接變形。故當構(gòu)件壁厚較薄時，可選用Y型坡口，構(gòu)件壁厚較厚時應(yīng)優(yōu)先選用U型坡口。無論是Y型坡口、YV型坡口，還是U型坡口，都稱為單面成型坡口。這種坡口的焊腳（即焊縫的底部）質(zhì)量不好，容易出現(xiàn)焊漏、未焊透、裂紋、夾渣等缺陷，且內(nèi)表面不光滑。為了彌補這個不足，有時在背面墊一個墊環(huán)。然而，加墊環(huán)的焊縫，其焊接準備工作量較大，故實際工程上也很少用。為此，工程上常采用根部氬弧焊打底的方法以解決上面的問題。 雙Y型坡口為雙面焊、雙面成型接頭型式，它適用的構(gòu)件厚度為12mm~60mm。這種焊接接頭型式即有利于減少焊縫填充金屬，又可減少焊縫的角變形，并且焊縫的內(nèi)外表面都比較好。但它最大的缺點是內(nèi)側(cè)焊接時需要有足夠的焊接空間，也就是說，對于壓力管道，只有當管道及其元件直徑足夠大時，才有可能采用這種坡口型式。因此，實際工程中，大多數(shù)管道元件的焊接并不能采用這種坡口型式。 值得一提的是，在工程中經(jīng)常碰到不同壁厚的構(gòu)件對焊焊接的問題。對這種問題處理的原則是：接頭部分的兩邊壁厚應(yīng)相等，以免在焊縫這個薄弱的地方再出現(xiàn)應(yīng)力集中；壁厚較厚的一側(cè)應(yīng)設(shè)一坡度較緩的過渡區(qū)，一直過渡到與較薄一側(cè)的壁厚。該過渡區(qū)的坡度一般不宜大于15176。，詳細規(guī)定見有關(guān)的施工規(guī)范。 搭接接頭 兩個焊件相疊加在一起，然后在它們頂端邊緣進行焊接的接頭稱為搭接接頭。 這也是一種常用的焊接接頭型式。在壓力管道中，它常用于直徑較?。ㄒ话鉊N≤40mm）、壁厚較薄的管道元件連接中。搭接接頭的焊縫金屬受剪力作用，故其強度較低。但對于壁厚較薄的構(gòu)件，如果采用對焊接頭，很容易出現(xiàn)燒穿、焊漏等缺陷，焊縫的質(zhì)量反而難以保證。該部分問題在第五章中已有介紹。 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。這種接頭在壓力管道中應(yīng)用的并不多，多用于管道的分支開口焊接處。這種接頭的焊縫金屬受力比較復(fù)雜，又常處于應(yīng)力集中區(qū)，故該處的母材金屬常常要進行補強。 值得說明的是丁字接頭和搭接接頭的焊縫金屬無法進行射線探傷（RT），因此其內(nèi)部缺陷不易檢查出來，對于重要的壓力管道，不宜采用這兩種接頭。 關(guān)于焊接坡口的制備，常用的方法有火焰切割、等離子切割和機械制備等。 工程上常用的火焰切割方法為氧—乙炔焰切割，它與等離子切割相比具有這樣一些特點：一次投入的設(shè)備成本費用低，操作費用也較低，因此工程上應(yīng)用的比較廣泛。但其切割溫度較低，對高合金材料甚至切不動；火焰切割時的熱量不如等離子切割時集中，故其熱影響區(qū)較大，對于淬硬性較強的金屬，切割后的坡口修整工作量較大（因為此時的淬硬層在焊接之前必須清除，否則容易焊裂）。故火焰切割一般不宜用于淬硬性較強、高合金、貴重金屬材料的坡口制備。 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，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。它與機械切割相比，仍屬熔化切割，切割成形的坡口仍需修整，對淬硬性較強的金屬材料，需要將淬硬層全部清除掉，從而浪費一些母材金屬。其坡口制備的尺寸精度不如機械方法，但卻具有操作靈活的特點。 機械法制備的坡口具有尺寸精度高、母材金屬浪費少、對母材金屬的損傷小等特點。因此它是最理想的制備坡口方法。但機械制備法對于小尺寸的管道元件，在工廠制備時容易實現(xiàn)，故由工廠生產(chǎn)的單體管道元件如彎頭、三通、大小頭、管帽、焊接閥門等都由制造廠直接機械加工出坡口。但現(xiàn)場裝配時，管子的切割和坡口制備則較少采用機械法。 由此可見，關(guān)于焊接坡口的制備，常用的方法各有優(yōu)缺點，究竟采用哪種方法應(yīng)綜合考慮。 （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。我們知道，凡是存在溫度梯度的金屬，都會存在一個熱變形或熱應(yīng)力問題。為了減少這個熱變形或熱應(yīng)力，使它不致于對焊件產(chǎn)生破壞作用，故常常對焊接接頭進行焊前預(yù)熱或焊后熱處理。 焊前預(yù)熱 一般情況下，焊接時的加熱速度是很快的。對于高強度鋼或壁厚較厚的鋼構(gòu)件，由于快速升溫，會產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，這個熱應(yīng)力會導(dǎo)致構(gòu)件的開裂。當環(huán)境溫度比較低時，例如對除奧氏體不銹鋼以外的材料，它的焊接環(huán)境溫度低于0℃時，都很容易在較快的焊接加熱速度下造成焊接開裂，正因為如此，許多焊接施工規(guī)范中都提出了焊前預(yù)熱的規(guī)定。表103即為SH3051標準給出的常用材料的焊前預(yù)熱要求：表103 常用金屬材料的焊前預(yù)熱和焊后熱處理要求鋼種或鋼號焊接構(gòu)件壁厚，mm預(yù)熱溫度，℃焊后熱處理溫度，℃10，20≥26100~200≥30600~65016Mn≥15150~200≥19600~65012CrMo≥15150~200650~70015CrMo≥12150~200≥13700~75012Cr1MoV≥6200~300≥13700~7501Cr5Mo任意厚度250~350750~780，任意厚度100~150≥19600~630當焊接環(huán)境溫度低于0℃時，除奧氏體不銹鋼外，按上面規(guī)定不需要預(yù)熱的材料均需要預(yù)熱到15℃以上。 焊前預(yù)熱除可防止因焊接加熱過快而導(dǎo)致的材料開裂外，還可以緩和焊后的冷卻速度，從而達到改善結(jié)晶條件、減少組織和化學(xué)成分不均勻性的目的；預(yù)熱還有利于焊縫金屬中的氣體（尤其是氫氣）的逸出，有利于減少焊縫的氣孔和冷裂的傾向性；預(yù)熱還有利于排除焊接接頭的濕氣和水分，減少焊接接頭的缺陷；等等。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。因此，并不是對任何焊接接頭都要采取焊前預(yù)熱，應(yīng)根據(jù)實際情況確定是否焊前預(yù)熱。 焊后熱處理 上節(jié)中已講到了焊后熱處理的必要性。事實上，任何焊接接頭，焊后都存在焊接變形和焊接殘余應(yīng)力的問題，只不過對于某些材料或某些焊接接頭，它的變形和殘余應(yīng)力不足以影響到其使用性，因此也就沒有必要進行焊后熱處理，因為熱處理會增加焊接施工的成本（包括材料成本和人工成本）。由于熱處理也是局部加熱，且影響到母材金屬，故對有些焊接接頭，如果焊后熱處理不當，還會適得其反，使焊接接頭的性能變壞。 一般來講，符合下列條件之一者，宜進行焊后熱處理： a、易淬硬的高碳鋼、高合金鋼和高強度鋼。如鉻鉬合金鋼、鉻鉬釩合金鋼等； b、焊接構(gòu)件較厚的低碳鋼。如壁厚大于30mm厚的低碳鋼； c、有應(yīng)力腐蝕環(huán)境存在時。如有濕硫化氫、苛性堿存在時； d、有特定的防腐蝕要求時。如奧氏不銹鋼有抗晶間腐蝕要求時； e、低溫管道。如工作溫度低于－20℃除奧氏體不銹鋼以外的材料； f、受交變應(yīng)力作用時。 不同的施工規(guī)范，對需要進行焊后熱處理的材料牌號和厚度范圍規(guī)定的不一樣。事實上，正如前面所說的那樣，對于任何焊接接頭，其焊后殘余應(yīng)力是必然存在的，只不過不同的人對什么情況下必須通過熱處理加以清除、什么情況下不必清除的界定范圍認識不同而已。這實際上是給了管道設(shè)計人一個權(quán)利，當設(shè)計人員認為有必要進行焊后熱處理時，可以超越有關(guān)規(guī)范的要求而特殊提出。表10－3給出了SH3501施工規(guī)范對常用金屬材料的焊后熱處理要求。 所謂的焊后熱處理，是指將焊接接頭加熱到一定溫度，然后進行保溫，隨后以一定速度冷卻的熱處理過程。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。 常用的焊后熱處理方法有正火、高溫回火和穩(wěn)定化熱處理（對穩(wěn)定化奧氏體不銹鋼）等方法。a、正火正火的工藝見第九章所述（高溫回火和穩(wěn)定化熱處理同）。 正火熱處理是利用了金屬的再結(jié)晶過程，使焊縫中的粗晶組織得到細化，并可消除焊縫區(qū)的淬硬組織和組織的不均勻性，同時達到緩解焊接殘余應(yīng)力的目的。但正火可使原焊縫中的過熱組織繼續(xù)惡化，也使處于焊縫熱影響區(qū)的母材正火組織有晶粒長大的傾向。正火熱處理的成本比高溫回火高，故選用時應(yīng)綜合考慮。 b、高溫回火 高溫回火熱處理是利用了焊縫金屬的高溫蠕變，使焊接殘余應(yīng)力發(fā)生松馳，從而達到消除或減緩焊接殘余應(yīng)力、穩(wěn)定組織的目的。同時，高溫回火可使焊接接頭金屬中的氫逸出，從而達到仰止或消除延遲裂紋的目的。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。 c、穩(wěn)定化熱處理 對于奧氏體不銹鋼來說，由于其塑性比較好，沒有淬硬性，因此它很少有冷裂的問題。焊接時，雖然奧氏體不銹鋼的焊縫金屬熱脹冷縮量比較大，但由于它塑性較好，通過自身的調(diào)節(jié)和平衡，焊接殘余應(yīng)力并不大，工程上很少出現(xiàn)由焊接殘余應(yīng)力而引起的奧氏體不銹鋼破壞的實例。因此，對于奧氏體不銹鋼很少進行焊前預(yù)熱和焊后熱處理