1、一、焊接的实质焊接是通过加热或加压，或者两者并用，并且用或不用填充材料，使工件达到结合的一种方法。焊件可以是金属材料，也可以是非金属材料，如塑料、玻璃等。焊接的本质是使焊件达到原子间的结合。按焊接过程特点，分三大类：熔焊、压焊和钎焊。电弧放电过程是将电能转换成热能，伴有强烈的弧光产生电弧的电极可以是金属丝、钨极、碳棒.电弧的构造根据其物理特征,沿长度方向分为：阴极区、阳极区和弧柱区三部分由于阴极区发射电子要消耗一定的能量，而阳极区不发射电子，不消耗发射电子所需的能量 正接法和反接法采用直流电焊接时，当焊机的正极与焊件相接，负极与焊条相接时，称为正接法或正极性；反之，当焊机的负极与焊件相接，正极
2、与焊条相接时，称为反接法或反极性。阴极区的温度小，焊接厚钢板时，应采用正接法，熔深大；焊接薄板时应采用反接法。使用低氢型焊条(E5015)时,都应反接法 ,以保证电弧燃烧稳定,减少飞溅现象和降低气孔倾向. 焊接冶金过程及其对焊件质量的影响焊接冶金过程特点：熔池小，反应不充分；温度高，元素烧损多。为保证焊缝质量，焊接中应：渣(气) 保护: 减少危害;掺加合元， 调节性能 二、焊接接头的组织与性能 焊接工件上温度的变化与分布焊接过程中工件焊缝周围相当于进行了一次不同规范的热处理。 焊接接头的组织与性能 1.焊缝 （熔敷金属）柱状铸态组织(铁素体少量珠光体 )2.焊接热影响区1)熔合区 决定接头的性
3、能2)过热区 A 长大塑、韧性低，脆性大3)正火区 得均匀细小 F+P 组织性能优; 4)部分相变区晶粒不匀，较正火区稍差 ;5)再结晶区 F 与 P 得以细化 改善焊接热影响区组织与性能的方法细定工艺措施，再附以焊后正火处理三、焊接应力与变形 焊接应力1.焊接应力的产生 焊接过程是一个不均匀的加热过程。焊件各部位在热胀冷缩和塑性变形的影响下产生内应力、变形或裂纹。2.焊接时内应力存在规律：加热膨胀受阻（受压：“”）冷却收缩又阻（受拉：“”）3.防止产生应力的措施1)选塑性材，合理布置焊缝；2)正确焊序，焊前预热，降温差；3)焊后退火等工艺措施四、焊条电弧焊 焊条药皮的主要作用1.利用渣、气对
4、焊焊熔池起机械保护作用；2.进行物、化反应除杂质，补有益元素，保证焊缝的成分和力学性能；3.改善工艺性能，能稳定燃烧、飞溅少、焊缝成形好、易脱渣等。 根据药皮组成物在焊接中的作用可分为稳弧剂、造气剂、造渣剂、脱氧剂、合金剂、增塑剂、黏结剂和成形剂等。并将药皮分为若干类型。如钛钙型，低氢钠型、低氢钾型等。4.焊条的选择原则1)强度相等的原则。如焊件材料 Q235A 钢的抗拉强度为 420MPa，则焊条应选用 E43 系列的焊条2)强度不等就低选低碳钢与低合金钢焊接、或不同强度等级的低合金钢焊接,应选与较低强度等级钢材的焊条3)根据现场条件选当应按焊接生产率及设备等条件。一般选用酸性焊条使焊接成本
5、降低。 4)根据焊接材料选如不锈钢、耐热钢要选用相应的专用焊条CO2 焊的应用材料：黑色金属低碳钢、合金结构钢厚度：厚薄均可，尤薄板有优势位置：全位置结构：车辆、船舶、机械、容器等。钨极惰性气体保护焊（TIG）TIG 焊的特点优点 （1）几乎可以焊接所有的金属或合金 （2）焊接质量好（焊缝纯净、成形好、热影响区小） （3）适于薄板及打底全位置焊（4）无飞溅 缺点 焊接效率低、成本高；对焊前清理要求严格；需要特殊的引弧措施；紫外线强烈、臭氧浓度高；抗风能力差。TIG 焊的应用材料：多用于有色金属及其合金厚度：多用于薄件（从生产效率考虑，以 3mm 以下为宜）位置：多用于打底（单面焊双面成形） ，
6、薄件及管-管、管- 板也用于填充和盖面1 低合金高强度钢的焊接 特点：淬硬和裂纹倾向增大！焊接方法与工艺：一般按(屈服)强度分等级，常用焊条电弧焊和埋弧焊焊接，其焊接材料选用如下表：钢号 埋弧焊新标准 旧标准焊条电弧焊焊条牌号焊丝牌号 焊剂牌号预热温度Q295 09Mn2 J422, J423 H08A HJ431 不预热Q345 16Mn J502, J507 H08MnA HJ431 不预热Q395 15MnV J556, J557 H08Mn2Si HJ431 100 机械制造用合金结构钢焊接与中碳钢焊接相似。2 不锈钢的焊接 奥氏体型不锈钢焊接性良好，一般不需要采取特殊的工艺措施，通常
7、应用焊条电弧焊、钨极氩弧焊或埋弧焊。关键在于：焊条（丝）要对应于被焊母材化学成分类型相同。3 铸铁的焊补 铸铁含碳高,塑性差,属于焊接性很差的材料.生产中对于铸铁主要是焊补 铸铁在焊补中的表现：易生白口、易生裂纹、易生气孔 由铸铁的表现,铸铁的焊补常采用方法有：气焊、焊条电弧焊(个别大件可用电渣焊 )。 铸铁焊补按焊前是否预热可分为：热焊法和冷焊法4 有色（非铁）金属焊接 铜及铜合金的焊接铜及铜合金的焊接比低碳钢困难的多,其特点：难熔合、易变形。 原因： 铜导热性很高(纯铜为低碳钢的 8 倍), 散热快，难焊透； 液态铜易氧化生成 Cu2O 与铜的低熔点共晶体，是造成开裂的原因； 液态铜易吸气
8、生成气孔；等等。 铜及铜合金的焊接常采用氩弧焊、气焊、焊条电弧焊、埋弧焊和钎焊等。其中氩弧焊主要用于焊接紫铜和青铜；气焊用于焊接黄铜件多。 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接主要问题是：氧化、气孔还有：铝合金焊接加热时从固相到液相无颜色的变化！又易软化塌陷！焊铝难！一般用气焊，须经验丰富。焊铝的理想方法是氩弧焊。新型铁素体耐热钢 T91P91 焊接工艺 T91P91 是由美国能源部委托橡树岭国家试验室与燃烧工程公司联合开发研究的新型耐热钢。经试验发现，该钢种在 593 、10 万小时条件下持久强度达到100MPa，韧性也较好。 从技术和经济角度分析，这种钢与 M12(9Gr2Mo)相比，Mo 含
9、量减少一半，Nb、V含量也有所降低，综合性能优于 EM12，目前，该钢种已广泛应用于锅炉与压力容器中高温过热器、再热器管的制造。 T91P91 钢的含 C 量低、纯净度高，采用了 Nb、V、N 进行微合金化处理，采用了控轧控冷(TMCP)成材加工工艺，使其常温和高温强度明显提高，同时具有高的韧度和塑性。这是只有强韧化才能达到的效果，因此，该类新型铁素体耐热钢属于强韧型钢。 T91P91 的焊接性分析TMCP 工艺生产的钢焊接裂纹倾向比相同合金系统的非 TMCP 钢小。但焊接热影响区(HAZ)由于遭受焊接的加热，破坏了采用 TMCP 得到的良好性能；对于焊缝金属，则是一种和母材成分相近的一次结晶
10、粗大的铸造组织。用传统的工艺焊接，这两个区域的性能将远低于母材。 因此，这类钢焊接时的主要问题为 HAZ 粗晶区韧性恶化和焊缝金属的性能降低。 为了避免 HAZ 粗晶区性能的恶化，可通过采取弥散、微细的难熔质点的钉轧作用，降低材料对焊接高温加热而引起的晶粒长大的敏感程度，在一定的条件下，成功控制了 HAZ 粗晶区常温力学性能的降低。 为了改善焊缝金属的性能，可通过控制焊接材料的设计和采用加大焊后冷却速度的工艺措施，使焊缝金属含有比例较高的针状铁索体组织而获得和母材相近的韧度T91P91 的焊接工艺 T9l/P91 钢焊接时，除了要防止焊接裂纹外，还要确保必要的焊缝韧度和防止过低的焊接接头热强系
11、数，因此，焊接时，应合理选择焊接材料，注意控制焊接工艺条件。 焊接材料的选择为保证接头的力学性能，应选用碱性低氢型、焊接工艺性能良好的焊接材料，同时注意控制熔敷金属的化学成分，以保证焊缝金属的韧性。如有些焊材生产厂家为了保证焊缝金属的韧度，过分的提高 Ni、Mn 含量，造成焊缝金属的 Ac1 大幅度降低，导致冷却后形成新的马氏体组织，造成常温韧性和高温蠕变断裂强度的劣化，故选择焊接材料时，应注意使熔敷金属的的 Ni+Mn1.5%保护措施 为防止焊缝根部氧化，钨极氩弧焊(GTAW) 打底及焊条电弧焊填充第一层焊缝时，应在管内侧充氩气，保护焊缝背面金属，防止过度氧化。若单纯用纯度为 99.99%
12、的氩气，或采用 88%N2+12% H2 混合气体时，焊缝仍会出现氧化过烧现象或形成焊接缺陷。而采用氩气与混合气体联合保护，不仅使打底焊缝的背面氧化问题得以解决，还使焊缝背面显露出金属光泽并呈现微凸形状。预热及层间温度的控制 根据焊件的结构形状、板厚及环境温度等条件，确定预热温度。若焊件结构应力较小，且壁厚不大时，预热温度可低于 200；但对于厚壁的锻件和铸件，焊接时的预热温度和层问温度必须大于等于 200 ，而且为了避免冷却到室温产生裂纹，焊后温度控制在不小于 80 。在控制预热温度和层间温度时，应注意温度测量的准确性。焊工焊接下一道焊缝时都应确认层间温度。待层间温度降到 250280或再低
13、一些的温度后才开始焊接SMAW (焊条电弧焊) 填充和盖面焊 焊条电弧焊填充时，第一道焊道应尽可能减小焊接电流，防止电流过大将打底层烧穿。每一根焊条收弧时，都应衰减电流，待熔池填满后再熄弧，防止产生弧坑裂纹。 每焊完一层可采用角向砂轮或钢丝刷进行清理，特别要注意中间接头及坡口边缘，不可用錾子重力敲击焊缝，防止产生裂纹。 实施焊条电弧焊时，应尽量降低焊接热输入量，而 T91P91 钢的合金含量较高，熔池中液体金属流动性较差，过小的焊接电流不易获得优良的焊缝成型，容易形成层问熔合不良。因此采用增大焊接速度代替降低焊接电流的方式来保证较低的焊接热输入量，较小的焊道厚度P92 钢焊接质量控制重点 预热
14、及层间温度的控制P92 钢合金含量在 10以上属高合金钢，虽然该钢的合金成分中 C、S、P 含量较低，但仍存在一定的冷裂纹倾向因此 P92 钢焊接时必须采取预热措施。预热温度过高，则会在接头中引起晶界碳化物沉淀和形成铁素体对韧性不利。一旦碳化物沉淀+铁素体组织形成后必须进行调质处理才能得到有效解决。SA335 一 P92 钢在焊接前进行 15020o的预热层间温度应控制在 150250 能有效防止焊接冷裂纹的产生。 控制焊接过程使接头冲击韧性符合要求P92 钢与 P91 钢相比：W 的加入提高了高温蠕变性能，但组织稳定性不NP91 钢。P92钢在 500650C 范围内有较明显的时效倾向。 由
15、于焊缝熔敷金属没有控轧和形变热处理，晶粒不可能由此获得细化；再者熔敷金属中的 Nb、V 在凝固冷却过程中难以呈微细的 C、N 化合物析出，焊缝的韧性会比母材差。因此，焊接时必须采取多层多道、选用小参数等焊接操作工艺措施，并充分利用层道间的热循环作用来改善组织和细化晶粒，提高焊缝的韧性。 母材性能受到焊接的高温循环，母材热影响区性能会明显劣化劣化程度随焊接热输入的增大而加剧，因此在焊接过程中应注意热输入的控制。 接头硬度范围应在 18025OHB 之间。焊后热处理工艺的控制 P92 钢的抗回火性高，回火温度在 750770时可得到析出物和碳化物如 M23C6 及 Mx 型钒铌碳氮化物的回火马氏体
16、组织，这些析出物通过沉淀强化而改善材料蠕变断裂强度需要较高的焊后热处理温度；其焊接熔敷金属的相变转变温度 A 值约为 800835 ，如超过 A 值将再次奥氏体化而得到部分未回火的马氏体组织，造成接头的性能及冲击韧性极差。因此，对 P92 钢焊后热处理温度的控制要求有较高的精度。通常回火热处理恒温时间的计算约为 47min mm ，且不少于4h。 接头焊接完成后应缓冷至 100以下待焊缝金属组织全部转变为马氏体后，立即进行焊后热处理。建议 TP92 钢的焊接热处理循环曲线 几十年来在焊接大直径厚壁低合金耐热钢中，电力行业焊工已形成了“大电流、断弧焊、大线能量、厚焊层、宽摆幅”的操作手法，在以往的实际工作中充分体现了这种操作方法的优越性。但对 TP92 的而言，必须采用“小线能量、快速连弧、小摆幅、薄焊层、多层多道焊”的操作手法 TP92 钢具有一定的冷裂倾向，现场施工时稍有不慎，就可能产生危害性较大的缺陷。实际生产中，手工电弧焊焊前预热温度不小于 200 手工氩弧焊不小于150的预热可以有效地防止焊接冷裂纹的产生。
