【正文】 前焊接結(jié)構(gòu)已經(jīng)基本上取代了鉚接結(jié)構(gòu)，并部分代替鑄造和鍛造結(jié)構(gòu)。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)焊接構(gòu)件的性能提出了更高、更苛刻的要求，除需滿(mǎn)足通常的力學(xué)性能外，還要滿(mǎn)足如耐磨性、高溫強(qiáng)度、耐腐蝕性、低溫韌性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性等多方面的性能要求。　 所有金屬都和大氣中的氧氣進(jìn)行反應(yīng)，在表面形成氧化膜?？梢岳糜推峄蚰脱趸慕饘伲ɡ?，鋅，鎳和鉻）進(jìn)行電鍍來(lái)保證碳鋼表面，但是，正如人們所知道的那樣，這種保護(hù)僅是一種薄膜。又稱(chēng)不銹耐酸鋼。由于兩者在化學(xué)成分上的差異，前者不一定耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕，而后者則一般均具有不銹性。鉻是使不銹鋼獲得耐蝕性的基本元素，％左右時(shí)，鉻與腐蝕介質(zhì)中的氧作用，在鋼表面形成一層很薄的氧化膜（ 自鈍化膜），可阻止鋼的基體進(jìn)一步腐蝕。　　不銹鋼通常按基體組織分為：　　鐵素體不銹鋼。其耐蝕性、韌性和可焊性隨含鉻量的增加而提高 ， 耐氯化物應(yīng)力腐蝕性能優(yōu)于其他種類(lèi)不銹鋼。含鉻大于18％，還含有 8％左右的鎳及少量鉬、鈦、氮等元素。　　奧氏體 鐵素體雙相不銹鋼。馬氏體不銹鋼。在高壓容器、鍋爐中，不銹鋼焊接構(gòu)件得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，它不但能滿(mǎn)足不同工作條件對(duì)材質(zhì)的要求，而且通過(guò)焊接的方法連接成不同幾何形狀的零部件，生產(chǎn)、修復(fù)簡(jiǎn)便而且成本低。由于含碳量低（≤﹪）合金配方合理，使這類(lèi)鋼具有較高的強(qiáng)度和韌性和耐腐蝕性，0Cr18Ni9鋼的化學(xué)成分見(jiàn)表1，力學(xué)性能見(jiàn)表2。目前我國(guó)制造低溫絕熱液化氣體貯運(yùn)設(shè)備罐體內(nèi)膽的低溫材料，基本是188 型奧氏體不銹鋼，其代表鋼種是0Cr18Ni9。對(duì)δ≥10mm 的0Cr18Ni9 奧氏體不銹鋼，采用埋弧焊工藝方法，開(kāi)展了一系列工藝性試驗(yàn)，取得了滿(mǎn)意的效果，并已應(yīng)用于低溫絕熱壓力容器的生產(chǎn)中。 下的沸點(diǎn)溫度。表22 給出溫度0℃、 條件下,單位體積低溫液體生成的氣體體積。材質(zhì)方面通常產(chǎn)品設(shè)計(jì)上采用耐低溫使用的0Cr18Ni9 鋼，其最低使用溫度196℃，而如何選擇適合此鋼種的焊接材料是焊接合格焊接接頭的重點(diǎn)。 試驗(yàn)準(zhǔn)備據(jù)國(guó)內(nèi)一些資料介紹，對(duì)于0Cr18Ni9不銹鋼，采用焊條電弧焊和手工氬弧焊，因其焊接線(xiàn)能量較低，很容易實(shí)現(xiàn)焊縫金屬的低溫韌性要求?？紤]選擇焊接效率較高的埋弧焊工藝，其焊接線(xiàn)能量比焊條電弧焊和手工氬弧焊高些，但是合理的選擇焊接材料及制定合理的焊接工藝參數(shù)，也是能夠?qū)崿F(xiàn)0Cr18Ni9 焊接接頭的低溫韌性要求的。這些影響焊縫金屬?zèng)_擊韌性的因素需要通過(guò)工藝試驗(yàn)及理化試驗(yàn)確定其正確性。焊劑選擇，從查閱資料上得到信息，要想焊縫金屬得到低溫下的較高韌性，必須選用堿性焊劑。因此選擇與焊接材料匹配的SJ601焊劑作為試驗(yàn)用焊劑。埋弧焊所需的坡口可以開(kāi)坡口，也可不開(kāi)坡口，但是為了試驗(yàn)不同坡口形式下的焊接參數(shù)，最終達(dá)到試驗(yàn)要求，為此我們把兩種坡口均作為試驗(yàn)坡口。下面列舉了試驗(yàn)數(shù)據(jù)。 焊絲和焊劑是埋弧焊的消耗材料，從普通碳素鋼到高級(jí)鎳合金多種金屬材料的焊接都可以選用焊絲和焊劑配合進(jìn)行埋弧焊接。表24 母材化學(xué)成分母材規(guī)格CMnSiPSCrNi0Cr18Ni9 10mm0Cr18Ni9 16mm 表25 試驗(yàn)用焊劑的化學(xué)成分(%)焊絲牌號(hào)規(guī)格CM nSiPSCrNiH0Cr21Ni10 H0Cr20Ni10Ti （2）確定試驗(yàn)用材的力學(xué)性能（見(jiàn)表26）表26 試驗(yàn)用母材的力學(xué)性能母材板厚(mm)σb(MPa)δ 5(%)0Cr18Ni910655490Cr18Ni91669445對(duì)于工藝參數(shù)的選擇，為了獲得良好的焊接熱循環(huán)，在保證焊接良好的成形基礎(chǔ)上，盡量選用小的焊接電流，適中的電流電壓和盡可能大的焊速，為此試件均采用兩種坡口型式（見(jiàn)圖1）進(jìn)行試驗(yàn)。表29 晶間腐蝕檢測(cè)試件編號(hào) 試件1試件2H01 沒(méi)有晶間腐蝕傾向沒(méi)有晶間腐蝕傾向H02沒(méi)有晶間腐蝕傾向沒(méi)有晶間腐蝕傾向H03沒(méi)有晶間腐蝕傾向沒(méi)有晶間腐蝕傾向H04沒(méi)有晶間腐蝕傾向沒(méi)有晶間腐蝕傾向晶間腐蝕按GB/,測(cè)試結(jié)果顯示兩種焊絲焊接結(jié)果均未有晶間腐蝕傾向。而H0H04 無(wú)裂紋產(chǎn)生。而試件H0H03 熱影響區(qū)低溫沖擊功平均值未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。 試驗(yàn)結(jié)果分析從工藝試驗(yàn)的結(jié)果看，采用不開(kāi)坡口較大線(xiàn)能量的焊接,試件H0H03的焊縫余高存在不合格傾向，按照GB150 規(guī)定，尤其焊縫金屬的低溫沖擊功不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。幾組試驗(yàn)表明焊接材料，采用H0Cr21Ni10 和H0Cr20Ni10Ti 都能滿(mǎn)足要求。只要控制好其它方面的參數(shù)，能夠取得合適的低溫沖擊功數(shù)值。這是因?yàn)?，較小的焊接線(xiàn)能量有助于減少熔池的過(guò)熱，避免接頭出現(xiàn)過(guò)熱組織從而獲得較高的低溫韌性。因此焊接時(shí)，應(yīng)采用較小的線(xiàn)能量和較快的冷卻速度，以防焊縫及熱影響區(qū)過(guò)熱和碳化物析出。這種鋼由于具有較高的變形能力并不可淬硬，所以總體上焊接性良好。在腐蝕介質(zhì)作用下，起源于金屬表面沿晶界深入金屬內(nèi)部的腐蝕就是晶間腐蝕。奧氏體產(chǎn)生晶間腐蝕的原因，現(xiàn)在比較認(rèn)同的看法，是奧氏體鋼在固溶狀態(tài)下碳以過(guò)飽和形式溶解于γ固溶體，加熱時(shí)過(guò)飽和的碳以Cr23C5的形式沿晶界析出。這便是產(chǎn)生晶間腐蝕的根本原因。刀狀腐蝕一般發(fā)生在焊后再次在敏化溫度區(qū)間時(shí)，即高溫過(guò)熱與中溫敏化連續(xù)作用的條件下，產(chǎn)生的原因也和Cr23C5析出后形成的貧鉻層關(guān)，刀口腐蝕如圖31圖31 刀口腐蝕防止刀口腐蝕的措施（1） 降低含碳量（2） 減少近縫區(qū)的過(guò)熱（3） 合理安排焊接順序（4） 焊后進(jìn)行穩(wěn)定化處理 焊后處理可使過(guò)熱區(qū)的碳與穩(wěn)定劑結(jié)合為穩(wěn)定的碳化物，從而不會(huì)再以Cr23C5的形式析出。目前，對(duì)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的機(jī)理有了一定的看法，產(chǎn)生的條件有一下兩點(diǎn)：（1） 拉應(yīng)力的存在（2） 腐蝕介質(zhì)與材料的組合上有選擇性不銹鋼在使用條件下產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的影響因素很多，包括鋼的成份、組織和狀態(tài)，介質(zhì)的種類(lèi)、溫度、濃度，應(yīng)力的性質(zhì)、大小及結(jié)構(gòu)點(diǎn)等。焊縫中主要是結(jié)晶裂紋；熱影響區(qū)及多層焊層間金屬，則多為高溫液化裂紋； 結(jié)晶裂紋（1）裂紋產(chǎn)生的原因 奧氏體鋼對(duì)熱裂紋比較敏感，主要是由于冶金因素決定，即由鋼的化學(xué)成分、組織性能決定的。為了防止鋼的液化裂紋主要在焊接工藝方面采取措施，以減少母材過(guò)熱，抑制晶粒的長(zhǎng)大，嚴(yán)格限制母材中的有害雜質(zhì)的含量，也有利于提高液化裂紋性能。各種不同成分的鎘鎳系焊縫金屬，在焊后狀態(tài)的鐵素體含量可按德龍焊縫組織圖來(lái)確定。注意在根據(jù)焊縫成分計(jì)算焊縫金屬的鎘鎳當(dāng)量時(shí)，要考慮不同的焊接條件下的融合比的變化對(duì)焊縫的成分的影響。然而，高溫抗拉強(qiáng)度，高溫持久強(qiáng)度及低溫韌性均明顯下降。4 高壓低溫容器焊接方法及焊接工藝分析 焊條電弧焊、特點(diǎn)及應(yīng)用 用手工操作焊條進(jìn)行焊接的電弧焊方法稱(chēng)為焊條電弧焊（縮寫(xiě)SMAW，ISO代號(hào)為111）。原理如圖41圖41 焊條電弧焊的原理1—藥皮 2—焊心 3—保護(hù)氣 4—電弧 5—熔池6—母材 7—焊縫 8—渣殼 9—熔渣 10—熔池 焊條電弧焊具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)焊接頭的裝配要求低、能在空間任何位置焊接，但對(duì)焊工技術(shù)要求高、勞動(dòng)條件差、生產(chǎn)效率低、焊接質(zhì)量依賴(lài)程度高等的特點(diǎn)。 焊條電弧焊工藝分析（1）焊前準(zhǔn)備用氣割或碳弧氣刨加工坡口時(shí)，應(yīng)保證加工面的質(zhì)量，防止其表面凸凹不平，不合格的予以修磨，坡口表面不得有裂紋、夾渣、分層等缺陷，否則予以去除或修補(bǔ)。焊條應(yīng)按照規(guī)定的溫度烘干，入爐和出爐的溫度不應(yīng)過(guò)高，以防藥皮脆裂。選擇焊接接頭形式主要根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，并綜合考慮受力條件、加工成本等因素。坡口形式取決于焊件接頭形式、焊件厚度以及對(duì)接頭質(zhì)量的要求，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T9851988對(duì)此作了詳細(xì)的規(guī)定。根據(jù)板厚不同對(duì)接接頭常用的坡口形式有I形，V形，X形，帶鈍邊U形等。3）焊縫 焊縫是指焊件經(jīng)焊接后所形成的結(jié)合部分。按焊縫斷續(xù)情況可分為連續(xù)焊縫和斷續(xù)焊縫兩種形式。焊接工藝參數(shù)選擇的正確與否，直接影響焊縫形狀、尺寸、焊接質(zhì)量和生產(chǎn)率。它是保證焊接質(zhì)量和效率的重要因素。表41 焊條直徑與工件厚度之間的關(guān)系焊件厚度∕mm2 3 4～5 6～12 ﹥13焊條直徑∕mm 2 ～44～5 4～62）焊接電源種類(lèi)和極性的選擇 用交流電源焊接時(shí)，電弧穩(wěn)定性差。低氫型焊條穩(wěn)弧性差，通常必須采用直流焊接電源，且一般來(lái)說(shuō)用反接，因?yàn)榉唇拥碾娀”日臃€(wěn)定。焊接電流選擇不當(dāng)易造成未焊透、夾渣或咬邊、焊穿金屬飛濺等。表42 焊接電流和焊條直徑的關(guān)系焊接直徑∕mm4 56焊接電流∕A25～4040～6550～80100～130160～210200～270260～300 在相同焊條直徑的條件下，平焊電流可大一些，其它位置焊接電流應(yīng)小一些。焊層厚度主要依據(jù)焊件厚度、焊條直徑、坡口形式和裝配間隙等來(lái)確定，可按下面公式估算：n=δ∕d式中, n為焊接層數(shù): δ為焊接厚度(mm): d為焊條直徑(mm)。在焊接的過(guò)程中應(yīng)盡量使用短弧焊接。 應(yīng)嚴(yán)格按照焊接工藝或焊接文件的要求進(jìn)行。(1)未焊透 焊接時(shí)由于焊接電流過(guò)小，容易造成母材的未焊透。(2)焊穿 焊接時(shí)由于焊接電流過(guò)大或是運(yùn)條不當(dāng)，使焊縫出現(xiàn)的連接不緊密、氣密性不好的現(xiàn)象。(3)裂紋 焊接裂紋由于焊接線(xiàn)能量選擇不當(dāng)，運(yùn)條方式不合適，以及焊接方法有誤，在焊縫中形成致命的缺陷。(4)焊瘤 引弧時(shí)由于方式不當(dāng)，以及焊接參數(shù)選擇不合適，造成在母材上留下渣殼等現(xiàn)象。(5)氣孔 氣孔是焊接時(shí)焊縫中的氣體未即使逸出焊縫的現(xiàn)象。在焊縫中一般不允許出現(xiàn)。在焊縫中應(yīng)嚴(yán)格限制這種現(xiàn)象。它與焊條電弧焊相比，雖然靈活性差一些，但焊接質(zhì)量好、效率高、成本低，勞動(dòng)條件好。是利用焊絲和焊件之間燃燒的電弧產(chǎn)生熱量，熔化焊絲、焊劑和母材而形成焊縫的。它廣泛用于造船、鍋爐、化工容器、大型金屬結(jié)構(gòu)和工程機(jī)械等工業(yè)制造部門(mén)，是當(dāng)今焊接生產(chǎn)中普遍使用的焊接方法之一。并清除破口及兩側(cè)各20～30mm范圍內(nèi)的油污、鐵銹、氧化物、熔渣和水分等有害物質(zhì)。（2）坡口的選擇由于焊件的厚度為10mm，坡口應(yīng)選擇V形，必須保證能夠焊透。圖43 V形坡口（3）焊接工藝參數(shù)及選擇埋弧焊工藝參數(shù)分為主要參數(shù)和次要參數(shù)。對(duì)焊縫質(zhì)量產(chǎn)生有限或無(wú)多大的影響的參數(shù)稱(chēng)為次要參數(shù)。表43中厚板多層焊接工藝參數(shù) 焊接層數(shù)焊絲直徑(mm) 焊接電流(A)電弧電壓(V)焊接速度（m/h）第一、二層4600～70035～3728～32 中間各層5700～80036～3825～30 蓋面層6650～75038～4228～32焊接工藝方法確定后，即可按照鋼材、板厚、和對(duì)接接頭的要求，選擇合適的焊劑和焊絲牌號(hào)，對(duì)于厚板或窄間隙埋弧焊接頭，應(yīng)選擇能滿(mǎn)足接頭性能要求又具有良好工藝性和脫渣性的焊劑。表44常用埋弧焊焊劑的用途及匹配的焊絲焊劑類(lèi)型焊劑型號(hào)成