管道管件焊接中遇到的一（yī）些問題及處理

焊接性及其試驗評定（dìng）

1.焊接：通過加熱或加壓，加（jiā）或不加填充材料，使兩個物體進（jìn）行原子間的結合形成（chéng）不可分割的（de）整體的（de）工（gōng）藝過程。

2.焊接性：指同質材料或異質材（cái）料在製造工藝條件下，能夠焊（hàn）接（jiē）形成完整接頭並滿足預期使用要求的能力。

3.影響焊接性的四大因素是：材料，設計，工藝及服役（yì）環境（jìng）。

4.評定焊接性的原則主要包括：①評定焊接接頭（tóu）產生工藝缺陷的傾向，為製定合理焊接工藝（yì）提供依據（jù）；②評定焊接接頭（tóu）能（néng）否滿足（zú）結構使用性能的要求；設計新的焊接試驗方法就符合下述原則：可比性，針對性，再現性（xìng）和經濟性。

5.碳當量：把鋼中合金元素的含量按相當於若幹碳含量折算並疊加起（qǐ）來，作為粗略評定鋼（gāng）材冷（lěng）裂紋傾向的參數指標。

6.斜Y型坡口對接裂（liè）紋試驗：目的是主（zhǔ）要用於鑒定低合金高強鋼第一層焊縫和HAZ形成（chéng）冷（lěng）裂紋（wén）傾向，也可用於（yú）擬定焊接工藝。1）試件製備，被（bèi）焊鋼材板厚δ=9-38mm。對接接頭坡口用機械方法加工，試板兩端各在60mm範圍內施焊（hàn）拘束焊縫，采用雙（shuāng）麵焊。注（zhù）意（yì）防止角變（biàn）形和未焊透。保證中間待焊試樣焊縫處有2mm間隙。2）試驗條（tiáo）件：試驗焊縫（féng）選用的焊（hàn）條（tiáo）就與母材相匹配（pèi），所用焊條應嚴格烘幹，焊條直徑（jìng）4mm，焊接電流（170±10）A，焊接電壓（24±2）V，焊（hàn）接（jiē）速（sù）度（150±10）mm/min。試驗焊縫可在各（gè）種不同溫度下施焊，試驗焊縫隻（zhī）焊一（yī）道，不填滿坡口。焊後（hòu）靜置和自然冷卻24h後截取試（shì）樣和進行裂紋檢測（cè）。3）檢（jiǎn）測與裂紋條率計算。用肉（ròu）眼或手持5-10倍放大鏡來檢測焊（hàn）縫和熱影響區的表（biǎo）麵和斷麵是否有裂紋。一般認為（wéi）低合金鋼“小鐵研”試驗（yàn）表麵裂紋率小於20%時，一（yī）般不產生裂紋。

7.插銷試（shì）驗：目的（de），主要評定鋼（gāng）材的氫致延遲裂（liè）紋傾（qīng）向，附加其他設備（bèi），也可以測定再熱（rè）裂紋敏感性和層狀敏感性。1）試件製備，將（jiāng）被焊鋼材加工或圓柱的插銷試棒，沿軋製方（fāng）向取樣並注明插銷在厚度方（fāng）向的位置。試（shì）棒上端（duān）附（fù）近有環形（xíng）或螺形缺（quē）口。將插銷試棒插入底板（bǎn）相（xiàng）應的孔（kǒng）中，使帶缺口一端與底板表麵平齊。對於環形缺口的插銷試棒，缺口與端麵的距離a應使焊道熔（róng）深與缺口根（gēn）部所截平麵（miàn）相切或相交，但缺口根部圓周被熔透的部分不得（dé）超過20%。對於低合金鋼，a值在焊接熱輸入為E=15KJ/cm時為2mm。2）試驗過程（chéng），按（àn）選定的焊接方法和嚴格控製的（de）工藝參數，在底板上熔一層堆焊焊道，焊道（dào）中心線（xiàn）通過試樣的中心，其熔深應使缺口尖端位於熱影響區的粗晶區，焊道長度L約100-150mm。施（shī）焊時應測定800-500℃的冷（lěng）卻時值t8/5值，不預熱焊接時（shí），焊後冷卻至100-150℃時加（jiā）載；焊前（qián）預熱時，應在高於預熱溫度50-70℃時加載。載荷應在1min之內且在冷卻至100℃或高於（yú）預熱溫度50-70℃之前施加（jiā）完畢（bì）。如有後熱（rè），應在後熱之前加（jiā）載。當試棒加載時，插銷可能在載荷持續時間（jiān）內發生（shēng）斷裂（liè），記下承載時間。

02

合金結（jié）構鋼的焊接性（xìng）

1.高強鋼：屈服（fú）強度σs≥295MPa的強（qiáng）度用鋼均可稱為高強鋼。‘

2.Mn的固溶強化作用很顯著，ωMn≤1.7%時，可提高（gāo）韌性，降低脆性轉變溫度，Si會降低塑性（xìng），韌性，Ni既固溶強化又同時（shí）提高韌性且大幅度降低脆性轉變溫度的元（yuán）素，常（cháng）用（yòng）於低溫鋼。

3.熱軋鋼（正火鋼）：屈服強度為295-490MPa的低合金高強鋼，一般是在熱軋或正火狀態下供貨使用。

4.高強（qiáng）鋼焊接接頭的設計原則：高強鋼以其強度作（zuò）為選用依據，因而焊接（jiē）接頭的原則為：焊接接頭的強度等於母材的強度（等（děng）強原則），分析：①焊接接（jiē）頭強（qiáng）度大於母材強度，塑韌性降（jiàng）低（dī），②等於時壽（shòu）命相當③小（xiǎo）於時，接頭強度不足。

5.熱軋及（jí）正火鋼的焊接性：熱軋鋼含有少量的合金元素一般情（qíng）況下冷裂紋傾向不大（dà），正火鋼由於含合金元素較多，淬（cuì）硬傾向有（yǒu）所增加，隨著正火鋼碳當量及板厚的增加，淬硬性及（jí）冷裂紋（wén）傾向隨之增大（dà）。影響因（yīn）素：⑴碳當（dāng）量⑵淬（cuì）硬傾向：熱軋鋼的淬硬（yìng）傾向及正火鋼的淬硬傾向⑶熱影響區最高硬度，熱影響區最高硬度是評定（dìng）鋼材淬硬傾向和冷（lěng）裂紋感（gǎn）性的（de）一個簡便的方法。

6.SR裂（liè）紋（消除應力裂（liè）紋，再（zài）熱裂紋）：含Mo正火鋼厚壁（bì）壓力（lì）容器之類的（de）焊（hàn）接結（jié）構，進行焊後消（xiāo）除（chú）應力熱處（chù）理或焊後再次高溫（wēn）加熱的過程中，可能出現另一種形式的裂紋。

7.韌（rèn）性是表征金屬對脆性（xìng）裂紋（wén）產生（shēng）和擴展難易程度的性能。

8.低合金鋼選擇焊接材料時必須考慮兩個（gè）方麵（miàn）的問題：①不能有裂紋等焊接缺陷②能滿足使用性（xìng）能要求。熱軋鋼及正火鋼焊接一般是（shì）根據其強度級別選擇焊接材料，其選用要（yào）點如（rú）下：①選（xuǎn）擇與母材力學性能（néng）匹配的相應級別的焊接材（cái）料②同（tóng）時考慮（lǜ）熔合比和冷卻速度的影響③考慮焊後熱處理對焊縫力學性能的影響。

9.確定焊後回火溫度的原則：①不要超過母材（cái）原來的回火（huǒ）溫度以免影響母材本身的（de）性能②對於有回火的（de）材（cái）料，要避開出現回火脆性的溫度區間。

10.調（diào）質鋼：淬火+回（huí）火（高溫）。

11.高強鋼焊（hàn）接采用“低強匹配”能（néng）提高焊（hàn）接區（qū）的抗裂性。

12.低碳（tàn）調（diào）質鋼焊接時要注意兩個基本問題：①要求馬氏體轉變時的冷卻速（sù）度不能太快，使馬氏體有自回火作用，以（yǐ）防（fáng）止冷裂紋的產生②要求在800℃-500℃之間的冷卻速度大於（yú）產生脆性混合組織的臨界速度。低碳（tàn）調（diào）質鋼焊接要（yào）解（jiě）決（jué）的問題（tí）：①防止裂紋②在保證（zhèng）滿足高（gāo）強度要求的同（tóng）時（shí），提高焊縫金屬及熱（rè）影響區的韌性。

13.對於含碳量低的低合金（jīn）鋼，提高冷卻速度以形成低碳馬氏體（tǐ），對保證（zhèng）韌（rèn）性有利。

14.中碳調質鋼合金元素的加入主要起保證淬（cuì）透性和提高抗回火性能的作用，而真強度性能主要還是（shì）取決於含（hán）碳量。主要特點：高的比強度和（hé）高硬度。

15.提高珠光體耐熱鋼的熱強性有三種方式：①基體固溶強化（huà），加入合金元（yuán）素強化鐵素體基體，常用的Cr,Mo,W,Nb元素能顯著提高熱強性②第二相沉澱強化：在鐵素體為基體的耐熱鋼中（zhōng），強化相（xiàng）主要是合金碳化物③晶界強（qiáng）化（huà）：加入微（wēi）量元（yuán）素（sù）能吸附於晶界，延緩合金元素沿晶界的擴散，從而強（qiáng）化晶界。

16.珠光體耐（nài）熱鋼焊接中存在的主要問題是冷裂紋，熱影響區的硬化，軟（ruǎn）化，以及焊（hàn）後熱處理或（huò）高溫長期使用中的（de）消除應力裂紋。

17.-10到-196℃的溫度範圍（wéi）稱為“低溫”，低於-196℃時稱為“超低溫”。

03

不鏽鋼焊接

1.不鏽鋼：不鏽鋼是指能耐空氣，水，酸，堿，鹽及其溶液和其他腐蝕介質腐蝕的，具有高度化學穩定性（xìng）的合金鋼的總（zǒng）稱（chēng）。

2.不鏽（xiù）鋼的主要腐蝕形式有均勻腐蝕，點腐蝕，縫隙腐蝕和應力腐蝕等。均勻腐蝕，指接觸腐蝕介質的金屬表麵全部產生腐蝕的現象；點腐蝕，指在金屬材料表麵大部分不腐蝕或腐蝕輕微，而分散發生的（de）局（jú）部腐蝕；縫隙腐蝕，在電解液中，如在氧離（lí）子環境（jìng）中（zhōng），不鏽鋼間或與異物接觸的表麵間（jiān）存在間隙時，縫隙中溶液流動將發生遲滯現象，以至於溶液局部Cl-，形成濃差電池，從而導致縫隙中不鏽鋼鈍化（huà）膜吸（xī）附Cl-而被局部破壞（huài）的現象；晶間腐蝕，在晶粒邊界附近發生的有選擇性的腐蝕現象；應力腐蝕，指不鏽鋼（gāng）在特定的腐蝕介質和拉應力作用下出現的低於強（qiáng）度極強的脆性開裂的現象。

3.防止（zhǐ）點腐蝕的措（cuò）施：1）減（jiǎn）少氯離子（zǐ）含（hán）量和氧離子含量2)在不鏽鋼中加入鉻，鎳，鉬，矽，銅等合金元素3）盡量不進行（háng）冷加工，以減少（shǎo）位錯（cuò）露頭處發生點腐蝕的可能4）降低鋼中的含碳量。

4.不鏽鋼及耐熱鋼的（de）高溫性能：475℃脆性，主要出現在Cr＞13%的鐵素體，430-480℃之間長期加（jiā）熱並緩冷，導致在（zài）常溫時（shí）或負溫時出現強度（dù）升高而韌性下降；σ相脆化，是（shì）Cr的質量分數的45%的典型，FeCr金屬間化合物，無磁性，硬而脆。

5.奧氏體不鏽鋼焊（hàn）接接頭的耐蝕性：1）晶間（jiān）腐蝕，2）熱影響（xiǎng）區（qū）敏化區晶（jīng）間腐蝕，3）刀狀腐蝕。

6.防止焊縫發生晶間腐蝕的措施：1）通過焊接材料，使焊縫金屬或者成為超低碳（tàn）情況，或者含有足夠（gòu）的穩定化元素Nb。2）調整焊縫成分獲得一定δ相。晶間（jiān）腐蝕理論本質上就是貧鉻理論。

7.熱影響區敏化區晶間腐（fǔ）蝕：指（zhǐ）焊（hàn）接熱影響區中加熱峰值（zhí）溫度（dù）處於敏化加熱區間的部位所發生的晶間腐蝕。

8.刀狀腐蝕：在熔合區產生的晶間腐蝕，有如刀削切口（kǒu）形式，故稱為“刀（dāo）狀腐蝕”。

9. 防止刀狀腐蝕措施：①選用低碳母材和焊接材料②采用又相組織的不鏽鋼③采用小電流焊接，減少焊接粗（cū）晶區的過熱程度及寬度④與腐蝕介質接觸的焊縫最後焊接⑤交叉焊接⑥加（jiā）大（dà）鋼中Ti,Tb含量，使焊（hàn）接粗晶區的（de）晶粒邊（biān）界有足夠的Ti,Tb與碳化合。

10.不鏽鋼為什麽采用小電流焊接？以減（jiǎn）小焊接熱影響區的（de）溫度，防止焊縫晶間腐蝕的產生，防（fáng）止焊條，焊絲過（guò）熱，焊（hàn）接變形，焊接應力，可以減少（shǎo）熱輸入等。

11.引起（qǐ）應力腐蝕開裂的三個條件：環（huán）境，選擇性（xìng）的腐蝕介質，拉應力。

12.防止應力腐蝕開裂的措施：1）調整化學成分，超低碳有利於提高抗應力腐蝕的能力（lì），成分與介質的匹配問題，2）清除焊接殘餘應力3）電（diàn）化學腐蝕，定期檢查及時修（xiū）補等。

13.為提高耐點蝕性能（néng）：1）一方麵必須減少Cr,Mo的偏析2）一方（fāng）麵采用較母材更高Cr，Mo含量的所謂“超合金（jīn）化”焊接材料。

14.奧氏體（tǐ）不鏽鋼焊接時會（huì）產生熱（rè）裂紋，應（yīng）力腐（fǔ）蝕裂紋，焊接變形，晶間腐蝕。

15.奧氏體鋼焊接熱裂紋的原因：1）奧氏體鋼的熱導率小（xiǎo），線膨脹係數大，拉應力致大，2）奧氏體鋼易於聯生結晶形成方（fāng）向性強的柱（zhù）狀晶的焊縫組織，有利於有害雜質偏析3）奧氏體鋼（gāng）合金組成較複雜，易溶共晶。

16.防止熱裂紋措施：①嚴（yán）格限製母材和焊接材料中的（de）P，S含量②盡量使焊縫形成雙相組織③控製焊縫的化學成分④小電流焊接。

17.18-8型和25-20型在防止熱裂紋時其焊縫（féng）組織有何不同？18-8型鋼焊縫形成A+δ組織，δ相可以溶解大（dà）量的（de）P,S，δ相一般為3%-7%，25-20型鋼焊縫形成A+一次（cì）碳化物組織（zhī）。

18.奧氏體不鏽鋼選材時應注意：①堅持“適用性原則”②根據所選各焊材的具體成分確（què）定是否（fǒu）適用③考慮（lǜ）具體應用的焊接方法和工藝參數可能造成的熔（róng）合比大小④根據技術條（tiáo）件規定的全麵焊接性要求（qiú）來確定合金化程（chéng）度⑤要重視焊縫金屬（shǔ）合金係統，具體合金成（chéng）分在該合金係統中的作用，考慮使用性能要求和工藝焊接性要求。

19.鐵素（sù）體不鏽鋼焊接性分析：1）焊接接頭的晶間腐蝕2）焊接（jiē）接頭的脆化，高溫脆化，σ相（xiàng）脆化（huà），475℃脆化。