管道(dào)管件焊接中遇到(dào)的一些(xiē)問題及處理(lǐ)
焊接性及其試驗評定
1.焊接：通過加熱或加壓，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(gōng)藝過程。
2.焊接性：指同質材料或異質材料在制造工(gōng)藝條件下(xià)，能(néng)夠焊接形成完整接頭并滿足預期使用(yòng)要求的能(néng)力。
3.影響焊接性的四大(dà)因素是：材料，設計(jì)，工(gōng)藝及服役環境。
4.評定焊接性的原則主要包括：①評定焊接接頭産生工(gōng)藝缺陷的傾向，爲制定合理(lǐ)焊接工(gōng)藝提供依據；②評定焊接接頭能(néng)否滿足結構使用(yòng)性能(néng)的要求；設計(jì)新的焊接試驗方法就符合下(xià)述原則：可比性，針對(duì)性，再現(xiàn)性和(hé)經濟性。
5.碳當量：把鋼中合金(jīn)元素的含量按相當于若幹碳含量折算(suàn)并疊加起來(lái)，作(zuò)爲粗略評定鋼材冷裂紋傾向的參數指标。
6.斜Y型坡口對(duì)接裂紋試驗：目的是主要用(yòng)于鑒定低(dī)合金(jīn)高(gāo)強鋼第一層焊縫和(hé)HAZ形成冷裂紋傾向，也(yě)可用(yòng)于拟定焊接工(gōng)藝。1）試件制備，被焊鋼材闆厚δ=9-38mm。對(duì)接接頭坡口用(yòng)機械方法加工(gōng)，試闆兩端各在60mm範圍内施焊拘束焊縫，采用(yòng)雙面焊。注意防止角變形和(hé)未焊透。保證中間待焊試樣焊縫處有2mm間隙。2）試驗條件：試驗焊縫選用(yòng)的焊條就與母材相匹配，所用(yòng)焊條應嚴格烘幹，焊條直徑4mm，焊接電流（170±10）A，焊接電壓（24±2）V，焊接速度（150±10）mm/min。試驗焊縫可在各種不同溫度下(xià)施焊，試驗焊縫隻焊一道(dào)，不填滿坡口。焊後靜置和(hé)自(zì)然冷卻24h後截取試樣和(hé)進行裂紋檢測。3）檢測與裂紋條率計(jì)算(suàn)。用(yòng)肉眼或手持5-10倍放(fàng)大(dà)鏡來(lái)檢測焊縫和(hé)熱影響區(qū)的表面和(hé)斷面是否有裂紋。一般認爲低(dī)合金(jīn)鋼“小(xiǎo)鐵(tiě)研”試驗表面裂紋率小(xiǎo)于20%時(shí)，一般不産生裂紋。
7.插銷試驗：目的，主要評定鋼材的氫緻延遲裂紋傾向，附加其他(tā)設備，也(yě)可以測定再熱裂紋敏感性和(hé)層狀敏感性。1）試件制備，将被焊鋼材加工(gōng)或圓柱的插銷試棒，沿軋制方向取樣并注明(míng)插銷在厚度方向的位置。試棒上(shàng)端附近有環形或螺形缺口。将插銷試棒插入底闆相應的孔中，使帶缺口一端與底闆表面平齊。對(duì)于環形缺口的插銷試棒，缺口與端面的距離a應使焊道(dào)熔深與缺口根部所截平面相切或相交，但(dàn)缺口根部圓周被熔透的部分不得超過20%。對(duì)于低(dī)合金(jīn)鋼，a值在焊接熱輸入爲E=15KJ/cm時(shí)爲2mm。2）試驗過程，按選定的焊接方法和(hé)嚴格控制的工(gōng)藝參數，在底闆上(shàng)熔一層堆焊焊道(dào)，焊道(dào)中心線通過試樣的中心，其熔深應使缺口尖端位于熱影響區(qū)的粗晶區(qū)，焊道(dào)長度L約100-150mm。施焊時(shí)應測定800-500℃的冷卻時(shí)值t8/5值，不預熱焊接時(shí)，焊後冷卻至100-150℃時(shí)加載；焊前預熱時(shí)，應在高(gāo)于預熱溫度50-70℃時(shí)加載。載荷應在1min之内且在冷卻至100℃或高(gāo)于預熱溫度50-70℃之前施加完畢。如有後熱，應在後熱之前加載。當試棒加載時(shí)，插銷可能(néng)在載荷持續時(shí)間内發生斷裂，記下(xià)承載時(shí)間。
02
合金(jīn)結構鋼的焊接性
1.高(gāo)強鋼：屈服強度σs≥295MPa的強度用(yòng)鋼均可稱爲高(gāo)強鋼。‘
2.Mn的固溶強化作(zuò)用(yòng)很(hěn)顯著，ωMn≤1.7%時(shí)，可提高(gāo)韌性，降低(dī)脆性轉變溫度，Si會(huì)降低(dī)塑性，韌性，Ni既固溶強化又同時(shí)提高(gāo)韌性且大(dà)幅度降低(dī)脆性轉變溫度的元素，常用(yòng)于低(dī)溫鋼。
3.熱軋鋼（正火鋼）：屈服強度爲295-490MPa的低(dī)合金(jīn)高(gāo)強鋼，一般是在熱軋或正火狀态下(xià)供貨使用(yòng)。
4.高(gāo)強鋼焊接接頭的設計(jì)原則：高(gāo)強鋼以其強度作(zuò)爲選用(yòng)依據，因而焊接接頭的原則爲：焊接接頭的強度等于母材的強度（等強原則），分析：①焊接接頭強度大(dà)于母材強度，塑韌性降低(dī)，②等于時(shí)壽命相當③小(xiǎo)于時(shí)，接頭強度不足。
5.熱軋及正火鋼的焊接性：熱軋鋼含有少量的合金(jīn)元素一般情況下(xià)冷裂紋傾向不大(dà)，正火鋼由于含合金(jīn)元素較多，淬硬傾向有所增加，随着正火鋼碳當量及闆厚的增加，淬硬性及冷裂紋傾向随之增大(dà)。影響因素：⑴碳當量⑵淬硬傾向：熱軋鋼的淬硬傾向及正火鋼的淬硬傾向⑶熱影響區(qū)最高(gāo)硬度，熱影響區(qū)最高(gāo)硬度是評定鋼材淬硬傾向和(hé)冷裂紋感性的一個簡便的方法。
6.SR裂紋（消除應力裂紋，再熱裂紋）：含Mo正火鋼厚壁壓力容器之類的焊接結構，進行焊後消除應力熱處理(lǐ)或焊後再次高(gāo)溫加熱的過程中，可能(néng)出現(xiàn)另一種形式的裂紋。
7.韌性是表征金(jīn)屬對(duì)脆性裂紋産生和(hé)擴展難易程度的性能(néng)。
8.低(dī)合金(jīn)鋼選擇焊接材料時(shí)必須考慮兩個方面的問題：①不能(néng)有裂紋等焊接缺陷②能(néng)滿足使用(yòng)性能(néng)要求。熱軋鋼及正火鋼焊接一般是根據其強度級别選擇焊接材料，其選用(yòng)要點如下(xià)：①選擇與母材力學性能(néng)匹配的相應級别的焊接材料②同時(shí)考慮熔合比和(hé)冷卻速度的影響③考慮焊後熱處理(lǐ)對(duì)焊縫力學性能(néng)的影響。
9.确定焊後回火溫度的原則：①不要超過母材原來(lái)的回火溫度以免影響母材本身的性能(néng)②對(duì)于有回火的材料，要避開(kāi)出現(xiàn)回火脆性的溫度區(qū)間。
10.調質鋼：淬火+回火（高(gāo)溫）。
11.高(gāo)強鋼焊接采用(yòng)“低(dī)強匹配”能(néng)提高(gāo)焊接區(qū)的抗裂性。
12.低(dī)碳調質鋼焊接時(shí)要注意兩個基本問題：①要求馬氏體轉變時(shí)的冷卻速度不能(néng)太快(kuài)，使馬氏體有自(zì)回火作(zuò)用(yòng)，以防止冷裂紋的産生②要求在800℃-500℃之間的冷卻速度大(dà)于産生脆性混合組織的臨界速度。低(dī)碳調質鋼焊接要解決的問題：①防止裂紋②在保證滿足高(gāo)強度要求的同時(shí)，提高(gāo)焊縫金(jīn)屬及熱影響區(qū)的韌性。
13.對(duì)于含碳量低(dī)的低(dī)合金(jīn)鋼，提高(gāo)冷卻速度以形成低(dī)碳馬氏體，對(duì)保證韌性有利。
14.中碳調質鋼合金(jīn)元素的加入主要起保證淬透性和(hé)提高(gāo)抗回火性能(néng)的作(zuò)用(yòng)，而真強度性能(néng)主要還是取決于含碳量。主要特點：高(gāo)的比強度和(hé)高(gāo)硬度。
15.提高(gāo)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(tiě)素體基體，常用(yòng)的Cr,Mo,W,Nb元素能(néng)顯著提高(gāo)熱強性②第二相沉澱強化：在鐵(tiě)素體爲基體的耐熱鋼中，強化相主要是合金(jīn)碳化物③晶界強化：加入微量元素能(néng)吸附于晶界，延緩合金(jīn)元素沿晶界的擴散，從(cóng)而強化晶界。
16.珠光體耐熱鋼焊接中存在的主要問題是冷裂紋，熱影響區(qū)的硬化，軟化，以及焊後熱處理(lǐ)或高(gāo)溫長期使用(yòng)中的消除應力裂紋。
17.-10到(dào)-196℃的溫度範圍稱爲“低(dī)溫”，低(dī)于-196℃時(shí)稱爲“超低(dī)溫”。
03
不鏽鋼焊接
1.不鏽鋼：不鏽鋼是指能(néng)耐空(kōng)氣，水(shuǐ)，酸，堿，鹽及其溶液和(hé)其他(tā)腐蝕介質腐蝕的，具有高(gāo)度化學穩定性的合金(jīn)鋼的總稱。
2.不鏽鋼的主要腐蝕形式有均勻腐蝕，點腐蝕，縫隙腐蝕和(hé)應力腐蝕等。均勻腐蝕，指接觸腐蝕介質的金(jīn)屬表面全部産生腐蝕的現(xiàn)象；點腐蝕，指在金(jīn)屬材料表面大(dà)部分不腐蝕或腐蝕輕微，而分散發生的局部腐蝕；縫隙腐蝕，在電解液中，如在氧離子環境中，不鏽鋼間或與異物接觸的表面間存在間隙時(shí)，縫隙中溶液流動将發生遲滞現(xiàn)象，以至于溶液局部Cl-，形成濃差電池，從(cóng)而導緻縫隙中不鏽鋼鈍化膜吸附Cl-而被局部破壞的現(xiàn)象；晶間腐蝕，在晶粒邊界附近發生的有選擇性的腐蝕現(xiàn)象；應力腐蝕，指不鏽鋼在特定的腐蝕介質和(hé)拉應力作(zuò)用(yòng)下(xià)出現(xiàn)的低(dī)于強度極強的脆性開(kāi)裂的現(xiàn)象。
3.防止點腐蝕的措施：1）減少氯離子含量和(hé)氧離子含量2)在不鏽鋼中加入鉻，鎳，钼，矽，銅等合金(jīn)元素3）盡量不進行冷加工(gōng)，以減少位錯露頭處發生點腐蝕的可能(néng)4）降低(dī)鋼中的含碳量。
4.不鏽鋼及耐熱鋼的高(gāo)溫性能(néng)：475℃脆性，主要出現(xiàn)在Cr＞13%的鐵(tiě)素體，430-480℃之間長期加熱并緩冷，導緻在常溫時(shí)或負溫時(shí)出現(xiàn)強度升高(gāo)而韌性下(xià)降；σ相脆化，是Cr的質量分數的45%的典型，FeCr金(jīn)屬間化合物，無磁性，硬而脆。
5.奧氏體不鏽鋼焊接接頭的耐蝕性：1）晶間腐蝕，2）熱影響區(qū)敏化區(qū)晶間腐蝕，3）刀(dāo)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(jīn)屬或者成爲超低(dī)碳情況，或者含有足夠的穩定化元素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(lǐ)論。
7.熱影響區(qū)敏化區(qū)晶間腐蝕：指焊接熱影響區(qū)中加熱峰值溫度處于敏化加熱區(qū)間的部位所發生的晶間腐蝕。
8.刀(dāo)狀腐蝕：在熔合區(qū)産生的晶間腐蝕，有如刀(dāo)削切口形式，故稱爲“刀(dāo)狀腐蝕”。
9. 防止刀(dāo)狀腐蝕措施：①選用(yòng)低(dī)碳母材和(hé)焊接材料②采用(yòng)又相組織的不鏽鋼③采用(yòng)小(xiǎo)電流焊接，減少焊接粗晶區(qū)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加大(dà)鋼中Ti,Tb含量，使焊接粗晶區(qū)的晶粒邊界有足夠的Ti,Tb與碳化合。
10.不鏽鋼爲什(shén)麽采用(yòng)小(xiǎo)電流焊接？以減小(xiǎo)焊接熱影響區(qū)的溫度，防止焊縫晶間腐蝕的産生，防止焊條，焊絲過熱，焊接變形，焊接應力，可以減少熱輸入等。
11.引起應力腐蝕開(kāi)裂的三個條件：環境，選擇性的腐蝕介質，拉應力。
12.防止應力腐蝕開(kāi)裂的措施：1）調整化學成分，超低(dī)碳有利于提高(gāo)抗應力腐蝕的能(néng)力，成分與介質的匹配問題，2）清除焊接殘餘應力3）電化學腐蝕，定期檢查及時(shí)修補等。
13.爲提高(gāo)耐點蝕性能(néng)：1）一方面必須減少Cr,Mo的偏析2）一方面采用(yòng)較母材更高(gāo)Cr，Mo含量的所謂“超合金(jīn)化”焊接材料。
14.奧氏體不鏽鋼焊接時(shí)會(huì)産生熱裂紋，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原因：1）奧氏體鋼的熱導率小(xiǎo)，線膨脹系數大(dà)，拉應力緻大(dà)，2）奧氏體鋼易于聯生結晶形成方向性強的柱狀晶的焊縫組織，有利于有害雜(zá)質偏析3）奧氏體鋼合金(jīn)組成較複雜(zá)，易溶共晶。
16.防止熱裂紋措施：①嚴格限制母材和(hé)焊接材料中的P，S含量②盡量使焊縫形成雙相組織③控制焊縫的化學成分④小(xiǎo)電流焊接。
17.18-8型和(hé)25-20型在防止熱裂紋時(shí)其焊縫組織有何不同？18-8型鋼焊縫形成A+δ組織，δ相可以溶解大(dà)量的P,S，δ相一般爲3%-7%，25-20型鋼焊縫形成A+一次碳化物組織。
18.奧氏體不鏽鋼選材時(shí)應注意：①堅持“适用(yòng)性原則”②根據所選各焊材的具體成分确定是否适用(yòng)③考慮具體應用(yòng)的焊接方法和(hé)工(gōng)藝參數可能(néng)造成的熔合比大(dà)小(xiǎo)④根據技術條件規定的全面焊接性要求來(lái)确定合金(jīn)化程度⑤要重視(shì)焊縫金(jīn)屬合金(jīn)系統，具體合金(jīn)成分在該合金(jīn)系統中的作(zuò)用(yòng)，考慮使用(yòng)性能(néng)要求和(hé)工(gōng)藝焊接性要求。
19.鐵(tiě)素體不鏽鋼焊接性分析：1）焊接接頭的晶間腐蝕2）焊接接頭的脆化，高(gāo)溫脆化，σ相脆化，475℃脆化。
