【正文】 ★ 經(jīng)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 。 ★ JB/T4709規(guī)定：碳素鋼 、 低合金鋼的焊縫金屬應(yīng)保證力學(xué)性能 ， 且其抗拉強度不應(yīng)超過母材標準規(guī)定的上限值加30MPa。 （ 2） 應(yīng)考慮化學(xué)成分的要求 。 一般情況選用焊條熔敷金屬的 S、 P含量應(yīng)與母材一致 。 ★ 壓力容器焊接的焊接材料熔敷金屬硫 、 磷含量應(yīng)符合JB/T47472022《 壓力容器用鋼焊條訂貨技術(shù)條件 》 的規(guī)定 。 ★ 壓力容器制造和現(xiàn)場組焊時 ， 應(yīng)注意所采購的焊條其質(zhì)量證明書標注的 S、 P量是否符合 JB/T47472022的規(guī)定 。 （ 3） 滿足所要求的常溫或低溫沖擊韌性指標要求 。 對于有沖擊韌性要求的焊件 ， 一般情況選用的焊條其焊縫金屬沖擊值應(yīng)不低于相應(yīng)母材標準規(guī)定下限值 。 ★ 用于壓力容器焊接的焊條應(yīng)符合 JB/T47472022《 壓力容器用鋼焊條訂貨技術(shù)條件 》 的規(guī)定 。 （ 4） 對于一些在腐蝕介質(zhì)中工作的低合金鋼 ， 則主要根據(jù)焊縫金屬耐腐蝕性能來選擇焊條 。 ■ 舉例： 10MoWVNb抗氫鋼應(yīng)采用 J507MoW 焊條 ， 而不能用 J507。 （ 5）對于 同一強度等級的酸性焊條和堿性焊條的選用 ，主要取決于焊接件的結(jié)構(gòu)形狀（簡單或復(fù)雜）、鋼板厚度、工作條件（靜載荷或動載荷）和鋼材的抗裂性能等方面。 ● 對于重要結(jié)構(gòu)及要求抗裂性好 、 塑性好 、 沖擊韌性好 、低溫性能好的焊接結(jié)構(gòu) ， 應(yīng)選用堿性焊條 （ 低氫型或超低氫型 ） 。 ☆ 低氫型焊條的含氫量標準是 510mL/100g；超低氫型焊條為 ≤5mL/100g。 ● 對于非重要結(jié)構(gòu)或坡口表面有油 、 銹 、 氧化皮等臟物而又很難清理時 ， 在結(jié)構(gòu)性能要求允許的前提下 ， 可選用酸性焊條 。 （ 6） 在某些特殊情況下 ， 例如鋼材冷裂紋傾向較大 、 結(jié)構(gòu)剛性大 、 板材較厚和接頭冷卻速度較快時 ， 為防止裂紋 ， 以及考慮母材金屬成分的過渡 ， 有效的辦法是 選用強度級別比母材金屬略低 、 塑性和韌性高 、 抗裂性好的焊條 。 （ 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(jié)構(gòu)的專用鋼材 ，稱為 低溫鋼 。 ● 低溫鋼的分類： 根據(jù)化學(xué)成分和組織特點 ， 分為三大類： ? 低合金鐵素體型低溫鋼： 含合金元素總量不超過 5%。 組織為鐵素體加少量珠光體 ， 在 40～ 110℃ 范圍內(nèi)使用 。 ■ 舉例： 低合金低溫鋼 16MnDR（ 40 ℃ ） 、 低溫碳鋼ASTM A333Gr6（ 45 ℃ ） 、 鋼 ASTM A333Gr3 （ 100 ℃ ） 等 。 ? 中合金低碳馬氏體型低溫鋼： 合金元素含量大于 510%。組織與熱處理方法有關(guān)：淬火后的組織為低碳馬氏體；正火后的組織為低碳馬氏體 、 鐵素體及少量奧氏體；回火后的組織為含鎳鐵素體和少量富碳奧氏體 。 ☆ 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 。 ? 高合金奧氏體型低溫鋼： 合金元素總含量大于 10%， 組織為奧氏體 ， 在 196～ 269℃ 的低溫下仍保持相當高的韌性 。 ■ 舉例： 1Cr18Ni9Ti等 。 低溫鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生脆性斷裂的必要條件： （ 1） 必須具備由外載荷及殘余內(nèi)應(yīng)力引起的一定應(yīng)力水平； （ 2） 由結(jié)構(gòu) 、 材料 、 制造缺陷引起的缺口效應(yīng) ， 其中由焊接而引起的缺陷 （ 幾何的或冶金的 ） 往往是脆斷的裂源 。 （ 3）設(shè)備和管道的工作溫度低于材料的脆性轉(zhuǎn)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。一般可不采用預(yù)熱，但應(yīng)避免在低溫下施焊。 （ 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。當板厚較大或拘束較大時，應(yīng)采用適當預(yù)熱。 ◇ 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。 ★特別提醒： 低溫下使用的焊接結(jié)構(gòu)易于發(fā)生脆性斷裂。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(shù)關(guān)鍵。 ■舉例： 9Ni鋼 的焊接特點 （ 1） 焊接接頭的低溫韌性問題 （ 包括焊縫金屬、熔合區(qū)和粗晶區(qū)）。 （ 2） 焊接熱裂紋問題 ， 尤其表現(xiàn) 為 弧坑裂紋。 （ 3） 焊接冷裂紋問題 ： 在低氫條件下一般不會產(chǎn)生冷裂紋。但高氫下也有一定冷裂敏感性。 （ 4） 焊接時電弧的磁偏吹 問題 ： 9Ni鋼系鐵磁性鋼，焊接時易發(fā)生電弧的磁偏吹， 造成夾渣、未熔合等焊接缺陷的產(chǎn)生 。 ◆ 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。在坡口焊縫的背側(cè)移動永久磁鐵，并用特斯拉計監(jiān)測，可以保證焊縫內(nèi)的剩磁接近于零。 ◇ 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。 ◇ 避免使用大電流的碳弧氣刨清根，而改用砂輪打磨。 低溫鋼焊接接頭的低溫韌性保證措施： （ 1） 從結(jié)構(gòu)設(shè)計上充分考慮焊透 ，避免結(jié)構(gòu)不良而引起的人為缺陷。 （ 2） 正確選擇焊材 ，保證焊縫足夠的沖擊韌性水平。 （ 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。 （ 4） 避免工藝缺陷 ：防止焊接接頭產(chǎn)生各種應(yīng)力集中源。 ● 采用錘擊工件等強制手段進行組裝會增加殘余應(yīng)力 ， 易導(dǎo)致發(fā)生低應(yīng)力脆性斷裂破壞 。 所以規(guī)定低溫鋼在組裝過程中不允許采用錘擊等強制手段進行組裝 。 ● 因為缺口效應(yīng)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(dǎo)致產(chǎn)生缺口效應(yīng)的劃痕 。 ● 焊件表面的電弧擦傷是應(yīng)力集中源 ， 所以規(guī)定焊接時不得在焊件表面引弧 、 收弧和試驗電流 ， 嚴禁有電弧擦傷 。 ● 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 。 這種表面退火焊道通?？梢杂面u極氬弧焊不填焊絲表面重熔來實現(xiàn) 。 ◇ 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 。 （ 5） 焊后消除應(yīng)力熱處理可以降低低溫鋼焊接產(chǎn)品的脆斷危險性。 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(chǎn)生脆性斷裂，其強度通常均能滿足要求。故應(yīng)按以下原則選用與母材的使用溫度相適應(yīng)的焊條： （ 1） 當?shù)蜏劁摻Y(jié)構(gòu)的使用條件在 45℃ 以上時 ， 可選用低溫韌性好的 TiB系或高韌性普通低合金鋼焊條 。 如 W50 J507RH。 （ 2） 使用條件在 60℃ 以下的低溫鋼 ， 一般均采用含鎳的低溫鋼焊條 。 如 W60 W707Ni等 。 （ 3） 在 100℃ 左右使用的低溫鋼 ， 通常均使用含 高含鎳量并含一定量鉬的低溫鋼焊條 。 如 W907Ni。 （ 4） 對于 9Ni鋼的焊接 ， 常用的焊接材料有三種 ， 即：含Ni約 60%以上的 Inconel型 、 含 Ni約 40%的 FeNi基型 、 含 Ni13%Cr16%的奧氏體不銹鋼改進型 。 如： 如 ENiCrFe2 、 ENiCrFe4 、 ENiCrMo6等焊條 。 ★ JB/T47092022規(guī)定：用于焊接低溫鋼的鎳鋼焊條的焊縫金屬夏比 V型缺口沖擊吸收功在相應(yīng)低溫時應(yīng)不小于 34J。 ★ 低溫鋼焊條藥皮一般均采用低氫型。 （ 四 ） 鉻鉬珠光體耐熱鋼的焊條選用 對耐熱鋼的認識： 在高溫下能夠保持化學(xué)穩(wěn)定性 （ 耐腐蝕 、 不起皮 ） 叫做 熱穩(wěn)定性 ；在高溫下具有足夠的強度叫做 熱強性 。 具有熱穩(wěn)定性和熱強性的鋼稱為 耐熱鋼 。 ● 耐熱鋼的分類： （ 1） 低合金耐熱鋼： 合金元素總含量 5%以下 。 供貨狀態(tài)為退火 、 或正火 +回火 。組織主要為珠光體 +鐵素體 ， 所以也稱珠光體耐熱鋼 。 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 。 ■ 如： 12CrMo、 15CrMo、 12Cr1MoV等 。 （ 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)主要為退火、或正火 +回火。也有以調(diào)質(zhì)狀態(tài)供貨。退火狀態(tài)下的組織為鐵素體 +碳化物；正火 +回火狀態(tài)下的組織為鐵素體 +貝氏體。合金元素總含量大于 10%以上的耐熱鋼組織為馬氏體。 ■ 如： 、 、 9Cr1MoV等。 （ 3） 高合金耐熱鋼： 合金元素總含量大于 13%， 以 Cr或 CrNi為主 。 組織為馬氏體 、 鐵素體和奧氏體三種 。 ■ 如 0Cr13Al（ 鐵素體 ） 、 1Cr13（ 馬氏體 ） 、 1Cr18Ni9Ti（ 奧氏體 ） 。 ● 耐熱鋼的高溫性能： （ 1） 抗蠕變性能 。 蠕變 ：金屬在一定溫度和一定應(yīng)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。 （ 2） 高溫持久強度 ：金屬材料在高溫、長期應(yīng)力作用下抵抗斷裂的能力。 （ 3） 蠕變脆性 （鋼的持久塑性）：在溫度、應(yīng)力和時間三者聯(lián)合作用下所產(chǎn)生的脆性傾向。 （ 4） 高溫抗氧化能力 。 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(yīng)具有與母材相當?shù)母邷爻志脧姸龋瑫r還應(yīng)具有與母材相近的塑性變形能力。 （ 2） 接頭的抗氫性和抗氧化性： 具有與母材基本相同的抗氫性和抗高溫氧化性。為此要求焊縫金屬的合金成分應(yīng)與母材基本相同。 （ 3） 接頭的組織穩(wěn)定性： 要求接頭各區(qū)的組織不應(yīng)產(chǎn)生明顯的變化及由此引起的脆變或軟化。 （ 4） 接頭的抗脆斷性： 焊接接頭應(yīng)能承受 的壓力試驗，和高溫高壓設(shè)備投運或檢修后的冷起動過程。 （ 5） 低合金耐熱鋼接頭的物理均一性： 低合金耐熱鋼焊接接頭具有與母材基本相同的物理性能，防止接頭材料的熱膨脹系數(shù)和導(dǎo)熱率的差別造成過大的熱應(yīng)力，對接頭的提前失效產(chǎn)生不利影響。 ★ 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。 鉻鉬珠光體耐熱鋼的焊接特點： ● 鉻鉬珠光體耐熱鋼的基本合金元素是 Cr和 Mo，有的還含有 V、 W、 Si、 Ti、 B等。 ● 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。主要合金元素 Cr和 Mo能顯著地提高鋼的淬硬性。 ? 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)。 ★ 防止措施： ◇ 通過預(yù)熱盡可能提高焊接加熱速度； ◇ 適中的焊接線能量。 （ 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： ◇ 盡量減小焊接線能量； ◇ 控制預(yù)熱溫度不宜過高。 （ 3） 冷裂紋： 一般發(fā)生在熱影響區(qū)的粗晶區(qū)內(nèi)。當焊縫強度和氫含量較高時也會發(fā)生在焊縫內(nèi)。 ★ 防止措施：同低合金結(jié)構(gòu)鋼。