【正文】 電弧為熱源的熔化焊方法。既可焊接碳鋼，也可焊接低合金鋼、耐熱鋼和不銹鋼等。 ?生產(chǎn)效率高 ?焊接質(zhì)量高而且穩(wěn)定 ?改善勞動(dòng)條件 ?埋弧自動(dòng)焊的缺點(diǎn)是占地面積較大，設(shè)備費(fèi)用較高，且僅適用于平焊位置的焊接。熔化的熔渣覆蓋住熔池及高溫焊接區(qū)，產(chǎn)生良好的保護(hù)作用。 5 埋弧自動(dòng)焊 ?埋弧焊是一種利用在焊劑層下光焊絲和焊件之間燃燒的電弧所產(chǎn)生的熱量來熔化焊絲、焊劑和母材金屬而形成焊縫的方法，在焊接過程中，顆粒狀的焊劑及其熔渣保護(hù)了電弧和焊接區(qū)，光焊絲提供填充金屬。對(duì)于單件生產(chǎn)的設(shè)備，其他焊縫也采用焊條電弧焊。對(duì)材料的適用性強(qiáng)，碳鋼、低合金鋼、耐熱鋼、低溫用鋼、不銹鋼等都可以采用焊條電弧焊。1 壓力容器焊接基礎(chǔ) 鄭州大學(xué)化工學(xué)院 方書起 2 焊接方法及原理簡(jiǎn)介 3 焊條電焊弧 ?焊條電弧焊是利用焊條與工件間產(chǎn)生的電弧熱，將工件和焊條加熱熔化而進(jìn)行焊接的。 ?焊條電弧焊的特點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單、易于維護(hù)、使用靈活方便，可以在室內(nèi)、室外和高空等各種位置施焊。 4 ?在鍋爐和壓力容器等設(shè)備制造中，焊條電弧焊多用于設(shè)備內(nèi)部附件的焊接和支座、接管與開孔補(bǔ)強(qiáng)等部位的焊接。對(duì)于某些特殊類型的設(shè)備，如繞帶容器，或因空間位置焊縫較多，或短焊縫多，也主要采用焊條電弧焊，有些壓力容器的打底焊，亦采用焊條電弧焊。焊接時(shí)，光焊絲連續(xù)地送入覆蓋焊接區(qū)的焊劑層，電弧引燃后，焊接焊絲和母材立即熔化并形成熔池。 6 7 ?埋弧自動(dòng)焊和焊條電弧焊比較有以下優(yōu)點(diǎn)。 8 ?埋弧自動(dòng)焊特別適用于厚度 20mm以上受壓殼體縱、環(huán)縫的焊接。但埋弧自動(dòng)焊不適宜焊接薄板，因?yàn)樵陔娏餍∮?00A時(shí)，電弧的穩(wěn)定性差。焊接時(shí)從焊槍噴嘴連續(xù)噴出保護(hù)氣體排除焊接區(qū)的空氣，保護(hù)電弧及焊接熔池不受大氣污染， 防止有害氣體對(duì)熔滴和熔池的侵害，保證焊接過程的穩(wěn)定，從而獲得高質(zhì)量的焊接接頭。前者實(shí)際是指鎢極氬弧焊，后者主要有熔化極氬弧焊和二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊等。 11 鎢極氬弧焊 ?通常又稱作“ TIG”焊，為非熔化極氣體保護(hù)焊。 12 ?鎢極氬弧焊的電極通常是用鎢或鎢合金棒，用于保護(hù)的氣體通常是氬氣，有時(shí)也采用氦氣或氬氣與氦氣的混合氣體。當(dāng)焊件厚度小于 3mm時(shí)，一般不需開坡口和填充金屬，焊接過程可用手工進(jìn)行，也可以自動(dòng)化。②氬弧具有相當(dāng)好的穩(wěn)定性。 14 ?鎢極氬弧焊的缺點(diǎn)：鎢極承受電流的能力較差，過大的電流將引起鎢極的熔化和蒸發(fā)；氬氣和鎢極的價(jià)格較貴，與其它常用的焊接方法相比，成本較高。 15 ?在鍋爐和壓力容器制造中，鎢極氬弧焊主要用于要求全焊透的薄壁管焊接，厚壁管和接管封底焊縫和不銹鋼管件及薄板成型件的焊接。容器和管道的環(huán)縫封底焊采用鎢極氬弧焊代替焊條電弧焊，可以單面焊雙面成形，質(zhì)量好、工作效率高。 ? 熔化極氣體保護(hù)焊的熱源是在可熔化的焊絲與被焊工件之間并在保護(hù)氣氛中產(chǎn)生的電弧。 17 18 熔化極惰性氣體保護(hù)焊 ?熔化極惰性氣體保護(hù)焊中采用的保護(hù)氣體主要有氬氣，氦氣和氮?dú)?，其中熔化極氬弧焊應(yīng)用最廣。惰性氣體在焊接過程中不與液態(tài)金屬反應(yīng)，只起嚴(yán)密包圍焊接區(qū)（電弧、焊絲端頭、熔滴、熔池金屬和鄰近熔池的母材金屬），使之與空氣隔離的作用。在整個(gè)電弧燃燒過程中，焊絲連續(xù)等速送進(jìn)。與鎢極氬弧焊相比，可大大提高生產(chǎn)效率，尤其適用于中厚和大厚度板材的焊接。 22 二氧化碳?xì)怏w保護(hù)電弧焊 ? 二氧化碳?xì)怏w保護(hù)電弧焊與其它氣體保護(hù)焊相比，具有以下特點(diǎn)：① CO2氣體價(jià)廉、焊接成本低、抗氫能力強(qiáng)，目前廣泛應(yīng)用于碳鋼和低合金鋼的焊接；②具有飛濺與合金元素的氧化燒損。 CO不溶于鋼液，但能在鋼液中形成氣泡。氧氣在高溫下會(huì)使合金元素發(fā)生氧化燒損。 23 ?③ 既可焊厚板也可焊薄板。 24 電渣焊 ? 電渣焊是利用電流通過液態(tài)熔渣產(chǎn)生的電阻熱熔化焊絲與母材形成焊接熔池的一種焊接方法。因此電渣焊是鍋爐、壓力容器制造中效率最高的焊接方法，和其它焊接方法比較，電渣焊有以下特點(diǎn)：① 大厚度工件可一次焊成。③電渣焊熱循環(huán)的最大特點(diǎn)是線能量大。 25 26 27 ?由于電渣焊的特點(diǎn)，在鍋爐和壓力容器制造中，電渣焊主要用于厚板的拼接及厚壁筒體縱、環(huán)縫的焊接。絲極電渣焊可焊接厚度為30~500mm的板材，板厚小于 30mm不宜采用。 28 29 2. 焊接應(yīng)力及變形 (焊接殘余變形與殘余應(yīng)力 ) 30 ?焊接是一種局部加熱過程。隨著溫度的變化，體積相應(yīng)發(fā)生變化，即局部的膨脹和收縮。在焊后殘留在工件上的變形和應(yīng)力稱為殘余變形和殘余應(yīng)力。 ?②角變形，亦稱轉(zhuǎn)角變形。 ?④波浪變形。 32 影響變形量的因素 ?影響變形量的因素包括結(jié)構(gòu)因素和工藝因素等多方面。 ?①一般情況下，線膨脹系數(shù)大的材料，焊縫 收縮量也大。 ?③焊接接頭型式對(duì)角變形的影響符合下述規(guī) 律：角變形隨坡口角度增大而增加。 33 減少焊接變形的措施 設(shè)計(jì)方面 ?盡量減少焊縫數(shù)量、焊縫長度和焊縫截面積；使結(jié)構(gòu)中所有焊縫盡量對(duì)稱于中性軸布置；結(jié)構(gòu)上便于施焊時(shí)采用胎模夾具固定；合理設(shè)計(jì)角焊縫焊角尺寸。 ? （ 3）選用合適的焊接方法和焊接順序，以減少 焊件受熱。矯形的方法有機(jī)械法和火焰法，機(jī)械法可用校平機(jī)、壓力機(jī)、卷板機(jī)、錘擊等。對(duì)耐腐蝕設(shè)備不宜用錘擊以防止應(yīng)力腐蝕；對(duì)具有晶間腐蝕傾向的 188不銹鋼和淬硬傾向較大的鋼材不宜用火焰矯形；對(duì)冷裂傾向較大的高強(qiáng)鋼要少用機(jī)械法矯形，因此法屬冷塑性變形，易產(chǎn)生硬化。在焊接過程中引起體積變化的主要原因是：由于溫度降低體積收縮和低溫時(shí)組織轉(zhuǎn)變而引起的體積變化。但鑒于化工設(shè)備焊接中是以厚度不大的板材為主要對(duì)象，故焊接應(yīng)力主要為雙向應(yīng)力（縱向、橫向）。 38 焊接應(yīng)力對(duì)焊件使用性能的影響 ?多數(shù)情況下，焊縫及近縫區(qū)易產(chǎn)生焊接拉應(yīng)力。對(duì)承受動(dòng)載的零件危害很大。 39 ?焊件中存在殘余應(yīng)力，會(huì)降低焊件的承載能力，同時(shí)易導(dǎo)致焊后甚至使用期間的變形。通過應(yīng)力測(cè)定表明，在焊縫兩側(cè) 200~300mm以外就基本上不存在焊接應(yīng)力。但焊接應(yīng)力的存在總歸是不理想的，故應(yīng)盡量降低其峰值甚至完全消除之。 ? （ 1）焊縫彼此盡量分散并避免交叉。 ? （ 3）焊縫應(yīng)盡量分布在結(jié)構(gòu)應(yīng)力最簡(jiǎn)單、最小處。 范圍以外。 41 工藝措施 ?（ 1）采用合理的焊接順序。 ?（ 3）錘擊焊縫。只有當(dāng)材料的塑性、韌性都很好時(shí)才可以不考慮消除焊接應(yīng)力的措施。通常按缺陷在焊縫中的位置不同，分為外部缺陷和內(nèi)部缺陷兩大類。還有些是外觀形狀和尺寸不合要求的外部缺陷，如錯(cuò)邊、角變形和余高過高等。 47 焊接缺陷的危害 ?焊接缺陷對(duì)設(shè)備的影響，主要是在缺陷周圍產(chǎn)生應(yīng)力集中。同時(shí)，焊接缺陷對(duì)疲勞強(qiáng)度，脆性斷裂以及抗應(yīng)力腐蝕開裂都有重大影響，由于各類缺陷的形態(tài)不同，所產(chǎn)生的應(yīng)力集中程度也不同，因而對(duì)結(jié)構(gòu)的危害程度也各不一樣。嚴(yán)重的裂紋明顯地削弱容器的承載能力和耐腐蝕性能。由于裂紋而造成的事故在國內(nèi)、外都為數(shù)不少。從形成裂紋的本質(zhì)來看，大體上可分為熱裂紋和冷裂紋兩大類。其外形特征具有晶間破壞的性質(zhì)，在多數(shù)情況下裂紋面上有強(qiáng)烈氧化的彩色（深蘭色或黑色）。熱裂紋分微觀裂紋和宏觀裂紋兩種，微觀裂紋沿晶界分布，火口裂紋屬熱裂紋。 二是力學(xué)因素： 主要決定于金屬的膨脹系數(shù)，焊接接頭剛性，焊縫位置以及焊接溫度分布情況等。 54 冷裂紋 冷裂紋的特點(diǎn) ?冷裂紋是焊接高強(qiáng)鋼、中合金鋼和中碳鋼等易淬火鋼材最易產(chǎn)生的焊接缺陷。其特點(diǎn)是：①產(chǎn)生于焊縫金屬凝固之后，一般產(chǎn)生于馬氏體轉(zhuǎn)變溫度以下或常溫。 55 ?③ 常具有延遲性。這類不是在焊后立即產(chǎn)生的冷裂紋又稱延遲裂紋，它是冷裂紋中比較普遍的形態(tài)。④裂紋表面無明顯氧化色彩，屬脆口斷裂。 ?（ 1）淬硬作用 ?（ 2）氫的作用 ?（ 3）焊接應(yīng)力的作用 57 ?綜上所述，冷裂紋是上述三個(gè)因素綜合作用的結(jié)果，排除或消弱其中任何一個(gè)因素都對(duì)防冷裂有利。 58 預(yù)防冷裂紋措施 ?（ 1）最大限度地降低焊縫氫含量 ?（ 2）采用預(yù)熱、伴熱和焊后熱處理以及采用大線能量施焊均利于氫的逸出和降低淬火傾向。 ?（ 4）采取有利于降低焊接殘余應(yīng)力的措施。 60 ? 再熱裂紋在許多鋼種中被發(fā)現(xiàn)過，其中包括奧氏體不銹鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼和鎳基合金，尤其是低合金高強(qiáng)鋼和含鉻、鉬元素較多的大截面焊縫中更突出。每次熱處理時(shí)間甚至長達(dá) 20小時(shí)或更多，累計(jì)熱處理總時(shí)間甚至超過 100小時(shí)，故這種再熱裂紋更多見于厚壁容器焊縫中。從現(xiàn)有資料來看，可以認(rèn)為，再熱裂紋的形成與其它焊接裂紋的形成原因和機(jī)理是不同的。當(dāng)焊接接頭被加熱到消除應(yīng)力的溫度范圍內(nèi)，材料的屈服強(qiáng)度降低，由彈性應(yīng)變轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄詰?yīng)變，使應(yīng)力釋放，從而消除了焊接殘余應(yīng)力。但有些鋼種，該處的塑性在消除應(yīng)力熱處理前后有較大變化。 63 ? 熱處理前后粗晶區(qū)塑性的變化主要與合金所處狀態(tài)有關(guān)。在焊后的快速冷卻過程中，一般合金碳化物都來不及析出，對(duì)該區(qū)塑性無多大影響。與此同時(shí)，也有片狀、條狀碳化物析出于晶界，本來粗晶區(qū)的晶界上，低熔點(diǎn)雜質(zhì)和某些微量元素相對(duì)含量就高，塑性較差，再加下硬脆碳化物的析集，故加重了晶界脆化。 ? 焊接殘余應(yīng)力：再熱裂紋往往發(fā)生在高的 焊接殘余應(yīng)力部位。 ?（ 2）采取一切有利于降低殘余應(yīng)力的措施。 66 ?（ 4）注意再熱時(shí)熱源氣氛的選擇。此外，要防止焊縫表面被碳化、氧化。 67 4. 壓力容器焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 68 壓力容器焊接接頭的分類 ? 鍋爐鍋筒、管道和各種壓力容器均為受壓殼體，其焊接接頭的結(jié)構(gòu)和要求具有同類性。 69 70 A、 B類接頭 ? 壓力容器上的 A、 B類焊接接頭，主要是殼體上的縱、環(huán)向?qū)咏宇^，是受壓殼體上的主承力焊接接頭，這類接頭要求采用全焊透結(jié)構(gòu)，