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焊接材料選用原則

查看：1794 　發(fā)稿日期：2016-01-13 19:53:29

應(yīng)根據(jù)母材的化學(xué)成分、力學(xué)性能、焊接性能并結(jié)合壓力容器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使用條件及焊接方法綜合考慮選用焊接材料，必要時(shí)通過(guò)試驗(yàn)確定。
焊縫金屬的性能應(yīng)高于或等于相應(yīng)母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的下限或滿足圖樣規(guī)定的技術(shù)條件要求。
對(duì)各類鋼的焊縫金屬要求如下：
焊接材料標(biāo)準(zhǔn)或產(chǎn)品樣本上所列性能都是焊材熔敷金屬(不含母材金屬)性能，而焊接接頭性能取決于焊縫金屬(包括焊；材熔敷金屬和母材金屬)和焊接工藝，目前沒(méi)有任一焊接材料在焊接過(guò)程中可以作用于焊接接頭中的熱影響區(qū)而改變它的性能，從選用焊接材料來(lái)說(shuō)只能考慮焊縫金屬性能，為保證焊接接頭性能還需焊接工藝(特別是焊后熱處理，線能量)配合。JB/T4709-2000中原則規(guī)定“焊縫金屬的性能應(yīng)高于或等于相應(yīng)母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的下限或滿足圖樣規(guī)定的技術(shù)條件要求”作為選用焊接材料總方針：
JB/T4709-2000將GB 150中的低合金鋼按其使用性能分為強(qiáng)度型低合金鋼、耐熱型低合金鋼和低溫型低合金鋼，這樣劃分實(shí)際上也與它們的焊接特點(diǎn)相適應(yīng)。
有人認(rèn)為“通過(guò)焊接工藝評(píng)定，確定了焊接材料”這種說(shuō)法是不全面的—例如焊接 16MnR鋼，下列焊條都可以通過(guò)焊接工藝評(píng)定：J506，J507，J507R，J507G，J507RH， J507DF……，但施焊產(chǎn)品使用哪個(gè)牌號(hào)則要考慮諸多因素，如：①?gòu)暮附釉O(shè)備考慮，J506 使用交流焊機(jī)，J507使用直流焊機(jī)；②從抗裂性考慮，J507RH優(yōu)于J507；C在容器內(nèi)部施焊從勞動(dòng)保護(hù)考慮，J507DF(低塵)要優(yōu)于J507；④從提高效率考慮，鐵粉焊條J507Fe優(yōu)于了507。綜合考慮上述因素后才最終確定焊條牌號(hào)。
相同鋼號(hào)相焊的焊縫金屬
碳素鋼、低合金鋼的焊縫金屬應(yīng)保證力學(xué)性能，且不應(yīng)超過(guò)母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的抗拉強(qiáng)度上限。耐熱型低合金鋼的焊縫金屬還應(yīng)保證化學(xué)成分。
高合金鋼的焊縫金屬應(yīng)保證力學(xué)性能和耐腐蝕性能。
對(duì)于壓力容器而言，焊接接頭的力學(xué)性能是基本性能，而對(duì)碳素鋼和低合金鋼而言，焊縫金屬?gòu)?qiáng)度與母材強(qiáng)度匹配又是壓力容器行業(yè)和焊接行業(yè)的“熱點(diǎn)”，研究爭(zhēng)論甚多。焊縫金屬與母材力學(xué)性能匹配應(yīng)該統(tǒng)一考慮強(qiáng)度匹配、塑性匹配和韌性匹配；對(duì)于強(qiáng)度型低合金鋼按“等強(qiáng)”原則選用焊接材料，焊接接頭可具有足夠的韌性儲(chǔ)備，而適當(dāng)“超強(qiáng)”也確實(shí)有利于提高接頭抗脆斷性能。用強(qiáng)度級(jí)別為700—800 MPa的高強(qiáng)度鋼(HQ70及15MnMoVNRe)作母材，選擇不同強(qiáng)度級(jí)別焊條焊接，進(jìn)行落錘試驗(yàn)和深缺口寬板拉伸試驗(yàn)結(jié)果表明，焊縫金屬過(guò)份超強(qiáng)或過(guò)份低強(qiáng)，均易促使脆性斷裂，接近等強(qiáng)的接頭最為理想。焊縫低強(qiáng)在工藝上還可降低預(yù)熱溫度、減少冷裂紋敏感性。
通常都是按熔敷金屬名義保證值來(lái)選用焊接材料，而熔敷金屬實(shí)際強(qiáng)度又往往超出名義保證值很多，如再考慮冶金因素或熔合比的作用，實(shí)際焊縫金屬的強(qiáng)度水乎將遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出焊接材料熔敷金屬的名義保證值。愿望是“低強(qiáng)”匹配，現(xiàn)實(shí)可能是“等強(qiáng)”；愿望是“等強(qiáng)”，現(xiàn)實(shí)可能是“超強(qiáng)”。必須根據(jù)焊縫實(shí)際強(qiáng)度水平來(lái)分析匹配問(wèn)題。
焊條、焊劑與碳鋼藥芯焊絲國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品樣本都沒(méi)有規(guī)定熔敷金屬拉伸強(qiáng)度上限，在壓力容器用焊材訂貨技術(shù)條件出臺(tái)前，JB/T4709-2000 規(guī)定“焊縫金屬應(yīng)保證力學(xué)性能，且不應(yīng)超過(guò)母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的抗拉強(qiáng)度上限值加30 MPa”。
對(duì)于耐熱型低合金鋼和高合金鋼的焊縫金屬在保證力學(xué)性能前提下還應(yīng)分別保證化學(xué)成分或耐腐蝕性能，“保證”的實(shí)際意義對(duì)鉻鉬鋼來(lái)講是化學(xué)成分，對(duì)高合金鋼來(lái)講則是耐腐蝕性能“應(yīng)高于或等于相應(yīng)母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值下限或滿足圖樣規(guī)定的技術(shù)要求”。
對(duì)高合金鋼的焊縫金屬來(lái)講，JB/T4709-2000只提“耐腐蝕性能”而不提“化學(xué)成分”，這是因?yàn)楦吆辖痄摶瘜W(xué)成分是保證耐腐蝕性能的，Cr、Ni含量提高時(shí)只會(huì)對(duì)耐腐蝕性能有利。
不銹鋼復(fù)合鋼基層的焊縫金屬應(yīng)保證力學(xué)性能，且不應(yīng)超過(guò)母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的抗拉強(qiáng)度上限值加30 MPa；復(fù)層的焊縫金屬應(yīng)保證耐腐蝕性能，當(dāng)有力學(xué)性能要求時(shí)還應(yīng)保證力學(xué)性能。
復(fù)層焊縫與基層焊縫以及復(fù)層焊縫與基層鋼板交界處宜采用過(guò)渡焊縫。
不同鋼號(hào)相焊的焊縫金屬
不同強(qiáng)度鋼號(hào)的碳素鋼、低合金鋼之間的焊縫金屬應(yīng)保證力學(xué)性能，且不應(yīng)超過(guò)強(qiáng)度較高母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的抗拉強(qiáng)度上限值。
JB/T4709-2000標(biāo)準(zhǔn)中不同強(qiáng)度鋼號(hào)的碳素鋼、低合金鋼都為珠光體鋼，焊接材料應(yīng)保證焊縫金屬與強(qiáng)度級(jí)別較低的母材相匹配。焊后熱處理溫度若按強(qiáng)度高的母材選用要注意勿使焊縫另一側(cè)母材強(qiáng)度降低過(guò)多；若按強(qiáng)度低的母材選用，則應(yīng)注意防止強(qiáng)度高的母材產(chǎn)生冷裂縫。
奧氏體高合金鋼與碳素鋼或低合金鋼之間的焊縫金屬應(yīng)保證抗裂性能和力學(xué)性能。宜采用鉻鎳含量較奧氏體高合金鋼母材高的焊接材料。
奧氏體鋼與珠光體鋼焊接，由于這兩類鋼在化學(xué)成分、金相組織和力學(xué)性能方面相差很大，主要會(huì)產(chǎn)生下列三方面問(wèn)題：
(1)焊縫金屬的稀釋：往往會(huì)使珠光體一側(cè)熔合區(qū)附近產(chǎn)生脆性的馬氏體組織，若提高焊縫金屬中奧氏體形成元素鎳含量和控制高溫停留時(shí)間可以減少其影響。
(2)碳遷移形成擴(kuò)散層：在珠光體一側(cè)形成脫碳層，奧氏體一側(cè)形成增碳層，可引起降低接頭的高溫持久強(qiáng)度和塑性。提高奧氏體焊縫的含鎳量，利用其石墨化作用阻礙形成碳化物則縮小擴(kuò)散層。
(3)接頭殘余應(yīng)力：主要原因是珠光體鋼與奧氏體鋼線膨脹系數(shù)不同及奧氏體鋼導(dǎo)熱性差而產(chǎn)生的。
焊接奧氏體鋼與珠光體鋼宜采用鉻鎳含量較奧氏體高合金鋼母材高的焊接材料，甚至選用線膨脹系數(shù)介于珠光體鋼與奧氏體鋼之間的鎳合金焊材，以降低殘余應(yīng)力。
焊接材料應(yīng)滿足圖樣的技術(shù)要求，并按JB 4708規(guī)定通過(guò)焊接工藝評(píng)定。
由于焊條、焊劑國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定不進(jìn)行彎曲性能試驗(yàn)，焊條、焊劑力學(xué)性能試板熱處理規(guī)范與產(chǎn)品焊后熱處理規(guī)范不完全相同，與不少鋼材相差甚遠(yuǎn)，規(guī)定焊材“按JB 4708通過(guò)焊接工藝評(píng)定”以確保焊材按壓力容器標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)性能檢驗(yàn)，但不要求焊材按爐批號(hào)進(jìn)行焊接工藝評(píng)定。
焊接材料熔敷金屬硫、磷含量規(guī)定應(yīng)與母材一致，選用GB／T 5118標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的焊條，還應(yīng)符合下列要求：
型號(hào)為EX X X X—G的焊條應(yīng)規(guī)定出焊縫金屬夏比V型缺口沖擊吸收功。
鉻鉬鋼焊條的焊縫金屬夏比V型缺口沖擊吸收功常溫時(shí)不應(yīng)小于3l J箱
用于焊接低溫鋼的鎳鋼焊條的焊縫金屬夏比v型缺口沖擊吸收功在相應(yīng)低溫時(shí)應(yīng)不小于34J。
型號(hào)為EX X人X—G的焊條、鉻鉬鋼焊條、低溫鋼焊條其力學(xué)性能試板熱處理規(guī)范與壓力容器用鋼材焊后熱處理規(guī)范相差甚遠(yuǎn)。GB／T 5113中焊條力學(xué)性能試板熱處理規(guī)范基本上是按焊條強(qiáng)度級(jí)別來(lái)考慮的。提高熱處理溫度、延長(zhǎng)熱處理時(shí)間都會(huì)降低焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度，同一型號(hào)焊條可能用于多種鋼材、多種制造工藝的焊件，焊條國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中焊縫金屬抗拉強(qiáng)度名義值應(yīng)適應(yīng)各種工藝情況，如某焊件經(jīng)多次焊后熱處理，要求焊縫金屬抗拉強(qiáng)度仍不低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值。
結(jié)合我國(guó)合金體系特點(diǎn)研制的15MnVR、15MnVNR、07MnCrMoVR鋼，為防止碳化釩析出，焊后熱處理溫度都規(guī)定低于600C，低溫鋼焊后熱處理溫度規(guī)定較低。
工藝人員、設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)綜合考慮焊條力學(xué)性能熱處理規(guī)范、焊件制造工藝特點(diǎn)(主要是焊后熱處理、焊接返修)和鋼材特點(diǎn)，選用相應(yīng)的焊材。對(duì)帶“G”焊條加上“規(guī)定出焊縫金屬夏比v型缺口沖擊吸收功”，對(duì)鉻鉬鋼焊條、焊接低溫鋼的鎳鋼焊條，提高了焊縫金屬夏比V型缺口沖擊功驗(yàn)收指標(biāo)，以便與鋼板要求相適應(yīng)。

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