金属材料焊接及热处理工艺.docx

1、金属材料焊接及热处理工艺第16章 金属材料焊接及热处理工艺16.1 总 则1） 本工艺适用于汽机范围内管道、容器、承重构架及结构部件的焊接及热处理工作。2） 本工艺适用于低碳钢，普通低合金钢，耐热钢、不锈钢、铜及铜合金、铝及铝合金、铸铁等材料的手工电弧焊，手工钨氩弧焊和O2 C 2H2气焊。3） 有关安全方面，应遵守安全防火等规程的有关规定。4） 焊缝检查和焊工考核及质量验收应遵照有关射线超声检验等规定及焊工考试的规则执行。5） 对焊工及热处理工的要求，见电力建设施工及验收技术规范（火力发电厂焊接篇）。16.2 焊接工艺16.2.1焊接材料16.2.1.1焊条、电丝的选择，具体按工程一览表选择

2、1） 对同种类钢，机械性能及化学性能，化学成分与母材相近，焊条的合金元素的含量应略高于母材，Ar弧焊焊则要求与母材相同，化学类有钢要求抗蚀性同母材相同。2） 对焊接质量要求高，裂纹倾向大的材料和结构，应选用低氢型焊条。3） 对于异种钢，两非“A”体钢同类组织异种钢应选择靠近低合金侧或选其中间合金含量的焊条和焊丝；两非“A”体一同组织异种钢应选择能获得综合性能好的组织的焊条，焊丝，两材料其中之一为“A”体不锈钢时应选用高Ni不透钢焊条，对各异种钢结构，可参考附表16-1选择。4） 对低碳钢，普通碳素结构钢，选用相应强度等级的结构焊丝，焊条。5） 焊条的直径选择，必须是在保证操作工艺性良好，成型美

3、观，保证焊接质量的前提下尽可能选择较大直径的焊条，对于承压管道的多层焊，底层采用2.5mm焊条，第2-3层选用3.2mm焊条，以后各层选用4.0mm焊条，对应力大，裂纹倾向大的高合金钢，高碳钢，应选用较小的焊条直径。16.2.1.2钨极的选择：目前市场上有纯钨极，钍钨极和铈钨极三种，纯钨极及钍钨极已趋于淘汰不再被采用。最好选用铈钨极。其直径据所用的电流进行选择，各种规格的钨极所适应的电流范围如表16.1.表16.1 钨 极 许 用 电 流 表钨极直径mm焊接电流A正极性反极性0.520-1.080-1.6150202.4250303.2400404.0500554.8800806.411001

4、2516.2.1.3对焊接材料的要求1） 焊丝、焊条应保持清洁，无锈、无油污。应有生产厂的出厂产品合格证及技术说明书。其质量应符合国家标准。2） 有良好的工艺性能。应引弧容易，燃烧稳定，飞溅小。其使用性能和工艺性能应符合工程的需要。3） 焊丝、焊条在使用前及使用中应保持干燥，药皮不能出现变质的现象。4） 氩气的纯度应大于99.516.2.2焊接电源种类及极性的选择1） 碱性低氢型焊条，除铝及其合金以外的常用材料的钨氩弧焊（TiG）,必须采用直流焊接电源。碱性低H型焊条采用反极连接。钨极氩弧焊采用正极性连接。2） 非重要部件采有和酸性焊条焊接时，可选用交流弧焊电源。3） 铝及铝合金的TiG焊，采

5、用专用的交流TiG焊机。4） 焊接电源的额定容易满足焊接要求，交流弧焊的空载电压为5575V，直流弧焊电源的空载电压为6090V，但不能过高，交流弧焊电源U080V，直流弧焊电源U090V（整流器）和U0100V（弧焊发电机）。要有较好的动特性和良好的徒降特性（对于手式焊），以便有良好的引弧和稳弧性能。几种弧焊电源的技术参数见附表16-2.外特性见附图16-1.16.2.3焊前准备16.2.3.1焊缝位置的确定。焊缝应避开力集中区，便于施焊及热处理工作的进行，具体有以下要求：1） 管道对接焊缝中心线距管子弯曲起点应不小于管了的外径，并且不小于100mm（成品弯头除外），与支架边缘距离不小于50

6、 mm，对于需要预热及焊后处理的管件，焊缝中心线与弯曲起点及支架的距离应满足热处理时保温层及炉具设置的要求，应大于保温层宽度的三分之二。2） 管接头和仪表插座应尽可能避开管道上的焊缝及热影响区。3） 筒体的对焊接焊口，其中心线距离封头弯曲起点应不小于壁厚加15mm。4） 纵向焊缝的筒体和封头，其两纵向焊缝距离应大于三倍壁厚，且10mm。5） 焊接管的管孔要避开焊缝及热影响区，否则必须：（1） 管孔两侧60mm（若d60mm则取d值），的范围的焊缝要经射线探伤检查合格。（2） 孔边缘不在焊缝缺陷上。（3） 接头需经焊后去应力处理。6） 搭接焊缝的搭接长度大于五倍母材厚度，并且30mm.16.2.

7、3.2坡口选用，要本着保证焊接质量高，金属充填量少，便于操作，改善劳动条件，减少焊接应力与变形，利于质量检查等原则进行，对于厚度3mm的一般非重要结构及管子无需要坡口。对于16mm的板，管结构，采用“”型坡口。对于16mm限于单面焊的板，管结构采用双“”型坡口，对于16mm可双面施焊的板管结构采用“x”坡口，对于要求焊件的变形及应力极小，且只允许单面施焊的板，管结构采用“”，“/U”坡口。各种坡口及尺寸见附图12-2，根部采用氩弧焊时钝边厚度可大于手工电弧焊时钝边厚度。16.3.2.3母材下料与对口。1） 焊件下料以机械方法为宜，淬硬倾向较大的合金钢用热加工方法下料时，切口部位必须进行退火处理

8、，或用机械方法除去热影响区，一般非淬硬性材料的气割坡口，应除去表面氧化皮和污物并修整平齐，高合金钢不得进行气割加工坡口。2） 剪床切割的钢材边缘不应有裂纹，毛刺和缺棱等缺陷。16.2.3.4对接焊口的端面斜度1d2mm，（d-管外径）16.2.3.5坡口以外两侧10-15mm范围内，焊前进行清理油、锈、污物，并检查应无裂纹，夹层等缺陷。16.2.3.6焊件组装时应垫置牢固，以免在焊接和热处理过程中变形。16.2.3.7对口要求内外壁平齐，对于内径不等的板件和管件，应按附图16-4进行加工处理，对接单面焊的局部错口值不应超过壁厚的10，且1mm。对口间隙应符合表16.2的要求。焊口处母材应无缺陷

9、。 表16.2 坡 口 间 隙 尺 寸 表 单位：mm接 头型 式坡 口形 式焊 接方 法坡 口间 隙接 头型 式坡 口形 式焊 接方 法坡 口间 隙DS、 Q1-2DXS2-3V1-3A2-2.5T无坡口S0-2U.V/UA1.5-2VA2-2.5S2.5-3S2-3双VA2.0-3.5KS1-2S2.5-5搭 接S0-1A2.0-3.5S2-416.2.3.8除原设计冷拉口外，禁止强力对口。16.2.3.9严禁在坡口间隙内填塞它物。16.2.3.10焊接场所应高防风、雨、雪设施及防寒设施。16.2.3.11焊条使用前应进行烘干，各类焊条的烘干温度与时间见表16.3表16.3 各 类 焊 条

10、 的 烘 干 温 度 与 时 间焊 条 类 别烘干温度（）烘干时间（小时）准 注国外碱性焊条2503现场剩余焊条次日使用前烘干100，1小时国内酸性焊条1501-2国内碱性焊条3501-216.2.3.12焊丝使用前应进行除污除锈，直到呈现金属光泽为止。16.2.4焊前预热及补偿加热16.2.4.1焊接时允许的最低环境温度。1） 低碳钢为-20。2） 低合金钢及变通低合金钢-10。3） 中、高合金钢，中、高碳素钢为0。16.2.4.2预热温度的选择，常温下各种钢件的预热温度按工程一览表选择或按工艺曲线选择1） 6mm的合金板件及管件在负温时预热温度应比常温时预热温度值高20-50。2） 6mm

11、，的合金钢板及管件和15mm，的低碳钢，在环境为负温时亦应预热100-150。3） 异种钢焊接，预热温度应按可焊性差的一侧选择。16.2.4.3接管座与主管焊接时，按主管规定选择。16.2.4.4非承压部件与承压部件焊接时，按承压部件的规定选择。16.2.4.5加热热源的选择。1） 对于预热要求不严格的非承重，承压部件及变形度要求不严格的工件，或选用火焰加热。2） 对预热均匀程度要求较严格的结构简单的薄壁承压部件，应用电阻炉及履带加热器加热。3） 对预热均匀程度要求严格，结构复杂和厚壁（25mm）部件采用电感应加热。16.2.4.6预热段宽度，自焊缝中心线开始每侧不小于3，且50mm。16.2

12、.4.7保温层，保温材料选用硅酸铝纤维。1） 保温层宽度，采用履带加热器加热时，其宽度应比加热器每侧增宽30mm，采用电感应加热器。其宽度应比加热线圈边缘每侧增宽30mm。2） 保温层厚度，采用履带加热器及电阻炉时，厚度选为30-50 mm；采用电感应加热时厚度选为20-30mm。16.2.5焊接16.2.5.1点固焊：对口要求的各项条件达到后，进行点固焊，点固焊的焊接工艺参数，焊接材料，焊工等条件与正式底层焊缝施工相同，点固焊缝的分布应在整个焊缝上均匀分布，d 200mm的管子采用四点点固。焊缝厚度应与底层焊缝相同，焊缝长度在10-30 mm之间选择，管径大时选择较大的焊缝长度。16.2.5

13、.2底层焊缝的焊接；对于要求单面焊双面成型的底层焊缝有氩弧焊和电弧击穿焊两种方法；对于不要求透度的焊缝可不采用氩弧焊及击穿焊法而采用非击穿电弧焊。1） 需要氩弧打底的结构：工作压力64kg/cm2或T450汽、水管道，再热管道，冷却水及润滑油，调速油管道，不锈钢管道，主汽，再热蒸汽主管道上的疏水管道，15M03C 以上合金成分的合金管道氩弧打底进行充氩保护。2） 对于振动轻，压力小而对工质纯净度要求高或要求抗裂性好的板及管结构，有较大的空气流或负压并无法消除时，可采用击穿焊。3） 对抗裂性要求小的变通结构，如承重，承压部件可采用非击穿法焊接。4） 氩弧打底焊接工艺参数按氩弧焊工艺选择。5） 采

14、用击穿法焊接底层焊缝时，应采用抬、顶、灭方法运条操作为宜，以使焊缝的成型良好及保证焊缝质量。6） 底层焊缝的厚度应以所用焊条，焊丝的直径大小为宜。16.2.5.3充填层及表面层焊接，以手工电弧连续运弧焊接为宜。1） 4mm的工件采用多层焊。2） 坡口宽度大于四倍焊条直径时采用多道焊。3） 每道焊道的宽度为3-4倍的焊条直径，平均每层焊层的厚度等于所用焊条的直径，最大值3d焊条。4） 各层道间的焊渣应严格清理，避免缺陷产生，底层焊缝经检查合格后应及时进行充填焊。5） 多层多道焊的焊接顺序应合理安排，如图16.1，尽可能减少焊接顺序不合理造成的焊接应力。图16.16） 各层道焊接电流的选择，依据I

15、H=(3050)d选择，d为焊条直径，单位为mm，IH为焊接电流，单位为安培，以在正常焊接速度下能形成并保持良好的椭圆开熔池为宜，严禁采用过大的焊接电流焊接而产生焊缝过烧，劣化焊缝质量，IH不得低于20d，防止出现未熔合缺陷，保证焊缝成型和焊接质量。7） 焊接操作中严格控制焊缝形状系数，保证B/H=1.5左右，否则焊缝质量差，成型不好。8） 多层多道焊缝的接头应相互错开1020mm，收弧时应填满熔池，接头应叠压510mm。9） 禁止在工件上随意引弧及试验电流和焊接临时支撑物。10） 易淬硬裂纹的高合金工件，焊接时应设置引弧板。11） 焊接时工件应防止冷却速度过大，（铸铁的冷焊除外）。除做好焊前

16、准备的有关事项外，管道焊接还应防止穿堂风。12） 直径大于194mm的管件，采用二人对称焊接，焊接过程中应保持二人采用的焊接线能量及其它焊接参数的一致性。13） 焊缝除工艺或检查要求分次施焊外，应连续一次完成，否则应做好防裂措施，再焊前对焊缝进行检查是否出现裂纹，如有裂纹应首先清除，然后再进行焊接。14） 直径大于1000mm的管道或容器的对接焊缝应采用“”型坡口，以面焊的焊接工艺15） 焊接过程中，如发现焊接缺陷，应及时进行挖补，焊缝上同一缺陷位置的挖补次数不得大于两次，需要立即热处理的接头，应在热处理后进行反修，反修后再进行一次热处理。16） 表层焊缝应过度园滑，不得出现咬边及熔坑。宽度，

17、加强高度及不均匀程度不应超出质量标准的合格范围。17） 焊缝焊后，焊工要首先进行自检，自检合格后，在焊缝近区打上焊工代号钢印。18） 对易产生延迟裂纹的钢焊后应及时热处理，否则应进行250-350后热，缓冷，其加热宽度与热处理相同。19） 冷拉口应在焊接热处理完毕后，方可拆除冷拉工具。16.2.5.4手工钨极氩弧焊工艺。 有关焊接电源，部分焊接材料，坡口型式及尺寸等选择见十六章焊前准备部分。下面着重介绍其他参数的选择及工艺方法。1） 焊接参数选择。（1） 焊接电流根据工件和预热的情况而定，工件的厚度大，导热系数大，预热温度低时，应选用较大的焊接电流。否则，应选用较小的焊接电流。焊接电流过小时，

18、易产生未焊透，气孔和夹渣。焊接电流过大时，出现内凹，咬边，焊瘤，气孔，裂纹等缺陷。一般以使焊缝在正常焊接速度下形成并保持椭圆形溶池为宜，可参照表16-2-4选择。（2） 焊丝直径的选择，应据工件厚度及坡口钝边厚度和焊接电流、坡口间隙而定，工件厚度、钝边度厚大；焊接电流大；坡口间隙大，焊丝直径应选大些。否则，应小些。可参照表16.4选择碳素钢，普低钢，耐热钢铁焊接参数。碳素钢、普低钢、耐热钢TiG手弧焊表16.4 规范喷咀直径D=8mm板及钝边厚度电 流焊丝直径焊接速度气体流量（mm）正极性（A）（mm）(mm/min)(L/min)0.91001.6300-3704-51.2100-1251.

19、6300-4504-51.5100-1401.6300-4504-52.3140-1702.4300-4504-53.2150-2003.2250-3004-5当工件为不锈 钢时，可按表16.5的参数选择表16.5 不透钢对接TiG手工规范板、钝边厚（mm）间 隙（mmi）电 流正极性（A）焊 速(mm/min）钨 极（mm）焊丝直径（mm）气体流量（L/min）1050-80100-1201.614-62.40180-120100-1201.626-103.202105-150100-1202.42-3.26-10402150-200100-1502.43.2-46-1040100-1501

20、50-200120-160120-1502.43.2-46-10（3） 钨极直径应依据所需的焊接电流按表16.1选择。（4） 喷嘴直径应采用的钨极直径按下式计算选择。D=2dw +4(mm)。（5） 氩气流量依据喷嘴直径D按Q=(0.8-1.2)D选择，D值大时，选择较大的系数，Q的单位为L/min.也可参照表16.4，表16.5选择。（6） 预热温度选择，可低于电弧焊所采用的预热温度100-200左右。对于可焊性不很坏的钢及结构采用氩弧打底焊时不进行预热，对于X20GrMoV121等可焊性很差的钢，要求按工艺图所给出的预热温度值进行预热，对于散热系数很大的有色金属铜，铝及其合金应预热到300

21、-450（7） 坡口间隙按表16.2选择，不锈钢按表16.5选择，铜 、铝及其合金在铝及铝合金氩弧焊部分中说明。2） 工艺方法（1） 采用接触引弧时，不应用划擦法，应将钨极向坡口处轻轻一点，不得用力过猛，最好采用高频引弧装置线弧。（2） 运弧，就采用直线开运弧，否则，焊枪的横向摆动幅度亦小于5mm。（3） 收弧，应将电弧引向坡口边缘停弧，最好采用电流不衰减装置对电流进行衰减，焊缝中心突然继弧，不得在应力集中处停弧。（4） 焊接过程，焊丝熔化端的端头不得离开保护区。（5） 坡品及焊丝的清理应比电弧焊的要求严格，不得有油，锈等污物残留。（6） 焊缝的背面，对于氧化钢应充氩保护，背面充氩保护的气体流

22、量，就装设不影响焊枪中气体流量的另一套供气装置。其流量以不影响成型为宜。（7） 合金钢大径厚壁管（200mm,20mm）或裂纹倾向大的径管（200mm）采用二人对称焊接。（8） 冷拉口应在充填焊及热处理后，方可松开冷拉工具。（9） 焊接速度应适中，可参照表16.4及表16.5选用和控制，以在焊接中能保持稳定的椭圆开熔池为宜。（10） 焊枪的角度，应始终保持与熔池处切线呈后倾70-80角度，并保持喷嘴轴线始终在管中平面内。16.2.5.5手工堆焊工艺。堆焊种类较多，在此只交待有关手工电弧堆焊工艺。1） 据工件的材质性能及化学性能，选择适当的焊接材料，有时还要据工件的使用要求选择焊接材料，有关堆焊

23、材料的性能，成分见附表16-5。2） 焊接材料的化学成分与基体有很大的差异时，就采用中间过渡层焊接方式，过度层的层数一般为一层，厚度不大于4mm。3） 焊前，应对工件的被堆焊面，进行清理铣除死角修整园滑，将其表面的残余油，锈污物清理干净，露出金属光泽。4） 前次堆焊的焊层应车削清除干净。5） 清理后对被焊工件表面进行缺陷检验，无缺陷时方可做下一步的准备工作。6） 对塑性差的材料，过渡层焊接材料就用“A”体焊条或Ni基焊条，其他过渡层按成分过渡的原则选择。7） 对于易变形或易裂的材料，应进行适当的预热，对于高碳钢及厚壁普通钢，应预热100-250，对于裂纹倾向大的高合金钢等应预热250-400，

24、对于散热系数大的有色金属，应预热300-500（铸铁等材料的冷焊除外）。此外还应根据焊接材料所需的预热温度综合考虑选择。常用堆焊焊条的预热附表16-4。8） 焊条的烘干，使用前应对焊条进行适当的烘干，碱性焊条应进行350，1-2小时的烘干，酸性焊条应进行150，1-2小时的烘干。9） 焊接中应采用小线能量，窄道，直线运条施焊，焊条金属应短路过渡，Ih=10(3.5-4)dH,L50mm10） 堆焊，对同质，同成分的母子材和焊条，其堆焊层数无要求，对于焊条成份与母材差异很大的堆焊层，如在低碳，低合金钢基体上堆焊硬质合金，堆层一般不能小于3层。每层厚度应dH（dH为焊条直径）。否则，堆焊层表面有较

25、多的母材溶入，合金成份下降，性能差。但层数也不能过多，否则，堆焊层过厚，使内应力增加，易产生裂纹，一般不超过五层。11） 合理地安排焊接顺序及排列焊道，使焊道在焊件的堆焊部位均匀分布。12） 对于体积较小的工件，其热容量较小，应防止其过烧，减小焊接电流，增加息弧时间。13） 对于非堆焊部位，应加以防护，以防被电弧及飞溅熔滴打伤，使工件报废。14） 堆焊应一次完成，以防过大的周期性热应力作用，损坏工件。15） 除一般单个小孔外，均不应局部堆补。必须局部堆补时，应采取必要的防变形及降应力措施，如采用冷焊法，选用高塑性，低强度焊条，对焊缝进行锤击消应力，焊后对焊件进行整体热处理等。16） 堆焊层如要

26、进行加工的，还应满足加工方面的要求，如堆焊层厚度应有足够的加工余量，硬度很高的堆焊层，在加工前应进行退火软化处理，加工后再进行淬火或正火加回火处理。17） 对于要求焊后热处理的材料，还应按规定进行热处理，几种焊接材料堆焊后热处理参数见附表16-4。18） 硬度较高，裂纹倾向较大的材料应控制其冷却速度，使其在降温过程中缓冷，一般在保温条件下冷却，（此条中的材料包括焊接材料及母材）。19） 有关有色金属暹焊按有色金属的焊接工艺执行。16.3 裂纹缺陷的挖补工艺16.3.1清理裂纹及坡口加工1） 对于裂纹倾向大的薄壁脆性材料，在打磨及铣削之前，在裂纹的两端点外5-10mm外钻截止孔，其直径视裂纹的横

27、向受力大小而定，受力较大时，其孔么应大些，受力较小时其孔么就小些，一般孔径在3-6mm之间，防止裂纹在处理中扩展。2） 用砂轮或用钢铣对裂纹进行铣磨，直到彻底清除裂纹，而后将侧面的棱角和死角进行磨光，其铣磨后的凹槽应便于以后的坡口制做。3） 裂纹清理后，应对该部位进行表面探伤检验，如有裂纹没有被清除，就继续铣磨，直到检查无裂纹存在为止。4） 坡口制作，将经检查的凹槽进一步打磨加工，制作成“V”型或“U”型坡口，其型式视工件坡口，两尖端应磨成缓坡形与工件表面过渡园滑。16.3.2焊接材料的选择，据材料的性能选择。1） 对于无需进行热处理的材料或热处理条件能达到的条件下，选用与母材化学成份相同等强

28、度焊条。2） 对于无热处理条件的结构和材料，且材料和结构要求应力小，变形小时，选用同强度的铬镍“A”体钢焊条。3） 选用抗裂性好，有良好韧性的低氢型焊条。4） 尽可能选用较小的焊条直径。16.3.3用于焊接的电源，应采用直流反极性连接。16.3.4焊条要按着规定，进行充分的烘干处理，一般为250-1.5小时。16.3.5焊接规范及方法的选择。1） 预热，对可焊性较好的材料及冷焊时，工作无需预热，可在作好焊接准备的情况下直接进行施焊；对于可焊性差的材料和结构，应按规定进行预热。组织应力很大的材料，预热温度应高于Ms。2） 对于可焊性差的材料；除了按规定预热外，应设法减小结构的拘束度。3） 对于焊

29、缝强度要求不太高或非承压易裂部件及结构，可采用冷焊的焊接工艺，焊接时采用小电流，窄道，短段焊接，如焊缝长度较长时还应采取倒退焊法，焊接过程中，焊缝上任意两点的温度差不能大于40-50，同时对焊缝进行锤击消除应力。4） 对于焊缝强度要求高的或承受强载荷可焊性差的部件及结构，应采用热焊工艺，整个焊接过程焊缝温度应大于Ms，焊后还应进行高温回火或消氢处理，加热时应考虑工件的变形，采用较慢的热处理加热速度，焊接时应采用小的焊接电流。5） 对于变形和应力要求极严的焊接结构及工件，应采用钨极氩弧焊焊接方法。采用握弧焊工艺。6） 尽可能采用多层，多道焊，焊缝与母材之间过渡应园滑，不得有咬边和留有弧坑，有延迟

30、裂纹倾向的钢要及时进行热处理。16.3.6缺陷焊缝挖补后的热处理参数及要求与正常焊后热处理相同。16.4 几种常用材料室温下焊接时存在的问题和采取的措施16.4.1碳素钢16.4.1.1低碳钢（C0.60）1） 存在的问题：碳含量高，淬硬倾向大，易产生裂纹和气孔。2） 措施：（1） 焊条：选用低氢型焊条，使用前进行烘干350-1-2H，使用中严防潮吸。（2） 焊接电源：采用直流反极性连接。（3） 操作：逆向，短段，多层焊法，焊道在整个焊缝上均匀分布，较大的结构和焊缝长度采用二人对称焊接。（4） 焊接电流：比焊接低碳钢所用的电流小于10-15，采用小的焊接线能量。（5） 预热：对中碳钢，预热100-250.对高碳钢，预热200