【正文】 焊接工藝特點(diǎn) 制造鍋爐受壓元件的低碳鋼主要有 Q235—ABCD， 20g鋼板和 10， 20， 20G鋼管，這些材料主要用來(lái)制造工業(yè)鍋爐的鍋筒、管束、集箱等，碳鋼強(qiáng)度低，所以高壓或超高壓以上的自然循環(huán)鍋爐鍋簡(jiǎn)一般不采用低碳鋼，而是采用低合金結(jié)構(gòu)鋼。但美、日些鍋爐制造廠習(xí)慣上仍采用低碳鋼來(lái)制造鍋爐鍋筒，如 SA299鋼板，低碳鋼碳含量低，沒(méi)有淬硬傾向，可焊性好，工藝性能好。焊接性能良好，不必采用特殊的焊接工藝，通常一些薄壁件也不需要焊后熱處理，可采用所有的焊接方法進(jìn)行焊接，并能獲得性能良好的焊接接頭。 低合金高強(qiáng)度鋼的焊接工藝 鍋爐壓力容器廣泛采用低合金高強(qiáng)度鋼，常用的鋼種有 16Mng， 19Mng， 22Mng， 20MnG， 25MnG， 13MnNiMoNbg， 可以分成兩類(lèi)： 1. 屈服極限小于 400MPa 16Mng， 19Mng， 22Mng， 20MnG， 25MnG等， Mn含量提高了鋼的強(qiáng)度，但未損害鋼的塑性和韌性，碳含量低，沒(méi)有淬硬傾向，可焊性好，工藝性能好。 2. 屈服極限大于 400MPa 13MnNiMoNbg等，電弧焊時(shí)，各種冷卻速度下都可能在熱影響區(qū)內(nèi)形成馬氏體組織。焊縫和熱影響區(qū)對(duì)冷、熱、再熱裂紋都比較敏感。 低合金高強(qiáng)度鋼的焊接工藝 (1)使用堿性低氫焊條，烘干后隨用隨取。 (2)焊前預(yù)熱和焊后低溫消氫處理相配合，防止強(qiáng)度級(jí)別較高的低合金鋼產(chǎn)生冷裂紋。 (3)采取適當(dāng)?shù)暮附右?guī)范以控制焊接冷卻速度。對(duì)于有過(guò)熱傾向而又有一定淬硬性的鋼，可以用線能量小的規(guī)范，以減少高溫停留時(shí)間，同時(shí)采用預(yù)熱來(lái)減小過(guò)熱區(qū)的淬硬性。 (4)盡量減少結(jié)構(gòu)的剛性和裝配應(yīng)力，禁止強(qiáng)力組裝，并采用合理的焊接順序。 (5)采用焊后熱處理，以減少焊縫殘余應(yīng)力和改善組織狀態(tài)。 珠光體耐熱鋼的焊接工藝 珠光體耐熱鋼正火后組織為珠光體，具有足夠的蠕變強(qiáng)度和抗氧化能力，中高壓以上的鍋爐過(guò)熱器、再熱器管束、集箱等，常用的有： 15MoG， 20MoG， 15CrMoG， 12Cr2MoG，12Cr1MoVG， 12Cr2MoWVTiB，12Cr3MoVSiTiB (1)含有不等的合金元素 Cr,Mo,V。 這類(lèi)鋼焊接時(shí)焊縫和熱影響區(qū)易形成淬硬組織，使焊接接頭脆性增大，容易產(chǎn)生裂紋。 (2)產(chǎn)生冷裂紋及再熱裂紋傾向。 焊前預(yù)熱，焊后緩冷。任何厚度的耐熱鋼焊接接頭焊后都應(yīng)進(jìn)行熱處理， 以消除殘余應(yīng)力，加快接頭中氫的逸出，避免冷裂紋產(chǎn)生。 9%~12%Cr馬氏體型耐熱鋼焊接工藝 9%~12%Cr系 馬氏體型 耐熱鋼具有很高的蠕變斷裂強(qiáng)度和抗氧化能力，填補(bǔ)了低合金鋼和奧氏體鋼之間空白，其中 10C9Mo1VNb鋼 625的蠕變斷裂強(qiáng)度和奧氏體鋼 0Cr18Ni9等強(qiáng)度 、 10Cr12MoW2VNb的性能則更加優(yōu)異，是下一步發(fā)展更高參數(shù)、更大容量的超超臨界發(fā)電機(jī)組主力鋼種。 (1)含有不等的合金元素 Cr,Mo,V,Nb等。這類(lèi)鋼焊接時(shí)焊縫和熱影響區(qū)易形成淬硬組織，使焊接接頭脆性增大，容易產(chǎn)生裂紋。 (2)焊前預(yù)熱，焊后進(jìn)行熱處理，避免產(chǎn)生冷裂紋。任何厚度的耐熱鋼焊接接頭焊后都應(yīng)進(jìn)行熱處理， 以消除殘余應(yīng)力，加快接頭中氫的逸出，避免冷裂紋產(chǎn)生。 奧氏體不銹鋼的焊接工藝 奧氏體鋼具有高的熱強(qiáng)性和優(yōu)良的抗氧化性、抗腐蝕能力，是高蒸汽參數(shù)的鍋爐過(guò)熱器，再熱器管材高溫段主要用鋼。我國(guó)比較典型有188，國(guó)外 1510型， 2520型奧氏體不銹鋼。 1. 奧氏體鋼焊接主要問(wèn)題 晶間腐蝕是 188型奧氏體鋼最危險(xiǎn)破壞形式之一。特點(diǎn)足腐蝕沿晶界深入金屬內(nèi)部，導(dǎo)致脆性破壞，引起金屬力學(xué)性能顯著下降。晶間腐蝕典型過(guò)程是不銹鋼焊后 450~850℃ 溫度范圍停留一段時(shí)間后，碳向奧氏體晶粒邊界擴(kuò)散，并和鉻化合析出碳化鉻。而鉻擴(kuò)散速度小，來(lái)不及向邊界擴(kuò)散、補(bǔ)充，即造成奧氏體邊界貧鉻，使晶間喪失抗腐蝕性能，產(chǎn)生晶間腐蝕。 奧氏體不銹鋼的焊接工藝 2. 奧氏體鋼焊接工藝 (1)控制含碳量。碳是造成晶間腐蝕的主要因素。如含碳量很小，則碳全部溶解在固溶體中，不易擴(kuò)散 產(chǎn)生晶間腐蝕。 焊接材料的含碳量應(yīng)控制在 %以下或更低 (＜ ％ )， 可提高焊縫抗晶間腐蝕性能。 (2)添加穩(wěn)定劑。在焊接材料中加入鈦、鉭、鈮、鋯和碳親和力比鉻強(qiáng)元素，能夠與碳結(jié)合成穩(wěn)定的碳化物，從而避免在奧氏體晶界造成貧鉻，可提高抗晶間腐蝕能力。 奧氏體不銹鋼的焊接工藝 2. 奧氏體鋼焊接工藝 (3)采用合理的工藝措施。為防止奧氏體鋼在450~850℃ 停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，產(chǎn)生晶間腐蝕，焊奧氏體鋼時(shí)，一般不預(yù)熱，應(yīng)盡可能采用大的焊接速度、短弧和焊條不作橫向擺動(dòng)。多道焊時(shí)、待前一條焊縫完全冷卻再焊下一道焊縫，或用墊板加速焊縫冷卻。 (4)焊后熱處理。焊后可將焊接接頭進(jìn)行固溶處理。方法是把焊接接頭加熱到 1050~ 1100℃ ，此時(shí)碳化鉻又重新溶人奧氏體中，然后迅速冷卻以穩(wěn)定奧氏體組織。 奧氏體不銹鋼的焊接工藝 鍋爐介質(zhì)的變化溫度是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程 ， 因此， 隨著蒸汽溫度的升高 ， 所要求的鍋爐耐熱材料的熱強(qiáng)性也不斷提高 ， 低合金耐熱鋼的最高耐熱溫度約為 600℃ ， 9％ ~12％ Cr鐵素體鋼的最高耐溫度約為 650℃ ， 因?yàn)楫?dāng)蒸汽溫度處于566℃ 和 593℃ 時(shí) ， 高溫過(guò)熱器的金屬壁溫將達(dá)到 650℃ 以上 ， 因此 ， 鐵素體鋼和奧氏體不銹鋼的異種鋼焊接問(wèn)題不可避免 。 異種鋼焊接問(wèn)題常會(huì)遇到一些特殊問(wèn)題 ， 如 ， 兩種材料所含合金元素熔入焊縫 ， 可能使其性能良好 ， 或產(chǎn)生裂開(kāi)缺陷 。 異種鋼焊接工藝 1. 焊縫金屬的稀釋問(wèn)題 異種鋼焊縫金屬的化學(xué)成分取決于填充金屬的成分及其被母材稀釋的程度。為了確保焊縫成分的合理性， 必須選用高合金材料作為填充金屬，并在焊接時(shí)適當(dāng)控制熔合比。 2. 對(duì)熔合區(qū)塑性的影響 異種鋼焊接時(shí)奧氏體焊縫金屬中緊鄰熔合線處存在一個(gè)窄的低塑性帶，寬度一般為 ~ mm， 稱(chēng)作熔合區(qū)脆性交界層。它的存在會(huì)嚴(yán)重降低焊接接頭的韌性。因此，在低溫下工作的異種鋼接頭應(yīng)選用高鎳合金焊條，以減小溶合區(qū)脆性馬 氏體層的寬度和熔合區(qū)附近沖擊韌性降低的幅度。 異種鋼焊接工藝 3. 碳遷移及對(duì)高溫性能的影響 焊后熱處理或在高溫下工作時(shí)，熔合線附近會(huì)發(fā)生碳遷移現(xiàn)象，從而使脫碳層軟化，增碳層硬化，接頭的高溫持久強(qiáng)度和抗腐蝕性能下降。 提高焊縫金屬中含鎳量可以阻止碳的遷移。工作溫度愈高，焊縫含鎳量應(yīng)愈高。 4. 熱應(yīng)力的影響 奧氏體鋼熱膨脹系數(shù)比鐵素體鋼大 30%~50%，焊后冷卻、熱處理和運(yùn)行中將產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，若在周期性加熱和冷卻的條件下工作，還可能出現(xiàn)熔合區(qū)珠光體側(cè)的熱疲勞裂紋，使接頭過(guò)早斷裂。采用線膨脹系數(shù)與珠光體鋼或碳鋼較接近的高鎳基焊條焊接或堆焊過(guò)渡層，可以減小熱 應(yīng)力及熱疲勞的不利影響。 焊接結(jié)構(gòu)的工藝性 焊接結(jié)構(gòu)焊縫布置是否合理，對(duì)焊接接頭質(zhì)量和生產(chǎn)率都有很大影響。焊縫布置一般原則： 焊縫布置必須保證焊縫周?chē)泄┖腹ぷ杂刹僮骱秃附友b置正常運(yùn)行的條件。 焊接結(jié)構(gòu)的工藝性 埋弧焊時(shí)，要考慮存放焊劑的方便 焊接結(jié)構(gòu)的工藝性 對(duì)于點(diǎn)焊與縫焊時(shí)為考慮電極伸入方便 焊接結(jié)構(gòu)的工藝性 對(duì)于受力較大較復(fù)雜的焊接構(gòu)件，在最大應(yīng)力和應(yīng)力集中的位置不應(yīng)該布置焊縫。 例如大跨度的焊接鋼梁和板料的拼料焊縫，應(yīng)避免放在梁的中間，而寧愿增加一條焊縫 焊接結(jié)構(gòu)的工藝性 壓力容器的凸形封頭應(yīng)有直段 ， 使焊縫避開(kāi)應(yīng)力集中的轉(zhuǎn)角位置，直段應(yīng)不小于 25mm。 在構(gòu)件截面有急劇變化的位置或尖銳棱角部位，易產(chǎn)生應(yīng)力集中，應(yīng)避免布置焊縫 。 焊接結(jié)構(gòu)的工藝性 由于焊縫密集或交叉，會(huì)造成金屬過(guò)熱 ,加大熱影響區(qū)，使組織惡化。一般兩條焊縫的間距要大于 3倍的板厚且不小于 100mm。 焊接結(jié)構(gòu)的工藝性 要求先加工后焊接，則焊縫位置的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能離已加工表面遠(yuǎn)一些。 在機(jī)加工要求較高表面上 ,盡量不要設(shè)置焊縫 焊接結(jié)構(gòu)的工藝性 焊接件端部應(yīng)無(wú)銳角，以避免焊時(shí)熔化， 兩焊接接頭處應(yīng)平滑過(guò)渡避免應(yīng)力集中 參考文獻(xiàn) .鍋爐制造工藝學(xué) .北京 :機(jī)械工業(yè)出版社,1989 ,趙欽新 .動(dòng)力機(jī)械與設(shè)備制造工藝學(xué) .西安 :西安交通大學(xué)出版社 ,1999 3. 王寬福，馮麗云焊接與化機(jī)焊接結(jié)構(gòu)杭州：浙江大學(xué)出版社， 1992