焊接缺陷分析與控制(外)

焊接缺陷分析與控制授課人：陳志剛職稱：高級焊接工程師一、前言1、開設(shè)此課的目的焊接缺陷分析與控制做為專業(yè)限選課，目的是在已學(xué)焊接課程的基礎(chǔ)上，提高學(xué)生綜合運用已學(xué)知識、掌握分析與處理焊接缺陷的能力。分析與處理焊接問題是焊接技術(shù)人員素質(zhì)與能力的綜合體現(xiàn)。讓學(xué)生在校期間掌握分析與處理問題的步驟和方法，有利于提高學(xué)生畢業(yè)后盡快適應(yīng)工作的能力。2、本課程的主要內(nèi)容本課程主要分為兩大部分：焊接工藝、焊接缺陷(1)焊接工藝焊接工藝-制造焊件所有關(guān)的加工方法和實施要求，包括焊接準備、材料選用、焊接方法選定、焊接參數(shù)、操作要求等常見焊接方法及其優(yōu)缺點、如何具體選擇合適的焊接方法。常用的焊縫坡口。焊接材料選擇原則。焊接工藝參數(shù)的確定。(2)焊接缺陷焊接缺陷與焊接缺欠的區(qū)別。常見的焊接缺陷及其分類。氣孔、夾渣、咬邊、未焊透等缺陷產(chǎn)生的原因和防止。焊接裂紋產(chǎn)生的機理、影響因素和防止。焊接缺陷典型案例分析。3、本課程主要參考資料

★陳伯蠡《焊接工程缺欠分析與對策》機械工業(yè)出版社

★徐峰《焊接工藝簡明手冊》冶金工業(yè)出版社

二、焊接工藝部分1、焊接術(shù)語(摘自GB3375)焊接工藝-制造焊件所有關(guān)的加工方法和實施要求，包括焊接準備、材料選用、焊接方法選定、焊接參數(shù)、操作要求等。焊接工藝規(guī)程-制造焊件所有關(guān)的加工方法和實施要求的細則文件，可保證由熟練焊工或操作工操作時質(zhì)量的再現(xiàn)性。焊接工藝評定-為驗證所擬定的焊件焊接工藝的正確性而進行的試驗過程及結(jié)果評價。熱影響區(qū)-焊接或切割過程中，材料因受熱的影響(但未熔化)而發(fā)生金相組織和機械性能變化的區(qū)域。焊縫-焊件經(jīng)焊接后所形成的結(jié)合部分。定位焊縫-焊前為裝配和固定構(gòu)件焊縫的位置而焊接的短焊縫。焊接參數(shù)-焊接時，為保證焊接質(zhì)量而選定的各項參數(shù)(如焊接電流、電弧電壓、焊接速度、線能量等)的總稱。焊縫凸度-凸形角焊縫橫截面中，焊趾邊線與焊縫表面之間的最大距離，見下面左圖。焊縫凹度-凹形角焊縫橫截面中，焊趾邊線與焊縫表面之間的最大距離，見下面左右圖。焊腳-角焊縫的橫截面中，從一個直角面上的焊趾到另一個直角面表面的最小距離，見下圖。焊腳尺寸-在角焊縫橫截面中畫出的最大等腰直角三角形中直角邊的長度，見下面右圖。熔深-在焊接接頭的橫截面上，母材或前道焊縫熔化的深度，見下圖。焊縫成形系數(shù)-熔焊時，在單道焊縫橫截面上焊縫寬度(B)與焊縫計算厚度(H)的比值(φ=B/H)，見下圖。手工焊-手持焊炬、焊槍或焊鉗進行操作的焊接方法。自動焊-用自動焊接裝置完成全部焊接操作的焊接方法。機械化焊接-焊炬、焊槍或焊鉗由機械裝置夾持并要求隨著觀察過程而調(diào)整設(shè)備控制部分的焊接方法。焊根-焊縫背面與母材的交界處，見下面左圖。余高-超出母材表面連線上那部分焊縫金屬的最大高度，見下面右圖。注意：母材正面高出部分的焊縫金屬是余高，背面也同樣是!焊縫坡口-根據(jù)設(shè)計或工藝需要，在焊件的待焊部位加工并裝配成一定幾何形狀的溝槽。預(yù)熱-焊接開始前，對焊件進行全部（或局部）進行加熱的工藝措施。后熱-焊后對焊件進行全部（或局部）進行加熱或保溫，使其緩冷的工藝措施。它不等同于焊后熱處理。道間溫度-多層多道焊時，在施焊后繼焊道之前，其相鄰焊道應(yīng)保持的溫度。（層溫如此）焊后熱處理-焊后，為改善焊接接頭的組織和性能或消除殘余應(yīng)力而進行了的熱處理。

2、焊接設(shè)備(1)焊機型號交流焊機：如BX1－500（動鐵式交流焊機，額定電流為500A）直流焊機：AX1－500（動鐵式直流焊機，額定電流為500A）ZX5－500（可控硅式直流焊機，額定電流為500A）ZX7－500（逆變式直流焊機，額定電流為500A）埋弧焊機：MZ－1000（額定電流1000A）氬弧焊機：WSM－300（額定電流300A）CO2氣體保護焊機：NBC－400（額定電流400A）(2)焊機空載電壓和暫載率焊機在空載狀態(tài)下兩極之間的電壓為空載電壓?？蛰d電壓越高，引弧越容易，但觸電危險也增加。一般交流焊機的空載電壓為70V和80V；直流焊機的空載電壓為60V和70V。負載持續(xù)率是指電弧焊機的焊接時間（接通焊接電流的負載狀態(tài)）與工作時間的比值。工作時間包括焊接時間及更換電焊條和打焊渣等空載時間在內(nèi)。負載持續(xù)率計算的工作時間一般選取為10min。暫載率：常用的暫載率有60%，80%，100%三種。暫載率與焊機額定電流和許用的最大電流的關(guān)系許用的最大電流＝額定電流×（焊機額定暫載率/焊機負載率之比）1/2如一臺焊機型號為ZX7－500，其空載電壓為70V，額定暫載率為60%，求焊機允許采用的最大焊接電流為多少？（一般情況下實際焊機的負載率按100%）

I最大＝500×（60/100）1/2

＝387A3、焊接工藝包含的內(nèi)容與格式(1)焊接工藝包含的內(nèi)容焊接方法焊縫坡口型式焊接材料焊接工藝規(guī)范或參數(shù)

焊接操作要求

有時還包括焊后熱處理規(guī)范(2)焊接工藝格式(示例見附錄1)附錄1\某廠壓力容器(空氣儲罐)焊接工藝.doc..\附錄1\某廠鍋爐焊接工藝卡格式.doc4、常見的焊接方法及其特點(1)焊條電弧焊焊條電弧焊是各種電弧焊方法中發(fā)展最早、目前仍然應(yīng)用最廣的一種焊接方法。藥皮可添加合金元素，改善焊縫金屬性能。適用于大多數(shù)工業(yè)用碳鋼、不銹鋼、鑄鐵、銅、鋁、鎳及其合金的焊接。焊條電弧焊設(shè)備簡單、輕便，操作靈活?？梢詰?yīng)用于維修及裝配中的短縫的焊接，特別是可以用于難以達到的部位的焊接。焊條電弧焊熔深較淺，一般2-5mm；單位熔敷率一般，介于埋弧焊與鎢極氬弧焊之間，同時也低于熔化極氣體保護焊。焊條電弧焊可用于打底焊、填充焊。(2)埋弧焊埋弧焊是以連續(xù)送進的焊絲作為電極和填充金屬。焊接時，在焊接區(qū)的上面覆蓋一層顆粒狀焊劑，電弧在焊劑層下燃燒將焊絲端部和局部母材熔化，形成焊縫。在電弧熱的作用下，一部分焊劑熔化成熔渣并與液態(tài)金屬發(fā)生冶金反應(yīng)。熔渣浮在金屬熔池的表面，一方面可以保護焊縫金屬，防止空氣的污染，并與熔化金屬產(chǎn)生物理化學(xué)反應(yīng)，改善焊縫金屬的成分及性能；另一方面還可以使焊縫金屬緩慢冷卻。埋弧焊可以采用較大的焊接電流，與焊條電弧焊相比，其最大的優(yōu)點是焊縫質(zhì)量好、焊接效率高。因此，它特別適于焊接大型工件的直縫和環(huán)縫。而且多數(shù)采用機械焊接。埋弧焊已廣泛用于碳鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼和不銹鋼的焊接。由于熔渣可降低接頭的冷卻速度，故某些高強度結(jié)構(gòu)鋼、高碳鋼等也可采用埋弧焊焊接。(3)鎢極氬弧焊

這是一種非熔化極氣體保護電弧焊，是利用鎢極和工件之間的電弧使金屬熔化而形成焊縫的。焊接過程中鎢極不熔化，只起電極的作用。同時由焊炬的噴嘴送進氬氣或氦氣作保護。還可以根據(jù)需要另外添加填充金屬。在國際上通稱為TIG焊（TungstenInertGasWelding）。鎢極氬弧焊由于能很好地控制熱輸入，所以它是連接薄板金屬和打底焊的一種極好方法。這種方法幾乎可以用于所有金屬的連接，尤其適用于焊接鋁、鎂這些會形成難熔氧化物的金屬以及象鈦和鋯這些活潑金屬。這種焊接方法的焊縫質(zhì)量高，但與其他電弧焊相比，其焊接速度較慢。鎢極氬弧焊具有很好的單面焊雙面成型性能，所以經(jīng)常用于單面焊的打底焊，以保證根部成型和焊透。(4)熔化極氣體保護焊熔化極氣體保護焊，這種焊接方法是利用連續(xù)送進的焊絲與工件之間燃燒的電弧作熱源，由焊炬嘴噴出的氣體來保護電弧進行焊接的。熔化極氣體保護電弧焊通常用的保護氣體有氬氣、氦氣、CO2氣或這些氣體的混合氣。以氬氣或氦氣為保護氣時稱為熔化極惰性氣體保護電弧焊（在國際上簡稱為MIG焊）；以惰性氣體與氧化性氣體（O2，CO2）的混合氣為保護氣時，或以CO2氣體或CO2+O2的混合氣為保護氣時，統(tǒng)稱為熔化極活性氣體保護電弧焊（在國際上簡稱為MAG焊）。熔化極氣體保護電弧焊的主要優(yōu)點是可以方便地進行各種位置的焊接，同時也具有焊接速度較快、熔敷率較高等優(yōu)點。熔化極活性氣體保護電弧焊可適用于大部分主要金屬的焊接，包括碳鋼、合金鋼。熔化極惰性氣體保護焊適用于不銹鋼、鋁、鎂、銅、鈦，鋯及鎳合金。利用這種焊接方法還可以進行電弧點焊。(5)藥芯焊絲氣體保護焊藥芯焊絲氣體保護焊也是利用連續(xù)送進的焊絲與工件之間燃燒的電弧為熱源進行焊接的，可以認為是熔化極氣體保護焊的一種類型，所使用的焊絲是藥芯焊絲，焊絲的心部裝有各種組成成分的藥粉。焊接時，外加保護氣體，主要是CO2氣體。藥粉受熱分解或熔化，起著造氣和造渣保護熔池、滲合金及穩(wěn)弧等作用。藥芯焊絲電弧焊不另外加保護氣體時，叫作自保護藥芯焊絲電弧焊，是以藥粉分解產(chǎn)生的氣體作為保護氣體，這種方法的焊絲干伸長度變化不會影響保護效果，其變化范圍可較大。藥芯焊絲電弧焊除具上述熔化極氣保護電弧焊的優(yōu)點外，由于藥粉的作用，使之在冶金上更具優(yōu)點。藥芯焊絲電弧焊可以應(yīng)用于大多數(shù)黑色金屬各種厚度、各種接頭的焊接。藥芯焊絲電弧焊在我國已得到迅速發(fā)展。與熔化極氣體保護焊(實芯焊絲)相比，其焊接工藝性能較優(yōu)(尤以飛濺少，焊縫成型美觀突出)，熔敷效率更高。(6)電渣焊電渣焊是以熔渣的電阻熱為能源的焊接方法。焊接過程是在立焊位置、在由兩工件端面與兩側(cè)水冷銅滑塊形成的裝配間隙內(nèi)進行。焊接時利用電流通過熔渣產(chǎn)生的電阻熱將工件端部熔化。根據(jù)焊接時所用的電極形狀，電渣焊分為絲極電渣焊、板極電渣焊和熔嘴電渣焊。電渣焊的優(yōu)點是可焊的工件厚度大（從30mm至大于1000mm），生產(chǎn)率高。主要用于大斷面對接接頭及丁字接頭的焊接。電渣焊可用于各種鋼結(jié)構(gòu)的焊接，也可用于鑄件的組焊。電渣焊接頭由于加熱及冷卻均較慢，熱影響區(qū)寬、顯微組織粗大、韌性低，因此焊接以后一般須進行正火處理。(7)高頻焊

高頻焊是以固體電阻熱為能源。焊接時利用高頻電流在工件內(nèi)產(chǎn)生的電阻熱使工件焊接區(qū)表層加熱到熔化或接近熔化的塑性狀態(tài)，隨即施加（或不施加）頂鍛力而實現(xiàn)金屬的結(jié)合。因此它是一種固相電阻焊方法。高頻焊根據(jù)高頻電流在工件中產(chǎn)生熱的方式可分為接觸高頻焊和感應(yīng)高頻焊。接觸高頻時，高頻電流通過與工件機械接觸而傳入工件。感應(yīng)高頻焊時，高頻電流通過工件外部感應(yīng)圈的耦合作用而在工件內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流。高頻焊是專業(yè)化較強的焊接方法，要根據(jù)產(chǎn)品配備專用設(shè)備。生產(chǎn)率高，焊接速度可達30m/min。主要用于制造管子時縱縫或螺旋縫的焊接，以及螺旋鰭片管的焊接。(8)爆炸焊

爆炸焊也是以化學(xué)反應(yīng)熱為能源的另一種固相焊接方法。但它是利用炸藥爆炸所產(chǎn)生的能量來實現(xiàn)金屬的連接的。在爆炸波作用下，兩件金屬在不到1秒的時間內(nèi)即可被加速撞擊形成金屬的結(jié)合。在各種焊接方法中，爆炸焊可以焊接的異種金屬的組合范圍最廣?？梢杂帽ê笇⒁苯鹕喜幌嗳莸膬煞N金屬焊成各種過渡接頭。爆炸焊多用于表面積相當大的平板包覆，是制造復(fù)合板的高效方法。爆炸焊主要用于復(fù)合板復(fù)合層與基層的焊接；另外，可用于換熱器管板與管子脹焊。(9)摩擦焊磨擦焊是以機械能為能源的固相焊接。它是利用兩表面間的機械磨擦所產(chǎn)生的熱來實現(xiàn)金屬的連接的。磨擦焊時，熱量集中在接合面處，因此熱影響區(qū)窄。兩表面間須施加壓力，多數(shù)情況是在加熱終止時增大壓力，使熱金屬受頂鍛而結(jié)合，一般結(jié)合面并不熔化。磨擦焊生產(chǎn)率較高，原理上幾乎所有能進行熱鍛的金屬都能用磨擦焊焊接。磨擦焊還可用于異種金屬的焊接。主要適用于橫斷面為圓形的最大直徑為100mm的工件。(10)超聲波焊

超聲波焊也是一種以機械能為能源的固相焊接方法。進行超聲波焊時，焊接工件在較低的靜壓力下，由聲極發(fā)出的高頻振動能使接合面產(chǎn)生強烈磨擦并加熱到焊接溫度而形成結(jié)合。超聲波焊可用于大多數(shù)金屬材料之間的焊接，能實現(xiàn)金屬、異種金屬及金屬與非金屬間的焊接?？蛇m用于金屬絲、箔或2~3mm以下的薄板金屬接頭的重復(fù)生產(chǎn)。(11)擴散焊擴散焊一般是以間接熱能為能源的固相焊接方法。通常是在真空或保護氣氛下進行。焊接時使兩被焊工件的表面在高溫和較大壓力下接觸并保溫一定時間，以達到原子間距離，經(jīng)過原子相互擴散而結(jié)合。焊前不僅需要清洗工件表面的氧化物等雜質(zhì)，而且表面粗糙度要低于一定值才能保證焊接質(zhì)量。擴散焊對被焊材料的性能幾乎不產(chǎn)生有害作用。它可以焊接很多同樣和異種金屬以及一些非金屬材料，如陶瓷等。擴散焊可以焊接復(fù)雜的結(jié)構(gòu)及厚度相差很大的工件。焊接方法焊接特點焊接接頭特征焊縫熱影響區(qū)（HAZ）焊條電弧焊利用焊條與工件之間產(chǎn)生的電弧將焊條和工件局部加熱到熔化狀態(tài)，熔池冷凝后形成焊縫鑄態(tài)組織焊接線能量小，HAZ寬度相對較小。具有連續(xù)變化的梯度組織特征埋弧焊電弧在一層顆粒狀的可熔化焊劑的覆蓋下燃燒，電弧熔化焊絲形成熔池，冷卻后形成焊縫焊縫組織粗大焊接線能量大，組織粗大，熱影響區(qū)寬度隨著線能量增加而加寬（熱影響區(qū)較?。╇娫咐秒娏魍ㄟ^液態(tài)熔渣所產(chǎn)生的電阻熱熔化金屬和焊絲形成焊縫焊縫和熱影響區(qū)的組織粗大，降低了焊接接頭的塑性與沖擊韌性，焊后必須對焊接接頭區(qū)域進行正火處理(12)不同焊接方法的特點(見下表)

電渣焊利用電流通過液態(tài)熔渣所產(chǎn)生的電阻熱熔化金屬和焊絲形成焊縫焊縫和熱影響區(qū)的組織粗大，降低了焊接接頭的塑性與沖擊韌性，焊后必須對焊接接頭區(qū)域進行正火處理CO2氣體保護焊CO2作為保護氣體，焊絲作熔化電極，電弧在氣流壓縮下燃燒，焊絲和焊件之間產(chǎn)生電弧形成熔池和焊縫金屬的一種生產(chǎn)效率高的焊接方法鑄態(tài)組織焊接熱量集中,熱影響區(qū)小鎢極氬弧焊(TIG)在惰性氣體(Ar、He)保護下，利用鎢極與工件之間產(chǎn)生的電弧熱熔化母材和填充焊絲焊接質(zhì)量穩(wěn)定，焊縫熔深小熱影響區(qū)較小熔化極氬弧焊(MIG)用氬氣或富氬氣體作為保護介質(zhì)，采用連續(xù)送進焊絲與工件間的電弧作為熱源的電弧焊焊接質(zhì)量穩(wěn)定可靠，焊縫做為鑄態(tài)組織，焊縫熔深稍大熱影響區(qū)較小等離子弧焊一種壓縮的鎢極氬弧，具有較高的能量密度及電弧挺度，弧柱溫度高，穿透力強焊縫窄，組織細小熱影響區(qū)小擴散焊在一定溫度和壓力下，使接觸面發(fā)生微觀塑性流變，原子相互擴散達到冶金連接的固態(tài)焊接方法無明顯焊縫，存在擴散過渡區(qū)，過渡區(qū)寬度隨加熱溫度、保溫時間而變化摩擦焊利用焊件接觸面相互運動摩擦產(chǎn)生的熱量，使端部達到熱塑性狀態(tài)，加壓實現(xiàn)連接的固態(tài)焊接方法無明顯焊縫，焊接是在接觸幾秒鐘時間內(nèi)完成的，熱影響區(qū)很窄；淬火區(qū)的熱影響區(qū)較寬電子束焊利用定向高速運動的電子束，撞擊工件表面后將部分動能轉(zhuǎn)化成熱能，使金屬熔化和冷卻結(jié)果后形成焊縫熔深大、熔寬小，焊縫深寬比高（可達60：1）；能量集中，焊縫組織細小熱影響區(qū)窄小激光焊以高能量密度的激光作為熱源，熔化金屬和形成焊縫熔深大、熔寬?。缓缚p內(nèi)部是細化的具有層狀組織特征等軸晶，晶粒尺寸為電弧焊的1/3左右熱輸入量是電弧焊的1/3～1/10，熱影響區(qū)窄小(13)焊接方法的選擇1)原則選擇焊接方法時必須符合以下要求：能保證焊接產(chǎn)品的質(zhì)量優(yōu)良可靠，生產(chǎn)率高；生產(chǎn)費用低，能獲得較好的經(jīng)濟效益。2)影響因素A：產(chǎn)品特點a:產(chǎn)品結(jié)構(gòu)類型：大致可分為以下四大類：結(jié)構(gòu)類如橋梁、建筑工程、石油化工容器等。機械零件類如汽車零部件等。半成品類如工字梁、管子等。微電子器件類這些不同結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品由于焊縫的長短、形狀、焊接位置等各不相同，因而適用的焊接方法也會不同。結(jié)構(gòu)類產(chǎn)品中規(guī)則的長焊縫和環(huán)縫宜用埋弧焊和熔化極氣保護焊。焊條電弧焊用于打底焊和短焊縫焊接。機械類產(chǎn)品接頭一般較短，根據(jù)其準確度要求，選用氣體保護焊（一般厚度）、電渣焊、氣電焊（重型構(gòu)件宜于立焊的）、電阻焊（薄板件）、磨擦焊（圓形斷面）或電子束焊（有高精度要求的）。半成品類的產(chǎn)品的焊接方法，如埋弧焊、氣體保護電弧焊、高頻焊。微型電子器件的接頭主要要求密封、導(dǎo)電性、受熱程度小等，因此宜用電子束焊、激光焊、超聲波焊、擴散焊、釬焊和電容儲能焊。b:工件厚度工件的厚度可在一定程度上決定所適用的焊接方法。每種焊接方法由于所用的熱源不同，都有一定的適用的材料厚度范圍。在推薦的厚度范圍內(nèi)焊接時，較易控制焊接質(zhì)量和保持合理的生產(chǎn)率。推薦的各種方法適用的厚度范圍如表2-2所示。c:接頭形式和焊接位置根據(jù)產(chǎn)品的使用要求和所用母材的厚度形狀，設(shè)計的產(chǎn)品可采用對接、搭接、角接等幾種類型的接頭形式。其中對接形式適用于大多數(shù)焊接方法。釬焊一般只適用于連接面積比較大而材料厚度較小的搭接接頭。產(chǎn)品中各個接頭的位置往往根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)要求和受力情況決定。這些接頭可能需要在不同的焊接位置焊接，包括平焊、立焊、橫焊、仰焊及全位置焊接等。平焊是最容易、最普遍的焊接位置，因此焊接時應(yīng)該盡可能使產(chǎn)品接頭處于平焊位置，這樣就可以選擇既能保證良好的焊接質(zhì)量，又能獲得較高的生產(chǎn)率的焊接方法，如埋弧焊和熔化極氣體保護焊。對于立焊接頭宜采用熔化極氣體保護焊（薄板）、氣電焊（中厚度），當板厚超過約30mm時可采用電渣焊。表2-2各種焊接方法適用的厚度范圍d：母材性能★母材的物理性能母材的導(dǎo)熱、導(dǎo)電、熔點等物理性能會直接影響其焊接性及焊接質(zhì)量。當焊接熱導(dǎo)率較高的金屬，如銅、鋁及其合金時，應(yīng)選擇熱輸入強度大、具有較高焊透能力的焊接方法，以使被焊金屬在最短的時間內(nèi)達到熔化狀態(tài)，并使工件變形最小。對于電阻率較高的金屬則更宜采用電阻焊。對于鉬、鉭等高熔點的難熔金屬，采用電子束焊是極好的焊接方法；而對于物理性能相差較大的異種金屬，宜采用不易形成脆性中間相的焊接方法，如各種固相焊、激光焊等。★母材的力學(xué)性能

被焊材料的強度、塑性、硬度等力學(xué)性能會影響焊接過程的順利進行。如鋁、鎂一類塑性溫度區(qū)較窄的金屬就不能用電阻凸焊，而低碳鋼的塑性溫度區(qū)寬則易于電阻焊焊接；又如，延性差金屬就不宜采用大幅度塑性變形的冷焊方法；再如爆炸焊時，要求所焊的材料具有足夠的強度與延性，并能承受焊接工藝過程中發(fā)生的快速變形。另一方面，各種焊接方法對焊縫金屬及熱影響區(qū)的金相組織及其力學(xué)性能的影響程度不同，因此也會不同程度地影響產(chǎn)品的使用性能。選擇的焊接方法還要便于通過控制熱輸入從而控制熔深、熔合比和熱影響區(qū)（固相焊接時以便于控制其塑性變形）來獲得力學(xué)性能與母材相近的接頭。例如電渣焊、埋弧焊時由于熱輸入較大，從而使焊接接頭的沖擊韌度降低；又如電子束焊接接頭的影響區(qū)較窄，與一般電弧焊相比，其接頭具有較好的力學(xué)性能和較小的熱影響區(qū)。因此，電子束焊對某些金屬，如不銹鋼或經(jīng)熱處理的零件是很好的焊接方法?！锬覆牡囊苯鹦阅?/p>

由于母材的化學(xué)成分直接影響了它的冶金性能，因而也影響了材料的焊接性。因此這也是選擇焊接方法時必須考慮的重要因素。工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最多的普通碳鋼和低合金鋼采用一般的電弧焊方法都可進行焊接。鋼材的合金含量，特別是碳含量愈高，焊接性往往愈差，可選用的焊接方法種類愈有限。對于鋁、鎂及其合金等這些活潑的有色金屬材料，不宜選用CO2電弧焊、埋弧焊；而應(yīng)選用隋性氣體保護焊，如鎢極氬弧焊、熔化極氬弧焊等。特別是氬弧焊，其保護效果好，焊縫成分易于控制，可以滿足焊縫耐蝕性的要求。對于鈦、鋯這類金屬，由于其氣體溶解度較高，焊后容易變脆，因此采用高真空電子束焊最佳。此外，對于含有較多合金元素的金屬材料，采用不同的焊接方法會使焊縫具有不同的熔化比，因而會影響焊縫的化學(xué)成分，亦即影響其性能。具有高淬硬性的金屬宜采用冷卻速度緩慢的焊接方法，這樣可以減少熱影響區(qū)開裂傾向。淬火鋼則不宜采用電阻焊，否則，由于焊后冷卻速度太快，可能造成焊點開裂。焊接某些沉淀硬化不銹鋼時，采用電子束焊可以獲得力學(xué)性能較好的接頭。對于熔化焊不容易焊接的冶金相容性較差的異種金屬，應(yīng)考慮采用某種非液相結(jié)合的焊接方法，如本卷介紹的釬焊、擴散焊或爆炸焊等。10.12材料厚度/mm焊接方法焊條電弧焊埋弧焊氣保護金屬極電弧焊藥芯焊絲電弧焊氣保護鎢極電弧焊等離子弧焊電渣焊氣電焊電阻焊閃光焊氣焊擴散焊摩擦焊電子束焊激光焊硬釬焊軟釬焊射流過渡潛弧脈沖弧短路電弧火焰釬焊爐中釬焊感應(yīng)加熱釬焊電阻加熱釬焊浸漬釬焊紅外線釬焊擴散釬焊碳鋼~33~66~1919以上△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△

△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△低合金鋼~33~66~1919以上△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△不銹鋼~33~66~1919以上△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△鑄鋼~36~1919以上△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△鎳和合金~33~66~1919以上△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△△常用材料適用的焊接方法B：生產(chǎn)條件a:技術(shù)水平在選擇焊接方法以制造具體產(chǎn)品時，要顧及制造廠家的設(shè)計及制造的技術(shù)條件，其中焊工的操作技術(shù)水平尤其重要。通常需要對焊工進行培訓(xùn)，包括手工操作、焊機使用、焊接技術(shù)、焊接檢查及焊接管理等。對某些要求較高的產(chǎn)品，如壓力容器，在焊接生產(chǎn)前則要對焊工進行專門的培訓(xùn)和考核。焊條電弧焊時，要求焊工具有一定的操作技能，特別是進行立焊、仰焊、橫焊等位置的焊接時，則要求焊工有更高的操作技能。適用條件焊條電弧焊埋弧焊電渣焊氣體保護焊氬弧焊等離子焊氣電立焊電阻焊閃光對焊氣焊擴散焊摩擦焊電子束焊激光焊釬焊射流過渡脈沖噴射短路過渡接頭類型對接AAAAAAAAACAAAAAAC角接AABAAAAACAAAACBAA搭接AABAAAAABCCACCAAC焊接位置平焊AACAAAAAC－－A－－AA－立焊ACABAAAAA－－A－－CA－仰焊ACCCAAAAC－－A－－CA－全位置ACCCAAAAC－－A－－CA－設(shè)備成本低中高中中中低高高高高低高高高高低焊接成本低低低中中低中中中低中中高低高中中常用焊接方法所適用的接頭形式及焊接位置注：A－好；B－可用；C－一般不用

手工鎢極氬弧焊與焊條電弧焊相比，要求焊工經(jīng)過更長期的培訓(xùn)和具有更熟練、更靈巧的操作技能。埋弧焊、熔化極氣體保護焊多為機械化焊接或半自動焊，其操作技術(shù)比焊條電弧焊要求相對低一些。電子束焊、激光焊時，由于設(shè)備及輔助裝置較復(fù)雜，因此要求有更高的基礎(chǔ)理論知識和操作技術(shù)水平。b:設(shè)備每種焊接方法都需要配用一定的焊接設(shè)備。包括焊接電源，實現(xiàn)機械化焊接的機械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及其他一些輔助設(shè)備。電源的功率、設(shè)備的復(fù)雜程度、成本等都直接影響了焊接生產(chǎn)的經(jīng)濟效益。因此，焊接設(shè)備也是選擇焊接方法時必須考慮的重要因素。焊接電源有交流電源和直流電源兩大類。一般交流弧焊機的構(gòu)造比較簡單、成本低。焊條電弧焊所需設(shè)備最簡單，除了需要一臺電源外，只須配用焊接電纜及夾持焊條的電焊鉗即可，宜優(yōu)先考慮。熔化極氣體保護電弧焊需要有自動送進焊絲，自動行走小車等機械設(shè)備。此外還要有輸送保護氣的供氣系統(tǒng)，通冷卻水的供水系統(tǒng)及焊炬等。真空電子束焊需配用高壓電源、真空室和專門的電子槍。激光焊時需要有一定功率的激光器及聚焦系統(tǒng)。因此，這兩種焊接方法都要有專門的工裝和輔助設(shè)備，其設(shè)備較復(fù)雜、功率大，因而成本也比較高。由于電子束焊機的高電壓及其X射線的輻射，因此還要有一定的安全防護措施及防止X射線輻射的屏蔽設(shè)施。c:焊接用消耗材料焊接時的消耗材料包括焊絲、焊條或填充金屬、焊劑、釬劑、釬料、保護體氣等。各種熔化極電弧焊都需要配用一定的消耗性材料。如焊條電弧焊時使用涂料焊條；埋弧焊、熔化極氣體保護焊都需要焊絲；藥芯焊絲電弧焊則需要專門的藥芯焊絲；電渣焊則需要焊絲、熔嘴或板極。埋弧焊和電渣焊除電極（焊絲等）外，都需要有一定化學(xué)成分的焊劑。鎢極氬弧焊和等離子弧焊時，需使用熔點很高的鎢極、釷鎢極或鈰鎢極作為不熔化電極。此外還需要價格較高的高純度的惰性氣體。電阻焊時通常用電導(dǎo)率高、較硬的銅合金作電極，以使焊接時既能有高的電導(dǎo)率，又能在高溫下承受壓力和磨損。舉例1、φ25×320GGTAW2、φ133×1320GGTAW+SMAWorGTAW+GMAW(FCAW)3、φ273×4020GGTAW+SMAW+SAW4、φ1000×20Q235BSAW5、φ2000×9020g縱縫ESW環(huán)縫SMAW+SAW6、δ1020gSMAWorSAWorGMAW7、δ6020gSAW8、φ273×40P92GTAW(窄間隙熱絲TIG)orGTAW+SMAW9、δ5LF2orZB32GTAW5、焊縫坡口(1)常用的焊縫坡口GB985-88《氣焊、手工電弧焊及氣體保護焊焊縫坡口的基本形狀與尺寸》.pdf，GB986-1988《埋弧焊焊縫坡口的基本形式和尺寸》.pdf。某公司坡口標準DG\DG2500(最后版)改進.doc。(2)焊縫坡口設(shè)計原則(摘自NB/T47015-2011)焊接坡口應(yīng)根據(jù)圖樣要求或工藝條件選用標準坡口或自行設(shè)計。選擇坡口形式和尺寸應(yīng)考慮下列因素：

a)焊接方法；

b)焊縫填充金屬盡量少；

c)避免產(chǎn)生缺陷；

d)減少殘余焊接變形與應(yīng)力；

e)有利于焊接防護；

f)焊工操作方便；

g)復(fù)合鋼板的坡口應(yīng)有利于減少過渡焊縫金屬的稀釋率。(3)焊縫符號(遵循GB324)GB324-88《焊縫符號表示法》.pdf坡口演示適用范圍：φ31.8mm≤DH≤φ168mm、Dn≥φ15.4mm，或當DH＞φ168mm、δ≤20mm的廠內(nèi)對接焊坡口(內(nèi)螺紋管除外)或內(nèi)螺紋管工地對接焊坡口。1、工地焊縫α=70°2、廠內(nèi)焊縫

GTAW：α=50°

GTAW+SMAW：α=70°V型坡口U型坡口適用范圍：本標準適用于DH＞φ168mm，δ＞20mm的筒體環(huán)縫。1.當20mm＜δ≤28mm，α=15°當28mm＜δ≤56mm，α=12°當56mm＜δ≤76mm，α=10°當76mm＜δ≤150mm，α=8°UV型坡口適用范圍：適用于300MW以下鍋筒、Dn≥φ600mm的壓力容器、單層蓄力器和其他單層容器縱、環(huán)縫。鍋筒壁厚≤60mm時，α=13°鍋筒壁厚＞60mm時，α=8°VV型或VY型坡口適用范圍：1.本標準適用于壁厚δ＝50～150mm的容器的環(huán)縫。2.采用焊條電弧焊加埋弧焊，焊條電弧焊打底厚度≥10mm，反面清根后用焊條電弧封底焊接。X型坡口適用范圍：適用于DH≥φ600mm且δ＞12mm的容器縱、環(huán)縫。條件：當φ600mm≤Dn＜φ900mm，P＝2mm當Dn≥φ900mm且δ＜20mm，P＝2mm當Dn≥φ900mm且δ≥20mm，P＝7mmV或Y型坡口適用范圍：適用于Dn≥1900mm、根部要求焊透的容器縱、環(huán)縫。帶襯墊V型坡口1.采用焊條電弧焊當6mm≤δ≤14mm，α=60°，b=5～6mm當14mm＜δ≤30mm，α=30°，b=7mm當30mm＜δ≤50mm，α=20°，b=8mm2.采用焊條電弧焊加埋弧焊(焊條電弧焊打底厚度12mm)當16mm≤δ≤30mm，α=30°，b=7mm當30mm＜δ≤50mm，α=30°，b=8mmI型坡口適用范圍：1.本標準適用于鍋爐鋼結(jié)構(gòu)δ=2～20mm的鋼板拼接。2.當2mm≤δ＜8mm，采用雙面焊條電弧焊；當8mm≤δ≤20mm，采用雙面埋弧焊。條件：當2mm≤δ＜8mm，C=1～2mm，B=6～10mm當8mm≤δ≤14mm，C=3mm，B=14～20mm當14mm＜δ≤20mm，C=5mm，B=18～24mm板-板、管-板角焊縫坡口適用范圍：適用于鍋爐鋼結(jié)構(gòu)中的非承載角焊縫(δ≤30mm)以及一般壓力容器的結(jié)構(gòu)角焊縫。條件：1.δ1≥δ2.當3mm≤δ≤8mm，b=0～1mm當8mm＜δ≤30mm，b=1～2mm適用范圍：適用于鍋爐鋼結(jié)構(gòu)中需要焊透的主要焊縫，δ=20～70mm。條件：1.δ1＞δ2.當20mm≤δ≤30mm，K=15mm當30mm＜δ≤50mm，K=20mm當50mm＜δ≤70mm，K=25mm

適用范圍：適用于鍋爐集箱耳板角接焊縫，δ=16～55mm。條件：1.縱向耳板，α=20°2.環(huán)向耳板，α=30°管-管角焊縫坡口(帶加強圈)適用范圍：適用于Dn＞φ800mm、壁厚δ≤40mm的中、低壓容器管接頭角焊縫。條件：當6mm≤δ≤12mm，α＝45°當12mm＜δ≤25mm，α＝40°當25mm＜δ≤40mm，α＝35°當δ≤20mm，K＝δ當δ＞20mm，K＝δ-2適用范圍：適用于Dn≥φ800mm、壁厚δ＝30～100mm的中、高壓容器加強接管角焊縫(接管壁厚δ1≥14mm)。條件：當30mm≤δ≤60mm，K＝8mm當60mm＜δ≤100mm，K＝10mm管板-筒體角焊縫坡口6、焊接材料選擇(1)焊接構(gòu)件分類和組合方式鋼材分類★化學(xué)成份和強度級別：低碳鋼、碳錳鋼、低合金高強鋼、高合金強度鋼、不銹鋼、鑄鐵、鋁及鋁合金、銅及銅合金、鈦及鈦合金等等。★組織：鐵素體鋼、珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體鋼和奧氏體鋼等?！锸褂霉r：鍋爐用鋼、橋梁用鋼、壓力容器用鋼和船舶用鋼等等?！锸褂脺囟龋旱蜏赜娩?、常溫用鋼和高溫用鋼等。1)、同種金屬材料之間的焊接組合各種類型的鋼鐵材料是現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的金屬材料，同種材料之間焊構(gòu)件組合的特點是：母材相同，但焊縫金屬的顯微組織及合金成分與母材不同。這一類構(gòu)件屬于同種鋼焊接結(jié)構(gòu)件，母材一般為低合金鋼、珠光體耐熱鋼、奧氏體不銹鋼、馬氏體或鐵素體鋼。當采用的焊接材料與母材基體的化學(xué)成分有較大差異時，也會產(chǎn)生類似于異種金屬焊接中存在的問題。2)、不同金屬材料之間的焊接組合按照材料組織進行分類的異種材料焊接構(gòu)件組合方式可以分為以下幾種A：異種鋼鐵材料的焊接組合結(jié)構(gòu)又稱為異種黑色金屬的焊接組合，如珠光體與奧氏體鋼的焊接組合等。B：鋼鐵材料與有色金屬的焊接組合結(jié)構(gòu)如鋼與鋁的焊接組合等。C：異種有色金屬的焊接組合結(jié)構(gòu)如銅與鋁的焊接組合等。D：金屬材料與非金屬材料的焊接組合結(jié)構(gòu)如鋼與石墨、金屬與陶瓷的焊接組合等。金相組織不同的異種鋼焊接時，焊縫金屬的化學(xué)成分和金相組織至少與一種基體金屬有所不同，焊縫金屬的這種差異會影響焊接接頭的工作性能。金相組織不同的異種鋼進行焊接時，焊接工藝層數(shù)應(yīng)使熔合比盡量小。焊接材料的選擇必須考慮到焊接過程中產(chǎn)生的過渡層小、韌性好、高溫條件下工作時接頭不發(fā)生變脆等要求。下表列出按金相組織、化學(xué)成分對異種鋼焊接鋼種的分類和組合。2011.10.17分類鋼種組合按金相組織珠光體鋼低碳鋼（C≤0.25%）低碳鋼與中碳鋼、高碳鋼組合中碳鋼（C0.25%～0.60%）高碳鋼（C≥0.60%）普通低合金高強鋼低碳鋼或低合金鋼組合鉻鉬耐熱鋼奧氏體鋼或奧氏體＋鐵素體鋼奧氏體不銹鋼珠光體與奧氏體鋼組合珠光體與鐵素體鋼組合奧氏體與鐵素體鋼組合奧氏體與馬氏體鋼組合鐵素體與馬氏體鋼組合奧氏體熱強鋼奧氏體＋鐵素體雙相不銹鋼鐵素體鋼或鐵素體＋馬氏體鋼高鉻鐵素體不銹鋼高鉻耐酸耐熱鋼馬氏體鋼馬氏體耐熱鋼鉻硅鋼按化學(xué)成分碳素鋼普通碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素鋼與不銹鋼組合優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼合金鋼低合金結(jié)構(gòu)高強度鋼合金鋼與不銹鋼組合機械制造用結(jié)構(gòu)鋼低、高合金工具鋼特殊鋼不銹鋼及耐熱鋼碳素鋼與耐熱鋼組合碳素鋼與耐磨鋼組合碳素鋼與耐蝕鋼組合低溫鋼耐磨鋼低合金耐蝕鋼(2)焊接材料選擇的原則1)原則P427滿足使用性能和接合性能。因此，焊接材料選擇時應(yīng)選擇裂紋、夾渣和氣孔等缺陷產(chǎn)生傾向性小的材料；同時應(yīng)保證焊縫金屬的強度、塑性和韌性等力學(xué)性能與母材匹配。焊接材料的工藝性（工藝性好的焊接材料可以降低對工人操作技能的要求）經(jīng)濟性統(tǒng)一性（焊接材料品種應(yīng)盡可能少，便于焊接材料的日常管理）2）焊縫成分的控制P429A：影響因素

Cw=θCb+(1-θ)Cd焊接材料熔合比（影響熔合比的因素見后面）B:焊材成分基本原則不能要求焊縫成分一母材成分相同焊縫成分不等于焊接材料材料成分埋弧焊和氣體保護時，應(yīng)注意焊絲與焊劑或保護氣體這間是否匹配。P216-220

氣體配比對熔滴過渡形式的影響P431圖11-31

氣體配比對飛濺的影響P432圖11-32

氣體流量對熔敷金屬成分的影響P432圖11-330102030100200300400焊接電流(A)混合氣中CO2所占比率(%)轉(zhuǎn)變區(qū)域顆粒過渡噴射過渡臨界電流不噴射焊絲直徑.：1.2mm干伸長：15mm噴射過渡顆粒過渡在一種保護氣中至少含有80%ArorHe(Helium）。當在給定尺寸的焊絲上的電流逐漸增加時，熔滴過渡從顆粒過渡變?yōu)閲娚溥^渡。對于所有的熔滴來講，從顆粒過渡變?yōu)閲娚溥^渡發(fā)生在臨界電流時。噴射過渡時弧柱非常的典型，熔滴自由的噴射通過電弧區(qū)域，熔滴直徑和焊絲直徑相當或者小于焊絲直徑。焊接材料不能只看公稱成分，要考慮其熔敷金屬的實際成分。P433圖11-34特殊性能鋼（不銹鋼、低溫鋼、耐熱鋼），常要求焊縫成分與母材相近，以保證接頭性能均勻。P433考慮接頭形式或熔合比的影響。P434正確對待相關(guān)規(guī)范.P4343)同種鋼A：選擇相應(yīng)強度級別的焊接材料為了達到焊縫與母材的力學(xué)性能相當，在選擇焊接材料時應(yīng)該從母材的力學(xué)性能出發(fā)，而不是從化學(xué)成分出發(fā)選擇與母材成分完全一樣的焊接材料。因為力學(xué)性能并不完全取決于化學(xué)成分，它還與材料所處的組織狀態(tài)有很大關(guān)系。由于焊接時的冷卻速度很大，完全脫離了平衡狀態(tài)，使焊縫金屬具有一個特殊的過飽和的鑄態(tài)組織。因此，當焊接材料（指熔敷金屬）的化學(xué)成分與母材相同時，則焊縫金屬的性能將表現(xiàn)為強度很高、而塑韌性較低，這對焊接接頭的抗裂性能和使用性能都是非常不利的。示例例如，適用于焊接15MnVN的焊條“J557（E5515）”的化學(xué)成分為：C≤0.12%,Mn≈1.2%,Si≈0.5%,S、P≤0.030%。所以從成分上看，含C、Mn量均比15MnVN低，而且根本不含沉淀強強化元素V。但它的熔敷金屬力學(xué)性能抗拉強度σb=549～608MPa，同時還具有很高的塑性和韌性（δ=22～32%,αKV=196～294J/cm2）。

a:弱強原則焊接材料熔敷金屬強度低于母材強度稱為弱強，按此方法進行選擇的原則稱為弱強原則。由于焊縫強度較低（與其它兩個原則相比，實際接頭強度并不低于母材），塑韌性更好，焊接接頭的殘余應(yīng)力值降低、擴散氫的最高濃度也下降，有利于防止裂紋的產(chǎn)生。另外，在高合金鋼為提高鋼的持久性能和抗裂性能，現(xiàn)也大量采用弱強原則來選擇焊接材料。示例SA-210CE5015（J507）或H05MnSiAlTiZr焊絲打底16MnE5015（J507）b:等強原則（此原則應(yīng)用最廣泛）焊接材料熔敷金屬強度等于或接近母材強度稱為等強，按此方法進行選擇的原則稱為等強原則。★焊接碳鋼或低合金鋼時其焊接材料熔敷金屬的強度不得低于施焊母材抗拉強度的下限（某些標準中對上限也有規(guī)定，如NB/T47015-2011規(guī)定其上限不得大于母材上限。）。通常，焊接材料熔敷金屬的強度級別與母材相當，考慮到焊縫中可能出現(xiàn)一些工藝缺陷，可以選用強度略高于母材的焊接材料?！飳δ承┯性贌崃鸭y傾向的鋼種，為了提高焊接接頭的在消除應(yīng)力或高溫運行條件下的蠕變塑性和形變能力，應(yīng)選用強度相當且具有抗蠕變裂紋性能優(yōu)良的焊接材料?！飳τ诔惺軇虞d荷或熱疲勞的焊接結(jié)構(gòu)，為了提高接頭的疲勞強度，可以選用塑韌性較好而強度基本相當?shù)暮附硬牧?；★對于拘束度較大的焊接結(jié)構(gòu),根部焊道應(yīng)選用含碳量較低、抗裂性優(yōu)良的焊接材料，填充層選用塑韌性優(yōu)良、強度相當?shù)牡蜌湫突虺蜌湫秃附硬牧?。如對SA-210C等管子對接可采用手工氬弧焊，H05MnSiAlTiZrA焊絲打底保證根部焊透；手工電弧焊E5015焊條蓋面。因為H05MnSiAlTiZrA焊絲含碳量較低具有較好的塑韌性，可以保證根部不會產(chǎn)生裂紋等缺陷，而E5015蓋面保證了整個對接接頭的強度。（舉例）c:超強原則焊接材料熔敷金屬強度大于或高于母材強度稱為超強，按此方法進行選擇的原則稱為超強原則。焊縫強度高于母材越多，焊接接頭中出現(xiàn)裂紋的傾向越大，因此此原則較少采用。例如：Q235A、20J507總之，不論采用何種原則，其基礎(chǔ)仍是焊接實驗，某些行業(yè)也要求進行焊接工藝評定。從強度角度來說，焊接接頭強度不得低于母材下限值；從抗裂性來說，希望焊縫具有很好的塑韌性，提高接頭的抗裂紋能力，防止產(chǎn)生焊接裂紋。B:必須同時考慮到熔合比和冷卻速度的影響焊縫金屬的力學(xué)性能取決于焊縫金屬的化學(xué)成分和組織的過飽和度。其中焊縫金屬的化學(xué)成分不僅取決于焊接材料，而且還母材的熔入量即熔合比有關(guān)系；而焊縫組織的過飽和度則與冷卻速度有很大的關(guān)系。因此，當所用的焊接材料完全相同，但由于熔合比不同或冷卻速度不同，所得到的焊縫的性能也會出現(xiàn)很大差別。a:熔合比的影響因素熔合比是指焊縫金屬中局部熔化的母材所占的比例。熔合比取決于焊接方法、規(guī)范、接頭形式和板厚、坡口角度和形式、母材性質(zhì)、焊接材料種類以及焊條（焊絲）的傾角等因素

焊接方法接頭形式被焊金屬厚度(mm)熔合比θ焊條電弧焊I形坡口對接2～40.4～0.5100.5～0.6V形40.25～0.560.2～0.410～200.2～0.3角接及搭接2～40.3～0.45～200.2～0.3堆焊-0.1～0.4埋弧焊對接10～300.45～0.75焊接工藝條件對低碳鋼熔合比的影響例如，埋弧焊焊接16Mn時，焊絲成分的選擇應(yīng)考慮到板厚和坡口形式的影響。當不開坡口（I形坡口，見圖4-1）對接焊時，由于母材熔入量較多，用普通的低碳鋼焊絲配高錳高硅焊劑即H08A+HJ431能達到要求；如大坡口(見圖4-2)對接焊時，由于母材熔入量減少，若再用H08A焊絲，則所得焊縫的強度偏低。因此，需要采用含Mn焊絲H08MnA或高錳焊絲H10Mn2來補充焊縫金屬的含Mn量。另外，需注意的是，采用圖4-2所示坡口時，由于埋弧焊熔深較大，需采用其它方法打底焊后再采用埋弧焊，打底層的厚度應(yīng)大于埋弧焊的熔深，否則會產(chǎn)生燒穿或焊漏缺陷；或采用圖4-3所示V形坡口時，背面需采用金屬襯墊（材質(zhì)最好與母材同質(zhì)）或焊劑墊，否則也會產(chǎn)生燒穿或焊漏缺陷。一般來說，坡口角度越大，熔合比越??；反之，坡口角度越小，熔合比越大。下表為焊條電弧焊和堆焊時熔合比與坡口角度、焊道層數(shù)之間的關(guān)系焊層坡口角度堆焊15°60°90°1234567～1048～5040～4336～3935～3733～3632～3630～3543～4535～4025～3020～2517～2215～20－40～4325～3015～2012～158～126～10－30～3515～208～124～62～3＜2－焊條電弧焊和堆焊時熔合比(%)的近似值焊接規(guī)范也對熔合比有影響。焊接線能量越大，母材熔入焊縫越多，熔合比越大。而焊接線能量取決于焊接電流、電弧電壓和焊接速度等規(guī)范參數(shù)。因此，采用熔化焊時，應(yīng)盡量采用小電流、高焊速和低電壓，以降低母材金屬的熔化量，保證較小的熔合比。另外，不同的焊接方法，熔合比的范圍也不同，下表列出幾種熔焊方法可能獲得熔合比的范圍。焊接方法熔合比（%）堿性焊條電弧焊酸性焊條電弧焊熔化極氣體保護焊埋弧焊帶極埋弧焊鎢極氬弧焊20～3015～2520～3030～6010～2010～100幾種熔焊方法的熔合比范圍b:冷卻速度的影響根據(jù)焊接冶金學(xué)理論，冷卻速度對焊縫組織和硬度有較大影響（見下表），從而對焊縫金屬的強度和抗裂性也有較大的影響。因此，焊接材料選擇時應(yīng)考慮冷卻速度的影響冷卻速度（℃/s）焊縫組織(%)焊縫硬度（HV）鐵素體珠光體15103550110827965614038182135396062165167185195205228低碳鋼焊縫冷卻速度對組織和硬度的影響c:必須考慮到熱處理對焊縫力學(xué)性能的影響焊接接頭雖然焊后不是進行的退火處理，但在消除應(yīng)力的熱處理中，焊接接頭的強度和硬度均有一定程度的下降，強度一般會下降10～50MPa左右，隨熱處理的溫度和保溫時間而變化。因此，如果焊接接頭焊后需要進行熱處理，當焊縫強度裕度不大時，消除應(yīng)力退火后焊接接頭強度（主要指焊縫強度）有可能會低于要求。例如焊接大坡口的15MnV厚板，焊后進行消除應(yīng)力處理時，必須采用H08Mn2Si焊絲，若此時用H10Mn2焊絲，強度就會偏低。另外，對焊后要進行正火處理的鋼種，必須選擇強度更高一些的焊接材料。d:使用工況的影響焊接接頭作為產(chǎn)品的一個組成部分，必然要承受工況條件的考驗。因此，使用工況不同，焊接材料也會不同，在進行焊接材料選擇時，此原則是最難掌握也是最靈活運用的。示例例如，20R材質(zhì)的壓力容器筒體，其縱環(huán)縫等主要焊縫焊條電弧焊時，應(yīng)選擇韌性更好J427（E4315）焊條，其筒體與接管的角焊縫也是；但筒體與墊板等鋼板件角焊縫可選擇J422（E4303）焊條。例如，在焊接含銅的16MnCu時，焊縫金屬應(yīng)具有與母材相同的耐腐蝕性能，因此需選用含銅的焊條J507Cu。同樣，對抗大氣腐蝕用鋼09PCuCrNiA,焊條應(yīng)選擇用J507CrNi或J507CuP。常見鍋爐和壓力容器用鋼的焊接材料選擇（摘自NB/T47015等）鋼材牌號焊接方法焊條電弧焊(SMAW)鎢極氬弧焊(TIG)埋弧焊(SAW)熔化極氣體保護焊(MIG/MAG)Q235A、Q235A.F、Q235BE4303,E4315H08Mn2SiAH08A+HJ431ER50-620、20R、20gE4303,E4315H08Mn2SiAH08A+HJ431ER50-616Mn、16MnR、16MngE5015H08Mn2SiAH10Mn2+HJ431H08MnA+HJ431ER50-616MnDRJ507RHH09MnDR15CrMo、15CrMoR15CrMog、15CrMoGE5515-B2E5515-B2H08CrMoAH13CrMoA+HJ35012Cr1MoV、12Cr1MoVg12Cr1MoVGE5515-B2-VE5515-B2-VH08CrMoVAH08CrMoVA+HJ350H08CrMoVA12Cr2MoSA-213T22R407E6015-B3ER90S-B3SA-213T23ER90S-G12Cr2MnMoWVTiB(G102)R347H10Cr2MnMoWVTiBASA-213T91R707ER90S-B9ER90S-B9+US-B90Cr18Ni9、SUS304SA-213TP304HA102、A107ER308H0Cr19Ni9MIG-3080Cr18Ni9Ti、SUS321A132、A137ER347H0Cr21Ni10NbMIG-34700Cr17Ni14Mo2、316LA022/MIG-316L4）異種鋼1）異種鋼的分類根據(jù)DL/T752《火力發(fā)電廠異種鋼技術(shù)規(guī)程》，將常用的異種鋼組合分為三大類（A、M、B）和六大組（AM、AB、AP及MB、MP、BP）。焊接的鋼材按其金相組織大致可分為三種類型，即珠光體鋼、鐵素體和鐵素體－馬氏體鋼、奧氏體和奧氏體－鐵素體鋼。異種鋼的焊接基本上就是這三種類型的鋼相互之間組合的焊接。異種鋼的分類見下表

金相類型類別鋼號珠光體Ⅰ低碳鋼：Q195Q215Q235Q2550810152025破冰船用低溫鋼、鍋爐鋼：20g22gⅡ中碳鋼和低合金鋼：Q27515Mn20Mn25Mn30Mn3014Mn09Mn215Mn218MnSi25MnSi15Cr20Cr30Cr10Mn218CrMnTi10CrV20CrVⅣ高強度中碳鋼和低合金鋼：354045505535Mn40Mn45Mn50Mn40Cr45Cr50Cr35Mn240Mn245Mn250Mn230CrMnTi40CrMn35CrMn240CrSi35CrMn40CrV25CrMnSi30CrMnSi35CrMnSiⅤ鉻鉬熱穩(wěn)定鋼：15CrMo30CrMo35CrMo38CrMoAlA12CrMo20CrMoⅥ鉻鉬釩、鉻鉬鎢熱穩(wěn)定鋼：20Cr3MoWVA12Cr1MoV25CrNoV異種鋼的分類鐵素體和鐵素體－馬氏體鋼Ⅶ高鉻不銹鋼：0Cr13Cr141Cr132Cr133Cr13Ⅷ高鉻耐酸耐熱鋼：Cr17Cr17TiCr251Cr281Cr17Ni2Ⅸ高鉻熱強鋼：1Cr11MoVNb1Cr12WNiMoV1Cr11MoV奧氏體和奧氏體－鐵素體鋼X奧氏體耐酸鋼：00Cr18Ni100Cr18Ni9

1Cr18Ni92Cr18Ni90Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni11NbCr18Ni12Mo2Ti1Cr18Ni12Mo3TiXI奧氏體高強度耐酸鋼：0Cr18Ni12TiVCr18Ni22W2Ti2Ⅻ奧氏體耐熱鋼：0Cr23Ni18Cr18Ni18Cr23Ni130Cr20Ni14Si2Cr20Ni14Si2XⅢ奧氏體熱強鋼：4Cr14Ni14W2MoCr16Ni15Mo3NbXⅣ鐵素體－奧氏體高強度耐酸鋼：0Cr21Ni5Ti0Cr21Ni6Mo2Ti1Cr22Ni5Ti2)異種鋼焊接的工藝要點異種鋼之間的組合焊接，可以歸納為金相組織相同僅合金化程度不同的異種鋼焊接，以及金相組織不相同的異種鋼焊接兩種情況。這其中最難的以α-Fe相為基體的F、P、B、M組織與以γ-Fe相為基體的A組織之間的異種鋼焊接（我們通常說的異種鋼接頭就特指奧氏體鋼與非奧氏體鋼之間的焊接接頭）。用常用的熔焊方法焊接異種鋼，其焊接接頭的質(zhì)量很大程度上取決于所選用的焊接材料。一般選擇焊接材料的原則只要求焊縫金屬的強度不低于異種鋼中較低的一種即可。A:金相組織相同的異種鋼焊接。按鋼的金相組織分為三大類，同類鋼中不同牌號鋼之間的組合焊接，由于它們金相組織相同，因此兩者之間的物理性能沒有很大差異，僅僅是異種鋼中合金化程度不同。由于兩種鋼材的成分和性能相當接近，其焊接性與同種鋼幾乎相同。所以，為了獲得優(yōu)質(zhì)的焊接接頭，焊接材料一般按合金化程度低的一側(cè)來選譯；而其它方面則一般是按異種鋼中合金化程度較高的鋼（同時也是焊接性較差的鋼）來選擇。焊接方法、焊前預(yù)熱、焊接線能量等工藝參數(shù)按兩種鋼中合金化程度較高者選定；層溫及道溫控制按要求最嚴格者執(zhí)行（一般也是合金化程度較高者）；焊后熱處理參數(shù)則需考慮兩種鋼的A1值，熱處理溫度不能超過任一鋼種的相變點溫度。如：Q235A＋16MnE4303（J427）

15CrMo+12Cr1MoVE551-B2(R307)預(yù)熱200-250℃焊后熱處理690-710℃（前者660-680℃，后者725-745℃）

0Cr18Ni9+1Cr25Ni14Si2A102或A107B:金相組織不同的異種鋼焊接。被焊兩種鋼（如珠光體鋼與鐵素體鋼、珠光體鋼與奧氏體鋼、鐵素體鋼與奧氏體鋼的焊接）因金相組織不同，無論使用何種填充材料，焊后所形成的焊縫金屬的化學(xué)成分和金相組織至少與其中一種鋼不同。此類接頭分為以下兩類：奧氏體與非奧氏體（α-Fe＋γ-Fe）、非奧氏體與非奧氏體（α-Fe＋α-Fe）。B.1非奧氏體與非奧氏體（α-Fe＋α-Fe）按電建規(guī)對異種鋼的界定，它將所有材料按組織分為F、P、B、M、A，F(xiàn)、P、B、M四種組織是以α-Fe相為基體，它們兩者之間的焊接就屬此類型。當高者推薦的熱處理溫度下限高于低者的上限時，此種接頭不能熱處理；若需進行焊后熱處理，則此類接頭設(shè)計不合理。如15CrMo+12Cr1MoV熱處理溫度選擇為690℃；15CrMo+SA-213T91則由于15CrMo的上限熱處理溫度為710℃、T91的下限溫度為730℃，所以此類接頭不合理，設(shè)計上不能采用）。焊接材料選擇原則B.1.1就低原則按此原則選取的焊接材料，焊接接頭性能更接近于合金成份低的一側(cè)，焊接接頭的強度不低于合金成份低側(cè)母材，能滿足要求。而且由于焊縫成分更低，焊縫的強度和硬度較低，塑性和韌性也較好，抗裂性較好。由于合金成分少，焊接材料價格也更便宜，具有好的經(jīng)濟效益。另外，有些制造標準對焊縫的硬度有要求，按就低原則選取的焊接材料，焊后焊縫硬度更容易滿足相關(guān)標準要求。12Cr1MoV+20E5015(J507)12Cr1MoV+G102E5515-B2-V(R317)示例如電建規(guī)標準DL/T752《火力發(fā)電廠異種鋼焊接技術(shù)規(guī)程》8.5對異種鋼焊接接頭硬度檢驗應(yīng)符合如下規(guī)定。

a:對于奧氏體組織的焊縫硬度不作規(guī)定；

b:對于非奧氏體焊縫，組其熱處理后的硬度應(yīng)同時符合以下規(guī)定（以合金含量低側(cè)母材的成分計算合金總含量）。不超過高合金鋼側(cè)母材布氏硬度值＋100HBW

合金總含量＜3%時≤270HBW

合金總含量3%～10%時≤300HBW

合金總含量＞10%時≤350HBWB.1.2就中原則焊接材料熔敷金屬的金相組織與母材相同，其化學(xué)成分和機械性能取兩種鋼的化學(xué)成分和機械性能的中間值，此時的選擇原則稱為就中原則。當兩種鋼材的化學(xué)成分和機械性能相差較大時，就中原則是最好的選擇，可以兼顧兩者的成分和性能需要，起到過渡作用。12Cr1MoV+20E5515-B2(R307)12Cr1MoV+T91ER90S-G(UnionIP23)B.1.3就高原則焊接材料熔敷金屬的金相組織與母材相同，其化學(xué)成分和機械性能接近兩種鋼中合金成分較高的一種，此時的選擇原則稱為就高原則。此原則在實際工作極少采用，只有在特殊情況下采用。12Cr1MoV+20E5515-B2-V(R317)12Cr1MoV+T91ER90S-B9(UnionIMTS-3,TGS-9cb)參考：DL/T752《火力發(fā)電廠異種鋼焊接技術(shù)規(guī)程》，如P284-285表9-7和9-8。B.2奧氏體鋼與非奧氏體鋼P274-285兩種金相組織不同的鋼焊接，由于其物理性能有很大差異，必然影響到接頭的工作性能。選擇焊接材料時，應(yīng)選擇在焊接過程中所產(chǎn)生的過渡層小而韌性好的材料。焊接時所選用的焊接工藝參數(shù)應(yīng)使熔合比盡量小，并盡可能避免熔敷金屬與熔化的母材產(chǎn)生。γ+α異種鋼，常選用“超合金化”γ類接材料，則在γ/α交界面的熔合區(qū)會產(chǎn)生一系列不均勻性，主要是成分不均勻，進而也呈現(xiàn)組織上的不均勻性。γ+α異種鋼接頭很有特點的脆弱現(xiàn)象，主要發(fā)生在γ/α的邊界附近，即發(fā)生于熔合區(qū)。B.2.1存在的主要問題

a:焊接時母材的稀釋-馬氏體帶。

b：焊接殘余應(yīng)力和熱應(yīng)力。

c：碳擴散或碳遷移-脫碳層和增碳層?；谏鲜鋈齻€問題，在焊接材料選擇時要充分考慮其焊接工藝性、常溫力學(xué)性能和長期運行性能。而我們選擇焊接材料時主要考慮的是接頭的長期運行性能。B.2.1.1碳擴散或碳遷移-脫碳層和增碳層碳的擴散速度大于其它溶質(zhì)元素（104-106）倍碳在α-Fe中的擴散能力大于在γ-Fe，所以碳趨向于由α向γ擴散遷移。溶質(zhì)元素易于溶入液相，而碳的分布系數(shù)為0.13較小，表明碳在固相中的化學(xué)位高于液相，更趨向于從固相向液相遷移。所以，α相中的碳必趨向于向γ液相擴散。由于熔合區(qū)固液兩相時間短，使得母材α擴散來的碳只能集結(jié)在γ/α交界附近，因而可見一個薄的增碳層和脫碳層。見P276B.2.1.2焊接時母材的稀釋-馬氏體帶由于焊縫凝固過程中焊接材料的熔敷金屬未能與母材金屬充分混合，而可形成未混合區(qū)或不完全混合區(qū)。Cr、Ni、Mn含量降低，會影響鉻當量Creq和鎳當量Nieq。其中Nieq對組織的影響最明顯。一般焊接材料中W（Cr）約20～25%，如W（Cr）降低到5～6%以下時，Nieq隨之低下，將不能穩(wěn)定奧氏體，而會出現(xiàn)馬氏體。因此，在寬約150um窄區(qū)域可見到“馬氏體帶”，其數(shù)量分而不均勻。如P278圖9-11。馬氏體數(shù)量最多的部位正是增碳層最顯著的熔合線部位，恰恰在這一部位看不到δ相存在，而離開熔合線向焊縫中心接近，有δ相出現(xiàn)，馬氏體則消失。提高鎳含量，有利于減小馬氏體，即可降低馬氏體脆化的有害作用。如P278圖9-12。B.2.1.3焊接殘余應(yīng)力和熱應(yīng)力由于γ和α具有不同的物理性質(zhì)，如導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、膨脹系數(shù)差別很大，在γ/α界面附近會形成明顯的焊接殘余應(yīng)力，而且焊后回火處理也不能消除。如P278圖9-13。B.2.2異種鋼接頭脆化的控制異種鋼接頭脆化的控制主要是馬氏體帶與碳遷移的控制問題，因增碳層和馬氏體的存在而沿焊縫邊界發(fā)生的氫致剝離開裂也應(yīng)給予注意。B.2.2.1馬氏體帶的控制為減少馬氏體帶，提高焊接材料的鎳含量有效的措施。增大熔池的攪拌作用和適當延長熔池在液態(tài)持續(xù)時間，均有利于熔敷金屬與母材金屬在液態(tài)下的混合，有利于消除馬氏體帶。B.2.2.2脫碳層與增碳層的控制兩點：控制焊縫成分和限定焊后的加熱溫度。焊后再次高溫加熱，對碳遷移影響較顯著（見P280圖9-15），回火參數(shù)P越值越大，堆焊層邊界的增碳層寬度越大；同時，增碳層的硬度也相應(yīng)增高。焊接材料的影響：寬帶級堆焊時，基體材料碳量大時，增碳明顯；焊材含強碳化物形成元素Nb(或Ti)時，增碳明顯。在γ/α異種鋼接頭中脫碳層是由粗大的鐵素體組成，而增碳層中一般都有碳化物析出。碳的遷移過程可以描述如圖9-16。若α基體中有較多的碳化物形成元素時，可減弱碳的遷移；若堆焊層或焊縫存在碳化物形成元素時，易于促使碳自α向γ遷移。減弱碳遷移的措施：焊縫或堆焊層中不含碳化物形成元素，最好提高鎳或硅的含量，這類非碳化物形成元素可以顯著降低γ中碳的活度，從而減少碳的遷移。提高α基體中強碳化物形成元素的含量。在母材坡口表面堆焊一層“隔離焊縫”，焊縫中含有一定數(shù)量的強碳化物形成元素。碳化物形成元素由及弱強

Mn、Cr、Mo、W、V、NbB.2.2.3剩余應(yīng)力的調(diào)整（P281圖9-18）采用奧氏體鋼焊條-焊縫膨脹系數(shù)與奧氏體相近，與α基體相差較大，則在α基體一側(cè)熔合區(qū)形成應(yīng)力集中，由于α基體通過塑性變形松弛應(yīng)力的能力較弱，對接頭性能不利。采用高鎳合金焊條-焊縫膨脹系數(shù)與α基體相近，與奧氏體鋼相差較大，則在奧氏體鋼一側(cè)熔合區(qū)形成應(yīng)力集中，由于奧氏體鋼通過塑性變形松弛應(yīng)力的能力較強，對接頭性能有利。結(jié)論：高溫工作的異種鋼接頭采用高鎳合金做為焊接材料是合適的。B.2.3焊接材料選擇（P283圖9-20）

原則：超合金化！即高鉻鎳，控制鉻當量Creq和鎳當量Nieq

，保證凝固模式為FA的要求。碳鋼或低合金、高合金鋼與奧氏體不銹鋼焊接，要考慮稀釋、碳擴散和熱應(yīng)力三方面的問題，同時還要考慮焊接工藝性及使用條件。當產(chǎn)品工作溫度≤400℃時，通常選用A307或A507；當產(chǎn)品工作溫度>400℃或焊接接頭要求熱處理時，則受壓元件對接接頭可選用鎳基焊接材料，而受壓元件與附件的焊接選用高鉻鎳不銹鋼焊接材料。難焊或要求高的異種鋼焊接，須選用鎳基焊接材料的原因如下：A：鎳可無限擴大γ區(qū)，增加碳的溶解度，當鎳達到70%時基本可以消除脫碳層。B：鎳基焊材熔敷金屬的線膨脹系數(shù)為13.6×10-6K-1，與碳鋼14×10-6K-1等基本接近，因而就平衡了接頭的大部分熱應(yīng)力。C：鎳基焊材熔敷金屬有很好的塑性，其延伸率可達40%而其強度極限仍有700～800MPa，因而使接頭能更好吸收各類應(yīng)力，大而增大接頭的抗變形能力。7、焊接工藝參數(shù)概念：指焊接時，為保證焊接質(zhì)量而選定的各項工藝參數(shù)（例如，焊接電流、電弧電壓、焊接速度、線能量等）的總稱。焊接電流—焊接時，流經(jīng)焊接回路的電流。電弧電壓—電弧兩端（兩電極）之間的電壓焊接速度—單位時間內(nèi)完成的焊縫長度預(yù)熱—焊接開始前，對焊件的全部（或局部）進行加熱的工藝措施。后熱—焊接后立即對焊件的全部（或局部）進行加熱或保溫，使其緩冷的工藝措施。它不等于焊后熱處理。7.1焊接線能量P4027.1.1焊接線能量的影響線能量過大-熱影響區(qū)軟化和脆化（對于調(diào)質(zhì)鋼必須限制線能量上限及最高層間溫度，見下表）線能量過小-冷裂紋鋼號板厚δ/mm最大線能量/(KJ/cm)最高層間溫度/℃SM58＜25≤50≤23025～50≤70≤23050～75≤80≤230HT70HT80＜25≤40≤20025～50≤50≤20050～75≤50≤200調(diào)質(zhì)高強鋼線能量上限及最高層間溫度線能量并非直接影響因素，直接作用是冷卻時間t8/5。t8/5影響因素：線能量E、初始施焊