【導讀】隨著工程焊接技術的迅速發(fā)展，現(xiàn)代壓力容器也已發(fā)展成典型的全焊結構。壓力容器的焊接成為。壓力容器制造過程中最重要最關鍵的一個環(huán)節(jié)，焊接質(zhì)量直接影響壓力容器的質(zhì)量。碳鋼以鐵為基礎，以碳為合金元素，含量一般不超過％。此外，含錳量不超過％，含硅量。而其他元素，如Ni、Cr、Cu等，控制在殘余量限度內(nèi)，S、P、O、N等作為雜質(zhì)元素，根據(jù)鋼材品種和等級，也都有嚴格限制。壓力容器主要受壓元件用碳鋼，主要限于低碳鋼。技術總負責人批準，并按相關規(guī)定辦理批準手續(xù)”。低碳鋼含碳量低，錳、硅含量少，在通常情況下不會因焊接而引起嚴重組織硬化或出現(xiàn)淬火組織。從而使該區(qū)的沖擊韌性和彎曲性能降低，導致沖擊韌性和彎曲性能不合格。故在使用埋弧焊焊接，為避免焊接裂紋，應采取焊前預熱等措施。按鋼的屈服強度級別及熱處理狀態(tài)，壓力容器用低合金高強鋼可。量過大而引起的HAZ脆化傾向更嚴重。

　　

【正文】 好。 為解決這一工藝難題，日本油脂公司焊接事業(yè)部開發(fā)制造了一種背面自保護不銹鋼 TIG 焊絲，這是一種具有特殊涂層的焊絲，涂 層（即藥皮）熔化后會滲透到熔池背面，形成一層致密的保護層，相當于焊條藥皮的作用。這用焊絲的使用方法與普通的 TIG 焊絲完全相同，涂層不會影響正面的電弧和熔池形態(tài)，大大降低了不銹鋼氬弧焊的焊接成本。 本設備中，若采用背面氬氣保護，氬氣浪費嚴重，故采用了自保護焊絲。 ③ 接管 與 平焊法蘭角焊縫、接管與殼體角焊縫，鑒于此部位焊縫形狀和焊接條件，一般選用焊條電弧焊。若接管直徑太小，為了減少焊接難度，也可以采用 TIG 焊 。 ④ 支 座與殼體焊接角焊縫屬非承壓焊縫，采用熔化極氣體保護焊 (保護氣體為純 CO2)，效率高，焊縫成形好。 TFW308L 為焊材牌號，其焊材型號為 E308LT11(AWS )。 第 五 節(jié) 有色金屬壓力容器的焊接 壓力容器設備中，除廣泛使用碳鋼、低合金鋼及不銹鋼外，有色金屬如鈦及鈦合金、鎳及鎳基合金、銅及銅合金、鋁及鋁合金的應用也日益增多。由于這些有色金屬具有不銹鋼所不能比的優(yōu)點，所以在一些特殊的重要場合已占有主導地位。 一、鎳基耐蝕合金的焊接 鎳及鎳基合金具有特殊的物理、力學及耐腐蝕性能，鎳基耐蝕合金在 200℃ ~ 1090℃范圍內(nèi)能耐各種腐蝕介質(zhì)的侵蝕，同時具有良好的高溫和低溫力學性能。在一些苛刻腐 蝕條件下是一般不銹鋼無法取代的優(yōu)良材料。純鎳一般在工業(yè)中應用較少，但在鎳中添加入鉻、銅、鐵、鉬、鋁、鈦、鈮、鎢等元素后，通過固溶強化，不但改善其力學性能，而且可適應于各種腐蝕介質(zhì)下侵蝕，使其具有優(yōu)良的耐腐蝕性。 1. 鎳基耐蝕合金的焊接特點 ① 易產(chǎn)生焊接熱裂紋 由于鎳基合金為單相奧氏體組織，所以與不銹鋼相比，具有高的焊接熱裂紋敏感性，特別是焊縫易產(chǎn)生多邊化晶間裂紋。這種裂紋一般為微裂紋，焊后對焊縫進行著色檢查時，短時間都發(fā)現(xiàn)不了，但經(jīng)過一段時間后，才顯露出來。這說明裂紋非常微細，但有時也能發(fā)展為較寬的宏觀 裂紋。如果在單相奧氏體焊縫中加人固溶強化的鉬、鎢、錳、鉻、鈮等元素，就可有效地抑制鎳基合金 26 焊縫多邊化結晶的發(fā)展，從而顯著提高抗熱裂紋能力。限制線能量，避免采用大線能量焊接也有利于防止熱裂紋的產(chǎn)生。此時注意，如果線能量過小，會加速焊縫的凝固結晶速度，更易形成多邊化晶界，在一定應力下有助于多邊化裂紋的產(chǎn)生。 ② 液態(tài)金屬流動性差，焊縫熔深淺 這是鎳基合金的固有特性。靠加大焊接電流不是解決此問題的辦法，因為電流增加會引起裂紋和氣孔，降低接頭的耐蝕性能，所以為了獲得良好的焊縫成形，應采用小擺動工藝，另外要加大坡口角 度，減小坡口鈍邊。 2. 鎳基耐蝕合金的焊接要點 鎳基合金一般可采用與奧氏體不銹鋼相同的焊接方法進行焊接。這里就最常用的鎢極氣體保護焊和焊條電弧焊進行論述。無論是何種焊接方法，焊前一定要徹底清理焊接區(qū)表面，鎳基合金對污染物的危害極為敏感，母材應盡可能在固溶狀態(tài)下焊接。 ① 鎢極氣體保護焊是應用最廣泛的，幾乎適合于任何一種可熔焊的鎳基合金，特別適合于薄件和小截面構件。保護氣體最常用的是氬氣，它成本低，密度大，保護效果好。氬氣中加 5％氫氣，有還原作用，一般只用于第一層焊道和單道焊，多層焊的其余焊道可能要產(chǎn)生氣孔 。氦氣保護焊應用較少，但有如下特點，氦氣導熱大，向熔池線能量比較大，能提高焊接速度，減少了氣孔的可能性，但氦弧焊，電流小于 60A 時，電弧不穩(wěn)定。 鎢極氣體保護焊焊一般使用直流正接，采用高頻引弧以及電流衰減的收弧技術。在保證焊透的條件下，應采用較小的焊接線能量，多層焊時應控制層間溫度，焊接析出強化合金及熱裂紋敏感性大的合金時，更要注意控制層間溫度?；￠L盡量短，薄件焊接時焊槍可不作擺動，但厚板多層焊時，為使熔敷金屬與母材及前道焊縫充分熔合，焊槍仍可適當?shù)臄[動。為保證單面焊完全焊透需要用帶凹形槽的銅襯墊，通以保護 氣體進行反面保護。為加強焊接區(qū)的保護效果，也可在焊嘴后側(cè)加一輔助輸入保護氣體的拖罩。 ② 使用焊條電弧焊時焊接鎳基合金時，由于焊條含合金元素多，且要求防止熱裂紋，一般鎳基合金焊條的藥皮類型為堿性藥皮，采用直流反接。為了防止合金元素的燒損和控制線能量，焊接時要求盡可能采用小規(guī)范，與同規(guī)格的不銹鋼焊條相比，電流可降低 20％ ~ 30％。由于液態(tài)金屬的流動性差，為防止未熔合和氣孔等缺陷，一般要求在焊接過程中適當擺動，但不能過大。在焊縫接口再引弧時，應采用反向引弧技術，以利調(diào)整接口處焊縫平滑并且能有利于抑制氣孔的發(fā) 生。采用逆向收弧，把弧坑填滿，防止弧坑裂紋，必要時要對弧坑進行打磨。 二、鈦及鈦合金的焊接 鈦及鈦合金具有良好的耐腐蝕性能，在氧化性、中性及有氯離子介質(zhì)中，其耐腐蝕性優(yōu)于不銹鋼， 27 有時甚至為普通奧氏體不銹鋼 1Cr18Ni9Ti 的 10 倍。工業(yè)純鈦塑性好，但強度較低，具有良好的低溫性能，其線膨脹系數(shù)和熱導率都不大，這都不會給焊接帶來困難。鈦合金的比強度大，又具有良好的韌性和焊接性，在航天工業(yè)中應用最為廣泛。鈦及鈦合金在我國現(xiàn)行標準中按其退火態(tài)的組織分為α鈦合金、β鈦合金和α +β鈦合金三類，分別用 TA 、 TB和 TC表 示。在石化行業(yè)中的壓力容器設備中，牌號為 TA2 這種工業(yè)純鈦使用為居多。 1. 鈦及鈦合金的焊接特點 ① 雜質(zhì)元素的沾污引起脆化 鈦是一種活性元素，特別是在焊接高溫下非常容易吸收氮、氫、氧，從而使焊縫的硬度、強度增加，塑性、韌性降低，引起脆化。碳也會與鈦形成硬而脆的 TiC，易引起裂紋。因此，鈦及鈦合金焊接時必須進行有效的保護，防止空氣或其他因素的污染。因此鈦及鈦合金焊接不能采用氣焊或焊條電弧焊方法進行，否則接頭滿足不了焊接質(zhì)量要求，一般只能采用氬氣保護或在真空下焊接。 ② 焊接相變引起的接頭塑性下降 常用的工 業(yè)純鈦為α合金，焊接時由于鈦導熱差、比熱小、高溫停留時間長、冷卻速度慢，易形成粗大結晶；若采用加速冷卻，又易產(chǎn)生針狀α組織，也會使塑性下降。 ③ 產(chǎn)生焊接裂紋 鈦合金焊接時產(chǎn)生的焊接熱裂紋的幾率極小，只有當焊絲或母材質(zhì)量不問題時才可能產(chǎn)生熱裂紋。由氫引起的冷裂紋是鈦合金焊接時應注意防止的，焊接時熔池和低溫區(qū)母材中的氫向熱影響區(qū)擴散，引起熱影響區(qū)含氫量增加，造成熱影響區(qū)出現(xiàn)延遲裂紋。 ④ 氣孔 鈦及鈦合金焊接時氣孔是最常見的焊接缺陷。焊絲或母材表面清理不干凈或氬氣不純都會造成氣孔產(chǎn)生，因此保護氣 氬氣純度要求 在 ％ 以上，焊絲及工件表面要酸洗、凈水沖洗后烘干。 2. 鈦及鈦合金的鎢極氬弧焊 鈦及鈦合金焊接時采用最多的就是鎢極氬弧焊，對于較厚的工件也可采用熔化極氬弧焊，對于技術要求嚴格的航天工業(yè)中一些重要設備經(jīng)常也采用真空電子束焊接。 ① 焊絲的選用。焊絲的選用應使在正常焊接工藝下的焊縫在焊后狀態(tài)的抗拉強度不低于母材退火狀態(tài)的標準抗拉強度下限值，焊縫焊后狀態(tài)的塑性和耐蝕性能不低于退火狀態(tài)下的母材或與母材相當，焊接性能良好，能滿足鈦容器制造和使用的要求。 焊絲中的氮、氧、碳、氫、鐵等雜質(zhì)元素的標準含量上限值 應大大低于母材中雜質(zhì)元素的標準含量上限值。不允許從所焊母材上裁條充當焊絲，應采用 JB/T 47452020《鈦制焊接容器》中附錄 D 28 中的焊絲用作鈦容器用焊絲。雜質(zhì)元素含量不高于 JB/T 47452020 中附錄 D 的其他標準的焊絲也可使用。母材牌號與推薦所用焊絲牌號表列于表 108 中。 表 108 鈦及鈦合金推薦焊材 母材牌號 TA0、 TA1A TA1 TA2 TA3 TA9 TA10 推薦所用焊絲牌號 STA0R STA1R STA2R STA3R STA9R STA10R 一般情況下可按表 108 根 據(jù)所焊母材牌號來選擇相應的焊絲牌號，并通過 JB/T 47452020中附錄B的焊接工藝評定驗證。 不同牌號的鈦材相焊時，一般按耐蝕性能較好和強度級別較低的母材去選擇焊絲材料。 ② 保護氣體的選用。焊接用氬氣純度不應低于 ％，露點不應高于 50℃，且符合 GB 48421984的規(guī)定。當瓶裝氬氣的壓力低于 時不宜使用。 ③ 鎢極。鎢極氬弧焊時推薦采用鈰鎢電極。電極直徑應根據(jù)焊接電流大小選擇，電極端部應為圓錐形。 鈦及鈦合金氬弧焊時，最關鍵的是要將焊接高溫區(qū)與空氣隔離開，為了有效地進行保護， 焊炬噴嘴、拖罩和背面保護裝置通以適量流量的氬氣是極其重要的。焊縫及近縫區(qū)顏色是衡量保護效果的標志，銀白色、淺黃色表示保護效果好，深黃色為輕微氧化，一般情況下還是允許的，金紫色表示中度氧化，深藍色表示嚴重氧化，至于灰白色是絕對不允許的，表示焊縫已經(jīng)變質(zhì)，必須報廢重焊。 三、鋁及鋁合金的焊接 壓力容器中常用純鋁、鋁 錳合金和鋁 鎂合金。鋁錳合金僅可變形強化，其強度比純鋁略高，成形工藝及耐蝕性、焊接性好。鋁鎂合金僅可變形強化，其ω (Mg)一般為 ％ ~ ％ ，與其他鋁合金相比，鋁鎂合金具有中等強度， 其延性、焊接性能、耐蝕性良好。 鋁在空氣和氧化性水溶液介質(zhì)中，表面產(chǎn)生致密的氧化鋁鈍化膜，因而在氧化性介質(zhì)中具有良好的耐蝕性。鋁在低溫下與鐵素體鋼不同，不存在脆性轉(zhuǎn)變，鋁容器的設計溫度可達 269℃。 1. 鋁及鋁合金焊接特點 鋁極易氧化，在常溫空氣中即生成致密的 A12O3 薄膜，焊接時造成夾渣，氧化鋁膜還會吸附水分，焊接時會促使焊縫生成氣孔。焊接時，對熔化金屬和高溫金屬應進行有效的保護。 鋁的線膨脹系數(shù)約為鋼的 2 倍，鋁凝固時的體積收縮率也比鋼大得多，鋁焊接時熔池容易產(chǎn)生縮孔、縮松、熱裂紋及較高的內(nèi)應力。 29 鋁 及鋁合金液體熔池易吸收氫等氣體，當焊后冷卻凝固過程中來不及析出，在焊縫中形成氣孔。 當母材為變形強化或固溶時效強化時，焊接熱影響區(qū)強度將下降。 2. 焊接方法 鋁及鋁合金適用的方法很多，壓力容器上施焊時，經(jīng)常采用鎢極氬弧焊和熔化極氣體保護焊，這兩種焊接方法熱量比較集中，電弧燃燒穩(wěn)定，由于采用隋性氣體，保護良好，容易控制雜質(zhì)和水分來源，減少熱裂紋和氣孔的發(fā)生，焊縫質(zhì)量優(yōu)良，鎢極氬弧焊一般用于薄板，熔化極氣體保護焊用于厚板。 3. 焊絲材料 選用的焊絲應使焊縫金屬的抗拉強度不低于母材 (非熱處理強化鋁為退火狀態(tài)， 熱處理強化鋁為指定值 )的標準抗拉強度下限值或指定值，并使焊縫金屬的塑性和耐蝕性不低于或接近于母材，或滿足圖樣要求。 為保證焊縫的耐蝕性，在焊接純鋁時宜用純度與母材相近或純度比母材稍高的焊絲。在焊接鋁鎂合金或鋁錳合金等耐蝕鋁合金時，宜采用含鎂量或含錳量與母材相近或比母材稍高的焊絲。 焊絲可從 GB/T 108581989《鋁及鋁合金焊絲》中選取，也可從化學成分與變形鋁及鋁合金相同 (符合 GB/T 31901996《變形鋁及鋁合金化學成分》 )的絲材中選取，如按 (GB/T 31972020《焊條用鋁合金線》。 常用的保護氣體有氬氣和氮氣，其氣體純度應大于 ％。 由于鈰鎢極化學穩(wěn)定性好，陰極斑點小，壓降低，燒損少，易于引弧，電弧穩(wěn)定性好。宜選用鈰鎢極。 三、銅及銅合金的焊接 常用的銅及銅合金有四種：純銅，黃銅，青銅和白銅。在壓力容器中純銅與黃銅使用較多。 純銅是ω (Cu)不低于 ％ 的工業(yè)純銅，具有良好的導電性、導熱性，良好的常溫和低溫塑性，以及對海水等的耐腐蝕性，純銅中的雜志如氧、硫、鉍等都不同程度地降低純銅的優(yōu)良性能，增加材料的冷脆性和接頭中出現(xiàn)熱裂紋的傾向。黃銅系銅和鋅組成的二元合金，黃銅與純銅強 度、硬度和耐腐蝕能力都高，且具有一定塑性，能很好承受熱加工和冷加工，ω (Zn)在 30％ ~ 40％ 的黃銅具有α相與少量的β相，因而提高了強度、塑性、耐蝕性、但對焊接性不利。 1. 銅及銅合金焊接特點 銅及銅合金導熱率高，線脹系數(shù)和收縮率大，當焊接線能量不足時，則容易產(chǎn)生未熔合、未焊透，焊后變形也較嚴重，外觀成形差。焊接時，銅能與其中雜質(zhì)生成多種低熔點共晶，在焊接應力作用下產(chǎn)生熱裂紋，雜質(zhì)中以氧的危害性最大。 30 熔焊銅及銅合金時，由于溶解的氫和氧化還原反應引起氣孔，幾乎分布在焊縫的各個部位。同時，由于晶粒 嚴重長大，雜質(zhì)和合金元素的摻人，有用合金元素的氧化、蒸發(fā)，使焊接接頭性能發(fā)生很大的變化。 2. 焊接方法 焊接銅及銅合金需要大功率、高能束的熔焊熱源，熱效率越高，能量越集中愈有利，不同厚度的材料對于不同焊接方法有其適應性，薄板焊接以鎢極氬弧焊、焊條電弧焊和氣焊為好，中板以熔化極氣體保護焊和電子束焊較合適，厚板則建議使用埋弧焊、 MIG 焊和電渣焊。 3. 焊接材料 ① 焊條 焊條電弧焊用焊條分為純銅、青銅兩類，由于黃銅中的鋅容易蒸發(fā)，因而極少采用焊條電弧焊。純銅焊條型號 ECu 為低氫型藥皮，用于焊接脫氧或無氧銅結 構件，在大氣及海水中具有良好的耐腐蝕性。 ② 埋弧焊用焊絲與焊劑 埋弧焊的特點是電熱效率高，對熔池的保護效果好。大、中厚度銅焊件的焊接工藝與鋼基本相同，可選用高硅高錳焊劑 HJ431，但可能發(fā)生合金元素向焊縫過渡，對接頭性能要求高的焊件宜選用HJ260、 HJ150。焊絲則選用純銅焊絲、青銅焊絲、焊接純銅和黃銅。 ③ 氣體保護焊用焊絲 銅薄板和中板焊接，使用氣保焊逐漸取代氣焊、焊條電弧焊，電極一般采用釷鎢極 (EWTh2)。焊接純銅，一般選用含有ω (Si) ％，ω (P) ％或ω (Ti) ％ ~ ％脫氧劑的無氧銅焊絲，如HSCu。焊接普通黃銅，采用無氧銅加脫氧劑的錫青銅焊絲，如 HSCuSn