管道管（guǎn）件焊接中遇到的一些問題及處理

焊接性及其試驗（yàn）評定（dìng）

1.焊接：通過（guò）加熱或加壓（yā），加或不加填充材料，使兩個物體進行原子間的結合形成不可分割的整體的工藝過程。

2.焊接性：指同質材料或異質（zhì）材料在製造工藝條件下，能夠焊接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，工藝及服役環境。

4.評定焊接性（xìng）的原則主要包括：①評定焊接接頭（tóu）產生工（gōng）藝缺陷的（de）傾（qīng）向，為製定合理（lǐ）焊接工藝提供依據；②評定焊接接頭能否滿足結構使用（yòng）性能的要求（qiú）；設計新的焊接試驗方法就符合下述（shù）原則（zé）：可比性，針對性，再現性和經濟性。

5.碳當量：把鋼中合金元（yuán）素的含量按相當於若幹碳含量（liàng）折算並疊加起來，作為粗略評定鋼材冷裂紋（wén）傾向的參數指標。

6.斜Y型坡（pō）口對接裂紋試驗：目的是主要用於（yú）鑒定低合金高強（qiáng）鋼第一層焊縫和HAZ形（xíng）成冷裂紋傾向，也可用於擬定焊接工（gōng）藝。1）試件製（zhì）備，被焊鋼材板厚δ=9-38mm。對接（jiē）接（jiē）頭坡口用機械方法加工，試板兩端（duān）各在60mm範圍內（nèi）施焊拘束焊縫，采用雙麵焊。注意防（fáng）止角變形和（hé）未焊透。保證中間（jiān）待焊試樣焊縫處有2mm間隙。2）試驗（yàn）條件：試驗焊縫（féng）選用的焊條就（jiù）與母材（cái）相匹配（pèi），所用焊條應（yīng）嚴（yán）格烘幹，焊條直（zhí）徑4mm，焊接電流（170±10）A，焊接電壓（24±2）V，焊接速度（150±10）mm/min。試驗焊縫可在各種（zhǒng）不同溫（wēn）度下施焊，試驗焊縫隻焊一（yī）道，不填滿（mǎn）坡口。焊後靜置和（hé）自然冷卻24h後截取試樣和進行裂紋檢測。3）檢測與裂紋條率計算。用（yòng）肉眼或手持5-10倍放大鏡來（lái）檢測焊縫和熱影（yǐng）響區的表麵和斷麵是否有裂紋。一般（bān）認為低（dī）合金鋼“小鐵（tiě）研”試驗表麵裂紋（wén）率（lǜ）小於20%時，一般不產生裂紋。

7.插（chā）銷試（shì）驗：目的，主要評定鋼（gāng）材的氫致延遲裂紋傾向，附加其他設備，也可以測定再熱裂紋敏感性和層狀（zhuàng）敏感性。1）試件製備，將被焊鋼材加工或圓柱的插銷試棒，沿軋製方向取樣並注明插銷在厚（hòu）度方向的位置。試（shì）棒上端（duān）附近有環形或螺（luó）形缺口。將插銷試棒插入底板相應的孔中，使帶缺口一端與底板表麵平齊。對於環形缺口的插銷試棒（bàng），缺（quē）口與端麵的距離a應使焊道熔深與缺口根部（bù）所截（jié）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，按選定的焊接方法和嚴格控製的工藝參數，在（zài）底板上（shàng）熔一層堆焊焊道，焊道中心線通過試樣的中心（xīn），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。施焊時（shí）應測定800-500℃的（de）冷卻（què）時值t8/5值，不預熱（rè）焊接時，焊後冷卻至100-150℃時加載；焊前預熱時，應在高於預熱溫度50-70℃時加載。載荷應在1min之內且在冷卻（què）至（zhì）100℃或高於預（yù）熱溫度50-70℃之前施加完畢。如有後（hòu）熱，應在後（hòu）熱之前加載。當試（shì）棒加（jiā）載時，插銷可能在載荷持（chí）續時間內發生斷裂，記下承載時間。

02

合金結構鋼的焊接性

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

2.Mn的固溶強（qiáng）化作用很顯著，ωMn≤1.7%時，可提高韌性，降低脆性轉變溫度，Si會降低塑性，韌性，Ni既固溶強（qiáng）化又同時（shí）提（tí）高韌（rèn）性且大幅度降低脆性轉變溫度的元素，常用於（yú）低溫鋼。

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

4.高強鋼焊接接頭的（de）設計原則：高強鋼以其強度作（zuò）為選用依據，因而焊接接頭的原則為：焊接接頭的強度等於母材的強度（等強原則），分（fèn）析：①焊接接（jiē）頭強度大於母材強度，塑韌性降低，②等於時壽命相當③小於時，接頭強度不足。

5.熱軋（zhá）及（jí）正火（huǒ）鋼（gāng）的焊接性（xìng）：熱軋鋼含有少量的合金元素一般情況下冷裂紋傾向不大，正火鋼由於含（hán）合金元素較多，淬硬傾（qīng）向有所增加（jiā），隨著正火鋼碳當量及板厚的增加，淬硬性及冷裂紋傾向隨之增大。影響因素：⑴碳當量⑵淬硬（yìng）傾向：熱軋鋼的淬硬傾向及正火（huǒ）鋼的淬硬傾向⑶熱影響區（qū）最高（gāo）硬度，熱影響區最高硬度是評定（dìng）鋼材淬硬傾向和冷裂紋感（gǎn）性的一個簡便的（de）方法。

6.SR裂紋（消（xiāo）除應力裂紋，再熱裂紋）：含Mo正火鋼厚壁壓力容器之類的焊接結構，進行焊後消（xiāo）除應力（lì）熱處理或焊後再次高溫加熱的過（guò）程中，可能（néng）出現另一種形式的裂（liè）紋。

7.韌性是表征金屬對脆性（xìng）裂紋產生和擴（kuò）展難易（yì）程度的性能。

8.低合（hé）金鋼選擇焊接材料時必（bì）須考慮兩個方麵的問題：①不能有裂紋等焊接缺陷②能滿足使用性能要求（qiú）。熱軋鋼及正火鋼焊接一般是根據其強度級別（bié）選擇焊接材料，其選用要點如下：①選擇與母（mǔ）材力學性能匹配的相（xiàng）應級別的焊接材料（liào）②同時考慮熔合比和冷卻速度的影響③考慮焊後（hòu）熱處理（lǐ）對焊縫力學性能的影響。

9.確定焊後回火溫度的原則（zé）：①不要超過母材原來的回火溫（wēn）度以（yǐ）免影（yǐng）響母材本身的性能②對於有（yǒu）回（huí）火的材料，要避開（kāi）出現回火脆性的溫度區間。

10.調質鋼：淬火+回火（高溫）。

11.高強鋼焊接采用（yòng）“低強匹配（pèi）”能提高焊接區的抗裂性。

12.低（dī）碳調質鋼焊接時要注意兩個基本問題：①要求馬氏體轉（zhuǎn）變時的冷卻速度不能太快，使馬氏體有自回火作（zuò）用，以防止冷裂紋的（de）產生②要求在800℃-500℃之間的冷卻速度大（dà）於產生（shēng）脆性（xìng）混（hún）合組織的臨界速度。低碳調質鋼焊（hàn）接要解決的問題：①防止裂紋②在保證滿（mǎn）足高強度要求的同時，提高（gāo）焊縫金屬及熱影響區的韌性。

13.對於含碳量（liàng）低的低合金鋼，提高冷卻速度以形成低碳馬氏體，對保證韌性有利。

14.中碳調（diào）質鋼合金元素（sù）的加入主要起保證淬透性（xìng）和提高抗（kàng）回火性能的作用，而真（zhēn）強度（dù）性能主要還是取決於含（hán）碳量。主要特點：高的比強度和高硬度。

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，加入合金（jīn）元素強化鐵素體基體，常用的Cr,Mo,W,Nb元素能顯著提高熱強性②第二相沉（chén）澱（diàn）強化：在鐵素體（tǐ）為基（jī）體的耐熱鋼中，強化相主要是合金碳化物③晶界強化：加入微量元素能吸附於晶界，延緩合金元素沿晶界的擴散，從而強化晶界。

16.珠光體耐熱鋼焊接中（zhōng）存在的主要問題是冷裂紋（wén），熱（rè）影響區的硬化，軟化，以及焊後熱處理或高溫長期使用中的消除（chú）應力裂（liè）紋。

17.-10到-196℃的溫度範圍稱為“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（nài）空氣，水，酸，堿（jiǎn），鹽及其溶液和其他腐蝕介質腐蝕的，具有高度化學穩定性的合（hé）金鋼（gāng）的（de）總稱。

2.不鏽（xiù）鋼的主要（yào）腐蝕形式有均勻腐蝕，點腐蝕，縫（féng）隙腐蝕和應力腐蝕等（děng）。均勻腐蝕，指接觸腐蝕介質的金（jīn）屬表麵全（quán）部（bù）產生腐蝕的現象；點腐蝕，指（zhǐ）在金（jīn）屬材料表麵大部分不腐蝕或腐蝕輕微，而分（fèn）散發生的局部腐蝕；縫隙腐（fǔ）蝕，在電解液中，如在氧離子環境中（zhōng），不鏽鋼間或與（yǔ）異（yì）物接觸的表（biǎo）麵間存在間隙時，縫隙中溶液流動將發生遲滯現象，以（yǐ）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）膜吸附Cl-而被局部破（pò）壞的現象；晶間腐蝕，在晶粒邊界附近發生的有選（xuǎn）擇性的腐蝕現象；應力腐蝕，指不鏽鋼在特定的（de）腐蝕介質和拉應力作用下出現的低於強度極強的脆性開裂的現象。

3.防止點腐蝕的措施：1）減少氯離子含量和氧離子含量2)在不鏽鋼中加入鉻，鎳，鉬，矽，銅（tóng）等合金元（yuán）素3）盡量不進行（háng）冷加工，以減少位錯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（nài）熱鋼的高溫性（xìng）能：475℃脆（cuì）性，主要出現在Cr＞13%的鐵素體，430-480℃之間長期加熱並緩冷，導致在常溫時或負溫時出現（xiàn）強度（dù）升高（gāo）而韌性下降；σ相脆（cuì）化，是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（ào）氏體不鏽鋼（gāng）焊（hàn）接接（jiē）頭的耐蝕性：1）晶間腐蝕，2）熱影響區敏化區晶間（jiān）腐蝕，3）刀狀（zhuàng）腐蝕。

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

7.熱影響區敏化區晶間腐蝕：指焊接熱影響區中加熱峰值溫度處於敏化加熱區（qū）間的部位所發生的（de）晶間腐蝕。

8.刀狀腐蝕：在熔合（hé）區產生的晶間腐蝕，有（yǒu）如刀削切口形式，故稱為“刀狀腐蝕”。

9. 防止刀狀（zhuàng）腐（fǔ）蝕措施：①選用低碳母材和焊接材料②采用又相組織的不（bú）鏽（xiù）鋼③采用小（xiǎo）電流焊接，減少（shǎo）焊接粗晶區（qū）的過（guò）熱程度及寬度④與腐蝕介質接觸的焊縫最後焊接（jiē）⑤交叉（chā）焊接⑥加大鋼（gāng）中Ti,Tb含量，使焊接粗晶區的晶粒邊界有足夠的Ti,Tb與碳化合。

10.不鏽鋼為什麽采用小電流焊接？以減小焊接熱影響區的溫度，防止焊縫晶間腐蝕的產生，防止焊條，焊絲過熱，焊接變形，焊接應力，可以（yǐ）減少熱輸入等。

11.引起（qǐ）應力腐蝕開裂的三個條件：環境，選擇性的（de）腐（fǔ）蝕介質，拉（lā）應力。

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

13.為提高耐點蝕性能：1）一方麵必須減少Cr,Mo的偏（piān）析2）一方麵采用（yòng）較母材更高Cr，Mo含量的所謂“超合金（jīn）化（huà）”焊接材（cái）料。

14.奧氏體不鏽鋼焊接時會產生熱裂紋，應力腐蝕裂紋，焊接變形，晶間腐蝕。

15.奧氏體鋼焊接熱裂紋的（de）原因：1）奧氏體鋼（gāng）的熱導率小，線膨脹（zhàng）係數大，拉應力致大，2）奧氏體鋼易於聯（lián）生結晶形成方（fāng）向性強的柱狀晶的焊縫組織，有利（lì）於有害（hài）雜質偏（piān）析3）奧氏體鋼合金組成較複雜，易溶（róng）共（gòng）晶。

16.防止熱（rè）裂紋措施：①嚴格限製母材和焊接材料中的P，S含量②盡量使焊縫形成雙相組織（zhī）③控製焊（hàn）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（wén）時其焊縫組織有（yǒu）何不同？18-8型鋼焊縫形成A+δ組織（zhī），δ相可以溶解（jiě）大量的P,S，δ相一般為3%-7%，25-20型鋼焊縫（féng）形成A+一次碳化物組織。

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（jù）體（tǐ）成分確定是否適用③考慮具體應用的焊（hàn）接方法和工藝參數可能造成的熔（róng）合比大小④根（gēn）據技術條件規定的全麵焊接性要求來確定合金化程度⑤要重視焊縫金屬合金（jīn）係統，具體合金成（chéng）分（fèn）在該合金係統中的作（zuò）用，考慮使用性能要求和工藝焊接性要求。

19.鐵素體不（bú）鏽鋼焊接（jiē）性分析：1）焊接接頭的晶間（jiān）腐（fǔ）蝕2）焊接接（jiē）頭（tóu）的脆化，高溫脆化，σ相脆化，475℃脆化。