管道管件焊接中遇到的一些問題及處理

焊接（jiē）性及其試驗評定

1.焊接：通過加（jiā）熱或加壓，加或（huò）不加填充材料，使（shǐ）兩（liǎng）個物（wù）體進行原子間的結合形成不可分（fèn）割的整體的工藝過程。

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

3.影響焊接性的四大因素是：材料，設計，工藝及服役環境。

4.評定焊接性的原則主要包括（kuò）：①評定（dìng）焊接接頭產生（shēng）工藝缺陷的傾向（xiàng），為（wéi）製定合理焊接工藝提供依（yī）據；②評定焊接接頭能否滿足（zú）結構使用性能的要求；設計新（xīn）的焊接試驗方法就符合下述原則（zé）：可比性，針對性，再現性和經濟性。

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

6.斜Y型坡口對接裂紋試驗：目的是（shì）主（zhǔ）要用於鑒（jiàn）定低合金高強鋼第一層焊縫和HAZ形（xíng）成冷裂紋傾向，也可用於擬定焊接工藝。1）試件製備，被焊鋼材板厚δ=9-38mm。對接接頭坡口用機械方法加工，試板（bǎn）兩端各在60mm範（fàn）圍內施焊拘束焊縫，采用雙麵焊。注意防止角變形（xíng）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：試驗焊縫選用的焊條就與母材相（xiàng）匹配，所用焊條應嚴格烘幹，焊條直徑4mm，焊接（jiē）電流（170±10）A，焊（hàn）接電壓（24±2）V，焊接速度（150±10）mm/min。試驗焊（hàn）縫可（kě）在各種不同溫度下施焊，試驗焊縫隻（zhī）焊一（yī）道，不填滿坡口。焊後靜置和自然冷卻24h後截取試樣和（hé）進行裂紋檢測。3）檢測與裂紋條率計算。用（yòng）肉眼或手持5-10倍放大鏡來（lái）檢測焊縫（féng）和熱（rè）影響區的表麵和斷麵是（shì）否有裂紋。一般認為低合金鋼“小鐵研”試驗表麵裂紋率小於20%時，一般不產生裂紋。

7.插銷試驗：目的，主（zhǔ）要評（píng）定鋼材的（de）氫致延遲裂紋傾（qīng）向，附加其他設備，也可以測定再（zài）熱裂紋敏感性和層（céng）狀敏感性（xìng）。1）試件製備，將被焊鋼材（cái）加工或圓柱的（de）插銷試棒，沿軋製方向取樣並注明插銷在厚度方（fāng）向的位置。試棒上端附近有環形或螺形缺口。將插銷試棒插入底板相應的（de）孔中（zhōng），使帶缺口一端與底（dǐ）板表麵平齊。對於環（huán）形缺口的插銷（xiāo）試棒，缺口與端麵的距離a應使焊道熔深與缺口根部所截（jié）平麵相切或相交，但缺口根部圓（yuán）周被熔透的部（bù）分不得超過20%。對於（yú）低合金鋼（gāng），a值在焊接熱輸入為E=15KJ/cm時（shí）為2mm。2）試驗過程，按選（xuǎn）定的焊接方法和嚴格控製的工藝參數，在底板上熔一層堆（duī）焊（hàn）焊（hàn）道，焊道（dào）中心線通過試樣的中心，其（qí）熔深應（yīng）使缺口尖端位於熱影響區的粗晶區，焊道長度（dù）L約（yuē）100-150mm。施焊時應測定（dìng）800-500℃的冷卻時（shí）值t8/5值，不預熱焊接時（shí），焊後冷卻（què）至100-150℃時加載；焊前預熱（rè）時（shí），應在高於預熱（rè）溫度50-70℃時加載。載荷應在1min之內且在冷卻至100℃或高於預熱溫度50-70℃之前施（shī）加完畢。如（rú）有（yǒu）後熱，應在（zài）後熱之前加載。當（dāng）試棒加載時，插銷可能在載荷持續時間內發生斷裂（liè），記（jì）下承載（zǎi）時間（jiān）。

02

合金結構鋼的焊接（jiē）性

1.高強鋼：屈服強度σs≥295MPa的強度（dù）用鋼均（jun1）可稱為高強鋼。‘

2.Mn的固溶強化作（zuò）用很（hěn）顯著（zhe），ωMn≤1.7%時，可提高韌性，降（jiàng）低脆性轉變溫度，Si會降低（dī）塑性，韌性（xìng），Ni既固（gù）溶強化又（yòu）同時提高韌性且大幅（fú）度降低（dī）脆性轉變溫度的元素，常用於低溫鋼。

3.熱軋鋼（gāng）（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.高強鋼焊接接頭（tóu）的設（shè）計原則：高強鋼以其強度作為選用依（yī）據，因而焊接接頭的原則（zé）為（wéi）：焊接接頭的強度（dù）等於母材的強度（等強原則），分析：①焊接接頭強度大於母材強度（dù），塑韌（rèn）性降低，②等於時（shí）壽命相當③小於時（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（hé）金元素一般情況（kuàng）下冷裂紋傾向不大，正火鋼（gāng）由於含合金元素較多，淬硬傾向（xiàng）有所增加，隨著正火（huǒ）鋼碳當量（liàng）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淬硬傾向：熱軋鋼的淬（cuì）硬傾向及正火鋼的淬硬傾向⑶熱影響區最高硬度，熱影響區（qū）最高硬度是評定鋼材淬硬傾向和冷裂紋感性的一個簡便的方法。

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

7.韌性是表征金屬對脆性裂紋（wén）產生和擴展難易程度的性能。

8.低合金鋼選擇（zé）焊接材料時必須（xū）考慮兩個（gè）方麵的（de）問題（tí）：①不能有裂紋等焊（hàn）接缺陷②能滿足使用性能要求。熱軋鋼及（jí）正火鋼焊接一般是根據其強度級別選擇焊（hàn）接材（cái）料，其（qí）選用要點（diǎn）如（rú）下：①選擇與母材力學性能匹配的（de）相應級（jí）別的（de）焊接材料②同（tóng）時（shí）考慮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（xìng）能（néng）的（de）影（yǐng）響。

9.確定焊後回火溫度的原則：①不要超（chāo）過母材原（yuán）來的（de）回（huí）火溫度以免影（yǐng）響母材本身的性能②對於有回火的材料（liào），要避開出現回火脆性的溫（wēn）度區間。

10.調質鋼：淬火+回火（高溫（wēn））。

11.高強鋼焊（hàn）接采用“低強匹配（pèi）”能提高焊接區的抗裂性。

12.低（dī）碳（tàn）調（diào）質（zhì）鋼焊接時要（yào）注意兩個基本問題：①要求馬氏體轉變時（shí）的冷卻速度不能太快，使馬氏體有自回火作用，以防止冷（lěng）裂紋的產生②要求在800℃-500℃之間（jiān）的冷卻速度（dù）大於產（chǎn）生脆性（xìng）混合組織的臨界速（sù）度。低碳調質鋼焊接要解決的問題：①防止（zhǐ）裂紋（wén）②在保證滿足高強度要求的同時，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鋼，提高冷卻速度以形成低碳馬氏體，對（duì）保證韌性有利。

14.中碳調質鋼合金元素的加入主要起保證淬透性和提高抗回火性能的作用，而真強度（dù）性（xìng）能主要還是取決（jué）於含碳量。主（zhǔ）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（fāng）式：①基體固溶強化，加入合（hé）金元素強化鐵素體基（jī）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（zài）鐵素體（tǐ）為基體（tǐ）的耐熱（rè）鋼中，強化相主（zhǔ）要（yào）是合金碳化物③晶界強化（huà）：加入微量元素能吸附於晶界，延緩合金（jīn）元素沿晶界的擴散，從而強化晶界。

16.珠光體（tǐ）耐熱鋼焊接中存在的主要問題（tí）是冷裂紋，熱影響區的硬化，軟化，以（yǐ）及焊後熱處理或高溫長期使用中的消除應力裂紋。

17.-10到-196℃的溫度範圍稱為“低溫（wēn）”，低（dī）於-196℃時稱為“超低（dī）溫”。

03

不鏽鋼焊接

1.不（bú）鏽鋼：不鏽鋼是指能耐空氣，水，酸，堿，鹽及其溶液和其他（tā）腐蝕介質腐蝕（shí）的，具有高度化學穩定（dìng）性的合金鋼的總稱。

2.不鏽鋼的主要腐蝕形式有均（jun1）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（zhì）的金（jīn）屬表麵全部產生腐（fǔ）蝕的現象；點腐蝕，指在金屬材料（liào）表麵大部分不腐蝕或腐蝕輕微，而（ér）分散發生的局部腐蝕；縫隙腐蝕，在電（diàn）解液中，如在氧離子環境中（zhōng），不鏽鋼間或與異物接觸的表麵間存在間隙時，縫隙中溶液流動將發生遲滯現象，以至於溶液局部（bù）Cl-，形成濃差電池，從而導（dǎo）致縫隙中不（bú）鏽鋼鈍化膜（mó）吸附Cl-而被局部破壞的現象；晶（jīng）間腐蝕，在晶粒（lì）邊界附近發生的有選擇性的腐蝕現象；應力腐蝕（shí），指不鏽鋼在（zài）特定的腐蝕介質和拉應力作用（yòng）下出現的（de）低於（yú）強度極強的脆性開裂的現象。

3.防止點腐蝕的（de）措施：1）減少氯離子含（hán）量和氧離子含（hán）量2)在不鏽鋼中加入鉻，鎳，鉬，矽，銅等合金元素3）盡量不進行冷加工，以減少位錯露頭處發生點腐蝕（shí）的可能4）降低鋼中的含碳（tàn）量。

4.不鏽鋼及（jí）耐（nài）熱鋼的高溫性能：475℃脆性，主要出現在（zài）Cr＞13%的鐵素體，430-480℃之間長期加熱並緩冷，導（dǎo）致在常溫時或負溫時出現強度升高而韌性下降；σ相脆化，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.奧氏體不（bú）鏽鋼焊接接頭的耐蝕性：1）晶間（jiān）腐蝕，2）熱影響區敏（mǐn）化區晶間（jiān）腐蝕（shí），3）刀狀腐蝕。

6.防止焊縫發生（shēng）晶（jīng）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情（qíng）況，或者含有足（zú）夠的穩定化元素Nb。2）調（diào）整焊縫成分獲得一（yī）定δ相。晶間腐蝕理論本質上就是貧鉻（gè）理論。

7.熱影響區敏（mǐn）化（huà）區晶間腐蝕：指焊接熱影響區中加（jiā）熱峰值溫度處於敏化加熱（rè）區（qū）間的部位所（suǒ）發生的晶間腐蝕。

8.刀狀腐蝕：在熔（róng）合（hé）區產（chǎn）生的晶間（jiān）腐蝕，有如刀削切口形式，故稱為“刀狀腐蝕”。

9. 防止刀（dāo）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加大鋼中Ti,Tb含量，使焊（hàn）接粗晶區的晶（jīng）粒邊界有足夠的（de）Ti,Tb與碳化合。

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

11.引起應力腐蝕（shí）開裂（liè）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，成分與（yǔ）介質的匹配問題，2）清除焊接（jiē）殘餘應力3）電化（huà）學腐蝕，定期檢查及時（shí）修補等。

13.為提高耐點蝕性能：1）一方麵必須減少（shǎo）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（hé）金化”焊接材料。

14.奧氏體（tǐ）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（jiē）熱裂紋的原因（yīn）：1）奧氏（shì）體（tǐ）鋼的熱導率小，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向（xiàng）性強的柱狀晶的焊縫組織，有利於有害雜質偏析3）奧氏（shì）體鋼合金組成較複（fù）雜，易溶共晶。

16.防（fáng）止（zhǐ）熱裂紋措施：①嚴格（gé）限製母材和焊接材料中的P，S含量②盡量使焊縫形成雙（shuāng）相組織③控製焊縫的（de）化學成分④小（xiǎo）電流（liú）焊接。

17.18-8型和25-20型在防止熱裂紋時其焊縫組織有何不同？18-8型鋼焊縫形成A+δ組織，δ相可以溶解大量的P,S，δ相一般為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（xuǎn）材時應注意：①堅（jiān）持“適用性（xìng）原則”②根據所選各焊材的具體成分確定是否適用③考慮具體應用的（de）焊接方法和工藝參數可能造成的熔合比大小④根據技術條件規定的全麵焊接性要求來確定合（hé）金化程度（dù）⑤要重（chóng）視焊縫金屬合金係統，具體合金成分在該合金係統中的作用，考慮使用性能要求（qiú）和工藝（yì）焊接性要求。

19.鐵素體不鏽鋼焊接性分析（xī）：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（cuì）化。