焊接

焊接 • 一、焊接基本概念 • 二、常用的焊接方法及特点 • 三、焊接常用的规程规范 • 四、焊接设计 • 五、焊缝检验

一、焊接基本概念 1、前言 焊接是压力容器制造和压力管道安装中的重要工序，焊接质量在很大程度上决定了压力容器的制造和压力管道质量。其焊接质量包括诸多方面的内容；焊接接头尺寸及形位偏差、焊缝外观、焊接缺陷、焊接应力与变形；焊接接头的使用性能（如力学性能、弯曲性能、耐腐蚀性能、高温性能）以及堆焊成分等。与制造压力容器和压力管道安装的其它工艺相比，焊接具有影响因素多，变化过程复杂，实验性强等特点。 • 焊接质量的控制有效途径是过程控制，每个焊工、每份焊评、每道工序，每个过程都要进行有效的监督与管理。 • 焊工的操作技能与焊接正确性是保证焊缝质量的两个重要方面，影响操作技能与焊接工艺的因素又十分繁多，因而在产品或安装施焊前进行焊接工艺评定和编制焊接过程工艺卡。 • 确保压力容器、压力管道焊接质量的重要环节有母材的焊接性能、焊接工艺评定、考试和焊接工艺规程，以及对整个制造过程进行质量控制。 2、焊接的基本概念 2.1.1焊缝形式与接头形式 • 从焊接角度来，压力容器是由母材与焊接接头组成的而焊缝是焊接接头的组成部分，焊缝与焊接接头是两个不同概念。 • 在熔化焊范围内焊缝形式分为五种；对接焊缝、角焊缝、端接焊缝、焊缝和槽焊缝。焊接接头形式分为12种：对接接头、T形接头、十字接头、搭接接头、端接接头等。 • 焊缝形式的接头形式，同一种焊缝形式可以连接成多个接头形式，对接接头不一定用对接焊缝连接，连接角接接头的焊缝也不一定是角焊缝。 2.1.2焊缝区、熔合区和热影响区 焊接接头由焊缝、熔合区和热影响区三部分组成。焊缝是由熔化的焊接材料和熔化的母材所组成，可见焊缝金属的化学成分和性能不完全是焊接材料的化学成分和性能。在焊接接头各区中通常是热影响区最为薄弱。 • 热影响区是在焊接热流作用下母材短时从室温到高温，尔后又急速冷却过程后性能变化的部分，依据所达到的高温及冷却速度不同，热影响区可划分为若干区域。对于不易淬火钢的焊接热影响按远离熔合区依次可分为：过热区（又称粗晶区）、重结晶区（又称正火区）、不完全重结晶。 焊接接头示意图 • 对焊接接头性能的检测重点也应放在焊接热影响区。 2.1.3焊接性能、焊接工艺评定和焊接工艺规程 掌握焊接性能、焊接工艺评定和编制焊接工艺规程是焊接压力容器中的三个重要环节，焊接性能是焊接工艺评定的基础，焊接工艺评定又是焊接工艺规程的依据，而焊接工艺规则是确保压力容器焊接质量的行动准则。 2.1.3.1、焊接性能 • 金属材料的焊接性能是指在限定的施工条件下，焊接成符合设计要求的构件，并满足预定服役要求的能力。也是材料对焊接加工适应性和使用可靠性。 • 施工条件：包括材料牌号、结构条件、焊接设备条件、工艺条件、焊接环境（温度、湿度、风力等）； • 设计要求：包括焊接尺寸、形状偏差、焊缝内外缺陷要求、焊接接头的性能、焊接技术条件； • 服役要求：则包括焊接接头结合性能、具体工艺介质条件下焊接接头的使用性能及使用环境下结构抗断裂能力。 • 材料的焊接性能与条件有关，在不同条件下有不同表现。例如当07MnCrMoVR使用焊条电弧焊时，焊接接头冲击韧性良好，而当使用埋弧焊时热影响区冲击功有所降低。 • 焊接性能可分为工艺焊接性能和使用焊接性能。所谓工艺焊接性能是指在确定焊接条件下，能否获得优质、无缺陷或少缺陷的焊接接头能力；所谓使用焊接性能是指焊接接头或整体结构满足各种使用要求的程度。 • 影响焊接性能因素归纳为材料、焊接方法、结构类型使用要求四个方面。 2.1.3.2 、焊接工艺 • 焊接工艺是指制造焊件所有相关的加工方法和实施要求，包括焊接准备、材料选用、焊接方法选定焊接参数、操作要求等。 • 根据焊接工艺的要求焊接工艺因素可以分为： • （1）重要因素：是指影响焊接接头抗拉强度和弯曲性能的焊接工艺因素。 • （2）补加因素：是指影响焊接接头冲击韧性的焊接工艺因素。当规定进行冲击试验时增加补加因素。 • （3）次要因素：是指对要求测定的力学性能无明显影响的焊接工艺因素。 • NB/T47014《承压设备焊接工艺评定》中列表规定了对一同焊接方法的各种焊接工艺因素。 2.1.3.3、焊接工艺评定 • 为验证所拟定的焊件焊接工艺的正确性而进行的试验过程及结果评价称之为焊接工艺评定，正确认识焊接工艺评定的目的和作用，是执行焊接工艺评定的前提。 • 要评定焊接工艺必须首先拟定出一份预焊接工艺规程，预焊接工艺规程是从焊件技术要求与工艺过程出发，根据材料的焊接性能，由具有一定专业知识的焊接责任人首先拟定出一份预焊接工艺规程然后进行施焊和进行各种试验。其综合结果符合要求就确定为合格的焊接工艺。 二、焊接方法 • 焊接方法分为机械焊和手工焊 • 手工焊是指用手操纵焊钳、焊炬或焊枪使焊条或焊丝运行以形成焊缝的焊接，焊工则称为手工焊焊工；焊机在焊工观察和操纵下进行焊接称为机械化焊；焊接无需焊工调节、控制进行焊接称为自动焊。 • 1、焊条电弧焊（SMAW） • 以焊条和工件之间的电弧加热金属，从而达到熔合的一种弧焊方法，以焊条的药皮的分解物对电弧进行保护，施焊时不需外加压力，填充金属取自于焊条。 • 焊条电弧焊应用历史悠久，设备、焊条、工艺配套完善，适用于多种材料焊接，适应性，设备要求简单，不需专用辅助装置，绝大多数情况下都用手工焊。但手工焊对焊工操作技能要求高，劳动条件差，生产效率低，焊接质量与焊工的体力、情绪有关。 • 2、埋弧焊（SAW） • 以一个（或多个）金属裸电极与工件之间形成后个（或多个）电弧加热金属，使之熔拿方法，熔合的金属和电弧被焊剂所覆盖而加以保护。不施加压力，填充金属取自电极，有时尚从焊剂、附加填充金属中得到补充，通常称为“埋弧自动焊”并不确切，极大多数情况下称为“埋弧机械焊”比较确切。 • 埋弧焊可采用较大的焊接电流，较高的焊接速度，生产效率高；机械化焊接，质量稳定，对焊工操作水平的依赖程度大大降低；没有弧光辐射，劳动条件较好；焊接成本较低，焊接工件厚度范围广。 • 但埋弧焊不能直接观察电弧与坡口相对位置，容易焊偏，为保证焊剂覆盖熔池，大多数情况只能采取平焊位置。适应于长直焊缝、环焊缝。难以焊接不规则焊缝或焊机头伸不进去的地方，施焊时需要专用辅助装置多，初始投资较大。 • 窄间隙焊也可以是窄埋弧焊。厚板焊接时采用Ⅱ形坡口或窄间隙U形坡口，坡口宽度约20㎜-30㎜，大大节省了填充金属，减少了热影响区范围，不仅提高了效率而且极大地改善了焊接接头性能。 • 3、钨极气体保护焊（GTAW） • 以钨极和工件之间的电极加热金属，以获得熔合的弧焊方法，可使用也可不使用压力和填充金属，保护气体常用氩气，其次是氦气，在惰性保护下除低熔点金属元素蒸发外，氧化化学反应不明显。可以焊接化学性能活泼的有色金属。焊接过程稳定，特别适合薄板的焊接，单面焊时背面成型良好，但熔池浅，熔敷速度慢，生产效率低，惰性气体价格贵，焊接成本高。 • 4、熔化极气体保护焊（GMAW） • 在外界气体保护下，采用连续送进的填充金属极和焊接熔池之间的电弧的弧焊方法。保护气体可以是，惰性的也可以是活性的如CO2气体，也经常使用混合气体保护。金属极为实心焊丝。 • 药心焊丝电弧焊采用连续送进的填充及和焊接熔池之间的电弧进行焊接的气体保护熔化极弧焊方法，保护气体来自管状焊丝内部的焊剂，可带也不可带有外部供应起补充保护作用的气体。 • 药心焊丝电弧焊的焊接工艺评定规则和焊工考试规则与熔化极气体保护焊相同。 • 5、等离子弧焊（PAW） • 以电极与工件间的压缩电弧或电极与压缩嘴间的压缩电弧（非转移弧）或两种电弧同时加热金属，从而使两件金属获得接合的弧焊方法。保护气体是从嘴孔喷出的热离子化气体，也可以再辅之以另一种气源的保护气体。保护气体可以是一种单一的惰性气体，也可以是混合气体。可以用也可不用压力和填充金属。 • 等离子弧焊的特点是能量集中，温度高，焊接速度快；电弧挺直，稳定性好，可焊接更细更薄的工件；弧长变化对焊缝成型影响较小；电极与工件不接触，焊缝没有钨的危险，焊接热输入小， • 熔化极惰性气体保护焊和药心焊丝电弧焊这两种焊接方法，都可以分别是手工焊、机械化焊和自动焊接，通常将机械方式送进焊丝，手工移动焊枪称为“半自动焊”，但其实是手工焊，应按手工焊进行管理。 • 熔化极惰性气体保护焊的特点是气体保护熔滴和熔池不产生治金反应，适用于焊接各种有色金属；可用较大电流、生产效率高；明弧焊接，便于操作，有效控制缺陷；易进行全位置焊接；易实现机械化与自动化，惰性气体价格较贵，焊接成本偏高。 • 采用CO2 气体保护焊时，要认真检验焊缝金属韧性，特别是时效冲击韧性。在施工时还发现由于焊材供应问题，焊缝金属强度常常高出母材过多，成为超强匹配，而影响焊接接头性能。例如20R钢板，其合理匹配焊丝为H08MnSi。往往由于供材不顺而使用H08Mn2Si而形成超强匹配。 • 焊接质量高。但焊接电源，控制系统与焊炬都较复杂，设备费用是钨极氩弧焊的2-5倍，工艺参数的调节匹配较复杂，喷嘴寿命短。 • 在压力容器行业中，等离子弧焊广泛用于不锈钢和有色金属的切割，徽束等离子弧也用于波纹管等薄板的焊接。等离子弧焊