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压力容器及管道焊接,编写人：栗连英 李清元,1 焊接的基本概念,什么是焊接 焊接是用加热或加压，或加热又加压的方法，在使用或不使用填充金属的情况下，使两块金属连接在一起的一种加工工艺方法 什么是焊接接头： 用焊接方法连接的接头叫做焊接接头焊接接头包括： 焊缝区：焊件经焊接后形成的结合部分 热影响区：焊接过程中，母材因受热的影响（但未熔化）金相组织和力学性能发生了变化的区域熔合区：焊接接头中焊缝向热影响区过渡的区域对接接头：两焊件端面相对平行的接头或两焊件端面成 45 °斜接均属于对接接头 搭接接头：两焊件部分重叠构成的接头或开槽焊、塞焊，以及锯齿状搭接等接头，均属搭接接头 T 形接头：一焊件端面与另一焊件表面构成直角的接头或十字接头属 T 形接头范围 角接接头：两焊件端面间构成大于 45°，小于 135 °夹角的接头,,2 焊接的分类及常用的几种方法,1）、焊条电弧焊（SMAW）在焊条末端和工件之间燃烧的电弧所产生的高温，使药皮、焊芯及工件熔化，药皮熔化过程中产生的气体和熔渣，不仅使熔池和电弧周围的空气隔绝，而且和熔化了的焊芯、母材发生一系列冶金反应，使熔池金属冷却结晶后形成符合要求的焊缝。

焊条电弧焊是利用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法,,,手工电弧焊优缺点,特点： 设备简单，操作方便，易于维修 对焊接接头的装配尺寸要求相对较低 可达性好，能进行全位置焊接 适合焊接多种金属材料及各种结构形状 对焊工要求高，靠操作技术及经验保证 劳动条件差，焊工的手眼处于高温烘烤，有毒烟尘环境 生产效率低,钨极氩弧焊,2）钨极氩弧焊焊（GTAW）是利用惰性气体氩气保护的一种电弧焊焊接方法即从喷嘴中喷出的氩气在焊接区造成一个厚而密的气体保护层隔绝空气，在氩气层流的包围之中，电弧在钨极和工件之间燃烧利用电弧产生的热量熔化被焊处，并填充焊丝把两块分离的金属连接在一起，从而获得牢固的焊接接头钨极氩弧焊原理图,钨极氩弧焊设备,钨极氩弧焊优点,特点： 保护效果最佳，氩气是惰性气体高温下不分解，不与焊缝金属发生化学反应 喷嘴喷出的氩气有冷却作用，焊接热影响区窄，焊件变形小 无熔渣，焊缝成型美观，质量好，管道打底焊应用多 适合各种位置的焊接，容易实现自动化钨极氩弧焊缺点,成本高 氩气电离势高，引弧困难 安全防护问题，引弧紫外线强度是手工电弧焊的5-30倍 焊接工艺复杂首先焊前要对焊件和填充金属表面进行化学清理或机械清理。

熔深浅，生产率低,熔化极气体保护焊,3）熔化极气体保护焊,主要讲一下二保焊，CO2气体保护焊是利用从喷嘴中喷出的CO2气体隔绝空气，保护熔池的一种先进的熔焊方法熔化极气体保护焊是利用气体进行保护的电弧焊CO2气体保护焊原理图,CO2气体保护焊设备,CO2气体保护焊,CO2气体保护焊优点,特点： 生产效率高，电流大、焊丝的熔敷速度快、母材的熔深大、对10mm以下的钢板可以开I性坡口一次焊透，厚板可加大钝边、减小坡口以减少填充金属提高效率 焊接变形小，CO2气体保护焊电流大、电弧热量集中、CO2气体有冷却作用，受热面积小，所以焊后工件变形小省去矫正变形的工作量优点,对油锈不敏感，焊接过程中CO2气体分解，氧化性强，对油、锈脏物敏感性小故对焊前清理的要求不高 操作简单，自动送丝焊工易掌握，成本低，为手工电弧焊的40-50%缺点,飞溅较大，弧光强 抗风力弱，不够灵活 焊接过程中气流过大二氧化碳容易分解，产生一氧化碳在熔池中产生气孔，过小会掺入空气，也会造成气孔； 焊接过程中如果使用CO2纯度较高时，容易造成焊缝C含量增加，焊缝质量下降在压力容器焊接中，受压焊缝不推荐使用 CO2气体保护焊需要克服的问题 氧化碳问题 气孔问题 飞溅问题,埋弧自动焊,4）埋弧焊（SAW）是高效机械化焊接方法。

是电弧在焊剂下燃烧以进行焊接的方法，焊剂由漏斗流出后，均匀地堆撒在装配好的焊件上，焊丝由送丝机构经送丝滚轮和导电嘴送入焊接电弧区焊接电源的输出端分别接在导电嘴和焊件上送丝机构、焊剂漏斗和控制盘通常装在一台小车上，使焊接电弧匀速移动通过操作控制盘上的开关，自动控制焊接过程埋弧焊的电弧被掩埋在颗粒状焊剂下面，当焊丝与焊件间引燃电弧时，电弧热使焊件、焊丝和焊剂熔化并部分被蒸发，,埋弧焊,金属和焊剂的蒸气将熔融的焊剂吹开、形成一个气泡，电弧在这个气泡内燃烧，气泡的上部被熔化了的焊剂及渣壳构成的外膜包围着不仅能很好的将熔池与空气隔开，而且可隔绝弧光的辐射，因此焊缝质量高，劳动条件好埋弧焊原理图,埋弧焊设备,埋弧焊优点,特点： 生产效率高，焊丝的熔化系数大、母材熔化快、提高了焊接速度 焊缝质量好，埋弧焊时焊接区受到焊剂和渣壳的可靠保护，大大减少了有害气体侵入的机会，焊接工艺参数自动调节焊接过程比较稳定，焊缝的化学成分、性能及尺寸比较均匀，焊波光滑平整 劳动条件好，焊接过程机械化、操作简单、没有弧光的有害影响、减轻焊工的劳动强度,优点,在有风的环境中焊接时，埋弧焊的保护效果胜过其它焊接方法 节省焊接材料和电能，即熔深大减少焊缝中焊丝的填充量，飞溅极少，又没有焊条头的损失，故节省焊接材料。

埋弧焊的热量集中且利用率高，在单位长度焊缝上耗电较少；,缺点,只能在水平或倾斜度不大的位置施焊 焊接设备比较复杂，机动灵活性差，仅适用长焊缝的焊接 当焊接电流小于 100A 时，电弧的稳 定性不好，焊接电流大熔池较深容易产生气孔，不适合焊接薄板不能直接观察电弧和坡口的对中，容易焊偏,焊接材料,焊条 焊条的组成 焊芯 作为电极，传导焊接电流，产生电弧 作为填充金属，与熔化的母材金属共同组成焊缝金属 添加合金元素 药皮 改善焊接工艺性能—易于引弧和再引弧，稳弧性好，减少飞溅，使焊缝成形美观； 机械保护作用──气保护和渣保护 冶金处理作用──去除有害杂质（如O.H.S.P等），添加有益元素,焊接材料,焊条的选用原则 总原则：尽可能使接头的使用性能与母材保持一致 根据母材的物理、机械性能和化学成分 根据母材工作条件和使用要求 根据焊接结构的特点 根据焊接现场设备条件 根据劳动条件和生产效益,焊接材料,焊剂 分类,焊接材料,焊丝 实芯焊丝 药芯焊丝药芯焊丝的特点： 既有熔渣的保护和冶金作用，又能实现自动化焊接 生产效率高，飞溅少、焊缝成形美观、调节焊缝合金成分方便 和实芯焊丝相比，药芯焊丝也有烟尘量高的缺点,焊材的保管与使用,焊条必须在干燥通风良好的室内库中存放，不允许与有害气体和腐蚀性介质同放一起，市内应保持整洁；焊条应放在架子上，架子和地面的距离不小于300mm，离墙壁距离不小于300mm，架子下放置干燥剂严防焊条受潮；焊条堆放整齐，按种类、牌号、批次、规格、入库 时间分类堆放，标注明确避免混乱；对于受潮、药皮变色、焊芯有锈迹的焊条须经烘干后进行 质量评定，若各项性能指标符合要求方可使用；存放一年以上的焊条，在发放前应重新做各种性能试验，符合要求方可使用；焊条库内应有温度计、湿度计，低氢型焊条室内温度不低于5℃，相对空气湿度低于90%；,焊材保管与使用,焊条在使用前，如焊条说明书无特殊规定时应进行烘干，酸性焊条视受潮情况在75-150℃烘干1-2h，碱性低氢型结构钢焊条应在350-400℃烘干1-2h，烘干的焊条应放在保温箱（筒）内，随用随取使用时注意保持干燥；低氢型焊条在常温下超过4h应重新烘干，重新烘干次数不宜超过三次；焊条烘干时应做记录，记录上有牌号、批号、温度、时间等项内容,常用焊材烘干温度及保持时间,常用钢号的焊接材料表,材料的基础知识,钢的分类：钢是以铁为主要元素，含碳量一般在2%以下，并含有其他元素的金属材料。

钢可按化学成分、用途、质量分类1、按化学成分分为碳素钢、合金钢1）碳素钢：是以铁为基本成分的铁碳合金，碳素钢中除以碳为主要合金元素外，还含有少量的有益元素锰和硅锰含量一般小于1%，硅含量都在5%以下此外碳素钢还含有少量杂质元素硫和磷，并限制其含量碳素钢按含量分低碳钢（含碳量小于0.30%）、中碳钢（含碳量0.30%-0.60%）、高碳钢（含碳量大于0.60%）钢的分类,2）合金钢：在碳素钢的基础上人为的加入铬、锰、钛、钼、钨、钒等合金元素，以提高钢的性能合金钢中合金元素总量小于5%的称为低合金钢；合金元素总量在5%-10%的称为中合金钢；合金元素大于10%的称为高合金钢钢的分类,2、按用途分类分为结构钢、工具钢、特殊性能钢1）结构钢：用于制造工程结构（桥梁、船舶、高压容器、网架结构等）和机械零件（轴、齿轮等）工程结构用钢的含碳量一般都在低碳钢范围内，在轧制或正火状态下使用，很少进行热处理，工程结构钢适用于焊接机械零件用钢大多数需进行热处理,钢的分类,2）特殊性能钢：指不锈钢、耐热钢、耐磨钢等，一般均具有较高含量的合金元素3、按质量优劣分为普通质量钢、优质钢、特殊质量钢1）普通质量钢中磷含量不大于0.045%，硫含量不大于0.055%。

2）优质钢中磷含量不大于0.040%，硫含量不大于0.040%3）特殊质量钢中磷含量不大于0.035%，硫含量不大于0.030%合金元素的作用,合金元素在钢中的作用:1)碳（C）是钢的主要强化元素之一随着钢的含碳量的增加，钢的强度、硬度、淬硬倾向、低温脆化倾向增加，塑性、韧性、抗腐蚀性能降低含碳量对钢的焊接性影响极大随着含碳量的增加，焊缝金属和焊接热影响区产生焊接裂纹的倾向增加，焊接性变差当含碳量高于0.25%时，焊接性及开始变差合金元素的作用,2）锰（Mn）是强化元素之一，能溶于铁素体中，起固溶强化作用，提高钢的强度和硬度锰又是一种良好的脱氧和脱硫剂焊接是经常利用锰来进行脱氧和脱硫锰在钢中的含量小于2%时，可使钢的强度明显提高，并能提高钢在低温下的冲击韧性3）硅（Si）当硅含量小于1%时，对钢有强化作用硅是强脱氧剂，可提高钢在高温下的抗氧化性焊接时硅易形成高熔点夹杂物残留在焊缝中,,3）硅（Si）当硅含量小于1%时，对钢有强化作用硅是强脱氧剂，可提高钢在高温下的抗氧化性焊接时硅易形成高熔点夹杂物残留在焊缝中4）钼（Mo）能提高钢的强度、硬度， 能细化晶粒，防止回火脆化的现象产生含钼量小于0.6%时，可提高钢的塑性减少产生焊接裂纹的可能性。

5）铬（Cr）可提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，含铬的钢具有回火脆性，在焊接时易产生裂纹，因此含铬量高的钢可焊性变差合金元素的作用,6）钛（Ti）是强烈的脱氧剂在含钛的低合金钢中，含钛量为0.08%-0.15%钛可提高钢的强度，细化晶粒、提高韧性，改善硫的偏析程度含钛量小于0.2%时，可降低产生焊接裂纹和过热倾向，有利于改善钢的焊接性钢中的有害元素,6、钢中的有害杂质、有害气体：1）硫（S）使钢中主要的有害杂质之一对于焊接钢中的硫是非常有害的当焊接材料本身含硫量高或母材含硫量高时，都会使焊缝金属含硫量偏高，是焊缝金属在凝固时容易产生焊接热裂纹含硫量高的钢材在焊接时，除焊缝金属产生热裂纹外，因硫化物受热熔化，在焊接热影响区也容易产生裂纹,有害元素,2）磷（P）使钢中的另一种有害杂质使钢的焊接性恶化，使焊缝金属和焊接热影响区易出现裂纹3）氧（O）钢中超出溶解度的氧以夹杂物的形式存在，降低钢的强度、塑性、韧性，使钢的脆性转变温度明显提高，降低钢材的疲劳强度4）氢（H）使钢产生白点，引起氢脆现象，严重降低钢的韧性焊接时焊缝金属所吸收的氢当含量较高时易产生冷裂纹,常用钢号化学成分,常用钢号对照表,表二、,材料的焊接性能,金属焊接性是指材料对焊接加工的适应性，又分为工艺焊接性和使用焊接性。

1) 工艺焊接性 指在一定的焊接工艺条件下能否获得优质致密、无缺陷焊接接头的能力2) 使用焊接性 是指焊接接头或整体结构满足技术条件中所规定的使用性能的程度使用焊接性与产品的工作条件有密切关系材料焊接性,影响焊接性的因素 1）材料因素 材料因素有钢的化学成分、冶炼轧制状态、热处理状态、组织状态和力学性能等其中化学成分（包括杂质的分布）是主要的影响因素对焊接性影响较大的因素有碳、硫、磷、氢、氧和氮对钢中合金元素来说，还有锰、硅、铬、镍、钼、钛、钒、铌、铜和硼等,。