金属材料焊接知识

1、金属材料焊接知识第一节 金属材料焊接性的基本概念一、焊接性的定义 金属的焊接性是指材料对焊接加工的适应性， 主要指在一定的焊接工艺条件 下，获得优质焊接接头的难易程度，它包括两个方面的内容。（1）接合性能：既在一定的焊接工艺条件下，一定的金属形成焊接缺陷的 敏感性。（2）使用性能：既在一定的焊接工艺条件下，一定金属的焊接接头对使用 要求的适应性。金属焊接性的内容是多方面的， 对于不同材料、不同工作条件下的焊件，焊 接性的内容不同。因此焊接性只是相对的概念。二、影响焊接性的因素金属材料焊接性的好坏主要决定于材料化学成分，而且与结构的复杂程度、 钢度、焊接方法、采用的焊接材料、 焊接工艺条件及结构

2、的使用条件有密切关系。1结构因素焊接接头的结构设计会影响应力状态， 从而对焊接性产生影响， 焊接时应尽 量使焊接接头处于钢度较小的状态， 使之能够自由收缩， 这样有利于防止焊接裂 纹。2材料因素 材料因素包括母材本身和使用的焊接材料，如焊条、焊丝、焊剂、保护气体 等。它们在焊接时都参与熔池或半熔化区内的冶金过程，直接影响焊接质量。母材或焊接材料选用不当时， 会造成焊接金属化学成分不合格， 力学性能和 其他使用性能降低：这会出现气孔、裂纹等缺陷。也就是使结合性能变差。3工艺因素对于同一母材， 当采用不同的焊接工艺方法和工艺措施时， 所表现的焊接性 也不同。 焊接方法对焊接的影响， 首先表现在焊接

3、热源能量密度大小、 温度高低 以及热输入的多少。工艺措施对防止焊接接头缺陷， 提高使用性能也有重要的作用。 如焊前预热、 焊后缓冷和去氢处理等，他们对防止热影响区淬硬变脆、降低焊接应力、 避免氢 致冷裂纹是比较有效的措施，另外，如合理安排焊接顺序，则能减小应力变形。4使用条件焊接结构的使用条件是多种多样的， 有在高温、低温下工作，在腐蚀介质中工作及在静载或动载工作下工作等。在高温工作，可能产生蠕变， 在低温工作或 有冲击载荷工作时，容易发生脆性破坏， 在腐蚀介质下工作时， 接头要求具有耐 腐蚀性。总之，使用条件越不利，焊接性就越不能保证。第二节 低碳钢的焊接目前我国锅炉和压力容器生产中最常用的

4、低碳钢是 Q235B、Q235C 和 20g 等，由于它的含碳量（含碳量在 0.25%以下），及其他合金元素少，这类钢材焊 接性能良好。一、低碳钢焊接特点 1可装配成各种不同接头，适应各种不同位置施焊，且焊接工艺和技术比 较简单，容易掌握。2焊接一般不需要预热。若在寒冷地区焊接，也可以将焊件预热至150左右。3塑性较好，焊缝产生裂纹和气孔的倾向小，可制造各类大型构架和压力 容器。4不需要使用特殊的设备，对焊接电源没有特殊要求。交直流弧焊机都可 以焊接， 但在焊接低碳钢时， 如焊条或工艺规范选择不当， 可能出现热影响区晶 粒长大，温度越高，热影响区在高温停留时间越长，晶粒长大越严重。二、低碳钢焊

5、接低碳钢几乎可采用所有的焊接方法来进行焊接， 并都能保证焊接接头的良好 质量。用得最多的焊接方法如手工电弧焊，埋弧自动焊、电渣焊、氩弧焊和二氧 化碳焊等。1手工电弧焊焊接低碳钢的手工焊焊条见表 12-1、表 12-3、表 12-4，焊条的选择主要是 根据被焊接低碳钢的强度等级以及焊接结构的工作条件。表 12-1 常用低碳钢（部分）的焊接材料钢号手工焊自动焊焊条牌号焊丝牌号焊剂牌号Q235A ?B结 422H08A焊剂 43120R结 422 结 426 结 427H08MnA焊剂 43120g结 422 结 427H08MnA焊剂 431焊接规范的确定， 主要考虑焊接过程的稳定、 焊缝成型的良

6、好及焊缝中不产 生缺陷。当基本金属厚度较大或周围温度较低时， 由于焊缝金属及热影响区的冷却速度很快，也有可能出现裂缝， 这时需要对焊件进行适当预热， 预热温度一般 为 100-150。2埋弧自动焊低碳钢的自动焊接头的等级强度， 主要靠选择相应焊丝和焊剂来获得。 焊丝 和焊接见表 12-2。表 12-2 常用低碳钢（部分）的焊接材料钢号埋弧自动焊二氧化碳气体 保护焊焊丝焊丝牌号焊剂牌号Q235A ?BH08A焊剂 431H08Mn2SiA20RH08MnA焊剂 431H08Mn2SiA20gH08MnA焊剂 431H08Mn2SiA表 12-3 几种常用碳钢焊条的化学成分（ % ）焊条 牌号国际

7、 型号MnSiNiCrMoVSPJ422E4303J427E43151.25 0.090.30 0.20 0.30 0.08 J426E4316J502E5003J507E50150.0350.040J506E5016J507HE50151.60 0.750.30 0.20 0.30 0.08 J507CE5015J506DE5016 元素总量不大于 1.5 ； 元素总量不大于 1.75 。表 12-4 几种常用碳钢焊条的力学性能焊条 牌号国际 型号S（ Mpa ）0.2（ Mpa ）S（）A KV（J）温度（）J422E4303420 33022270J427E431530J426E4316

8、J502E5003490 410200J507E50152230J506E5016J507HE5015J507CE5015J506DE5016比起手工焊， 埋弧自动焊可以采用较大的焊接规范参数，生产效率高， 熔深 也较大。 在生产实践当中， 采用埋弧自动焊焊接较厚工件时， 可以用一道或多道 焊来完成，厚壁容器一般均采用多道埋弧自动焊。在多层自动焊时， 焊第一层是 值得注意的。因为焊第一层时， 基本金属的熔入比例较大， 若遇到基本的含碳量 处于规范范围的上限， 在焊缝中含碳量就可能略有升高；同时，第一层埋弧自动 焊容易形成不利的焊缝横截面形状（如所谓 O 形截面），容易产生热裂缝。因此 在多层自

9、动焊焊接厚板时， 要求焊坡口根部第一层时采用的焊接规范比焊上面几 层的小些。如采用手工焊打底埋弧自动焊，上述情况就不太突出。在进行环缝自 动焊时，为防止熔池中金属外流及保证自动焊焊剂的良好保护作用。 焊丝的位置 应从最高处朝旋转的相反方向作偏移，以使熔池中液态金属保持在焊件的上表 面。第三节 低合金钢焊接一、概述在碳素钢中加入一定量的合金元素， 可以大大提高钢的强度， 并能获得各种 特殊的性能，这种钢称为合金钢。合金元素总质量分数小于 5%的合金钢称为低 合金刚。低合金刚加入合金元素有 Mn 、Si、Mo、V、Ti、Cu、B、Cr、Ni 等。 这些合金元素的加入使钢材具有强度高、韧性好、耐磨、

10、耐腐蚀、耐高温、耐低 温等一系列优良性能。二、低合金结构钢的分类低合金结构钢是以该钢材的屈服点进行分类的，其牌号和化学成分见表 12-5，新旧低合金结构钢的标准牌号对照见表 12-6。表 12-5 低合金高强度结构钢的牌号和化学成分（GB/T1591-94 ）牌号质量等级化学成分（质量分数） （）CMnSiPSVNbTiAlCrNiA0.201.001.600.550.0450.0450.020.150.0150.0600.02 0.20Q345B0.201.001.600.550.0400.0400.020.150.0150.0600.02 0.20C0.201.001.600.550.03

11、50.0350.020.150.0150.0600.02 0.200.015D0.181.001.600.550.0300.0300.020.150.0150.0600.02 0.200.015Q345E0.181.001.600.550.0250.0250.020.150.0150.0600.02 0.200.015表 12-5 低合金高强度结构钢的牌号GB/T1591-94GB1591-88Q34512MnV 、 14MnNb 、16Mn、16MnRE、18Nb三、低合金结构钢的焊接性低合金结构钢焊接时的共同特点是焊缝和热影响区具有不同程度的淬硬倾 向，对氢的敏感性强，焊接应力较大时，焊接

12、接头易产生裂纹。1焊缝和热影响区的淬硬倾向低合金结构钢中强度等级和含碳量较低的一些钢种，如Q295（09MnV 、09Mn2）等，焊缝和热影响区的淬硬倾向并不大，随着强度等级的提高，钢中碳 和合金元素的含量增加， 热影响区的淬硬倾向就增大， 热影响区组织中马氏体组 织所占的比例也就增大。影响热影响区淬硬程度的因素很多，其中只要有： （1）材料和结构方面的因素。如钢材的品种、化学成分、厚度、接头形式及 焊缝尺寸等。（2）焊接工艺方面的因素。如焊接工艺方法、焊接参数、焊缝附近的起焊温 度等。焊接热输入较大时，可以防止淬硬组织，但却容易产生魏氏组织；焊接热 输入较小时，则相反。因此对于不同的钢种，应

13、该分别选择不同的焊接参数。2焊接裂纹低合金结构钢焊接时， 在焊接接头中可能产生的焊接裂纹有冷裂纹、 热裂纹 和再热裂纹。（ 1）冷裂纹。冷裂纹是低合金结构钢焊接时常见的一种裂纹， 并且往往有延 迟的性质。焊接强度强度等级较低的低合金结构钢时，由于淬硬倾向很小， 焊缝 和热影响区金属的塑性较好， 故产生冷裂纹的可能性不大。 冷裂纹主要发生在强 度级别较高钢材的厚板结构中。（ 2）热裂纹。低合金结构钢产生热裂纹的可能性比冷裂纹小得多， 只有在原 材料化学成分不符合规格（如含 S、C 量偏高，严重偏析）时才有可能产生。（ 3）再热裂纹。含有 V 、 Cr、Mo 、B 等合金元素的低合金结构钢有产生再

14、 热裂纹的倾向。四、低合金钢的焊接工艺特点1焊接材料的选用 低合金结构钢是强度钢，所以应该按照等强度的原则选择对应的焊接材料。 焊缝金属的强度不宜超过母材过多，否则会使焊缝塑性降低，甚至会产生裂纹。 另外，选择焊接材料时，还要考虑到焊件的厚度、坡口形式、焊后的冷却速度和 对焊缝金属使用性能的特殊要求等。焊接低合金结构钢用焊条、焊丝及焊剂见表 12-7表 12-7 焊接低合金结构钢用焊条、焊丝及焊剂钢材牌号焊条电弧焊用 焊条型号埋弧焊焊前预热焊丝牌号焊剂牌号Q295E4301E4315E4303E4316H08AH08MnAHJ431一般情况下不预热E5001E5003I 形坡口 H08A 中厚

15、板开坡口 H08MnA HJ431一般情况下Q345E5015E5016厚板开坡口H10Mn2H10MnSiH10Mn2HJ350不预热I 形坡口 H08MnAE5015E5016中厚板开坡口H10MnSi HJ431一般情况下Q390E5501E5516H10Mn2不预热或预热E5515H08Mn2Si100150厚板开坡口H08MnMoAHJ350HJ250Q420E5515E6016E6015E5516- D1- D1H08MnMoAHJ431HJ350预 热 150 以上施焊Q460E7015- D2H08Mn2MoAH08MnMoV AHJ350HJ250预 热 150 以上施焊2焊

16、接参数的确定 焊接参数对低合金结构钢焊接接头的性能有着直接的影响。 焊接参数影响到 焊缝的冷却速度，当选择较大的焊接参数时，即热输入大，则焊缝冷却速度小； 反之，选择较小的焊接参数时冷却速度则大。所以，为减小过热区的淬硬倾向， 焊接参数应选择大些。对于过热敏感、 且有一定淬硬性的钢材，焊接时要用小的焊接参数，以减少 焊件在高温停留的时间；同时，采用预热措施，以减少过热区的淬硬程度。预热的防止裂纹和热影响区出现淬硬组织的有效措施。 预热温度的选择与钢 材的化学成分、板厚、焊件的刚度、接头的形式和环境温度有关。预热温度的选 择见表 12-8。对于厚板或强度等级较高， 且有延迟裂纹倾向的低合金结构钢

17、， 要求焊后及 时进行回火处理，以消除焊接残余应力， 改善热影响区的显微组织， 使残留在焊 缝中的氢能够逸出。几种常用低合金钢焊前预热及焊后处理参数见表 12-8。表 12-8 低合金结构钢焊前预热及焊后热处理的参数钢材牌号预热温度（）焊后热处理参数焊条电弧焊电渣焊Q295（09MnV 、 09Mn2 ）不预热（一般供应的 板厚 16mm）不热处理Q345（ 16Mn 、 12MnV 、 14MnNb ）100150（ 30mm）600650回火900930正火600650回火Q390100150550或 650回火950980正火（15MnV 、16MnNb ）（ 28mm）550 或 65

18、0回火Q420（ 15MnVN 、 14MnVTiRE ）100150（ 25mm）950正火650回火五、常用低合金钢的焊接工艺（一） Q345（16Mn）钢是利用我国富有资源 Mn 、Si 为合金元素，其屈服点大于 345MPa，是我国 产量最大、应用最广的低合金结构钢。 16Mn 钢的化学成分和力学性能见表 12-9表 12-9 Q345（16Mn ）钢的化学成分和力学性能化学成分的质量分数（）力学性能（不低于）CSiMn屈服点 （MPa）抗拉强度 （ MPa ）伸长率（） 0.200.551.00 1.60275 345470 5302122（1）焊接性。 16Mn 钢具有良好的焊接性

19、，淬硬倾向比 Q235 钢稍大些。在 大厚度、大刚度结构上进行小焊接参数，焊接时可能出现裂纹，特别是在低温条 件下进行焊接。因此， 在低温条件下焊接时应进行适当的预热， 焊件厚度超过一 定范围时应按有关规定进行焊后热处理。（2）焊接方法。常见的焊接方法都可用于 16Mn钢的焊接。 16Mn钢的焊 条电弧焊：焊条电弧焊时应采用强度等级为 E50 的焊条，应用最多的是 E5015 焊条。对于要求不高的焊件，可采用 E5001焊条和 E5003焊条。 16Mn 钢的埋 弧焊：埋弧焊时选用 HJ431 焊剂和 HJ350 焊剂，配合 H08MnA 焊丝、 H10Mn2 焊丝或 H10MnSi 焊丝，可

20、以得到很好的效果。当焊件开 I 形坡口时，一般可选 用 H08MnA 焊丝；对于开其他形状坡口焊件的焊接，选用合金元素含量较高的 焊丝 H10Mn2 和 H10MnSi ；对于大厚度深坡口的焊件，可选用 H10Mn2 焊丝， 这样都可以保证得到力学性能较高的焊接接头。 16Mn 钢的 CO2 气体保护焊： 采用的焊丝有细焊丝和粗焊丝两种，前者主要用于薄板结构及厚板窄间隙焊接； 后者用于中厚板结构或铸钢件补焊中，焊丝牌号常用 H08Mn2Si 和 H10MnSi 。（二） Q390（15MnV 和 15MnTi ）钢的焊接15MnV 钢和 15MnTi 钢属于 390MPa级的低合金结构钢。 它

21、们分别是在 16Mn 钢的基础上加入 （V）为0.02 0.20 和（Ti ）为 0.02 0.20 炼制而 成的。V 或 Ti 的加入，能使钢材强度提高，同时又能细小晶粒、减少钢材的过 热倾向。 15MnV 钢和 15MnTi 钢的化学成分和力学性能见表 12-10。表 12-10 15MnV 钢和 15MnTi 钢的化学成分和力学性能钢号化学成分的质量分数（）力学性能（不低于）CMnSiVTi屈服点 （ MPa ）抗拉强度 （MPa）伸长率（）15MnV 0.201.00 1.600.550.02 0.20330390490 650192015MnTi 0.201.00 1.600.550

22、.02 0.20330390490 6501920（1）焊接性。这类钢焊接性较好。当板厚小于 32mm、在 0以上焊接时， 原则上可不预热；当板厚大于 32mm 或在 0以下施焊时，应预热到 100150， 焊后采用 550560回火处理。（2）焊接方法。常用的焊接方法都可以用于这类钢的焊接。埋弧焊，对 于厚度较小，焊后不回火的焊件，可采用 H08MnA焊丝配合 HJ431 进行焊接；对 于厚度较大或坡口较深的焊缝，则采用 H10Mn2焊丝或 H08Mn2Si焊丝配合 HJ431 或 HJ350 进行焊接；对于特大厚度深坡口的焊缝可采用 H08MnMo焊A 丝配合 HJ431 或 HJ350、

23、HJ250 进行焊接。焊条埋弧焊，对于厚度不大、坡口不深的结构， 可采用 E5015焊条、 E5016焊条；厚度较大的结构应采用 E5503 - G焊条；对于 不重要的结构，也可采用 E5501焊条、 E5503焊条。 CO2气体保护焊，焊接用 焊丝采用 H08Mn2SiA 。电渣焊，采用H10MnMoV焊A丝或 H08Mn2MoV焊A丝配合 HJ431 焊剂或 HJ360 焊剂。（三） 18MnMoNb钢R 的焊接18MnMoNbR钢是采用铌来强化的中温压力容器用钢。 18MnMoNbR钢的化学成 分和力学性能见表 12-11。表 12-11 18MnMoNbR钢的化学成分和力学性能化学成分

24、的质量分数（）力学性能（不低于）CMnSiNbMo屈服点 （MPa）抗拉强度 （MPa）伸长率（）0.221.20 1.600.15 0.500.025 0.0500.20 0.400.45 0.65410 44057074017（1）焊接性。 18MnMoNb钢R 碳当量的质量分数为 0.57，所以焊接性较差， 焊接时具有一定的淬硬倾向， 故焊前除电渣焊外一般需要预热， 预热温度为 200 250。为防止焊后产生延迟裂纹，焊后应立即进行热处理。电渣焊接头焊后进 行 900 980正火加 630 670回火处理，如遇钢材性能偏低或要更充分发挥 钢材的性能潜力， 可采用调质处理； 在焊条电弧焊或

25、埋弧焊后进行回火或消除应 力热处理，其加热温度通常比钢材回火温度约低 30。（2）焊接方法。 18MnMoNbR钢焊接装配定位有应局部预热到 200以上，否 则会在焊接热影响区产生微裂纹。焊条电弧焊时，可采用 E6016 - D1、E7015 - D2 等抗拉强度大于 650MPa的 焊条，使用时应严格遵守碱性焊条的使用规则， 彻底清除焊件坡口的油、 污、锈、 水，以免由氢引起冷裂纹。埋弧焊时，焊丝可选用 H08Mn2MoA或 H08MnMo，A配合 HJ252 焊剂或 HJ350 焊剂，焊接时层间温度应控制在 300以下。电渣焊时，可选用 H10Mn2Mo或A H10Mn2MoV两A 种焊丝

26、，配合 HJ431焊剂或 HJ250焊剂、 HJ360焊剂。（四）珠光体耐热钢的焊接 耐热钢是指用于制造在高温下长期使用的零件而专门冶炼出来的一种工业 用钢。这种钢在高温下具有足够的强度和抗氧化性，珠光体耐热钢是以Cr、Mo为主要合金元素的低合金结构钢， 由于它的旗本组织是珠光体， 故称为珠光体耐 热钢。常用珠光体耐热钢的化学成分、室温力学性能和高温力学性能见表12-12。表 12-12 常用珠光体耐热钢的化学成分、室温力学性能和高温力学性能钢号化学成分的质量分数（）热处理状态常温力学性能高温性能CMnSiCrMoWV抗拉 强度 （MPa）屈服 点 （MPa）伸长 度（）冲击 韧度/（ J/c

27、m2）温度 （）抗久强度（105h/MPa）蠕变极限 1（ 105h/MPa）900930正火0.080.400.170.400.4048020015312CrMo0.150.700.370.700.55680 730回火（缓 冷到 300空冷）410265241105105401207070350.120.400.170.800.40900正火5001001408015CrMo0.180.700.371.100.55650回火44029522945505070450.080.400.170.900.250.1510001020正火48020019012Cr1MoV740回火440255227

28、85201601300.150.700.371.200.350.3058080600.170.300.172.000.350.300.7010401060油淬6351458011014212014020Cr3MoWV A650720回火785345185560090 13854680.240.600.373.000.500.600.90620589536501珠光体耐热钢的特性珠光体钢的合金元素质量分数一般不超过 5，在 500 600有良好的热强 性，工艺性能好，比较经济，应用范围广泛。钢种 Cr、Mo含量的高低是决定钢 的抗氧化能力和高温强度的主要因素。 钢种的碳容易和铬形成化合物， 降低

29、固溶 体中铬的浓度，从而降低钢的抗氧化性能，所以耐热钢中碳的质量分数应在 0.25 以下。钒、钨、铌、钛等合金元素可与碳形成稳定的碳化物，提高珠光体 钢的高温强度。2珠光体耐热钢的焊接性 这种钢淬硬性倾向较大， 易产生冷裂纹，且多出现在焊缝和热影响区中，并 且在焊后热处理过程中易产生再热裂纹。3珠光体耐热钢的焊接工艺 （1）预热。预热是焊接珠光体耐热钢的重要工艺措施。为了保证焊接质量， 不论是在定位焊或焊接过程中，都应预热并保持在 150300的温度范围内， 用氩弧焊打底和 CO2 气体保护焊时，可降低预热温度或不预热。（2）保温焊和连接焊。所谓保温焊，是指在整个焊接过程中，应使焊件（焊 缝附

30、近 30100mm范围）保持足够的温度。因此在焊接过程中，应经常测量焊件 温度并不使温度下降。 所谓连续焊， 是指焊接过程最好不要间断， 如果必须间断， 则应在间断时使焊件缓慢均匀地冷却，再焊之前仍要重新预热。（3）短道焊。 短道焊也是为了使焊缝及热影响区缓慢冷却， 办法是如果要焊 一条长焊缝，则每一道不要焊太长， 使得被焊的这一段在较短的时间内重复受热。 厚板宜用多层多道焊，以增加焊缝自回火作用。 采用短道焊法， 焊缝和热影响区 的每一点在很短时间内都重复受热， 但这种方法有许多不便之处， 如果在焊接过 程中焊件温度并不低或有其他辅助加热方法，则不必采用这种方法。（4）焊后缓冷。焊后应立即用

31、石棉布覆盖焊缝及热影响区，使其缓慢冷却。（5）焊后热处理。 焊后应立即进行高温回火，以防止产生延迟裂纹，消除应 力和改善组织。 几种常用珠光体耐热钢焊条的选用及预热、 焊后热处理参数见表 12-13 。表 12-13 常用珠光体耐热钢焊条的选用及预热、焊后热处理参数材料牌号焊接工艺焊后热处理参数 （）预热温度（）焊条型号（牌号）12CrMo200 250E5515-B1（R207）68072015CrMo200 250E5515-B2（R307）68072020CrMo250 350E5515-B2（R307）650 68012CrMoV200 250E5515-B2-V（R310）71075

32、04珠光体耐热钢的焊接方法（1）焊条电弧焊。焊条电弧焊时焊条的选择是根据化学成分，而不是根据力学 性能选用。为了确保材料的耐热性， 焊条的合金含量应与母材相当或略高于母材。 珠光体耐热钢焊条的选用见表 12-13 。焊条电弧焊的优点是机动灵活，能进行全 位置焊，因而在铬 - 钼耐热钢管道焊接中应用十分广泛；但是，焊条电弧焊难以 建立起理想的低氢条件，从而使焊接工艺复杂化。珠光体耐热钢管对焊接的坡口形式见图 12-2 。U 形坡口用于较厚管子的对 接，这种坡口形式对坡口根部间隙要求严格， 否则对根部焊接质量有较大的影响。 带垫圈坡口形式的优点是根部间隙较大，便于运条，保证根部能焊透； 但必须注

33、意垫圈与管子间的间隙应小于 0.5 1.0mm。否则焊缝根部两侧容易产生裂纹。 （2）钨极氩弧焊。钨极氩弧焊的焊接气氛具有超低氩特点，焊接铬 - 钼耐热钢时 可以降低预热温度。 用钨极氩弧焊焊接珠光体耐热钢时， 焊接方法可以是手工钨 极氩弧焊打底时， 能清晰地看见焊接电弧和熔池， 焊接熔池小， 液体金属凝固快， 容易实现单面焊双面成形， 特别适用于小直径薄壁管的焊接。 钨极氩弧焊的缺点 是熔敷效率低，因此在焊接厚壁管时， 钨极氩弧焊只用做打底焊， 其余填充焊道 可采用焊条电弧焊。钨极氩弧焊打底时的坡口形式见图 12-3 坡口不留间隙，焊接时可以填充焊 丝也可以不填充焊丝。钨极氩弧焊打底的焊接参

34、数见表 12-14 。表 12-14 钨极氩弧焊打底的焊接参数管子规格钨极直径（ mm）钨极伸出 长度（ mm）焊接电流（A）喷嘴直径 （mm）填充焊丝 直径（ mm）氩气流量 （ L/min ）小直径薄壁管2.55 690 11082.0812大直径薄壁管2.56811013082.510 15目前，全位置机械化脉冲氩弧焊已成功地应用于珠光体耐热钢管子的焊接。 用这种方法焊接，既可以打底，也可以盖面，具有效率高、质量稳定的优点。材 料为 12Cr1MoV、规格为 38mm4mm管子全位置机械化脉冲氩弧焊的焊接参数见 表 12-15 。表 12-15 38mm 4mm 12Cr1MoV管子全位

35、置脉冲氩弧焊的焊接参数层次基值电流（A）脉冲电流（A）钨极离焊件 距离（ mm）脉宽比（）频率（Hz）旋转速度（ r/s ）气体流量 （ L/min ）打底层60701400.2 0.33540641/801216盖面层401702.8 3.03540641/801216注： 1焊丝： ER55 - B2L ， 1.0mm； 2钨极：铈钨极， 3mm； 3坡口形式： V形， a=500，钝边 2 25mm，根部间隙 0.8 1.4mm。常用珠光体耐热钢钨极氩弧焊时的焊丝型号及牌号见表 12-16表 12-16 珠光体耐热钢钨极氩弧焊用焊丝型号及牌号钢号12CrMo15CrMo12Cr1MoV焊

36、丝型号（牌号）ER55 - B2 ( TGR55CM )ER55 - B2L ( TGR55CML )ER55 - B2 (TGR55CM )ER55 - B2L (TGR55CML )ER55 - B2 - MnV( TGR55V )（ 3）熔化极气体保护焊。这种焊接方法可采用氩气加少量 CO2（或 O2）的氧化性 混合气体。这种气体也具有低氢特点。珠光体耐热钢熔化极气体保护焊平焊时主要采用射流过渡； 全位置焊时采用 脉冲射流过渡或短路过渡。 在实现耐热钢厚壁大直径管道机械化焊接方面， 熔化 极气体保护焊是很有前途的。 熔化极气体保护焊焊接珠光体耐热钢的焊丝选用见 表 12-17 。表 12

37、-17 熔化极气体保护焊焊接珠光体耐热钢的焊丝选用表钢号焊丝型号（牌号）12CrMoER55 - B2 （TGR55CM ）ER55 - B2L （TGR55CML ）15CrMoER55 - B2 （TGR55CM ）ER55 - B2L （TGR55CML ）12Cr1MoVER55B2MnV（ TGR55V ）（4）埋弧焊。埋弧焊熔敷速度快，特别适用于珠光体耐热钢厚壁压力容器的对 接纵缝和环境以及大型铸件和汽轮机转子的焊接。 埋弧焊的缺点是不能在任意空 间位置进行焊接，对于小直径管和薄壁构件难发挥其应有的效率。 珠光体耐热钢采用埋弧焊时用的焊丝和焊剂见表 12-18 。表 12-18 珠

38、光体耐热钢采用埋弧焊时用的焊丝和焊剂钢号焊丝牌号焊剂12CrMoH10MoCrA H13CrMoAHJ35015CrMoH08CrMoA H13CrMoAHJ35012Cr1MoVH08CrMoVAHJ250 HJ260第四节 不锈钢的焊接一、概述不锈钢即在空气中能抵抗腐蚀的钢， 这种钢铬的质量分数含 Cr 不小于 12, 在空气、水、蒸汽中不腐蚀和生锈。不锈钢之所以有良好的耐腐蚀性，是由于铬 可以使钢具有高的钝化能力。不锈钢在航空、化工和原子能等工业中，得到日益广泛的应用。各种不锈钢 都具有优良的化学稳定性，但并不是绝对不会生锈，如在加工、 使用和保养不当 时，不锈钢仍会生锈。在不锈钢中除含

39、有 Cr 以外，还可以加入 Ni、Mn等元素，以增加其抗腐蚀的 性能，使钢能抵抗某些酸性介质的腐蚀， 这种在酸、 碱及其他化学侵蚀介质中能 抵抗腐蚀的钢称为耐酸钢。在不锈钢中加入一定量的 Si 、Al 等合金元素，可提 高不锈钢在高温下的抗氧化性和高温强度，这种刚称为热强钢。耐酸钢、热强钢通常也称为不锈钢。耐酸钢、热强钢一般具有不锈的性质，但不锈钢不一定具有耐酸、耐热的性能。二、不锈钢的分类（1）按化学成分分。铬不锈钢： 1Cr13、1Cr17、 1Cr25Ti 等。铬镍不锈钢： 1Cr17Ni8、1Cr18Ni9 、12Mo3Ti等。（2）按显微组织分。奥氏体不锈钢：当钢中 （Cr）为 18

40、、 （Ni ）为 8 10时，便具有 稳定的奥氏体组织， 这种钢称为奥氏体不锈钢。 这类钢无磁性， 经淬火也不硬化， 但具有冷加工硬化性。奥氏体不锈钢具有良好的耐蚀性、塑性、 高温性能和焊接 性，是不锈钢中应用最广泛的一个刚种。 奥氏体不锈钢的主要缺点是含贵重合金 元素镍较多，属于这类钢的牌号有：1Cr17Ni7、1Cr17Ni8、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Si3、 0Cr25Ni20 等，应用最多的是 1Cr17Ni8、1Cr18Ni9Ti 。马氏体不锈钢：这种刚的显微组织为马氏体，特点是除含有较高的铬以外， 还含有较高的碳 （C）0.10.5 ，所以这类钢具有淬硬性，在热处理和 抛

41、光后具有最好的力学性能。属于这类钢的牌号有： 2Cr13、3Cr13、 3Cr13Mo、 8Cr17 等，其中以 2Cr13 应用最广。铁素体不锈钢：这种钢的显微组织为铁素体， （Cr）为 13 30的高 铬钢属于此类钢，其含碳量很低， （C）均在 0.15 以下。这类钢具有良好的 热加工性和一定的冷加工性，经过淬火也不会硬化，在加热到 475时会发生脆 化。属于这类钢的牌号有： 1Cr17、1Cr17MO、0Cr13Al 、1Cr25Ti 等。此外，还有一些复相钢，特别是奥氏体-铁素体型不锈钢，如 1Cr18Ni11Si4AlTi 、0Cr26Ni5Mo、1Cr21Ni5Ti 等，其具有很优

42、异的耐蚀性能， 尤其是耐应力腐蚀开裂性能。三、不锈钢的物理性能合金元素含量越多，导热性越差，而线膨胀系数和电阻率越大。 以18-8 型铬 的平均质量分数 （Cr）为 18，镍的平均质量分数 （Ni）为 9 不锈钢为 代表，其物理性能与低碳钢的比较见表 12-19 。表 12-19 18-8 型不锈钢和低碳钢的物理性能比较钢号电阻率 （ m） （20）导热率W/ （mk）热膨胀系数（10-6C-1）1005000 1000 650 18-8-873 10-816.3321.3516.918.7Q235-815 10-858.6241.8612.214.7四、不锈钢的耐蚀性能铬可以使钢具有高的钝化

43、能力， 不锈钢中含有大量的铬， 处于钝化态的不锈 钢其表面被致密的氧化膜所覆盖， 这层氧化膜对内部金属起着保护作用， 抑制金 属释放电子的溶解过程，降低腐蚀速度， 从而增加了不锈钢的耐蚀性能。 但在不 同的酸中，由于钢中所含合金元素的作用效果不同， 耐蚀性能的表现也有所不同。 在 HNO3这种氧化性酸中， Cr、V、Si 能提高钢的耐蚀性；在还原性酸（如 HCI 或 H2SO4）中，Ni 的作用对耐蚀有利； 对于 H2SO4，Cu的作用最好。 总的看来，（Mo） 在 2 3时，在各类酸中，特别是在还原性酸中，能比较明显地改善钢的耐 蚀性。五、不锈钢的焊接性焊接不锈钢时，如焊接工艺不当或焊接材料

44、选用不正确， 会产生一系列缺陷， 这样将直接影响焊接接头的性能和焊缝的质量。1焊接接头的抗腐蚀性不锈钢的焊接接头在腐蚀性介质中长期工作时， 会产生 3 种腐蚀现象， 即整 体腐蚀、晶间腐蚀和应力腐蚀。晶间腐蚀和整体腐蚀见图 12-4 。（1）整体腐蚀： 任何不锈钢是腐蚀性介质作用下， 其工作表面总会有腐蚀现 象产生， 这种腐蚀叫做整体腐蚀。 不锈钢由于具有良好的抗腐蚀性能， 所以其整 体腐蚀量并不大，并且和焊接也无关。（ 2）晶间腐蚀：奥氏体不锈钢在 450850加热时，会由于沿晶界沉淀出 铬的碳化物， 致使晶粒周边形成贫铬区， 在腐蚀介质中即可沿晶粒边界发生所谓 晶间腐蚀。此时，外观虽仍呈光

45、泽，但因晶粒已失去联系，敲击时已失去金属声 音。产生晶间腐蚀的不锈钢，在受到应力作用时，即会沿晶界断裂，强度几乎完 全损失，是不锈钢最危险的一种破坏形式。晶间腐蚀可以分别产生在热影响区、 焊缝或熔合线上，在熔合线上产生的晶间腐蚀又称为刀状腐蚀。晶间腐蚀产生的原因： 奥氏体不锈钢产生晶间腐蚀的原因是由于晶界处形成 贫铬区（铬的质量分数小于 12）而造成的。形成贫铬区的原因是当奥氏体不 锈钢处在 450 850温度下，碳在奥氏体中的扩散速度大于铬在奥氏体中的扩 散速度。室温下碳在奥氏体中的溶解度很小， （C）约为 0.02 0.03 ，当 奥氏体钢中的 （C）超过 0.02 0.03 时，碳就不断

46、地向奥氏体晶界扩散， 并和铬化合形成碳化铬 Cr23C5 或（ Cr、Fe）23C6。但由于铬比碳原子半径大， 扩散速度小，来不及向晶界扩散， 晶界附近大量的铬和碳化合成碳化铬沉淀于晶 界，当其 （Cr）小于 12时，便造成奥氏体边界的贫铬区，从而失去抗腐蚀 能力，在腐蚀介质中使用，即会引起晶间腐蚀。防止晶间腐蚀的措施：控制含碳量：奥氏体不锈钢中含碳量增加时，在晶界形成的碳化铬也随之增多， 晶间腐蚀的倾向增大， 所以碳是造成晶间腐蚀的最 有害元素。 减少奥氏体不锈钢中的含碳量，是防止晶间腐蚀最根本的办法。若奥 氏体不锈钢中的 （Cr）小于 0.02 0.03 时，则碳全部都能溶解在奥氏体 中，

47、即使在 450850温度下，也不会形成贫铬区，更不会产生晶间腐蚀。奥 氏体不锈钢根据含碳量不同，分成三个等级：一般含碳量 （Cr）0.14 、 低碳级 （Cr）0.06 和超低碳级 （Cr）0.03 。因为超低奥氏体不 锈钢原则上不会产生晶间腐蚀， 故焊接这类钢时也可采用超低碳不锈钢焊丝， 如 H00Cr21Ni10 （ Cr） 0.03 。添加稳定剂：在钢和焊接材料中加入钛、 铌等与碳的亲和力比铬强的元素， 能够与碳结合成稳定的碳化物， 从而避免在奥 氏体晶界造成贫铬， 对提高抗晶间腐蚀能力有十分良好的作用， 常用的不锈钢材 和焊接材料都含有钛和铌，如 1Cr18Ni9Ti 、1Cr18Ni

48、12Mo2Ti钢材、 E347-16 焊 条、 H0Cr20Ni10Ti 焊丝等。采用双相组织：加入合金元素使接头中形成奥氏 体加铁素体的双相组织， 减少和隔离奥氏体晶粒的连续晶界， 也可以避免晶间腐 蚀的产生。合金元素对不锈钢组织的影响可以分为两大类，奥氏体生成剂：N、Ni、C、Cu、Co、Mn等；铁素体生成剂： V、Mo、W、Cr、Nb、Ti 、Si 等。当不锈 钢中的 （Cr）与（Ni）之比大于 1.8 时，就会出现铁素体组织。焊后固溶 处理：将焊件中热到 1050 1100，使碳迅速溶入奥氏体中，然后迅速冷却， 形成稳定的奥氏体组织。 这种处理方法的缺点是， 如果焊件接头需要在危险温度

49、 区内工作，则仍不可避免形成贫铬区而产生晶间腐蚀。减少焊接热输入： 采用 小电流、大焊速、短弧、多道焊；先焊一层的温度待冷却至800以下后再焊下一层；也可在焊件下加衬铜垫板， 或直接浇水冷却， 以增加焊接接头的冷却速度。 这样可缩短焊接接头在危险温度区停留的时间，防止晶间腐蚀。均匀化处理： 将焊接接头加热至 850900，保温 2h，使奥氏体内部的铬有充分时间扩散到 晶界，使晶界处的 （Cr）又恢复大于 12，从而避免产生晶间腐蚀。（ 3）应力腐蚀：这是不锈钢在静应力（内应力或外应力） 与腐蚀同时作用下 发生的破坏现象。如 18-8 型不锈钢，由于导热性差，线膨胀系数大，所以焊后 会产生较大的

50、焊接残余应力。防止应力腐蚀的措施首先是要消除应力，通常可用锤击法来松弛残余应力， 或者在低温 （低于 300 350）进行退火处理， 也可以在高于 850进行退火处 理；其次可以在 18-8 型不锈钢焊缝中形成一定数量的铁素体组织，使铁素体阻 碍裂纹的扩展，从而提高焊缝金属抗应力腐蚀的能力。2焊接接头的热裂纹 热裂纹是不锈钢焊接时比较容易产生的一种缺陷， 包括焊缝的纵向和横向裂 纹、弧坑裂纹、 打底焊的焊根裂纹和多层焊的层间裂纹等， 特别是含镍量较高的 奥氏体不锈钢， 更容易产生热裂纹， 这是由于奥氏体钢含有能形成低熔点共晶的 合金元素和杂质，如碳、硫、磷、镍等。防止不锈钢产生热裂纹的措施是通

51、过焊接材料向焊缝中加入形成铁素体的 元素；采用双相组织的焊条， 使焊缝形成奥氏体和铁素体双相组织； 在焊接工艺 上，采用碱性焊条，选用小电流、快速焊、收弧时尽量填满弧坑以及采用氩弧焊 打底等工艺。3焊接接头的脆化（ 1）相脆化。奥氏体或铁素体不锈钢在高温 （375 875）长时间保温 （几 小时到几百小时）就会形成一种 Fe - Cr 金属间化合物，即 相。 相的性能极 硬而脆， 且分布在晶界处， 使不锈钢的冲击韧度大大下降而脆化。 为了消除已经 生成的 相，恢复焊接接头的韧度，可以把焊接接头加热到10001050，然后快速冷却。相在 1Cr17Ni8 钢、 1Cr18Ni9Ti 钢的焊缝中一

52、般不产生。（ 2） 475脆性。它主要出现于 （Cr） 15的铁素体不锈钢中，这种刚 在 350 500内长期停留（几个小时到几十个小时） ，就会使焊缝冲击韧度大大 下降，出现脆化，由于 475时脆化速度最快，故称为 475脆化。焊接过程中 不可避免地要经历这个温度。已产生 475脆化的焊缝，可经 900淬火消除。4熔合线脆断奥氏体不锈钢在高温下长期使用， 在沿焊缝熔合线外几个晶粒的地方会发生 脆断现象， 此种现象称为熔合线脆断。 在钢中加入钼能提高钢材抗高温脆断的能 力。六、奥氏体不锈钢的焊接工艺奥氏体不锈钢具有良好的焊接工艺，常用的焊接方法，都能适用。但是因为 电渣焊接过程的特点， 会使奥氏体不锈钢接头的抗晶间腐蚀能力降低， 并且在熔 合线附近易产生严