【正文】 焊接普通黃銅，采用無氧銅加脫氧劑的錫青銅焊絲，如 HSCuSn。 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)。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。純銅焊條型號 ECu 為低氫型藥皮，用于焊接脫氧或無氧銅結(jié) 構(gòu)件，在大氣及海水中具有良好的耐腐蝕性。 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(yīng)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。 30 熔焊銅及銅合金時，由于溶解的氫和氧化還原反應(yīng)引起氣孔，幾乎分布在焊縫的各個部位。 1. 銅及銅合金焊接特點 銅及銅合金導(dǎo)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。 純銅是ω (Cu)不低于 ％ 的工業(yè)純銅，具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)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。 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。 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。 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》。 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。 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。 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。焊接時，對熔化金屬和高溫金屬應(yīng)進行有效的保護。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(shè)計溫度可達 269℃。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。 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。 鈦及鈦合金氬弧焊時，最關(guān)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。鎢極氬弧焊時推薦采用鈰鎢電極。當瓶裝氬氣的壓力低于 時不宜使用。 ② 保護氣體的選用。 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(yīng)的焊絲牌號，并通過 JB/T 47452020中附錄B的焊接工藝評定驗證。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。 焊絲中的氮、氧、碳、氫、鐵等雜質(zhì)元素的標準含量上限值 應(yīng)大大低于母材中雜質(zhì)元素的標準含量上限值。 ① 焊絲的選用。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。由氫引起的冷裂紋是鈦合金焊接時應(yīng)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。 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(dǎo)熱差、比熱小、高溫停留時間長、冷卻速度慢，易形成粗大結(jié)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。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。 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。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。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(dǎo)率都不大，這都不會給焊接帶來困難。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。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。 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。在保證焊透的條件下，應(yīng)采用較小的焊接線能量，多層焊時應(yīng)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。氦氣保護焊應(yīng)用較少，但有如下特點，氦氣導(dǎo)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。保護氣體最常用的是氬氣，它成本低，密度大，保護效果好。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(yīng)盡可能在固溶狀態(tài)下焊接。 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。 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。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。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。 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。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。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(dǎo)地位。 TFW308L 為焊材牌號，其焊材型號為 E308LT11(AWS )。若接管直徑太小，為了減少焊接難度，也可以采用 TIG 焊 。 本設(shè)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。 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。 為保證焊接質(zhì)量，采用 TIG 焊打底。 24 圖 107 閃蒸罐簡圖 表 107 閃蒸罐焊接工藝 焊縫編號 焊縫位置 焊接方法 焊接材料 說明 1A B1 殼體縱、環(huán)縫 雙面 SMAW A102 ① B2 殼體 合攏焊縫 GTAW 打底 SMAW 蓋面 TGF308L A102 ② C1C4 D1D4 接管與平焊法蘭角焊縫 接管與殼體角焊縫 SMAW A102 ③ E1 支 座 與殼體 焊接 角焊縫 GMAW (CO2 焊 ) TFW308L ④ 說明： 25 ① 筒體直徑為 800mm，焊工可以鉆入筒體內(nèi)焊接，故筒體縱、環(huán)縫 故采用焊條電弧焊進行雙面焊。對于 ω (Cr)為 22 % 的雙相鋼應(yīng)在 1050℃ ~ 1100℃ 溫度下進行熱處理，而ω (Cr)為 25 % 的雙相鋼和超級雙相鋼要求在 1070℃ ~ 1120℃ 溫度下進行熱處理。熱處理時加熱應(yīng)盡可能快，在熱處理溫度下的保溫時間為 5 ~ 30min，應(yīng)該足以恢復(fù)相的平衡。 表 106 推薦選用的雙相鋼線能量和層間溫度 鋼材類型 線能量 / (kJ/cm) 最高層間溫度 /℃ Cr23 %無 Mo 雙相鋼 5 ~ 25 150 ~ 200 Cr22 %雙相鋼 5 ~ 25 125 ~ 200 Cr25 %(Cu0 ~ %)雙相鋼 2 ~ 15 100 ~ 150 Cr25 %超級雙相鋼 2 ~ 15 100 ~ 150 ② 焊后熱處理 雙相不銹鋼焊后最好不進行熱處理，但當焊態(tài)下 α相含量 超過了要求或析出了有害相，如 σ 相時，可采用焊后熱處理來改善。在焊接合金含量高的 ω (Cr)為 25 % 的雙相鋼和超級不銹鋼時， 23 為獲得最佳的焊縫金屬性能，建議最高層間溫度控制在 100℃ 。 表 106 列出了一些推薦的焊接線能量和層間溫度的范圍。冷卻速度太快時會引起過多的 α 相含量以及 Cr2 N 的析出增加。 4. 雙相不銹鋼的焊接要點 ① 焊接熱過程的控制 焊接線能量 、層間溫度、預(yù)熱及材料厚度等都會影響焊接時的冷卻速度 ，從而影響到焊縫和熱影響區(qū)的組織和性能。 對于實心氣體保護焊焊絲，在保證焊縫金屬具有良好耐腐蝕性與力學性能的同時，還應(yīng)注意其焊接工藝性能，對于藥芯焊絲，當要求焊縫成形美觀時，可采用金紅石型或鈦鈣型藥芯焊絲，當要求較高的沖擊韌度或在較大的拘束度條件下焊接時，宜采用堿度較高的藥芯焊絲。當根部封底焊時，通常采用堿性焊條。 根據(jù)耐腐蝕性、接頭韌性的要求不同來選擇與母材化學成分相匹配的焊條，如焊接 Cr22 型雙相不銹鋼，可選用 Cr22Ni9Mo3 型焊條，如 E2209 焊條。在雙相不銹鋼母材中，一般都有一定量的氮含量，在焊材 中也希望有一定的含氮量，但一般不宜太高，否則會產(chǎn)生氣孔。 3. 雙相不銹鋼焊材選用 雙相不銹鋼用的 焊材 ，其特點是焊縫組 織為奧氏體占優(yōu)的雙相組織，主要耐蝕元素 (鉻、鉬等 )含量與母材相當，從而保證與母材相當?shù)哪臀g性。 ② 為了保證雙相鋼的特點，確保焊接接頭的組織中奧氏體及鐵素體比例合適是這類鋼焊接的關(guān)鍵所在。我國采用的雙相不銹鋼以瑞典產(chǎn)居多，具體牌號有： 3RE60(Cr18 型 )， SAF2304 (Cr23 型 )，SAF2205 (Cr22 型 )， SAF2507(Cr25 型 )。 雙相不銹鋼按其化學成分分類，可分為 Cr18 型、 Cr23(不含 Mo)型、 Cr22型和 Cr25 型四類。與鐵素體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的韌性高，脆性轉(zhuǎn)變溫度低，耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高；同時又保留了鐵素體不銹鋼的一些特點，如 475℃脆性、熱導(dǎo)率高、線膨脹系數(shù)小，具有超塑性及磁性等。 四、 雙相不銹鋼的焊接 1. 雙相不銹鋼的類型 雙相不銹鋼由于具有奧氏體 +鐵素體雙相組織，且兩個相組織的含量基本相當，故兼有奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼的特點?；蛟诤盖邦A(yù)熱、焊后熱處理難以實施，以及接頭拘束度較大的情況下，工程中也可用奧氏體型的 焊材 ，以提高焊接接頭的塑、韌性，防止產(chǎn)生裂紋。 對于超級及低 碳馬氏體不銹鋼，一般可不采取預(yù)熱措施，當拘束度大或焊縫中含氫量較高時，采取預(yù)熱及后熱措施，預(yù)熱溫度一般為 100℃ ~ 150℃，焊后熱處理溫度為 590 ~ 620℃。 ③ 焊后熱處理。 ② 后熱。 3. 馬氏體不銹鋼焊接要點 對于 Cr13 型馬氏體不銹鋼，當采用同材質(zhì)焊條進行焊接時，為了降低冷裂紋敏感性，確保焊接接頭塑、韌性，應(yīng)選用低氫型焊條并同時采取下列措施： ① 預(yù)熱。 ③ 焊后進行 750 ~ 800℃退火處理，由于碳化物球化和鉻分布均勻，可恢復(fù)耐蝕性，并改善接頭塑性。 ② 采用小的線能量、不擺動焊接。 ① 預(yù)熱 100 ~ 150℃左右，使材料在富有韌性的狀態(tài)下焊接。在采用與母材化學成分相似的 焊材 且拘束度大時，很易產(chǎn)生裂紋。 普通高鉻鐵素體不銹鋼可采用焊條電弧焊、氣體保護焊、埋弧焊焊等熔焊方法。 由于焊接熱循環(huán)的作用，一般鐵素體不銹鋼在熱影響區(qū)的高溫區(qū)產(chǎn)生敏化，在某些介質(zhì)中產(chǎn)生晶間腐蝕。鐵素體不銹鋼在焊接熱循環(huán)的作用下，熱影響區(qū)晶粒明顯長大，接頭的韌性和塑性急劇下降。為了防止焊縫和熱影響區(qū)的晶粒長大及碳化物的析出，保證焊接接頭的塑、韌性和耐蝕姓， 應(yīng)控制 較 低的層間溫度，一般不超過 150℃。 ④ 為提高焊縫的抗熱裂性能和耐蝕性能，焊接時，要特別注意焊接區(qū)的清潔，避免有害元素滲入焊縫。一般不采用大線能量進行焊接 。同時又由于其 電阻率大， 在焊條電弧焊時， 為了避免焊條發(fā)紅，與同直徑的碳鋼或低合金鋼焊條相比，焊接電流較小。 ① 由于 奧氏體 不銹鋼 導(dǎo)熱系數(shù)小而熱膨脹系數(shù)大，焊接時易于產(chǎn)生較大的變形和焊接應(yīng)力，因此應(yīng)盡可能選用焊接能量集中的焊接方法。 三、 壓力容器用不銹鋼焊接要點 20 1. 奧氏體不銹鋼焊接要點 總的來說，奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的焊接性。在調(diào)整成分時，必須保證焊縫不致出現(xiàn)一次鐵素體相，因 它對性能十分有害，由于Cr13 基馬氏體熱強鋼的主要成分多為鐵素體元素 (如 Mo、 Nb、 W、 V 等 )，為保證全部組織為均一的馬氏體，必須用奧氏體元素加以平衡，也就是要有適當?shù)?C、 Ni、 Mn、 N 等元素。降低含 C 量，有利于減小淬硬性，焊縫中存在少量 Ti、 N 或 A