常用耐热钢的焊接工艺

第一篇：常用耐热钢的焊接工艺

珠光体耐热钢焊接工艺讨论

摘要：主要介绍了珠光体耐热钢的焊接方法、焊接材料的选择、焊前预热温度、焊后热处理及其焊接性能等方面的内容材料的工艺评定、焊接工艺参数以及焊后热处理工艺等。

关键字： 珠光体耐热钢;工艺评定;焊接方法

一、珠光体耐热钢焊接特点及工艺要点 (1)焊接特点

珠光体耐热钢属于低合金钢，主要合金元素是铬、钼，还含有少量钨、钒、铌等元素，加热后在空气中冷却具有明显的淬硬倾向，焊接时在焊缝及热影响区易产生硬脆的马氏体组织，这不仅影响焊接接头的力学性能，还会产生很大的内应力，常导致焊缝和热影响区出现冷裂纹。硬化倾向还与下列因素有关：钢中碳、铬含量，构件厚度、刚性及焊件拘束度等。焊接时预热是防止冷裂纹的有效措施，焊件未预热或预热温度太低，工件冷却速度加快都会加重焊缝及热影响区硬化。 (2)工艺要点及焊料选择

① 焊接过程中，应保持焊件温度不低于预热温度(包括多层焊时的层间温度)。焊接过程中尽量避免中断，不得已中断时，应保证焊件缓慢冷却，重新施焊前仍需预热。

② 焊件厚度较大时，可采用短道焊,使被焊的这一段焊缝在较短时间内重复加热，目的是为了使焊缝及热影响区缓慢冷却。 ③ 焊缝正面的余高不宜太高。

④ 保持在自由状态下焊接。由于铬钼耐热钢裂纹倾向比较大，故在焊接时应严格遵守焊接程序，收缩量大的焊缝先焊，尽量减少拘束度。

⑤ 焊后缓冷。焊后缓冷是必须遵守原则，一般是焊后立即用石板布等保温材料覆盖在焊缝及近缝区，覆盖务必严实，确保缓冷。

⑥ 焊后热处理,防止延迟裂纹，消除应力，改善组织。对于厚壁容器及管道，焊后常进行高温回火。

⑦ 焊条选择，摘自钢制压力容器焊接规程JB/T 4709-9

2、工业金属管道施工规范GB 50236-1997

二、典型珠光体耐热钢的显微组织观察

本实验所采用的珠光体耐热钢为2.25Cr-1Mo、12CrMoV(C=0.15%,M=0.6%,Cr=1.2%,Mo=0.3%,V=0.3%)等。 显微组织观察是研究材料内部组织最重要的方法，用光学显微镜观察研究任何材料的显微组织，一般要分三个步骤进行：抛光所截取试样的截面，采用适当的腐蚀剂显示显微组织，用显微镜观察和分析试样的显微组织。

采用气割或机械加工方法切下大块试样，取下的试样还要去除不必要的部分，之后进行试样的平整、磨光、抛光、浸蚀等一系列加工。试样用砂纸磨制后，除表面磨痕外还有一层变形的损伤层，最表层部分经受相当于冷轧量大于90%塑性变形，试样表面变形是不均匀的。因此，试样磨光时，每一道工序必须去除前一道工序造成的损伤层，同时，该道工序本身应造成最少的损伤，使下道工序易于进行。对磨光后的试样进行抛光处理，抛光的目的是要尽快把磨光工序留下来的损伤层除去，使抛光产生的损伤层不影响显微组织的观察。抛光最好分二步进行，先是粗抛，目的在于以最大抛光速率除去磨光时的损伤层;其次是精抛，目的是去粗抛所产生的表面损伤，抛光损伤减到最小程度。焊接接头进行抛光后，光滑的接头表面经过显示组织才能被清楚的看到，所以显示方法是制样过程中相当重要的一步，显示焊接金相的试样组织的方法有两种:一种是化学试剂显示法;另一种是用电解浸蚀剂显示。我们采用第一种方法。化学浸蚀的原理是:位于晶界上的原子排列的规律性较差，具有较高的自由能，所以晶界处受浸蚀深而成凹沟，金属原子的溶解大多是沿着原子排列最密的晶面进行，由于抛光面上每颗晶粒的原子排列的位相不同，所以每个晶粒的溶解速度不同，浸蚀后每个晶粒都以原子排列最密的面为表面，有些晶粒就相对与原来的抛光面倾斜了一定的角度，在垂直光线照射下，则显示出明暗不一的晶粒，由于晶粒与晶粒之间、晶粒与晶界之间溶解速度不同，所以组织就显示出来了。化学浸蚀前必须将试样冲洗干净，以防污垢、油膜存在，妨碍浸蚀作用，然后用夹子夹住试样，浸入浸蚀剂中，必须使磨面各部位同时地浸入浸蚀剂中，并不时摇动试样，以保证试样均匀浸蚀，或者用蘸有浸蚀剂的脱脂棉来擦拭试样的抛光面。完成了以上两个步骤后，就可以进入显微分析的第三步，即显微组织的观察。本试验中的显微组织观察是在光学金相显微镜上进行的。

(1)12CrMoV插撬+J507或J607焊接 (图1 图2 图3)

2.25Cr-1Mo堆焊两层过渡区A307盖面层A002N6(图4 图5 图6) 对其焊缝组织以及母材、过渡区的显微组织观察图(如下)：

图1 图2 图3

图4 图5 图6

三、珠光体耐热钢焊接工艺分析

由于珠光体耐热钢中含有一定量的Cr、Mo和其它一些合金元素，所以热影响区会产生硬脆的马氏体组织，低温焊接或焊接刚性较大的结构时，易形成冷裂纹。因此在焊接时应采取以下几项工艺措施：

1、预热预热是焊接珠光体耐热钢的重要工艺措施。为了确保焊接质量，不论在定位焊或正式施焊过程中，焊件都应预热并保持为80～150℃用氩弧焊打底和CO2气体保护焊时，可以降低预热温度或不预热。

2、焊后缓冷焊后应立即用石棉布覆盖焊缝及热影响区，使其缓慢冷却。

3、焊后热处理焊后应立即进行高温回火，防止产生延迟裂纹、消除应力和改善组织。焊后热处理温度应避免在350～500℃温度区间内进行，因珠光体耐热钢在该温度区间内有强烈的加火脆性现象。

四、珠光体耐热钢焊接再热裂纹的防治 4.1 焊缝成形

由于焊缝成形影响应力集中的大小，再热裂纹易产生于应力集中的热影响区粗晶区，因而也影响再热裂纹的产生。焊缝与母材过渡不圆滑，焊缝余高过高或存在咬肉、未熔合、未焊透等缺陷，在焊后再热过程中均能诱发再热裂纹。因此焊接过程中应尽可能的控制焊缝成形，对成形不理想或存在缺陷的部位进行修补，以达到降低焊接应力的作用，从而控制再热裂纹的产生。 4.2 组装应力

组装时采用强力组对等，都会使得焊缝处存在大的组装应力。焊后再热过程中，容易引发再热裂纹，因此组装珠光体耐热钢时要避免强力组装，以减少组装应力。 4.3 预热

为防止再热裂纹的产生，焊前预热是十分有效的。预热可以降低残余应力，形成对裂纹不敏感的组织等。日本的焊接专家认为，预热可以提高热影响区粗晶区的强度。珠光体耐热钢焊前按要求进行预热，在很大程度上可以防止再热裂纹的产生。

4.4 焊后后热

实验证明，珠光体耐热钢焊后进行150～200℃的后热处理，可以有效地消除焊缝中的扩散氢，从而减少焊缝中残存的空穴，有利于防止再热裂纹的产生。同时焊后后热可以使得焊缝晶界的有害杂质S、P等进行一步弥散，减少因S、P等杂质偏析而导致的再热裂纹。焊后在不太高的温度下进行等温处理，也可以产生类似预热的效果，这样还可以降低焊前的预热温度。 4.5 焊接线能量

焊接线能量对再热裂纹的影响有两个方面。首先大的线能量可以有利于降低拘束应力，降低粗晶区的硬度，使得晶内的沉淀增多，减弱焊后加热时析出的强化程度，有利于减少再热裂纹的倾向。但另一方面，大的焊接线能量却使过热区的晶粒更加粗大，晶界结合力更加脆弱，从而增加了再热裂纹的倾向。因此，在焊接珠光体耐热钢时，对焊接线能量的选择，应考虑线能量对晶粒长大的敏感程度，对某些晶粒长大敏感的钢种，焊接时应选较小的线能量，反之，可适当选择较大的焊接线能量。 4.6 晶粒度

焊接热影响区粗晶区的晶粒大小对再热裂纹的敏感性也有影响。晶粒度大，裂纹敏感性大;晶粒度小，晶界所占的面积就大，在其它条件均相同的情况下，晶界所能承受的蠕变变形量相对大，产生再热裂纹的倾向也就相应变小。

焊接材料的选择通常有两种原则：一为“等成分原则”即选用焊接材料在化学成分上与母材相同;二为“等强度原则”即选用的焊接材料在化学成分上与母材成分相近，主要保证焊接接头的强度与母材相同。在进行珠光体耐热钢焊接时，一般采用“等强度原则”，甚至在使用条件允许的情况下，可以适当降低焊接接头的强度。实验证明，通过适当降低焊缝金属的强度，提高其塑性变形能力，从而降低焊接接头的应力集中程度，以降低再热裂纹的敏感性。仅仅焊缝表层采用低强度高塑性的焊接材料来盖面也是比较有效的。 4.8 合金元素的影响

(1)碳 由于碳化物的形成，碳在热裂纹中有着重要的作用。在Cr-Mo钢中，当含碳量由0.05%增至0.20%时，裂纹倾向明显增加。在含V量高的钢种中，碳的影响更大。

(2)铬 Cr的影响是两个方面的。当钢中的含Cr量<1.5%时，随着含Cr量的增加，裂纹倾向增大;当含Cr量>2.0%时，随含Cr量的增加，裂纹倾向逐渐减小。当然，Cr对再热裂纹的影响在很大程度上还取决于钢种中Mo与V的含量。

(3)钼 Mo能够降低蠕变塑性，增加裂纹。其作用是通过对相变特性的影响及碳化钼的析出而实现的。模拟热循环试样缺口应力试验，当Mo的含量为0.21%时，627℃断裂的时间为1300min，而Mo的含量为0.54%时，断裂时间降为2min，说明Mo含量的增加，提高了钢的再热裂纹的敏感性。

(4)钒 V通常与Cr、Mo等元素同时加入，在同时含有其它元素时，增加V是极其有害的。V含量为0.73%，钢材应力—断裂塑性最低。当V含量<0.15%时，随其含量的增加裂纹率明显增大。如V含量由0增至0.08%时，Y型坡口拘束试样的裂纹率由0增至95%。V的影响主要是形成V4C3的析出，使应力松驰率下降。

(5)微量杂质元素 从金属材料主要元素成分含量相同，而再热裂纹倾向相差很大的事实来看，微量杂质元素起着很大的作用。这是因为这些杂质元素在晶界偏析，促使晶界空穴形成，大大降低金属的蠕变性能。如降低断裂应力和断裂塑性。

4.9 重熔焊道

在再热裂纹的预防上，焊后利用TIG对焊缝表面进行一次重熔，可以减少焊接接头的残余应力，因而也有利于减少再热裂纹的产生。

参考文献：

1 周振丰，张文钺.焊接冶金与金属焊接性.北京：机械工业出版社，1988 2 周振丰.金属熔焊原理及工艺.北京：机械工业出版社，1987 3 周顺深.低合金耐热钢.上海人民出版社，1976 4 美国焊接学会编，黄静文等译.焊接手册 第二册.北京：机械工业出版社，1988 5 美国焊接学会编，韩鸿硕等译.焊接新技术.宇航出版社，1987 6 王健安.金属学与热处理下册.北京：机械工业出版社，1987 7 丁启湛.钢的焊接脆化.北京：机械工业出版社，1992

第二篇：耐热钢压力容器的焊接

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在普通碳钢中加入一定量的合金元素，以提高钢的高温强度和持久强度，就形成了低合金耐热钢，对于压力容器用低合金耐热钢，为改善其焊接性能，常常把碳含量控制在0.2%以下。这类钢通常以退火态或正火+回火状态交货。由于......

一、 压力容器用耐热钢及其焊接性

在普通碳钢中加入一定量的合金元素，以提高钢的高温强度和持久强度，就形成了低合金耐热钢，对于压力容器用低合金耐热钢，为改善其焊接性能，常常把碳含量控制在0.2%以下。这类钢通常以退火态或正火+回火状态交货。由于合金含量在2.5%以下的低合金耐热钢具有珠光体+铁素体组织，故也经常称为珠光体耐热钢，如15CrMoR。合金含量在3% ~ 5%之间的低合金耐热钢供货状态为贝氏体+铁素体组织，故也称为贝氏体耐热钢，如12Cr2Mo1R。

压力容器上使用的低合金耐热钢主要是以加入铬和钼元素或辅以加入少量的钒、钛等元素来提高钢的蠕变强度和组织稳定性，所以也经常称之为Cr-Mo耐热钢或Cr-Mo-V系耐热钢。也正由于这一类钢在耐高温的同时还具有良好的抗氢腐蚀性能，为此，Cr-Mo或Cr-Mo-V系的低合金耐热钢亦经常称为抗氢钢。

作为耐热钢，除上面已讲到的低合金耐热钢外，还有合金含量在在6% ~ 12%之间的中合金耐热钢，如1Cr5Mo、1Cr9Mo1，和合金大于13%的高合金耐热钢，如1Cr17。由于在压力容器中这两类耐热钢并不多见，本节以叙述低合金耐热钢为主。

为保证耐热钢焊接接头在高温、高压和各种腐蚀介质条件下长期安全的运行，其焊接接头性能应满足下列几点要求。

① 接头的等强性 耐热钢接头不仅应具有与母材基本相等的室温和高温短时强度，而且更重要的是应具有与母材相近的高温持久强度。

② 接头的抗氢性和抗氧化性 耐热钢接头应具有与母材基本相同的抗氢性和高温抗氧化性。为此，焊缝金属的合金成分和含量应与母材基本一致。

③ 接头的组织稳定性 耐热钢焊接接头在制造过程中，特别是厚壁接头将经受长时间多次热处理，在运行过程中将长期受高温高压的作用，接头各区不应产生明显的组织变化及由此引起的脆变或软化。

④ 接头的抗脆断性 虽然耐热钢压力容器大多数是在高温下工作，但当压力容器和管道制造完工后将在常温下进行设计压力1.25倍压力的水压试验。在安装检修完后，要经历水压试验及冷启动过程。因此，耐热钢焊接接头亦应具有一定的抗脆断性。

⑤ 接头的物理均一性 耐热钢焊接接头应具有与母材基本相同的物理性能。焊缝金属的热膨胀系数和热导率应基本一致，这样就可避免接头在高温运行过程中的热应力。

低合金耐热钢含有一定量的合金元素，因此它与低合金高强钢都具有一些相同的焊接特点，而又由于其含有一些特殊的微量元素及其不同的介质工作环境，所以也有其独特的焊接特点。

(1)淬硬性 低合金耐热钢中的主要合金元素Cr和Mo等都能显著提高钢的淬硬性。其中Mo的作用比Cr大50倍。这些合金元素推迟了钢在冷却过程中的转变，提高了过冷奥氏体的稳定性，从而在较高的冷却速度下可能形成全马氏体组织，比如12Cr2Mo1R焊接时，如果焊接线能量较小，钢板厚度较大且不预热焊接时就有可能发生100%的马氏体转变。

(2)冷裂纹 由于Cr-Mo钢极易产生淬硬的显微组织，再加上焊缝区足够高的扩散氢浓度和一定的焊接残余应力共同作用，焊接接头易产生氢致延迟裂纹。这种裂纹在热影响区和焊缝金属中都易发生。在热影响区大多是表面裂纹，在焊缝金属中通常表现为垂直于焊缝的的横向裂纹，也可能发生在多层焊的焊道下或焊根部位。冷裂纹是Cr-Mo钢焊接中存在的主要危险。

(3)消除应力裂纹 因为这类裂纹是在消除应力热处理时，接头再次处于高温下所产生的裂纹，故又称为再热裂纹。Cr-Mo钢是再热裂纹敏感性钢种，敏感的温度范围一般在500 ~ 700℃之间。

大量试验结果表明，钢中Cr、Mo、V、Nb、Ti等强碳化物形成元素对再热裂纹形成有很大影响。通常以裂纹指数PSR粗略地评价钢的消除应力裂纹敏感性。PSR按下式计算：

PSR=Cr% + Cu% + 2Mo% + 10V% + 7Nb% + 5Ti% - 2

当PSR≥0时，就有可能产生消除应力裂纹。但对于碳含量低于0.1%的钢种，上式不适用。

(4)热裂纹 对低合金耐热钢，人们往往注重冷裂纹的防止。实际上，当焊道的成形系数(熔宽与熔深比)小于1.2 ~ 1.3时，焊道中心易形成热裂纹。这是因为窄而深的梨形焊道，低熔点共晶聚集于焊道中心，在焊接应力作用下，导致焊道中心出现热裂纹。一切影响焊道成形系数的因素都会影响热裂纹的发生。

(5)回火脆性 Cr-Mo钢及其焊接接头在350 ~ 500℃温度区间长期运行过程中发生脆变的现象称为回火脆性。例如某厂一台2.25Cr-1Mo钢制压力容器在332 ~ 432℃运行30000h后，钢的40J脆性转变温度从-37℃提高到了+60℃，并最终导致灾难性的脆性断裂事故。

Cr-Mo钢及其焊接接头的回火脆性敏感性有两种评价方式：

①X系数和J系数

X=(10P+5Sb+4Sn+As)×10-2(式中元素以ppm含量代入，如0.01%应以100ppm代入)

J=(Si+Mn)(P+Sn)×104 (式中元素以百分数含量代入，如0.15%应以0.15代入)

这两个系数的界定是随着工业的不断发展和进步一步步提高的，最早要求X≤25ppm，J≤200，后来达到X≤20ppm，J≤150，直至目前又提高了要求，要求X≤15ppm，J≤100。

② 分步冷却试验法(步冷)

分步冷却试验法是将试件加热到规定的最高温度后分步冷却，温度每降一级，保温更长时间。步冷处理目的是在200 ~ 300 h内使钢产生最大的回火脆性，与350 ~ 500℃温度区间设备经过2000 ~ 5000 h才能产生的效果相同。

加热后，使钢材发生快速回火脆化。分别对步冷试验前后的钢材进行系列冲击，绘制出步冷试验前 、后回火脆化程度的曲线，确定延脆性转变温度VTr54 (试样经Min. PWHT处理后的夏比冲击功为54J时相应的转变温度)的变量ΔVTr54 (试样经Min. PWHT + 步冷处理后的夏比冲击功为54J时相应的转变温度增量)，按下式进行计算：

美国雪弗龙公司早期提出的指标：

VTr54 +1.5ΔVTr54 ≤ 38℃(100℉)

20世纪90年代普遍采用的指标：

VTr54 +2.5ΔVTr54 ≤ 38℃

随着对设备安全性要求的提高及钢材、焊材性能的提高，对该指标的要求越来越高，2006年某工程公司为宁波和邦化学有限公司设计的两台加氢反应器提出的指标是：

VTr54 +3ΔVTr54 ≤ 10℃

二、 压力容器用耐热钢焊材选用

(1)与低合金高强钢相同，焊缝金属和母材等强度原则仍是低合金耐热钢焊材选用的基本原则，只不过此时不但要考虑焊缝金属与母材的常温强度等强，同时也要使其高温强度不低于母材标准值的下限要求。

(2)为使其焊缝金属具有与母材同样的使用性能，因此要求其焊缝金属的铬、钼含量不得低于母材标准值的下限。

(3)为保证焊缝金属有同样小的回火脆性，应严格限制焊材中的氧、硅、磷、锑、锡、砷等微量元素的含量。

(4)为提高焊缝金属的抗裂性，应控制焊材中的含碳量低于母材的碳含量，但应注意，含碳量过低时，经长时间的焊后热处理会促使铁素体形成，从而导致韧性下降，因此，对于低合金耐热钢的焊缝金属含碳量最好控制在0.08% ~ 0.12%范围内，这样才会使焊缝金属具有较高的冲击韧性和与母材相当的高温蠕变强度。

三、 压力容器用耐热钢焊接要点

(1)预热与层间温度 在Cr-Mo钢的焊接特点中提到的冷裂纹、热裂纹及消除应力裂纹，都与预热及层间温度相关。一般来说，在条件许可下应适当提高预热及层间温度来避免冷裂纹和再热裂纹的产生。表为对各种低合金耐热钢推荐选用的预热温度和层间温度，但在设备制造过程中还要结合实际选用。

推荐选用的低合金耐热钢预热及层间温度

对于预热和层间温度，应注意以下几点：

① 整个焊接过程中的层间温度不应低于预热温度。

② 要保证焊件内外表面均达到规定的预热温度。

③ 对于厚壁容器，必须注意焊前、焊接过程和焊接结束时的预热温度基本保持一致并将实测预热温度做好记录。

④ 若容器焊前进行整体预热不仅费时而且耗能。实际上，作局部预热可以取得与整体预热相近的效果，但必须保证预热区宽度大于所焊厚度的4倍，且至少不小于150mm。

⑤ 预热与层间温度必须低于母材的Mf点(马氏体转变结束点)，否则当焊件经SR处理后，残留奥氏体可能发生马氏体转变，其中过饱和的氢逸出会促使钢材开裂，如对12Cr2Mo1R的预热和最高层间温度应低于300℃。

⑥ 钢材下料进行热切割时，类似焊接热影响区的热循环，切割边缘的淬硬层可能成为钢材卷制或冲压时的裂源。因此，也应适当预热。

(2)焊后热处理 对于低合金耐热钢，焊后热处理的目的不仅是消除焊接残余应力，而且更重要的是改善组织提高接头的综合力学性能，包括提高接头的高温蠕变强度和组织稳定性，降低焊缝及热影响区硬度，还有就是使氢进一步逸出以避免产生冷裂纹。因此，在拟定低合金耐热钢焊接接头的焊后热处理规范时，应综合考虑下列冶金和工艺特点。

① 焊后热处理应保证近缝区组织的改善。

② 加热温度应保证焊接接头的焊接应力降到尽可能低的水平。

③ 焊后热处理不应使母材及焊接接头各项力学性能降低到设计规定的最低限度以下。这一点往往要通过对母材及焊接接头进行最大和最小模拟焊后热处理(Max. PWHT及Min. PWHT)后的各项力学性能检测来确定。

④ 由于耐热钢的回火脆性及再热裂纹倾向，焊后热处理应尽量避免在所处理钢材回火脆性敏感区及再热裂纹倾向敏感区的温度范围内进行。应规定在危险温度范围内要有较快的加热速度。

综合考虑以上4个特点，需要制定一个合适的耐热钢焊后热处理规范，经过大量的试验、研究，引出了一个指导性参数，即纳尔逊米勒(Rarson—Miller)参数 Tp，也称回火参数。

Tp= T ( 20+log t )×10-3

式中：

T — 热处理绝对温度，K

t — 热处理保温时间，h

从式中可以看出，热处理的温度和保温时间决定了Tp值的高低，也就影响了Cr-Mo钢焊接接头的强度和韧性。Tp值过低，接头的强度和硬度会过高而韧性较低，若Tp值太高，则强度和硬度会明显下降，同时由于碳化物的沉淀和聚集也会使韧性下降，因此，Tp值在18.2 ~ 21.4可以使接头具有较好的综合力学性能。当然，对于每一种Cr-Mo钢都有一个最佳的回火参数范围，如1.25Cr-0.5Mo钢焊缝金属的最佳Tp值为20.0 ~ 20.6之间，对于2.25Cr-1Mo钢而言，其最佳的Tp值在20.2 ~ 20.6之间。

(3)后热和中间热处理 Cr-Mo钢冷裂倾向大，导致生产裂纹的影响因素中，氢的影响居首位，因此，焊后(或中间停焊)必须立即消氢。一般说来，Cr-Mo钢容器的壁厚、刚性大、制造周期长，焊后不能很快进行热处理，为防裂并稳定焊件尺寸，在主焊缝(或主焊缝和壳体接管焊缝)完成后进行比最终热处理温度低的中间热处理。这类钢的后热温度一般为300 ~350℃，也有少数制造单位取350 ~ 400℃的。中间热处理规范随钢种、结构、制造单位的经验而异，一般中间热处理温度为(620 ~ 640℃)±15℃。

(4)焊接规范的选择 焊接线能量、预热温度和层间温度直接影响到焊接接头的冷却条件，一般来说，焊接线能量越大，冷却速度越慢，加之伴有较高的预热和层间温度，就会使接头各区的晶粒粗大，强度和韧性都会降低。对于低合金耐热钢而言，对焊接线能量在一定范围内变化并不敏感，也就是说，允许的焊接线能量范围较宽，只有当线能量过大时，才会对强度和韧性有明显的影响，所以为了防止冷裂纹的产生，希望焊接时线能量不要过小。

四、 耐热钢钢压力容器焊接实例

直径为500mm，壳程壁厚为30mm，管程壁厚为16mm的加热器，壳体材质为15CrMoR，其主要承压焊缝的焊接工艺见表。

说明：

① 壳程筒体直径较小，焊工无法钻入筒体内焊接，故壳程筒体纵、环缝只能从外侧施焊。同样，由于该设备结构方面的原因，壳程、管程筒体与管板的环缝焊接也只能从外侧进行。至于接管与对接法兰环缝，本设备中接管规格为φ273×12，亦无法从内侧施焊。以上焊缝需要单面焊，但又要保证质量，选用TIG焊打底是保证焊缝质量最有效的方法。对于壳程筒体环缝，也可采用GTAW打底，SMAW再焊两道，然后SAW焊剩余层的方法。

② 尽管管程筒体直径较小，但其长度很短，管程筒体纵缝、管程筒体与法兰环缝具备内侧焊条电弧焊的条件，故采用焊条电弧焊进行双面焊。

③ 接管、整体法兰与法兰盖、管板、壳体的角焊缝设备大合拢焊缝，鉴于此部位焊缝形状和焊接条件，一般选用焊条电弧焊。

④ 换热管-管板焊接是热交换设备的重要焊缝，其焊接方法有焊条电弧焊、手工钨极氩弧焊、全位置自动氩弧焊。焊条电弧焊是最早使用的焊接方法，其特点是效率高，但是质量对比于其他两种方法来说要差很多，现在基本上已被淘汰。但是在某些特殊场合，如丝堵式空冷器，其管子-管板焊接必须通过管板前的丝堵板进行焊接，这时只能用采用焊条电弧焊的方法，用小直径焊条焊接，这对焊工操作技术要求很高，一般在焊前需要对焊工进行专门培训。

目前使用最广泛，质量最好的焊接方法为自动氩弧焊。本设备中换热管-管板焊接采用全位置自动氩弧焊，焊接接头形式为角焊缝。焊丝直径为1mm，填丝焊两道。

⑤ 耳座与壳体焊接角焊缝属非承压焊缝，采用熔化极气体保护焊(保护气体为纯CO2)，效率高，焊缝成形好。TWE-811B2为焊材牌号，其焊材型号为E81T1-B2(AWS A5.29)。

第三篇：焊接压力容器耐热钢的注意事项

一、压力容器用耐热钢及其焊接性 在普通碳钢中加入一定量的合金元素，以提高钢的高温强度和持久强度，就形成了低合金耐热钢，对于压力容器用低合金耐热钢，为改善其焊接性能，常常把碳含量控制在0.2%以下。这类钢通常以退火态或正火+回火状态交货。由于合金含量在2.5%以下的低合金耐热钢具有珠光体+铁素体组织，故也经常称为珠光体耐热钢，如15CrMoR。合金含量在3% ~ 5%之间的低合金耐热钢供货状态为贝氏体+铁素体组织，故也称为贝氏体耐热钢，如12Cr2Mo1R。 压力容器上使用的低合金耐热钢主要是以加入铬和钼元素或辅以加入少量的钒、钛等元素来提高钢的蠕变强度和组织稳定性，所以也经常称之为Cr-Mo耐热钢或Cr-Mo-V系耐热钢。也正由于这一类钢在耐高温的同时还具有良好的抗氢腐蚀性能，为此，Cr-Mo或Cr-Mo-V系的低合金耐热钢亦经常称为抗氢钢。

作为耐热钢，除上面已讲到的低合金耐热钢外，还有合金含量在在6% ~ 12%之间的中合金耐热钢，如1Cr5Mo、1Cr9Mo1，和合金大于13%的高合金耐热钢，如1Cr17。由于在压力容器中这两类耐热钢并不多见，本节以叙述低合金耐热钢为主。 为保证耐热钢焊接接头在高温、高压和各种腐蚀介质条件下长期安全的运行，其焊接接头性能应满足下列几点要求。

① 接头的等强性 耐热钢接头不仅应具有与母材基本相等的室温和高温短时强度，而且更重要的是应具有与母材相近的高温持久强度。

② 接头的抗氢性和抗氧化性 耐热钢接头应具有与母材基本相同的抗氢性和高温抗氧化性。为此，焊缝金属的合金成分和含量应与母材基本一致。 ③ 接头的组织稳定性 耐热钢焊接接头在制造过程中，特别是厚壁接头将经受长时间多次热处理，在运行过程中将长期受高温高压的作用，接头各区不应产生明显的组织变化及由此引起的脆变或软化。

④ 接头的抗脆断性 虽然耐热钢压力容器大多数是在高温下工作，但当压力容器和管道制造完工后将在常温下进行设计压力1.25倍压力的水压试验。在安装检修完后，要经历水压试验及冷启动过程。因此，耐热钢焊接接头亦应具有一定的抗脆断性。

⑤ 接头的物理均一性 耐热钢焊接接头应具有与母材基本相同的物理性能。焊缝金属的热膨胀系数和热导率应基本一致，这样就可避免接头在高温运行过程中的热应力。

低合金耐热钢含有一定量的合金元素，因此它与低合金高强钢都具有一些相同的焊接特点，而又由于其含有一些特殊的微量元素及其不同的介质工作环境，所以也有其独特的焊接特点。 (1)淬硬性 低合金耐热钢中的主要合金元素Cr和Mo等都能显著提高钢的淬硬性。其中Mo的作用比Cr大50倍。这些合金元素推迟了钢在冷却过程中的转变，提高了过冷奥氏体的稳定性，从而在较高的冷却速度下可能形成全马氏体组织，比如12Cr2Mo1R焊接时，如果焊接线能量较小，钢板厚度较大且不预热焊接时就有可能发生100%的马氏体转变。 (2)冷裂纹 由于Cr-Mo钢极易产生淬硬的显微组织，再加上焊缝区足够高的扩散氢浓度和一定的焊接残余应力共同作用，焊接接头易产生氢致延迟裂纹。这种裂纹在热影响区和焊缝金属中都易发生。在热影响区大多是表面裂纹，在焊缝金属中通常表现为垂直于焊缝的的横向裂纹，也可能发生在多层焊的焊道下或焊根部位。冷裂纹是Cr-Mo钢焊接中存在的主要危险。 (3)消除应力裂纹 因为这类裂纹是在消除应力热处理时，接头再次处于高温下所产生的裂纹，故又称为再热裂纹。Cr-Mo钢是再热裂纹敏感性钢种，敏感的温度范围一般在500 ~ 700℃之间。

大量试验结果表明，钢中Cr、Mo、V、Nb、Ti等强碳化物形成元素对再热裂纹形成有很大影响。通常以裂纹指数PSR粗略地评价钢的消除应力裂纹敏感性。PSR按下式计算： PSR=Cr% + Cu% + 2Mo% + 10V% + 7Nb% + 5Ti% - 2 当PSR≥0时，就有可能产生消除应力裂纹。但对于碳含量低于0.1%的钢种，上式不适用。 (4)热裂纹 对低合金耐热钢，人们往往注重冷裂纹的防止。实际上，当焊道的成形系数(熔宽与熔深比)小于1.2 ~ 1.3时，焊道中心易形成热裂纹。这是因为窄而深的梨形焊道，低熔点共晶聚集于焊道中心，在焊接应力作用下，导致焊道中心出现热裂纹。一切影响焊道成形系数的因素都会影响热裂纹的发生。 (5)回火脆性 Cr-Mo钢及其焊接接头在350 ~ 500℃温度区间长期运行过程中发生脆变的现象称为回火脆性。例如某厂一台2.25Cr-1Mo钢制压力容器在332 ~ 432℃运行30000h后，钢的40J脆性转变温度从-37℃提高到了+60℃，并最终导致灾难性的脆性断裂事故。 Cr-Mo钢及其焊接接头的回火脆性敏感性有两种评价方式： ①X系数和J系数

X=(10P+5Sb+4Sn+As)×10-2(式中元素以ppm含量代入，如0.01%应以100ppm代入) J=(Si+Mn)(P+Sn)×104 (式中元素以百分数含量代入，如0.15%应以0.15代入) 这两个系数的界定是随着工业的不断发展和进步一步步提高的，最早要求X≤25ppm，J≤200，后来达到X≤20ppm，J≤150，直至目前又提高了要求，要求X≤15ppm，J≤100。 ② 分步冷却试验法(步冷)

分步冷却试验法是将试件加热到规定的最高温度后分步冷却，温度每降一级，保温更长时间，。步冷处理目的是在200 ~ 300 h内使钢产生最大的回火脆性，与350 ~ 500℃温度区间设备经过2000 ~ 5000 h才能产生的效果相同。按曲线加热，使钢材发生快速回火脆化。分别对步冷试验前后的钢材进行系列冲击，绘制出步冷试验前 、后回火脆化程度的曲线，确定延脆性转变温度VTr54 (试样经Min. PWHT处理后的夏比冲击功为54J时相应的转变温度)的变量ΔVTr54 (试样经Min. PWHT + 步冷处理后的夏比冲击功为54J时相应的转变温度增量)，按下式进行计算：

美国雪弗龙公司早期提出的指标： VTr54 +1.5ΔVTr54 ≤ 38℃(100℉) 20世纪90年代普遍采用的指标： VTr54 +2.5ΔVTr54 ≤ 38℃

随着对设备安全性要求的提高及钢材、焊材性能的提高，对该指标的要求越来越高，2006年某工程公司为宁波和邦化学有限公司设计的两台加氢反应器提出的指标是： VTr54 +3ΔVTr54 ≤ 10℃

二、压力容器用耐热钢焊材选用

(1)与低合金高强钢相同，焊缝金属和母材等强度原则仍是低合金耐热钢焊材选用的基本原则，只不过此时不但要考虑焊缝金属与母材的常温强度等强，同时也要使其高温强度不低于母材标准值的下限要求。

(2)为使其焊缝金属具有与母材同样的使用性能，因此要求其焊缝金属的铬、钼含量不得低于母材标准值的下限。

(3)为保证焊缝金属有同样小的回火脆性，应严格限制焊材中的氧、硅、磷、锑、锡、砷等微量元素的含量。

(4)为提高焊缝金属的抗裂性，应控制焊材中的含碳量低于母材的碳含量，但应注意，含碳量过低时，经长时间的焊后热处理会促使铁素体形成，从而导致韧性下降，因此，对于低合金耐热钢的焊缝金属含碳量最好控制在0.08% ~ 0.12%范围内，这样才会使焊缝金属具有较高的冲击韧性和与母材相当的高温蠕变强度。

三、 压力容器用耐热钢焊接要点

(1)预热与层间温度 在Cr-Mo钢的焊接特点中提到的冷裂纹、热裂纹及消除应力裂纹，都与预热及层间温度相关。一般来说，在条件许可下应适当提高预热及层间温度来避免冷裂纹和再热裂纹的产生。表10-2为对各种低合金耐热钢推荐选用的预热温度和层间温度，但在设备制造过程中还要结合实际选用。

表10-2 推荐选用的低合金耐热钢预热及层间温度 钢种

预热温度/℃

层间温度/℃ 15CrMoR

≥150

150 ~ 250 12Cr1MoV

≥200

250左右

12Cr2Mo1R

200 ~ 250

200 ~ 300 在Cr-Mo钢上堆焊不锈钢

≥100

对于预热和层间温度，应注意以下几点：

① 整个焊接过程中的层间温度不应低于预热温度。 ② 要保证焊件内外表面均达到规定的预热温度。

③ 对于厚壁容器，必须注意焊前、焊接过程和焊接结束时的预热温度基本保持一致并将实测预热温度做好记录。

④ 若容器焊前进行整体预热不仅费时而且耗能。实际上，作局部预热可以取得与整体预热相近的效果，但必须保证预热区宽度大于所焊厚度的4倍，且至少不小于150mm。

⑤ 预热与层间温度必须低于母材的Mf点(马氏体转变结束点)，否则当焊件经SR处理后，残留奥氏体可能发生马氏体转变，其中过饱和的氢逸出会促使钢材开裂，如对12Cr2Mo1R的预热和最高层间温度应低于300℃。

⑥ 钢材下料进行热切割时，类似焊接热影响区的热循环，切割边缘的淬硬层可能成为钢材卷制或冲压时的裂源。因此，也应适当预热。

(2)焊后热处理 对于低合金耐热钢，焊后热处理的目的不仅是消除焊接残余应力，而且更重要的是改善组织提高接头的综合力学性能，包括提高接头的高温蠕变强度和组织稳定性，降低焊缝及热影响区硬度，还有就是使氢进一步逸出以避免产生冷裂纹。因此，在拟定低合金耐热钢焊接接头的焊后热处理规范时，应综合考虑下列冶金和工艺特点。 ① 焊后热处理应保证近缝区组织的改善。

② 加热温度应保证焊接接头的焊接应力降到尽可能低的水平。

③ 焊后热处理不应使母材及焊接接头各项力学性能降低到设计规定的最低限度以下。这一点往往要通过对母材及焊接接头进行最大和最小模拟焊后热处理(Max. PWHT及Min. PWHT)后的各项力学性能检测来确定。

④ 由于耐热钢的回火脆性及再热裂纹倾向，焊后热处理应尽量避免在所处理钢材回火脆性敏感区及再热裂纹倾向敏感区的温度范围内进行。应规定在危险温度范围内要有较快的加热速度。

综合考虑以上4个特点，需要制定一个合适的耐热钢焊后热处理规范，经过大量的试验、研究，引出了一个指导性参数，即纳尔逊米勒(Rarson—Miller)参数 Tp，也称回火参数。 Tp= T ( 20+log t )×10-3 式中：

T — 热处理绝对温度，K t — 热处理保温时间，h 从式中可以看出，热处理的温度和保温时间决定了Tp值的高低，也就影响了Cr-Mo钢焊接接头的强度和韧性。Tp值过低，接头的强度和硬度会过高而韧性较低，若Tp值太高，则强度和硬度会明显下降，同时由于碳化物的沉淀和聚集也会使韧性下降，因此，Tp值在18.2 ~ 21.4可以使接头具有较好的综合力学性能。当然，对于每一种Cr-Mo钢都有一个最佳的回火参数范围，如1.25Cr-0.5Mo钢焊缝金属的最佳Tp值为20.0 ~ 20.6之间，对于2.25Cr-1Mo钢而言，其最佳的Tp值在20.2 ~ 20.6之间。

(3)后热和中间热处理 Cr-Mo钢冷裂倾向大，导致生产裂纹的影响因素中，氢的影响居首位，因此，焊后(或中间停焊)必须立即消氢。一般说来，Cr-Mo钢容器的壁厚、刚性大、制造周期长，焊后不能很快进行热处理，为防裂并稳定焊件尺寸，在主焊缝(或主焊缝和壳体接管焊缝)完成后进行比最终热处理温度低的中间热处理。这类钢的后热温度一般为300 ~350℃，也有少数制造单位取350 ~ 400℃的。中间热处理规范随钢种、结构、制造单位的经验而异，一般中间热处理温度为(620 ~ 640℃)±15℃。

(4)焊接规范的选择 焊接线能量、预热温度和层间温度直接影响到焊接接头的冷却条件，一般来说，焊接线能量越大，冷却速度越慢，加之伴有较高的预热和层间温度，就会使接头各区的晶粒粗大，强度和韧性都会降低。对于低合金耐热钢而言，对焊接线能量在一定范围内变化并不敏感，也就是说，允许的焊接线能量范围较宽，只有当线能量过大时，才会对强度和韧性有明显的影响，所以为了防止冷裂纹的产生，希望焊接时线能量不要过小。

第四篇：耐热钢回火处理传统工艺论文

1两类回火脆性的基本特点

淬火钢在回火时，随着回火温度升高，其冲击韧性呈增大趋势。但是某些钢在一定温度范围回火后，冲击韧性反而会呈下降趋势。这种在回火过程中发生的脆性现象，称为回火脆性。钢中常见的回火脆性可以分为低温回火脆性和高温回火脆性两类。

1。1低温回火脆性

通常将在200～400℃回火后发生的脆性称为低温回火脆性，即第一类回火脆性。在低于250℃回火时，由于不发生碳化物析出，故不会引起冲击韧性急剧下降。当回火温度高于400℃时，碳化物开始聚集和球化，对基体的割裂作用减少，因而钢的冲击韧性又重新升高。而在250～400℃回火后，由于析出了碳化物薄片，故产生回火脆性。低温回火脆性对于钢件强度与韧性的最佳配合不利。但目前尚未找到有效的方法完全消除这种回火脆性，只能尽量避免在这个温度范围回火，或采用等温淬火代替。在钢中加入1～3%Si，可以使碳化物的析出移向较高温度进行，从而使脆性产生的温度范围升高，这有利于改善钢回火后的冲击韧性。

1。2高温回火脆性

在450～650℃回火后出现的脆性，通常称为高温回火脆性，或称第二类回火脆性。这种回火脆性的主要特点是：

(1)回火脆性主要在含有Cr、Ni、Mn、Si等元素的合金结构钢中出现。

(2)回火脆性的出现与回火后的冷却速度有关，通常回火后快冷不出现回火脆性。

(3)具有可逆性。如果把已经出现这种回火脆性的钢重新加热到脆性区温度回火，再快冷到室温，其回火脆性即可消除。已经消除了回火脆性的钢，如果重新加热到脆性区温度回火，随后缓慢冷却到室温，则脆性又会出现。因此这种回火脆性具有可逆性。

(4)断口呈晶间断裂。多数人认为高温回火脆性产生的主要原因，是在450～650℃回火时微量杂质元素(P、Sb、Sn、As等)或合金元素向原来的奥氏体晶界偏聚或析出，削弱了晶粒之间的结合强度，从而使钢出现脆性。例如：这种脆性的出现是由于晶界变脆引起的，所以回火脆性试样的断口为晶间断裂。又如，杂质元素在晶界的偏聚是在一定的温度和条件下产生的，也可以在另外的温度、时问条件下消除，因此这种回火脆性是可逆的。

2影响回火脆性的因素

2。1热处理工艺

若在回火脆化温度范围内回火，或在更高的温度回火并慢冷通过此温度区间，均会导致回火脆性。当然，不同的钢这一温度范围有所不同。回火后的冷速对出现回火脆性有很大的影响，脆化后的钢可用脱脆处理加以改善。

第五篇：焊接方法的工艺分析

摘 要

表面美观以及使用可能性多样化且耐腐蚀性能好的不锈钢材料近年来得到了广泛使用，而不锈钢薄板相比与其他材料的优点也得到了广泛的使用，因为对于钢板来言，主要的连接技术就是进行焊接，但在薄板(即板厚≤3mm)焊接过程中，由于电流过大，或焊接停留时间过长等原因都会导致焊件出现不同程度的缺陷，比如裂纹、夹渣、气孔、未焊透等，甚至会造成对焊件变形的不可挽回伤害。本论文则阐述下不锈钢薄板焊接的一些行之有效的方法以及一些初浅的见解。

关键词：不锈钢薄板

氩弧焊接

焊接缺陷

I

1. 不锈钢薄板焊接性及焊接方法分析

不锈钢在我国的使用量正逐年增加，不锈钢的使用量由2000年的165万吨增加到2012年的561.4万吨。而在不锈钢的使用中以薄板为主，大概能占到使用总量的一半。不锈钢的焊接是产品生产的一个重要工序，焊接质量的好坏直接决定产品的质量。

1.1 工艺焊接性

工艺焊接性是指在一定焊接工艺下，能否获得优质焊接接头的难易程度。它包括两个方面内容：

①焊合性能：在一定焊接工艺条件下，一定的金属形成焊接缺陷的敏感性。 ②使用性能：在一定焊接工艺条件下，一定的金属焊接接头对使用要求的适应性。

对于熔化焊来说，焊接过程一般要经历传热和冶金反应。因此，工艺焊接性又分为“热焊接性”和“冶金焊接性”。热焊接性是指在焊接热过程条件下，对焊接热影响区组织性能及产生缺陷的影响程度。它是评定被焊金属对热得敏感性，主要与被焊材质及焊接工艺条件有关。冶金焊接性是指冶金反应对焊缝性能和产生缺陷的影响程度。焊接性是说明材料对焊接加工的适应性，是指在一定得焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构形式下，能否获得优质焊接接头的难易程度和该焊接接头能否在使用条件下可靠运行。焊接性的具体内容可分为工艺焊接性和使用焊接性。

在不锈钢焊接领域，由于其种类繁多因而其焊接性也不尽相同，必须根据不同的钢种来确定其焊接性，选用合适的焊接参数显得尤为重要!

1.2 焊接工件的烧穿和变形

不锈钢薄板的焊接由于其自身拘束度小、导热系数小，线膨胀系数较大，当焊接温度变化较快时，则产生的热应力大，最容易出现就是过热烧穿和焊接变形缺陷。

1.2.1 产生原因

不锈钢薄板板壁导热速度快，电流过高或停留时间过长都会造成温度过热从而形成烧穿。而且不锈钢薄板的拘束度较小，在焊接过程中受到局部加热、冷却作用，

形成了不均匀的加热、冷却，焊件会产生不均匀的应力和应变，焊缝的纵向缩短对薄板边缘的压力超过一定值时，即会产生较严重的波浪式变形，影响工件的外形质量。

1.2.2 解决办法

解决不锈钢薄板焊接时产生的过烧烧穿、变形的主要措施有：

①严格控制焊接接头上的热输入量，选择合适的焊接方法和焊接电流、电弧电压、焊接速度。

②装配尺寸力求精确，接口间隙尽量小。间隙稍大容易烧穿，或形成较大的焊瘤。

③必须采用精装夹具，夹紧力平衡均匀。

④焊接不锈钢薄板关键在于严格控制焊接接头上的线能量，力求在能完成焊接的前提下尽量减小热量输入，从而减小热影响区，避免上述缺陷的出现。

1.3 焊接方法分析

目前的不锈钢的焊接采用的主要焊接方法均为成熟的焊接工艺，如钨极氩弧焊、焊条电弧焊、埋弧自动焊等。

①钨极氩弧焊采用的保护气体为氩气，焊接时它既不与金属起化学反应，也不溶解与液态金属中，故可以避免焊缝中金属元素的烧损和由此带来的其它焊接缺陷，同时因其密度较大，在保护时不易漂浮散失，保护效果好。该焊接方法由于热源和填充焊丝是分别控制的，热量调节方便，使输入焊缝的焊接线能量更容易控制，故适合于各种位置的焊接，也容易实现单面焊双面成型。

②焊条电弧焊由于操作灵活、方便，焊接设备简单、易于移动，设备费用比其它电弧焊方法低，因而得到了广泛的应用。该焊接方法与熔化极气体保护焊、埋弧自动焊等焊接方法相比，其熔敷速度慢及熔敷系数低，并且每焊接完一条焊道均需要清理熔渣，而坡口内的清渣是比较繁琐的。

③熔化极惰性气体保护焊，由于采用氩气或在氩气中添加了少量的O2作为保护气体，因而其电弧稳定，熔滴细小且过渡稳定，飞溅很小。该焊接方法的电流密度高、母材熔深深，因而其焊丝的熔化速度和焊缝的熔敷速度高，焊接生产效率高，尤其适于中等厚度和大厚度结构的焊接。该焊接设备比较复杂，设备成本较高通过以上分析，考虑焊接成形和焊接成本。

2. 钨极氩弧焊

钨极氩弧焊对于不锈钢薄板是一个合理的焊接方法选择，而对于1～3mm的不锈钢薄板，主要采用钨极氩弧焊。

2.1 钨极氩弧焊的特点

氩弧焊焊应用了脉冲电弧，它具有热输入低、热量集中、热影响区小、焊接变形小、热输入均匀，能较好地控制线能量;保护气流具有冷却作用，可降低熔池表面温度，提高熔池表面张力;便于操作，容易观察熔池状态，焊缝致密机械性能好表面成形美观。目前钨极氩弧焊焊广泛应用于各行业，尤其是在不锈钢薄板的焊接中应用较广。

2.2 技术要领

①引弧、定位焊。引弧形式有非接触式和接触式短路引弧2种。前者电极不与工件接触，既适于直流也适于交流焊接;后者仅适于直流焊接。采用短路方法引弧，不应在焊件上直接起弧，因易产生夹钨或与工件粘接，电弧也不能立即稳定，电弧容易击穿母材，所以应采用引弧板。在引弧点旁放一块紫铜板，先在其上引弧，待钨极头加热至一定温度后再移至待焊部位。在实际生产中，钨极氩弧焊焊常用引弧器引弧，在高频电流或高压脉冲电流的作用下，使氩气电离而引然电弧。定位焊时，焊丝应比常用焊丝细，因点焊时温度低、冷却快，电弧停留时间较长，故容易烧穿。进行点固定位焊时，应把焊丝放在点焊部位，电弧稳定后再移到焊丝处，待焊丝熔化并与两侧母材熔合后迅速停弧。

②正常焊接。用普通钨极氩弧焊焊进行薄板焊接时，电流均取小值，当电流小于20A时，易产生电弧漂移，阴极斑点温度很高，会使焊接区域产生发热烧损和发射电子条件变差，致使阴极斑点不断跳动，很难维持正常焊接。而采用脉冲钨极氩弧焊焊时，峰值电流可使电弧稳定，指向性好，易使母材熔化成形，并循环交替，确保焊接过程的顺利进行，能得到性能良好、外观漂亮、形成熔池互相搭接的焊缝。

2.3 钨极氩弧焊焊接优势

①焊缝表面光洁无需二次加工。 ②速度快变形小。

③电弧可见，焊缝易对中，可全位置焊接。

④焊缝牢固不低原材料的性能。

3. 氩弧焊焊接工艺参数选择

为了达到较好的焊接质量，焊接工艺参数必须合理的进行选择。

3.1 焊接电流及钨极直径选择

经过多次试验证明，在钨极直径为1.6mm，焊接电流大于60A时，易使熔池过烧，甚至因试板局部对接间隙过大而生烧穿缺陷。若产生烧穿缺陷，一则难以补焊，二则即使采用手工氩弧焊补焊效果好，也会产生较大波浪变形：当焊接电流小于50A时，背面易产生未焊透缺陷，达不到单面焊双面成形的效果。因此焊接电流选择50-60A较为合适。

3.2 氩气流量及喷嘴直径

据资料介绍，在一定条件下使用钨极氩弧焊焊接时，氩气流量和喷嘴直径有一个较好的匹配范围，此时氩气保护效果最好，也就是当喷嘴直径一定时，氩气保护流量过低，气流挺度差，排除周围空气的能力低，保护效果不好;氩气流量过大，容易造成紊流，使外界空气卷入，同样降低保护效果。试验证明，当喷嘴直径为10mm，氩气流量为8-10L/Min时，氩气保护效果较好。此外，背面保护气体的流量也心须合适，流量过小，起不到保护效果;流量过大，不仅造成气体浪费，而且可能造成背面焊缝上凹，实际焊接时背面保护气体流量选择4-6L/mm。

3.3 焊接速度

焊接过程中，在焊接电流一定条件下，焊接速度与焊接热输入成反比。当焊接速度过大时，焊接热输入小，易产生未焊透。咬边等缺陷，达不到单面焊双面的效果;当焊接速度过小时，焊接热输入大，会造成焊接熔池过烧。甚至烧穿。因此，焊接速度必须有一个合适的范围，试验得知，当焊接电流为50-60A，焊接速度0.60-0.65m/min较为理想。

4. 焊接质量影响原因分析

不锈钢焊接由于设备、材料、工艺手段、操作方法不同，所得到的焊接质量千

差万别。现就钨极氩弧焊，在焊接304不锈钢薄板中影响其焊接质量的一些主要原因分析及解决办法供大家参考。

4.1 焊接质量评价术语以及含义

①焊缝牢固度：主要看工件正反二面材料是否完全熔接，抗拉抗折能力。

②焊缝平面度：指的是焊缝及热影响区实际平面与基准平面间隙值，间隙越大工件变形量就越大，平面度就越差，反之就平面度就好。

③焊缝直线度：指的是工件拼缝中心线与实际焊缝中心线偏差值。偏差越大直线度越差。

④焊缝高度和宽度：指的是焊接后最高厚度减材料厚度和焊缝截面中基材被熔化最长的长度。

⑤焊缝颜色：最好的是银白色，金黄色，蓝色为良好，红灰色为一般，灰色不良，而黑色则为最差。

⑥焊缝均匀性：指的是一定焊接长度中焊缝高度、焊缝直线度、焊缝宽度最大值和最小值的差值，差值越小均匀性越好。

⑦起弧和收弧点质量： 起弧和收弧点的面表质量，以不咬边不熔蚀材料边部为最好。以少咬边不熔蚀材料边部为次之。咬边又熔蚀材料边部为差。

⑧焊接裂纹：热裂纹、冷裂纹、应力腐蚀裂纹的统称。

⑨焊接尺寸精度： 指的是工件设计尺寸、角度，与实际尺寸和角度的偏差，偏差越大精度越低。反之则高。

4.2 影响质量原因分析

对于焊接质量评价中的各种工艺参数的实际控制方法。

4.2.1 焊缝牢固度

与焊接电流、焊接速度、钨棒与工件位置高度及角度、工件拼缝间隙等因素有关。厚度为0.8mm，电流一般控制在75~110A，焊接速度一般为700~1000mm/min，钨棒针尖与工件距离为2.7~3.0mm，焊枪角度一般与工件垂直向焊接方向后倾15~20度。焊丝的送丝角度与工件平面成10~15度，并与焊接方向线重合。焊丝直径选用0.55mm，焊接后效果较好。

4.2.2 焊缝平面度

①首先控制好焊接电流和电压、焊接速度、焊缝宽度。

②控制好变形，工件焊接尺寸才有保证。可采取尽可能减少工件发热量、发热面积。

较合适夹具压紧压平。 ③尽可能快速冷却装置。

④焊缝长度大于120mm，拼接时考虑焊缝的收缩率。0.8mm厚材料收缩率大概为0.08%~0.15%。(用小电流焊接使工件变形相应减小;调平压板增加了与工件传导面积;加大夹紧力使工件变形量减到最小;压板用紫铜制作下支梁镶紫铜并通冷却水增加热传导速度。)焊缝直线度的控制与工件焊接质量有直接关系，自动焊上控制容易，手工氩弧焊完全取决于操作者熟练程度，与焊接牢固性等有关。为较好控制焊缝直线度，仅可能采用自动焊接。对于焊缝的收缩率，在工件拼接时起始点不能留间隙，结束处按焊缝长度结合材料厚度收缩率留出一定间隙。材料厚度不同收缩率不同，一般是材料越厚收缩率越大。

4.2.3 焊缝直线度的控制

在实际中焊缝直线度对外观影响很大，手工操作时主要取决于工人的熟练程度，采用自动焊接能很好控制焊缝直线度。

4.2.4 焊缝高度和宽度的控制

①对加丝焊接来说与送丝速度、焊丝直径、电流大小、工件之间的间隙大小、焊接速度有关，在相对不变的前提下主要有以下特性：焊缝高度与送丝速度成正比、与焊丝直径成正比、与焊接电流成反比、与工件间隙成反比、与焊接速度成反比。

②对不加丝焊接来说与电流大小、工件之间的间隙大小、焊接速度有关，在相对不变的前提下主要有以下特性：与焊接电流成反比、与工件间隙成反比、与焊接速度成反比。

焊缝宽度与焊接电流成正比、与焊接速度成反比。合理控制上述过程能得到理想的焊缝高度和宽度。

4.2.5 焊缝均匀性控制

焊缝均匀性的控制与工件焊接质量有直接关系，自动焊上控制容易，手工氩弧焊完全取决于操作者熟练程度，与焊接牢固、美观、平面度等有关。为较好控制焊缝均匀性，仅可能采用自动焊接。

4.2.6 焊缝颜色

焊缝颜色可直接反影出焊接过程中的气体保护状态、冷却状况、焊接电流、焊接速度等调节的合理性。为达到较好的焊缝颜色，一般采用下列办法：

①较好气体保护。一般内嘴直径在5~20mm之间，气体流量为5~25L/min。气体流量过小，气流挺度差、排开空气能力差，影响保护效果。流量过大，则造成紊流、卷入空气使保护效果显著下降。喷嘴直径过大，不但影响观察焊缝，而且使气流流速过低，造成挺度不足保护效果下降。施工时应注意环境风速对保护作用的影响，当风速超过规定值时，会造成保护气体紊乱，这时应适当增加气体流量克服风速对其影响。

②使工件有较好的热传导，提高冷却速度，增加冷却效果.。比如用紫铜做夹紧工装夹在焊缝相近处、在工装上通冷却水等等。

③在保证焊接牢固度前提下，仅可能采用小电流减小热量产生。

④合适的焊接速度，速度过快工件温度还很高时已移出气体保护范围这样颜色会不好，速度过慢时在单位时间内对工件的热量会增多工件变色会严重。

⑤保护气体延时关闭。

4.2.7 起弧与收弧的控制

由于设由于设备和操作技能方面的局限性，往往起弧与收弧处缺陷较多。可以采用下列手段加以解决：

①减小起弧和收弧电流，减慢电流提升速度，这样能有效防止咬边、熔蚀等缺陷。

②在工件上增加一定长度的引弧板和收弧板，完成焊接后去除。 ③起弧时提高送丝速度等。

4.2.8 裂纹

在304不锈钢焊接中大多产生的是热裂纹，最直接的原因为材料中有害元素S、P、C、Si、Mn影响较为突出，解决办法有限制有害元素含量，焊缝中加入细化晶粒元素。工艺上可采用引弧板和收弧板将弧坑移出工件外，可以避免弧坑裂纹在工件上产生。

4.2.9 焊件的尺寸包括长度尺寸和角度

焊缝在冷却后都具有收缩性，焊缝距离越长收缩越大，板料越厚收缩越大，当

然还有电流大小对它的影响，焊接速度、冷却速度等诸多因素。为保证工件焊接后达到设计尺寸要求，可以采用给焊接拼缝一定的间隙(间隙形状如等腰三角形)，当然起弧处是不能有间隙的。以0.8mm厚304不锈钢板(用数控直缝焊机焊接且用夹具压紧)为例，它的收缩值为0.8mm厚材料收缩率为0.08%~0.15%，在没加夹紧装置时收缩更大，对角焊接时的角度误差也如此。

5. 结论

本文主要阐述了使用钨极氩弧焊对不锈钢薄板焊接的一些行之有效的方法以及一些初浅的见解。钨极氩弧焊接热量集中、热影响区域小、变形小、特别适合不锈钢薄板的焊接。同时焊接过程中要选择合理的工艺参数，如采用合适的焊接电流、焊接速度，钨极长度，焊接角度以及对焊接工件进行与拼装台的紧密结合等技术方法，则可以得到焊缝颜色和焊接质量较好以及焊接后变形较小的焊缝。

参考文献

[1] 王长忠.高级焊工工艺[M].北京:中国劳动社会保障出版社,2006 [2] 曾乐.现代焊接技术手册[M].上海:上海科学技术出版社,1993 [3] 史耀武.焊接技术手册[M].福建:福建科学技术出版社,2004 [4] 陆世英.不锈钢[M].北京:原子能出版社,2002