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O2C2H2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Ø2.5mm焊条，第2-3层选用Ø3.2mm焊条，以后各层选用Ø4.0mm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钨极许用电流表焊接电流A钨极直径mm正极性反极性0.520---1.080---1.6150202.4250303.2400404.0500554.8800806.4110012516.2.1.3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99.5％16.2.2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55~75V，直流弧焊电源的空载电压为60~90V，但不能过高，交流弧焊电源U0≤80V，直流弧焊电源U0≤90V（整流器）和U0≤100V（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50mm，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.16.2.3.2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δ3mm的一般非重要结构及管子无需要坡口。对于δ16mm的板，管结构，采用“∨”型坡口。对于δ16mm限于单面焊的板，管结构采用双“∨”型坡口，对于δ16mm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，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1％d≯2mm，（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。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1-2S、Q1-3DXS2-3VA2-2.5无坡口S0-2A1.5-2A2-2.5U.V/US2.5-3VS2-3A2.0-3.5TKS1-2S2.5-5A2.0-3.5搭接S0-1D双VS2-416.2.3.8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国内酸性焊条1501-2国内碱性焊条3501-2现场剩余焊条次日使用前烘干100℃，1小时16.2.3.12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）δ6mm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）δ6mm，的合金钢板及管件和δ15mm，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（δ25mm）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3δ，且≮50mm。16.2.4.7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30-50mm；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，dØ100-Ø200mm,的管子采用三点，dØ200mm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10-30mm之间选择，管径大时选择较大的焊缝长度。16.2.5.2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）δ4mm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IH=(30—50)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10—20mm，收弧时应填满熔池，接头应叠压5—10mm。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，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