1、摘要：本文论述手工氩弧焊对 P91 钢管进行表面处理。从母材成分性能分析、焊接方法选择和分析、手工氩弧焊与手工电弧焊工艺设计、焊接技术要求与说明等几个方面进行的论述。并在此基础上制定了一套手工氩弧焊的设计工艺，包括材料的焊接性能分析、焊接设备描述、焊条、焊丝、焊剂的选择，手工氩弧焊与手工电弧焊的各项工艺参数、焊接前的准备、焊后处理以及焊接检验。关键词：91 钢管 ；手工氩弧焊；手工电弧焊；焊接工艺设计；焊后处理； 1、母材成分性能分析 1.1 化学成分下表为 P91 合金管的化学成分质量分数（% ）：P91 合金管的力学性能：1.2 P91 钢的焊接性能分析P91 钢管是一种高合金强度马氏体耐
2、热钢，源于化学名称 ，与其它的耐热钢MoCr19相比较，其优点有：（1）有很高的耐热度，允许工作壁温600(即蒸汽温度可超过600） ；（2）有很高的强度，在壁温600时能满足亚临界压力的安全运行；（3）有较小的弹性模量，作为主蒸汽管有较小的热应力。P91 钢材的焊接性能较差，在不预热的情况下焊接裂纹 100%，在预热 200以下焊接时，街头表面和内部都会产生裂纹，有较大的冷裂倾向。 （4）具有很好的耐高温强度和蠕变性能。它的抗腐蚀性和抗氧化性能高于 22 等级的钢，与其它奥氏体钢相比有较好的热传导性和较低的膨胀率。在合适的预热温度下焊接时，如表层温度控制不严仍然会产生裂纹，并影响机械性能。采
3、取预热措施防止产生裂纹后，如热处理不当，其机械性能试验不会合格，只有焊接规范适当时,才能保证良好的熔合比和焊缝形状系数。这不仅对防止产生裂纹等缺陷是必要的,而且对保证接头性能也是十分重要的。除了控制热输入外,还要控制焊接电流、电弧电压及焊牌号 含量成分C M Si Cr Mo S P N V A Ni NP91 0.08 0.12 0.3 0.6 0.2 0.5 8.0 9.5 0.85 1.05 0.01 0.02 0.06 0.1 0.18 0.25 0.04 0.400.03 0.07力学性能牌号(Mpa)s(Mpa)b(%)(%) (J)2KUAP91 415 585 20 40 39
4、接速度、使之保持在一定的范围内。此外,预热温度和层间温度的控制也是焊接 P91 钢时的重要因素焊缝不能承受高温高压。焊接过程中，必须一次焊成，在常温和亚于热状态下没有返修可能。预热，焊接和焊后热处理是本功法的关键。1.3 热处理P91 合金钢具有较大的冷裂倾向，因此必须进行热处理工艺，T91 钢的 Ms 点约为400,预热温度一般选在 200250。预热温度不能太高,否则接头冷却速度降低,可能在焊接接头中引起晶界处碳化物析出和形成铁素体组织,从而大大降低该钢材焊接接头在室温时的冲击韧性。层间温度不得低于预热温度下限,但如同预热温度的选取一样,层间温度也不能过高。T91 焊接时层间温度一般控制在
5、 200300。P91 的最终热处理为正火+ 高温回火,正火温度为 1 040,保温时间不少于 10min,回火温度为 730780,保温时间不少于 1h,最终热处理后的组织为回火马氏体。2、焊接方法选择和分析焊接方法 手工钨极氢弧焊打底+手工电弧焊填充盖面联合工艺方法。2.1 手工钨极氩弧焊与手工电弧焊钨极氩弧焊是采用钨棒作为电极，利用氩气作为保护气体进行焊接的一种气体保护焊方法，通过钨极与工件之间产生电弧，利用从焊枪喷嘴中喷出的氩气流在电弧区形成严密封闭的气层，使电极和金属熔池与空气隔离，以防止空气的侵入。同时利用电弧热来熔化基本金属和填充焊丝形成熔池。液态金属熔池凝固后形成焊缝。由于氩气
6、是一种惰性气体，不与金属起化学反应，所以能充分保护金属熔池不被氧化。同时氩气在高温时不溶于液态金属中，所以焊缝不易生成气孔。因此，氩气的保护作用是有效和可靠的，可以获得较高质量的焊缝。焊接时钨极不熔化，所以钨极氩弧焊又称为非熔化极氩弧焊。根据所采用的电源种类，钨极氩弧焊又分为直流、交流和脉冲三种。手工电弧焊是利用电弧产生的热量熔化被焊金属的一种手工操作焊接方法。由于它所需的设备简单，操作灵活，对空间不同位置、不同接头形成的焊缝均能方便地进行焊接，因此，目前它仍被广泛使用。手工电弧焊的焊接过程是从电弧引燃时开始的。炽热的电弧将焊条端部和电弧下面的工件表面熔化,在焊件上形成具有一定几何形状的液体金
7、属部分叫做熔池,熔化的焊条芯以滴状通过电弧过渡到熔池中,与熔化的工件互相熔合,冷却凝固后即形成焊缝。显然,熔池金属是由熔化了的焊件与焊芯共同组成。焊接时焊条药皮分解,熔化后形成气体与熔渣,对焊接区起到保护作用,并使熔池金属脱氧、净化。随着电弧沿焊接方向前移,工件和焊芯不断熔化而形成新的熔池,原有熔池则因电弧远离而冷却,凝固后形成焊缝,从而将两个分开的焊件连接成一体。2.2 手工乌极电弧焊与手工电弧焊的特点：1) 氩弧焊与其他电弧焊相比具有的优点a 保护效果好，焊缝质量高 氩气不与金属发生反应，也不溶于金属，焊接过程基本上是金属熔化与结晶的简单过程，因此能获得较为纯净及质量高的焊缝。b 焊接变形
8、和应力小 由弧受氩气流的压缩和冷却作用，电弧热量集中，热影响区很窄，焊接变形与应力均小，尤其适于薄板焊接。c 易观察、易操作 由于是明弧焊，所以观察方便，操作容易，适用于全位置焊接。 d 稳定 电弧稳定，飞溅少，焊后不用清渣。e 控制熔池尺寸 由于焊丝和电极是分开的，焊工能够很好的控制熔池尺寸和大小。f 对接头的装配要求较低 由于手弧焊过程由手工操纵,焊接时焊工可根据接缝处的变化适时调整电弧位置和运条手势,修正焊接工艺参数,以保证跟踪接缝和焊透。g 可焊材料广 手弧焊不仅可以焊接低碳钢、低合金结构钢,还可用于高合金的不锈钢、耐热钢以及有色金属的焊接。此外,利用手弧焊堆焊技术,还可以制造出具有耐
9、蚀或耐磨等特点。i 生产率高、劳动强度大 手弧焊由于受焊条长度、直径与焊接电流的限制,生产率比其它电弧熔化焊要低些,劳动强度也较大。2)手工钨极氩弧焊的缺点设备成本较高。b 氩气电离势高，引弧困难，需要采用高频引弧及稳弧装置。c 氩弧焊产生的紫外线是手弧焊的 530 倍，生成的臭氧对焊工有危害，所以要加强防护。d 焊接时需有防风措施。3） 手工电弧焊的特点(1)操作灵活。手弧焊所用设备简单,便于移动且焊钳轻巧 ,不受操作场地条件限制。凡是焊条能够到达的任何位置接头,都可以用手弧焊焊接。(2)对接头的装配要求较低。由于手弧焊过程由手工操纵, 焊接时焊工可根据接缝处的变化适时调整电弧位置和运条手势
10、,修正焊接工艺参数,以保证跟踪接缝和焊透。(3)可焊材料广。手弧焊不仅可以焊接低碳钢、低合金结构钢,还可用于高合金的不锈钢、耐热钢以及有色金属的焊接。此外,利用手弧焊堆焊技术,还可以制造出具有耐蚀或耐磨等特殊性能的表面层。(4)生产率高、劳动强度大。手弧焊由于受焊条长度、直径与焊接电流的限制,生产率比其它电弧熔化焊要低些,劳动强度也较大。2.3 工作原理手工电弧焊的工作原理：手工电弧焊是利用焊条与焊件之间的电弧热，使焊条金属与母材熔化形成缝的一种焊接方法。焊接时，母材为一电极，焊条为另一电极。电弧是在焊条母材之间的空隙内通过外加电压引燃。由于开始弧时，两电极及其间的气隙尚未充分加热电离，为了加
11、强气体的电离作用，电极之间应有较高的电压，这个电压称为空载电压。一般直流电焊机的空载电压为40-90伏，交流电焊机为5080伏。当电弧稳定燃烧后，维持电弧燃烧所需要的电压较低，一般为1635伏，这个电压称为工作电压。钨极氩弧焊的工作原理：钨极氩弧焊是采用钨棒作为电极，利用氩气作为保护气体进行焊接的一种气体保护焊方法，如下图所示。通过钨极与工件之间产生电弧，利用从焊枪喷嘴中喷出的氩气流在电弧区形成严密封闭的气层，使电极和金属熔池与空气隔离，以防止空气的侵入。同时利用电弧热来熔化基本金属和填充焊丝形成熔池。液态金属熔池凝固后形成焊缝。2.3影响焊接电弧稳定的因素实际生产中，焊接电弧可能由于各种原因
12、而发生燃烧不稳定的现象，如电弧经常间断，不能连续燃烧，电弧偏离焊条轴线方向或电弧摇摆不稳等。而焊接电弧能否稳定，直接影响到焊接质量的优劣和焊接过程的正常进行。影响电弧稳定的因素，除操作者技术不熟练外，大致可归为以下几个方面。a) 焊接电源的种类、极性及性能的影响。一般来说，用直流焊机比用交流焊机电弧稳定，反接比正接电弧稳定，空载电压较高的焊机较之空载电压较低的焊机电弧稳定。b) 焊接区清洁度和气流影响。焊接区若油漆、油脂、水分及污物过多时，会影响电弧的稳定性。在风较大的情况下露天作业，或在气流速度大的管道中焊接，气流能把电弧吹偏而拉长，也会降低电弧的稳定性。c) 磁偏吹的影响。在焊接时，会发生
13、电弧不能保持在焊条轴线方向，而偏向一边，这种现象称为电弧的偏吹。引起电弧偏吹原因除焊条偏心，电弧周围气流影响外，在采用直流电焊接时，还会发生因焊接电流磁场所引起的磁偏吹。磁偏吹使焊工难以掌握，电弧对接缝处的集中加热，使焊缝焊偏，严重时会使电弧熄灭。三 焊接的工艺参数选择3.1 焊接P91钢的焊接设备 应选用焊接特性良好、稳定可靠的递变式或整流式焊机。其容量应能满足焊接规范参数的要求。弧焊整流器的制造质量的提高正越来越被应用，本工艺也采用弧焊直流焊接整流式焊机。型号为：WS-160，电机的一些参数如下：电流调节范围为5160A，额定焊接电流：160A，额定负载持续率：35A，空载电压：70V，引
14、弧方式：高频引弧，电源类型：MOSFET逆变型，质量：13KG。3.1.1 焊接电流 电流过大容易产生烧穿或焊缝下陷、咬边等缺陷，还会引起钨极烧损或产生夹钨缺陷；电流过小，电弧燃烧不稳定甚至发生偏吹。焊接电流选择为 160A。3.1.2 电弧电压 钨极端部越尖，电压越高。过高影响气体保护效果，也会使焊缝氧化或产生焊透不匀等缺陷。应在保证良好视线的前提下短弧操作。焊接时的焊机电压选择1632V。3.2 氩弧焊工器具3.2.1 氩弧焊枪选用气冷式，焊枪选择型号为QQ-85/150-1。它的头部倾斜角度为85。3.2.2 输送氩气的管线应选用质地柔软、耐磨和无裂痕的胶管，且无漏气现象。3 2.3 氩
15、弧焊导电线应采用柔软多股铜线，其与夹具应接触良好。3.3 焊接材料3.3.1 选用的氩弧焊丝、焊剂应与钢材匹配。因此采用的焊丝牌号为 。MoVAnH208。下表为焊丝的化学成分（GB/T14957-1994）：选用的焊剂应该与被焊接材料，焊丝匹配，由于被焊接材料的材料成分可以选择出焊剂的型号为：HJ430，其类型为高锰高硅低氟类型。组成物的化学成分如下表：组成物的质量分数（%）焊剂 牌号 2SiOMnO CaO FeO S P 2CaF32OAlHJ430 3845 3847 6 1.8 0.06 0.08 59 5由所选择的焊丝、焊剂的牌号的化学成分及P91钢管的化学组成成分可以选择的焊条的
16、牌号为：E4303，它可以进行平焊、立焊、仰焊、横焊。根据GB/T 983-1995查表可知其化学成分如下表：组成物的质量分数（%）焊条 牌号 2SiOMnO CaO 2TiOMgO Na232OAl32FeE4303 17.93 7.18 0.95 2.61 0.27 6.03 6.98 48.123.3.3 氩弧焊丝 使用前应除去表面油、垢等脏物。焊条除按国家标准规定保管外，于使用前按使用说明书规定，置于专用的烘焙箱内进行烘焙。推荐的烘焙参数为：温度350400，时间l2小时，使用时，应放在80120的便携式保温筒内随用随取。3.3.4 氩弧焊用的钨极 宜选用铈钨极或镧钨极，直径为3mm。
17、钨极于使用前切成短段，并在其端头处磨成适于焊接的尖锥体。3.3.5 钨极伸出长度 为了防止电弧热烧坏喷嘴，钨极端部突出喷嘴之外。而钨极端头至喷嘴面的距离叫钨极伸出长度。钨极伸出长度越小，喷嘴与焊件之间距离越近，保护效果就好，但过近会妨碍观察熔池。通常焊接对接焊缝时，钨极伸出长度为36较好，焊角焊缝时，钨极伸出长度为78较好。3.4 焊接速度 焊接速度加快时，氩气流量要相应加大。焊接速度过快，由于空气阻力对保护气流的影响，会使保护层可能偏离钨极和熔池，从而使保护效果变差。同时，焊接速度还显著地影响焊缝成型。因此，应选择合适的焊接速度。和焊条电弧焊一样，焊接速度不是手工钨极氩弧焊的主要工艺参数，在
18、有些工艺条件化学成分（质量分数） （%）牌号 C Mn Si Ni Cr Mo V Cu Ti P SH08Mn2MoVA0.08 0.131.7 2.0 0.25 0.3 0.20.50 0.700.06 0.120.2 0.15 0.03 0.03中也不列出，因为在一般情况下不会影响气体保护效果。但在自动钨极氩弧焊或熔化极氩弧焊时，焊接速度过大，会影响气体保护效果。3.5 喷嘴直径 增大喷嘴直径的同时，应增大气体流量，此时保护区大，保护效果好。但喷嘴过大时，不仅使氩气的消耗量增加，而且可能使焊炬伸不进去，或妨碍焊工视线，不便于观察操作。故一般钨极氩弧焊喷嘴以514为佳。由下公式去喷嘴直径为
19、10mm。喷嘴直径也可按经验公式选择：D（2.53.5）式中： D喷嘴直径（一般指内径） ，； 钨极直径，。3.6 氩气流量 为了可靠地保护焊接区不受空气的污染。必须有足够流量的保护气体。氩气流量越大，保护层抵抗流动空气影响的能力越强。但流量过大时，不仅浪费氩气，还可能使保护气流形成紊流，将空气卷入保护区，反而降低保护效果。所以氩气流量要选择恰当，一般气体流量可按下列经验公式确定：Q = (0.8 1.2 ) D式中： Q氩气流量，L/ D喷嘴直径，。（氩气纯度 焊接不同的金属，对氩气的纯度要求不同。例如焊接耐热钢、不锈钢、铜及铜合金，氩气纯度应大于99.70%；焊接铝、镁及其合金，要求氩气纯
20、度大于99.90%；焊接钛及其合金，要求氩气纯度大于99.98%。国产工业用氩气的纯度可99.99%，故实际生产中一般不必考虑提纯。 ）3.7 喷嘴至焊件的距离 这里指的是喷嘴端面和焊件间的距离，这个距离越小，保护效果越好。所以，喷嘴距焊件间的距离应尽量小些，但过小使操作、观察不便。因此，通常取喷嘴至焊件间的距离为515。本工艺选取喷嘴至工件的距离为8mm.3.8 焊接工艺参数焊接电压25-40V，氩弧焊电流I=160A，钨极直径选取直径为D=3. 0mm,喷嘴直径为D=10mm，钨极伸出长度为L=36,焊接速度为V=5560mmmin，喷气流量为812L/min,喷嘴至工件的距离为8mm，冷
21、却方式为气冷式。焊后需要后热半个小时,温度150通常焊后直接用保温棉包裹即可.如此则可避免出现裂纹等不良后果。3.9 焊接一般有这样几个工序：表面预清理-预热-喷保护气-焊接-冷却-焊后热处理-焊后质量检测3.9.1 表面预清理 工件表面清理包括把附在工件表面的油污、铁锈、氧化物彻底清除干净。碳化层以及电镀层等也必要去处。 当工件表面存在大量油污时，清除油污可采用溶剂洗涤和碱洗溶剂洗涤是采用挥发性油，如三氯化乙烯等，碱洗是采用氢氧化钠，然后用水清洗，干燥。因此这样的工件在一般脱脂后，还需要将工件加热到 250500C，尽量使坡口附近的油脂渗出表面，然后除去（清洗后要立即预热，防止生锈） 。坡口
22、的制备，由于钢管的规格为规格：内径 370mm、壁厚 40mm、长度 600mm，应此采取制备的坡口为 u 型。大小根据钢管的规格选定。彻底清理坡口及其附近油、对焊接时防止气孔、裂纹是十分重要的。在焊前必须清理油、锈等污物,将坡口面及其周围 10 mm 内修磨出金属光泽。装配与定位焊装置要求3.9.2 预热 P91 钢材的焊接性能较差，在不预热的情况下焊接裂纹 100%，在预热 200以下焊接时，街头表面和内部都会产生裂纹，有较大的冷裂倾向。预热的作用主要是为了使P91 钢管的焊接性能提高，在焊接过程中出现冷裂的几率减小，这样就能提高焊接质量，提高焊接后工件的工艺性能与物理能性能。环形加热器加
23、热,数字式点接触测温仪测温。3.9.3 焊接在工件预热达到预定的要求时，就开始进行焊接操作,具体如下：a)检查气、电路是否畅通,焊机设备及附件应状态良好。b)为了防止管子根部氧化或过烧,焊接时管子的内壁应充氩气进行保护,氩气纯度应不低坡口角度 装配间隙 mm 钝边mm 错边量mm455 前2.0 后2.5 01 1于 99.99%。充氩的方式要根据实际情况来采取合适的方式。焊接速度最好控制在 1216 L/min,太大容易造成内凹缺陷,太小则不能将焊口区域内空气排尽 ,达不到保护的目的,容易造成根部过烧缺陷。c)焊接第一层时采用氩弧焊, 管子两端用石棉塞住以防穿堂风, 钨极采用直径 2mm 的
24、铈钨极,喷嘴直径 12mm, 气体采用纯度为 99199% 的工业氩气 , 气体流量 10 12L /min。2 7 层采用焊条电弧焊, 要求每一层焊完把焊渣清理干净后再焊第二层, 层间温度不低于 230e 。具体如下图：d) 手工电弧焊焊接 27 层道的工艺控制 采用与第一层一样的工艺参数。焊接时焊条应沿坡口两侧稍做逗留，横向摆动或反新月形动条方式烧焊。焊接要求表面焊缝过渡圆滑，成形美观，焊缝的余高要比管平面高出 13 mm。盖面层的烧焊在仰焊处（主要是大、中径管例；水泥杆的对于接焊）约为时钟 57 点钟的地域域，容易出现下坠焊瘤未合熔合及咬边等缺陷。这主要是烧焊电流过大，烧焊角度不当及烧焊
25、速度不舒服造成，为了克服这种现象，焊条运行到这个位置时，应尽量垂直于管面，利用电弧吹力和电弧轮廓的覆盖作用并采取适当的烧焊速度和运条方式，将铁水过度到填充层上去，来克服仰焊位置易出现的咬边和下坠现象。盖面层的铁水过渡要保证喷洒过渡，就是在弧长较长，电流较大的前提下，焊条端部变尖，熔滴以细小的颗粒和频率很高向熔池喷洒。e)起 弧 通 常 使 用 “起 弧 ”的 方 法 是 引 起 电 子 发 射 和 气 体 离 子 化 开 始 的 方 式 ； 可 经 由能 化 的 电 极 棒 接 触 工 作 物 且 快 速 抽 回 到 其 所 需 的 电 弧 长 度 ， 或 使 用 导 弧 ， 或 使 用 在
26、电 极棒 和 工 作 物 之 间 产 生 高 频 火 花 的 辅 助 装 置 引 弧 ， 而 得 到 此 放 射 和 离 子 的 能 量 ； 电 极 棒 从工 作 物 上 做 机 械 式 的 抽 回 方 式 只 能 用 于 直 流 电 焊 机 的 机 械 化 的 焊 接 ， 然 而 ， 导 弧 起 动 方式 ， 可 用 于 手 操 作 和 机 械 化 焊 接 ， 但 是 也 只 限 于 直 流 电 焊 机 ， 高 频 火 花 起 弧 方 式 可 应 用于 交 流 或 直 流 电 焊 机 的 手 操 作 焊 接 ， 许 多 电 焊 机 都 有 产 生 高 频 火 花 的 装 置 作 起 弧 和
27、稳 定电 弧 。f)电 极 棒 和 熔 填 金 属 位 置 在 手 操 作 钨 极 氩 弧 焊 中 的 电 极 棒 和 熔 填 金 属 位 置 表 ， 一旦 引 弧 既 保 持 焊 枪 使 电 极 棒 位 于 离 工 作 物 表 面 约 75角 度 处 ， 且 指 向 焊 接 的 方向 ， 开 始 焊 接 时 ， 电 弧 通 常 以 打 圆 圈 的 方 式 移 动 直 到 足 够 的 目 材 金 属 熔 化 以 生 产 适 宜 大小 的 熔 池 。 当 达 到 适 当 的 熔 合 时 ， 将 焊 枪 沿 着 焊 接 物 接 头 的 相 邻 边 缘 逐 渐 的 移 动 。 如 此渐 渐 的 熔
28、接 工 作 物 ， 当 熔 填 金 属 是 以 手 操 作 添 加 时 经 常 是 保 持 在 距 工 作 物 表 面 约 15的 角 度 ， 且 缓 慢 的 进 入 熔 池 中 ， 必 须 小 心 的 送 入 熔 填 金 属 以 避 免 扰 乱 气 体 保 护或 接 触 电 极 棒 ， 且 因 熔 填 条 端 部 氧 化 或 电 极 棒 的 污 染 。 熔 填 金 属 条 可 持 续 的 加 入 或 反 复的 “侵 入 ”与 “抽 出 ”。熔 填 金 属 能 以 保 持 熔 填 条 与 焊 道 成 线 状 排 列 的 方 式 持 续 加 入 （ 时 常 使 用 以 V 形接 头 的 多 焊
29、道 接 中 ） 或 者 以 熔 填 条 和 焊 枪 左 右 摆 动 的 方 式 将 熔 填 条 送 入 熔 池 （ 时 常 使 用以 表 面 加 层 的 一 种 方 式 ） 。停 止 焊 接 时 ， 将 熔 填 金 属 从 熔 池 中 抽 回 ， 但 暂 时 的 保 持 在 气 体 保 护 下 。 以 防 止 熔 填金 属 氧 化 ， 然 后 在 熄 弧 之 前 移 动 焊 枪 至 熔 池 的 前 方 边 缘 ， 将 焊 枪 提 升 到 刚 好 足 以 熄 弧 但又 不 足 以 引 起 熔 坑 和 电 极 棒 污 染 的 高 度 而 断 弧 ， 最 佳 的 操 作 是 以 脚 踏 控 制 方
30、式 逐 渐 的 减少 电 流 而 不 需 提 升 焊 枪 。i) 电 弧 长 度 在 许 多 的 全 自 动 钨 极 氩 弧 焊 接 应 用 中 ,使 用 的 电 弧 长 度 约 等 于 3/2 倍的 电 极 棒 直 径 ,但 可 依 特 定 的 应 用 而 变 化 ， 也 可 依 焊 工 所 喜 用 的 选 择 而 定 ， 然 而 ， 电 弧长 度 越 长 ， 扩 散 到 周 围 大 气 中 的 热 量 越 高 ， 而 且 ， 长 的 电 弧 通 常 会 妨 碍 （ 至 某 一 程 度 ）焊 接 的 稳 定 进 行 ， 有 一 例 外 是 在 管 路 中 之 “插 承 接 头 ”， 以 官
31、轴 在 垂 直 位 置 的 焊 接 中 ，长 的 电 弧 可 比 短 的 电 弧 产 生 较 平 滑 外 形 的 填 角 焊 接 。c) 焊 位 置 时 ， 易 产 生 内 凹 、 未 焊 透 和 夹 渣 等 缺 陷 。 因 此 焊 接 时 ， 焊 丝 应 向 上 顶送 深 些 ， 尽 量 压 低 电 弧 ， 弧 柱 透 过 内 壁 约 1/2， 熔 化 坡 口 根 部 边 缘 两 侧 形 成 熔 孔 。 焊条 横 向 摆 动 幅 度 较 小 ， 向 上 焊 枪 速 度 要 均 匀 ， 不 宜 过 大 ， 并 且 要 随 时 调 整 焊 枪 角 度。d) 焊 接 立 焊 位 置 时 ， 焊 条
32、 向 坡 口 内 的 给 送 应 比 仰 焊 浅 些 。 e) 焊 接 平 焊 位 置 时 ， 焊 条 向 坡 口 内 的 给 送 应 比 立 焊 浅 些 ， 弧 柱 透 过 内 壁 约 1/4， 熔 化 坡 口 根 部 边 缘 的 两 侧 ， 以 防 止 背 面 焊 缝 过 高 或 产 生 焊 瘤 、 气 孔 等 缺 陷 。 f ) 进 行 焊 缝 中 间 接 头 时 ， 采 用 热 接 法 或 冷 接 法 均 可 。 g) 后 半 周 焊 缝 下 接 头 仰 焊 位 置 的 施 焊 ： 在 后 半 周 焊 缝 施 焊 前 ， 先 将 前 半 周 焊 缝 起焊 处 易 产 生 的 气 孔 、
33、 未 焊 透 等 缺 陷 清 除 掉 ， 然 后 打 磨 成 缓 坡 形 。 施 焊 时 在 前 半 周 焊 缝 前约 10 mm 处 引 弧 ， 然 后 退 至 缓 坡 末 端 时 将 焊 条 向 上 顶 送 ， 待 听 到 击 穿 声 根 部 熔 透 形 成熔 孔 时 ， 即 可 正 常 向 前 施 焊 。 其 它 位 置 焊 法 均 同 前 半 周 。 h) 焊 缝 上 接 头 水 平 位 置 的 施 焊 ： 在 后 半 周 焊 缝 施 焊 前 ， 应 将 前 半 周 焊 缝 在 水 平 位置 的 收 弧 打 磨 成 缓 坡 形 ， 当 后 半 周 焊 缝 与 前 半 周 焊 接 头 封
34、 闭 时 ， 要 将 电 弧 稍 向 坡 口 内 压送 ， 并 稍 作 停 顿 ， 待 根 部 熔 透 超 过 前 半 周 焊 缝 约 10 mm， 填 满 弧 坑 后 再 熄 弧 。 i) 在 整 周 焊 缝 焊 接 过 程 中 ， 经 过 正 式 定 位 焊 缝 时 ， 只 要 将 电 弧 稍 向 坡 口 内 压 送 ， 以较 快 的 速 度 通 过 定 位 焊 接 处 ， 过 渡 到 前 方 坡 口 处 进 行 正 常 施 焊 即 可 。j) 在 进 行 打 底 焊 接 的 同 时 要 注 意 焊 剂 的 填 充 ， 要 边 焊 接 边 填 充 。3.9.5 27 层 道 焊 接 要 求
35、 保 证 焊 缝 尺 寸 ， 外 形 美 观 ， 熔 合 好 ， 无 缺 陷 。 a) 盖 面 层 施 焊 前 应 将 填 充 层 的 焊 渣 和 飞 溅 物 清 理 干 净 ， 清 除 后 施 焊 时 的 焊 枪 角度 与 运 条 方 法 均 同 填 充 层 ， 但 焊 枪 水 平 横 向 摆 动 的 幅 度 应 比 填 充 层 更 宽 ， 当 摆 至 坡 口两 侧 时 ， 电 弧 应 进 一 步 缩 短 ， 并 要 稍 作 停 顿 ， 以 避 免 咬 边 。 从 一 侧 摆 至 另 一 侧 时 应 稍 快一 些 ， 以 防 止 熔 池 金 属 下 附 而 产 生 焊 瘤 。 b） 处 理
36、好 盖 面 层 焊 缝 中 间 接 头 是 焊 好 盖 面 层 焊 缝 的 重 要 环 节 。 当 接 头 位 置 偏 下 时， 接 头 处 过 高 ； 偏 上 时 ， 则 造 成 焊 缝 脱 节 。 焊 缝 接 头 方 法 同 填 充 层 。3.9.6 焊 后 冷 却 本 工 艺 采 用 的 为 气 冷 式 冷 却 方 式 。 焊接后，将材料的温度冷却到100以下是非常必要的，以实现向马氏体完全转变。3.9.6 焊 后 热 处 理 热 处 理 是 为 了 降 低 焊 接 接 头 的 残 余 应 力 ， 改 善 焊 缝 金 属 的 组 织 与 性 能 。 热 处 理 过程 应 严 格 按 照
37、本 规 程 及 有 关 规 定 进 行 。 P91钢的最终热处理为正火+高温回火,正火温度为1 040,保温时间不少于10min,回火温度为730780,保温时间不少于1h,最终热处理后的组织为回火马氏体。PWHT必须随后进行，通常加热温度在750760（13821400）之间。焊后热处理采用环形加热器, 分别在加热器的上面、下面布置两个热电偶。热处理工艺: 加热温度为 ( 75020) , 保温180 min, 升温速度不大于160 / h, 降温速度不大于200 / h( 以上均为大于400 时) 。如果材料在焊接完后不进行焊后热处理，而是需要存放，而存放最长不能超过一周，且必须保持部件干
38、燥。3.9.7 焊接操作注意事项和安全要求 1）焊接工作场地必须备有防火设备，如砂箱、灭火器、消防栓、水桶等。易燃物品距离焊接场所不得小于 5。若无法满足规定距离时，可用石棉板、石棉布等妥善覆盖，防止火星落入易燃物品。易爆物品距离焊接所不得小于 10。氩弧焊工作场地要有良好的自然通风和固定的机械通风装置，减少氩弧焊有害气体和金属粉尘的危害。2）手工钨极氩弧焊机应放置在干燥通风处，严格按照使用说明书操作。使用前应对焊机进行全面检查。确定没有隐患，再接通电源。空载运行正常后方可施焊。保证焊机接线正确，必须良好、牢固接地以保障安全。焊机电源的通、断由电源板上的开关控制，严禁负载扳动开关，以免形状触头
39、烧损。3）应经常检查氩弧焊枪冷却水系统的工作情况，发现堵塞或泄漏时应即刻解决，防止烧坏焊枪和影响焊接质量。4）焊人员离开工作场所或焊机不使用时，必须切断电源。若焊机发生故障，应由专业人员进行维修，检修时应作好防电击等安全措施。焊机应至少每年除尘清洁一次。5）钨极氩弧焊机高频振荡器产生的高频电磁场会使人产生一定的头晕、疲乏。因此焊接时应尽量减少高频电磁场作用的时间，引燃电弧后立即切断高频电源。焊枪和焊接电缆外应用软金属编织线屏蔽（软管一端接在焊枪上，另一端接地，外面不包绝缘） 。如有条件，应尽量采用晶体脉冲引弧取代高频引弧。6）氩弧焊时，紫外线强度很大，易引起电光性眼炎、电弧灼伤，同时产生臭氧和
40、氮氧化合物刺激呼吸道。因此，焊工操作时应穿白帆布工作服，戴好口罩、面罩及防护手套、脚盖等。为了防止触电，应在工作台附近地面覆盖绝缘橡皮，工作人员应穿绝缘胶鞋。7）焊接过程中的操作必须严格按照焊接工艺进行。3.9.8 焊 后 质 量 检 验焊接质量在焊接结构质量中占有相当重要的地位。焊接质量的保证应以焊接技术人员和焊接设备作基础。当然焊接设计、材料、焊接方法、焊接工艺以及了解多种焊接缺陷及其产生的原因和预防措施等都是至关重要的,但作为焊接产品的最后屏障焊后检验则是焊接产品的最紧要的一道关卡,它的疏忽将造成不合格品直接进入下道工序,从而影响整个产品的质量。焊后质量检测主要包含以下几个方面：外观检测
41、、力学性能检测、焊后缺陷检测等。a) 外观检验检查焊件的尺寸可直接用尺子或焊接检验尺测出焊件的长度、宽度和厚度，以检测其是否符合尺寸要求。焊缝表面不应有裂纹、焊瘤、气孔、咬边以及未填满的弧坑和凹陷存在。如有上述缺陷应进行修补。焊缝外观必须符合以下条件： a) 焊缝表面应是原始状态，焊缝表面没有加工或补焊痕迹。b) 焊缝表面不得有裂纹、未熔合、气孔、夹渣、未焊透和焊瘤等缺陷。未焊透和背面凹坑不得超过表12的规定。c) 管子的错边量10%，且1 mm。d) 焊缝外形尺寸符合表13。e) 外径小于等于60 mm的管子要作通球试验。外管大于或等于32 mm时，通球直径为管内径的85%；管外径小于32
42、mm时，通球直径为管内径的75%。续上表b) 无损检测 类受压管系的对接焊缝应按表 11 的规定进行射线检测；类受压管系的对接焊缝由中国船级社验船师指定位置进行射线检测。射线检测的灵敏度应符合材料与焊接规范7.5.4.5 的规定。表 11 类受压管系对接焊缝的射线检测范围管子外径 /mm 检测范围 管子外径/mm 检测范围76 指定位置抽查 76 焊缝 100进行检查作为五大常规检测方法之一的射线检测（Radiology） ，在工业上有着非常广泛的应用。目前射线检测按照美国材料试验学会（ASTM）的定义可以分为：照相检测、实时成像检测、层析检测和其它射线检测技术四类。X 射线与自然光并没有本质
43、的区别，都是电磁波，只是 X 射线的光量子的能量远大于可见光。它能够穿透可见光不能穿透的物体，而且在穿透物体的同时将和物质发生复杂的物理和化学作用，可以使原子发生电离，使某些物质发出荧光，还可以使某些物质产生光化学反应。如果工件局部区域存在缺陷，它将改变物体对射线的衰减，引起透射射线强度的变化，这样，采用一定的检测方法，比如利用胶片感光，来检测透射线强度，就可以判断工件中是否存在缺陷以及缺陷的位置、大小。I/I=-(（-）T)/(1+n) 这个公式就是射线检测基本原理的关系式，I/I 称为物体对比度，从它我们可以得知，只要缺陷在透射方向上具有一定的尺寸、其衰减系数与物体的线衰减系数具有一定差别
44、，并且散射比控制在一定范围，我们就能够获得由于缺陷存在而产生的对比度，从而发现缺陷。 c) 焊后力学性能检验拉伸试验采用 WDW3100 微机控制电子万能试验机 ,它是配备全数字测量控制系统及计算机的新型试验机。试件分为二组 ,每组 3 个试件 ,第一组内 3 个试件不放电 ,直接进行拉伸测试。第二组 3 个试件均采用 5 kV 脉冲放电电压进行电磁热强化,放电条件和电极装卡方式完全相同。为便于性能比较 ,各组试件拉伸时采用相同的速度 ,均为 1 mm/ min。然后分别分析两组试样的力学性能。在进行焊后残余应力分析时应当注意的一个问题就是焊件约束问题。喷焊结束后,工件从工作台上取下来,整个喷
45、焊组件处于自由状态 ,所以在计算模拟过程中 ,只在压扁的凸点处选取两节点进行全位移约束 ,过多的节点约束可能会造成部分区域应力集中 ,还会限制焊后工件冷却变形,与实际不符。在理论上,在焊接过程中,喷焊区以远高于周围区域的速度被急剧加热 ,并局部熔化。喷焊区材料受到热膨胀 ,热膨胀受到周围较冷区域的约束。并造成(弹性)热应力,受热区域温度升高后屈服极限下降 ,热应力可部分超过屈服极限;结果喷焊区形成了塑性的热压缩;冷却后 ,比周围区域相对缩短，变窄或减小。因此 ,这个区域就呈现拉伸残余应力,周围区域则承受压缩残余应力 (冷却过程中的显微组织转变有时会引起体积的增加 ,如果发生在较低的温度区域 ,
46、而此时材料的屈服足够高 ,则会导致喷焊区产生压缩残余应力 ,周围产生拉伸残余应力)。d) 超声波检测1、超声波检测的定义：通过超声波与试件相互作用，就反射、透射和散射的波进行研究，对试件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、组织结构和力学性能变化的检测和表征，并进而对其特定应用性进行评价的技术。2、超声波工作的原理：主要是基于超声波在试件中的传播特性。a.声源产生超声波，采用一定的方式使超声波进入试件；b.超声波在试件中传播并与试件材料以及其中的缺陷相互作用，使其传播方向或特征被改变；c.改变后的超声波通过检测设备被接收，并可对其进行处理和分析；d.根据接收的超声波的特征，评估试件本身及其内部是否存
47、在缺陷及缺陷的特性。3、超声波检测的优点：a.适用于金属、非金属和复合材料等多种制件的无损检测；b.穿透能力强，可对较大厚度范围内的试件内部缺陷进行检测。如对金属材料，可检测厚度为 12mm 的薄壁管材和板材，也可检测几米长的钢锻件；c.缺陷定位较准确；对面积型缺陷的检出率较高；e.灵敏度高，可检测试件内部尺寸很小的缺陷；f.检测成本低、速度快，设备轻便，对人体及环境无害，现场使用较方便。 4、超声检测的适用范围a.从检测对象的材料来说，可用于金属、非金属和复合材料；b.从检测对象的制造工艺来说，可用于锻件、铸件、焊接件、胶结件等；c.从检测对象的形状来说，可用于板材、棒材、管材等；d.从检测
48、对象的尺寸来说，厚度可小至 1mm，也可大至几米；e.从缺陷部位来说，既可以是表面缺陷，也可以是内部缺陷。四、结论(1)采用手工乌极电弧焊电弧焊方法和手工电弧焊 CHS062 奥体不锈钢焊条焊接 P91 合金管的过渡层缝,焊缝、熔合区和母材的化学成分基本致,从而保证了焊接接头与不锈钢母材基本相同的腐蚀性能。(2)过渡层焊缝组织为 + 双相组织, 铁素体状为粒状 ,含量为 6%8%,是比较理想的焊缝金组织,能有效提高焊缝的抗晶间腐蚀和抗热裂纹性(3)焊接接头的 b 值接近 P91 钢管之间,属于等强度匹配接头,可以满足 P91 合钢管实际使用要求。因此,本研究确定的手工电弧焊方法以及相应焊接材料
49、和焊接工艺参数是适合于薄不锈钢内 2P91 钢管的焊接工艺,符合管材的实际使工况的要求,是合理的焊接工艺选择,具有很强的工实用性。参考文献： 1 张其枢,堵耀庭.不锈钢焊接M.北京:机械工业出版社,2000.484-485. 2 王亮耕, 轴文昌, 陈耀华. T 91 钢的焊接 J . 压力容器, 2001( 2) : 44-49. 3 HC20225) 95 化工金属管道工程施工及验收规范 4 葛兆祥.焊接工艺与原理J.1997,11. 5 颜景平.机械制造基础M.中央广播电视大学出版社,1991,12. 6 上海市工农教育教材编写组.焊接工艺基础M.上海科学技术出版社,1979,4. 7 韩国明.焊接工艺理论与技术M.机械工业出版社,2007,3. 8 卞洪元,丁金水.金属工艺学M.北京理工大学出版社,2007,1. 9 陈兰桂, 劳海峰, 谢勇 : 钢炉管
