【正文】 中國(guó)最大的管理資源中心 第 16 頁 共 34 頁 力和熱強(qiáng)性。因此，發(fā)電廠中鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)及管道等重要零部件大多采用這類鋼來制造。 由于一般情況下，常 控制焊縫金屬含碳量比母材低，在母材影響區(qū)中的奧氏體尚轉(zhuǎn)變時(shí)，焊縫中的奧氏體已開始轉(zhuǎn)變，如果熔池里含有較多的氫，在奧氏體發(fā)生組織轉(zhuǎn)變時(shí)，氫的溶解度要降低，這時(shí)焊縫隙里的氫力圖向近縫區(qū)尚末轉(zhuǎn)變的奧氏體部位擴(kuò)散，待近縫隙區(qū)的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時(shí)，由于溫度已很低，氫已無法向逸出，只能在馬氏體中呈過飽和狀態(tài)存在。 耐熱鋼焊接時(shí)， 焊縫金屬的化學(xué)成分應(yīng)最大限度接近被焊鋼材的化學(xué)成分，以保證在高溫下性能的一致。預(yù)熱可采用感應(yīng)加熱或火焰加熱，溫度測(cè)量可用溫度筆或火觸燃法來測(cè)定。再進(jìn)行焊接之前，必須仔細(xì)清理檢查，重新預(yù)熱后再焊。 焊后熱處理的目的 —— 是提高焊接接頭的塑性，改善組織和消除焊接殘余應(yīng)力。一般都 使用專用的回?zé)嵩O(shè)備（電阻爐或感應(yīng)加熱），焊兩側(cè) 2— 3 倍焊縫的寬度，按規(guī)定熱處理規(guī)范加熱和冷卻。 二． 珠光體耐熱鋼焊接舉例 1． 15CrMo 鋼 合金元素含量不多，可焊性良好，在電站廣泛應(yīng)用，選用于蒸汽參數(shù)為 5300C的壓鍋爐過熱器管、蒸汽導(dǎo)管及聯(lián)等。熱 307 是低氫型藥皮耐熱鋼電焊條，施焊時(shí)采用直流反接，短弧操作，可進(jìn)行全位置焊接。 （ 3） 焊后熱處理 15CrMo 鋼手弧焊后需進(jìn)行 670— 7000C 的回火處理。 2． 12Cr1MoV 鋼的焊接 12Cr1MoV 鋼具有較高的熱強(qiáng)性和持久塑性，工藝性能和焊接性能良好，在 5800C 長(zhǎng)期使用中，會(huì)產(chǎn)生珠光體球化。 供貨狀態(tài)，正火加回火使用，推薦正火溫度為 980— 10200C，保溫時(shí)間按壁壘森嚴(yán)厚每一 毫米保溫一分鐘，但不小于 20 分鐘；回火溫度 720—— 7600C，保溫三小時(shí)，正火的冷卻速度最好大些，以獲得較高的持久強(qiáng)度。 05 毫米 /年 。 氣焊時(shí)用 H08CrMoV 焊絲，氣焊火焰控制為中性或輕微的碳化焰，以防止合金元素的燒損，氣焊后最好能作 1000— 10200C 正 火，加 720— 7500C 回火。 3． 10CrMo910 鋼的焊接 10CrMo910 是國(guó)外的耐熱合金鋼種，主要用于工作溫度為 5400C， 100大氣壓的鍋爐高溫過熱器管、蛇形管及汽輪機(jī)主蒸汽管，以及其它高溫高壓器導(dǎo)管等。 （ 1） 焊接材料選擇 10CrMo910 鋼具有良好的焊接性能，可采用手弧焊、手工氣焊、自動(dòng)焊、閃光焊等。用直流反接，短弧操作，可全位置進(jìn)行焊接。 手工氣焊選用 H08Cr2Mo、也可用 H08CrMoV 焊絲。 （ 3） 10CrMo910 鋼焊接時(shí)，易產(chǎn)生裂紋和氣孔，主要是根部裂紋，故要求第一層根部焊縫厚些 ，弧坑要填滿。 中國(guó)最大的管理資源中心 第 18 頁 共 34 頁 （ 4） 焊后用石棉布包住保溫緩冷，然后進(jìn)行回火熱處理，加熱 730— 7500C，恒溫 3 分鐘/毫米，但不小于 1 小時(shí)，空冷。 II11 鋼的烘干焊接 II11 鋼屬于 3Cr— 1Mo體系的多元素貝氏體耐熱鋼，工作溫度可達(dá) 600— 6200C，組織穩(wěn)定，在電站中常用來作過熱器管及主蒸汽管。 5%，鋼中有較多的鉻、鉬、釩等 ，在焊接熱循環(huán)泊作用下，淬火傾向較；同時(shí) II11 中還含有硼，硼給焊接帶來一定的困難，硼易與鐵、碳等形成低熔點(diǎn)共晶，分布在晶界處，故易引起焊接裂紋的產(chǎn)生。 （ 2） II11 鋼過熱器管一般均采用手弧焊，選用 熱 417 電焊條。 （ 5） 焊后包以石棉布保溫緩冷，并需進(jìn)行 750— 7700C 回火處理。大部分不銹鋼都具有良好的耐熱性。因此 ，不銹鋼屬于高合金鋼。含鉻量約 18%，含鎳量約 8%的鋼，通常簡(jiǎn)稱為 18— 8 鋼，在國(guó)外均得到廣泛應(yīng)用。 二． 奧低體鋼焊接接頭的晶間腐蝕 1． 晶間腐蝕機(jī)理 對(duì)于不銹喪失抗晶間腐蝕能力的原因，曾有過多種解釋，但沒有一種解釋能說明腐蝕的所有現(xiàn)象。 2． 影響晶間腐蝕的因素 中國(guó)最大的管理資源中心 第 19 頁 共 34 頁 （ 1） 加熱溫度 18— 8 鋼在 450— 8500C范圍內(nèi)，停留一段時(shí)間后，就會(huì)發(fā)生晶間腐蝕。但是這種鋼焊接時(shí)，在接頭熔合線附近，會(huì)出現(xiàn)寬度約為 1— 5 個(gè)晶粒，不超過 0。 一般認(rèn)為，在 1Cr18Ni9Ti 鋼中，碳和鈦形成化合物，而保證奧氏體中鉻的含量不降低，具有較高的抗晶間腐蝕能力。在高溫下，碳比鈦的擴(kuò)散速度大得 多，碳迅速跑向晶界處。在晶界的碳就可能與鉻相結(jié)合而形成碳化鉻，使晶界貧鉻而產(chǎn)生刃狀腐蝕。 三． 奧氏體不銹鋼焊接工藝要點(diǎn) 1． 焊條選擇 根據(jù)焊件的使用條件進(jìn)行選擇： (1) 超低碳不銹鋼焊條 如奧 00奧 012等，含碳量極低，故抗晶間腐蝕能較好，用于在危險(xiǎn)溫度并在強(qiáng)腐蝕介質(zhì)下工作的設(shè)備。 04%、不含穩(wěn)定劑的 188 型焊條如奧 10奧 017等，只能用于耐腐蝕要求不太高的焊件。 2． 工藝措施 （ 1） 焊接規(guī)應(yīng)選用小線能量，焊接電流要小，一般比低碳鋼小 20% （ 2） 施焊時(shí)，焊條不作橫向擺動(dòng)，盡量減小母材過熱。 （ 4） 焊接時(shí)不得隨意在鋼板上引弧。特殊要求時(shí)，還可采取銅墊板、 中國(guó)最大的管理資源中心 第 20 頁 共 34 頁 通水、通壓縮空氣等強(qiáng)制冷卻焊接頭。 第六節(jié) 異種鋼的焊接 現(xiàn)代火電站的大型機(jī)組都是由多種鋼材組合起來的。例如：主蒸汽管與主汽聯(lián)箱、主蒸汽管與汽輪機(jī)殼休這間，汽輪機(jī)殼體與再熱汽管與聯(lián)箱這間都會(huì)遇到異種鋼接頭。一類為金屬組織相同而化學(xué)成分不同，如低碳鋼與珠光體耐熱鋼的焊接；另一類為金屬組織和化學(xué)成分都不相同，而且物理性能差別較大，如珠光體與鐵素體 — 馬氏體鋼、珠光體與馬氏體鋼、珠光體鋼與奧氏體鋼的焊接。這些因素對(duì)焊接材料、預(yù)熱和熱處理規(guī)范、接頭形式的選擇，以及運(yùn)行的可靠性，都不得有顯著的影響。 異種鋼焊接，早在 30年代就開始用奧氏體不銹鋼焊條來焊接低合金耐熱鋼，主要是用在焊后難以實(shí)現(xiàn)熱處理的場(chǎng)合，以期不要進(jìn)行焊后熱處理。 二．異種鋼焊接時(shí)存在的主要問題 1． 奧氏體鋼與非奧氏體鋼焊接時(shí)在熔合區(qū)生成馬氏體組織。碳擴(kuò)散的程度不同取決于溫度和時(shí)間，由在焊接時(shí)冷卻速度很大，幾乎來有及發(fā)生碳的擴(kuò)散，因此，一般情況下焊后狀態(tài)的熔合 區(qū)實(shí)際上不存在碳的擴(kuò)散層。也就是說，采用降低焊縫的加強(qiáng)部分不應(yīng)過高；同時(shí)，對(duì)焊縫應(yīng)作適當(dāng)?shù)男? 中國(guó)最大的管理資源中心 第 21 頁 共 34 頁 整加工，使焊縫與母材之間有平滑的過渡，以免在近縫區(qū)產(chǎn)生應(yīng)力集中。 四． 焊接的焊條、 預(yù)熱溫度和回火溫度的選擇 1． 同類組織的異種鋼接頭焊條、預(yù)熱溫度和回火溫度的選 擇 在焊接異種珠光體鋼時(shí)，選擇焊條 成分接近于合金元素含量較低的鋼成分。 焊接工藝規(guī)范中，預(yù)熱溫度最好按接近天合金元素含量較高的鋼的需要選取?；鼗饻囟韧ǔＪ前赐惤M織兩種鋼所要求的溫度取平均值為宜。需選擇含鎳量較 高的奧氏體鋼焊條。 當(dāng)用奧氏體鋼焊條焊接易淬火的馬氏體鋼時(shí) ,也可采用這個(gè)預(yù)熱溫度 .若焊接剛性較大的接頭 ,為了避免珠光體鋼 (馬氏體鋼 )懷奧氏體鋼焊縫的熔合區(qū)內(nèi)出現(xiàn)裂紋起見 ,必須采用敷焊的辦法 ,越是焊接強(qiáng)度比較高和易淬火的鋼時(shí) ,采用敷焊工藝的合理性越大 .預(yù)敷焊用奧 507 焊條 ,預(yù)敷焊厚度一般約保持 9 毫米，而以后各層則可以用填主焊縫用的相應(yīng)的焊條，往往選用工藝性能較好的奧 237 或奧 307 焊條進(jìn)行主焊縫的焊接。 中國(guó)最大的管理資源中心 第 22 頁 共 34 頁 2． 氬氣是單原子氣體，熱容量小，導(dǎo)熱率低，熱量消耗少，熱量耗子 少，對(duì)電弧穩(wěn)定燃燒十分有利，即使在小電流和長(zhǎng)弧的條件下，電弧仍很穩(wěn)定，操作方便，質(zhì)量容易控制。有交、直流兩種，直流電源中由于極性不同，在工藝上有明顯的差異。焊接時(shí)由于電子從鎢極向焊件高速?zèng)_擊，鎢極溫度低，焊件溫度高，所以有較大的熔深。 2． 直流反接 即鎢極接正，焊件接負(fù)。但因氬正離子向熔池表面沖刷，能使焊件表面氧化膜破碎，這種現(xiàn)象稱之“陰極霧化”作用，最適合于鋁、鎂及其合金的焊接。熔深介于正、反接之間，故鋁、鎂及其合金常用交流電源。 50 赫茲的交流電，每秒鐘要重復(fù)引燃電弧 100 次。實(shí)踐證明，電源空載電壓達(dá) 150伏時(shí)，重燃速度實(shí)際上是瞬時(shí)的，成為自保電弧。常用的穩(wěn)弧方法有高頻穩(wěn)弧和脈沖穩(wěn)弧。但要求脈沖發(fā)生的相位必須準(zhǔn)確無誤。反之，鎢極為正時(shí)，電弧電壓較高，電流小，正負(fù)半波電流不對(duì)稱。直流成分的方向是從焊件流向鎢極，相當(dāng)于焊接回路中存在著正極性直流電源。目前用得最多的是串聯(lián)電容器法， (氬弧焊用的氬氣，其純度要求大于 %.常用鎢極材料有三種：純鎢極、釷鎢極和鈰鎢極，化學(xué)成分 ) 第十章焊接應(yīng)力與變形 金屬結(jié)構(gòu)在焊接過程中產(chǎn)生各式各樣的焊接變形和大小不同的焊接應(yīng)力 。 一、焊接時(shí)焊件不均勻加熱 由于焊接時(shí)局部加熱到熔化狀態(tài)，形成焊件上溫度不均勻分布，下面來看看由手工電弧焊溫度不均勻分布而引起的焊接應(yīng)力與變形的過程。如果鋼板是由無數(shù)塊互相能自由滑動(dòng)的板條組成，板條受熱而伸長(zhǎng)，伸長(zhǎng)的多少與溫度的高低成正比。因此，堆焊部分金屬伸長(zhǎng)時(shí)，帶著整塊鋼板繞中性面向上彎曲變形，受到壓縮就力。鋼板隨溫度升高，屈服極恨不斷降低，在 6000C 左右屈服極限幾乎接近于零。 冷卻時(shí)，堆焊金屬逐漸收縮而使內(nèi)部的壓縮應(yīng)力逐漸消失；同時(shí)，在高溫產(chǎn)生的壓縮變形保留下來，即堆焊金屬冷卻下來后比原始長(zhǎng)度要縮短。 四下面分析可以看到，焊件局部不均勻受熱是產(chǎn)生變形和應(yīng)力的主要原因。 二、 熔敷金屬的收縮 焊縫金屬在凝固和次序卻過程中，體積要發(fā)生收縮，這種收縮使焊件產(chǎn)生變形和內(nèi)應(yīng)力，焊縫金屬的收縮量決定于熔化金屬的數(shù)量。上下收縮量不一致，幫發(fā)生角變形。由于各種組織的比容不同，鋼中常見組織的比容見表 10－ 1。 這種體積變化也受到周圍沒有組織變化的金屬約束，其結(jié)果使金屬內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，這種應(yīng)力稱為組織應(yīng)力。焊件夾持在夾具中進(jìn)行焊接，由于夾具夾緊力限止，焊件不能隨溫度的變化自由膨脹和收縮，這樣也就有效地減少了焊件的變形，但焊件中產(chǎn)生了較大的內(nèi)應(yīng)力。 第二節(jié) 變形的種類和應(yīng)力分布 焊接時(shí)所產(chǎn)生的變形分為兩大類，有局部變形和整體變形。 焊接結(jié)構(gòu)的變形過大會(huì)影響結(jié)構(gòu)的使用，因此，在設(shè)計(jì)和制造過程中，必須設(shè)法使結(jié)構(gòu)變形最小。 二、 焊接殘余應(yīng)力分布 構(gòu)件焊接后存在殘應(yīng)力，根據(jù)產(chǎn)生的原因來分有溫度殘余應(yīng)力、相變殘余應(yīng)力和裝配殘余應(yīng)力。 對(duì)接 接頭縱向殘余應(yīng)力的分布，在焊縫和焊縫附近處出現(xiàn)拉應(yīng)力，一般都達(dá)到或超過材料的屈服極限，隨著至焊縫距離的增加，拉應(yīng)力急劇下降并轉(zhuǎn)為壓應(yīng)力，見圖 10－ 4。 具有交叉焊縫的對(duì)接接頭的縱向應(yīng)力疊加，兩個(gè)方向的應(yīng)力都可達(dá)到相當(dāng)大的數(shù)值，若橫向應(yīng)力不計(jì)，交叉焊縫的縱向應(yīng)力分布如圖 10－ 5 所示。 橫向殘余應(yīng)力是由于焊縫金屬的縱向收縮造成的彎曲變形和焊縫金屬的橫向收縮造 成板的移動(dòng)而產(chǎn)生的。但兩板實(shí)際上是通過焊縫連成一個(gè)整體，因此，焊縫中間必然受拉應(yīng)力作用。 （ 2） 焊縫的橫向收縮引起的橫向殘余應(yīng)力，當(dāng)所焊的板很寬時(shí)，彎曲的影響很小，因而焊縫內(nèi)的橫向殘余應(yīng)力取決于焊縫的