焊接基础理论(2008.12)剖析

1、焊接基础知识 （2）本期焊接工艺基础知识从人员资质、焊接材料要求及使用管理、焊接设备使用、焊前准备、焊接工艺要求及环境条件等方面部分选择了应该注意和遵守的规则。本期内容将作为今后焊工比赛和焊工考试内容；请广大焊工认真学习并结合实际运用掌握。一、手工电弧焊工艺1钢材与焊材的匹配一般应符合等强度原则；本厂所用焊材种类尚不多，常见钢材、焊材匹配见表1 0钢材牌号选用焊材Q235-A/B、20、20g、25、ZG25、st45.8、SA-106、GB/T5117E4303、E5015Q345-B、Q390-B、16Mn、16Mng、P355GHGB/T5117E501515CrMo、13CrMo44、

2、SA-335P12GB/T5118 E5515-B2(R307)12Cr1MoV、13CrMoV42GB/T5118E5515-B2-V ( R317)SA-335P22GB/T5118E6015-B3( R407 如 CHH407A )SA-335P91AWS A5.5E9015-B92同种钢焊接时焊条选用原则：1）对于碳钢，一般要求等强度，应选用熔敷金属强度等于或稍高 于母材的焊条；2）对于合金钢，选用焊条要求等强度，有时还要求合金成分与母材相同或相近；3） 特别在焊接结构刚性大，残余应力大，焊缝及热影响区易产生裂纹的情况下，应考虑选用塑性、韧性好的焊条。3、异种钢焊接的焊材选择原则：1）

3、强度级别不同（如碳钢与低合金钢或低合金钢与低合金高强度 钢），一般要求焊缝金属或接头强度不低于两种被焊金属的最低强度，同时焊缝金属的塑性和冲击韧性应不低于强度较高而塑性较差侧母材的性能。因此可按强度级别较低的钢材选用焊条；但焊接 工艺应按强度级别较高、焊接性能较差的钢种。2）低合金钢与奥氏体不锈钢一般选用塑性和抗裂性较好的Cr23Ni13型焊条。以上是选用焊条的一般原则，但有时考虑焊接结构特点、受力条件、结构使用条件、施工条件等因素选用焊材，因此焊接产品时应遵照焊材定额表领用焊条。4、低氢性焊条领用时从保温烘箱内取出应放在保温筒内，随用随取。5、严重受潮、粘结在一起的或药皮脱落的焊条，严禁用于

4、受压元件的焊接。6、焊工应按工艺文件和焊材领用管理制度领用焊条，不得错用焊条。7、 焊条的重复烘干：1）使用的低氢型焊条冷至室温 4小时后，必须按工艺重新烘焙。（因此领用 焊条时视工作量领取适量焊条）2）当班用不完的焊条必须返回二级库分类存放，焊条头应退回二 级库。3）焊条重复烘焙尽可能不超过二次，防止药皮变脆、脱落。4）不锈钢焊条不应重复烘焙。8焊接设备上的仪表及调节装置等按规定定期进行检定。上述仪表、装置失灵时，不得进行焊接。9、用低氢钠型药皮焊条（如J507）焊接时，选择直流焊机，直流反接；采用低氢钾型药皮焊条（如J506）焊接时，既可选择直流焊机，直流反接，也可选择交流焊机；采用酸性焊

5、条（如J422）焊接时，选择交流焊机或直流焊机；采用不锈钢酸性焊条时宜优先选用直流焊机。10、受压元件的焊接工作应由相应项目考试合格的持证焊工担任。11、受压元件产品焊接以后，应按规定在指定位置打上焊工钢印。 焊工钢印的使用只适用于自己焊 的产品，不得转借他人使用。12、定位焊应有良好的熔深，其表面不得有裂纹、 气孔、夹渣和未焊透等缺陷。焊件有预热要求的 定位焊时应按要求进行预热。13、 焊前应检查坡口边缘，必须没有缺陷（如裂纹、夹层等），同时清理坡口内及坡口两侧1020mm 范围内的杂质等。14、装配完毕的焊件应尽快施焊，避免吸潮生锈。生锈或严重受潮的焊件应拆掉并清理后重新装配， 或加热进行

6、烘烤处理。也可以由部门焊接技术人员确定有效的处理意见。15、若需预热的焊件，焊接预热温度应符合有关工艺文件的要求， 受压件或重要结构件焊接预热温度参见表2。其预热宽度在焊缝每一侧一般不小于焊件厚度的 3倍；焊后保温缓冷。 表2钢材牌号钢材厚度（mm）预热温度Cc）20、20g、SA-106A、SA-106B、 9080-150345-B、Q390B、16Mn、16Mng、SA-516Gr65SA-106C、SA-210C 3280-150SA-516Gr70、P355GH、19Mn6 20120-150SA-29925-7580-150 75150-200BHW35 10150-20015Cr

7、Mo、13CrMo44、SA-335P12 12100-15012Cr1MoV、13CrMoV42、SA-335P22 6200-250SA-335P91、SA-213T91任意厚度200-25016、受压件焊接时各种直径焊条使用电流参见表3。立焊、横焊和仰焊用的电流应比平焊时小 10%左右。工件预热时可比正常电流减少 5-15%。表3焊条直径 mm2.53.24.05.0焊接电流 A50-8090-130140-180190-23017、焊接受压元件时不得在焊件表面引弧， 可在引弧板或在坡口内引弧。如果偶然发生在工件表面 引弧，应将弧疤磨平或将弧坑按施焊工艺补焊后磨平。18、焊机地线与焊件必

8、须牢固连接，防止地线与工件接触面引弧而烧伤工件表面。19、焊接过程中如发现气孔、夹渣、裂纹等缺陷应及时除去并补焊，女口发现严重裂纹时，应报告有 关部门，待处理后再进行焊接。20、中、厚板焊接尽量采用多层、多道焊，前一道（层）焊缝清理干净（包括清除焊渣、气孔、裂 纹等缺陷）后，方可进行下道焊接。21、耐热钢焊接应在预热后立即焊接，预热温度应符合相关工艺的要求。管道焊接时，应防止管内穿堂风，并要求一次焊完。如果生产过程中，工件冷至预热温度以下，再焊接时必须重新预热。焊 后立即用石棉绳等保温材料将焊缝围上或采用其他缓冷措施，使其缓慢冷却。冷却后再进行焊后热处理，热处理规范应符合相关热处理工艺标准的要

9、求。22、 奥氏体不锈钢焊接应在保证产品质量的前提下，尽可能采用快速焊。焊条不作横向摆动，焊接结束或中断时，收弧要慢，弧坑要填满。多道焊接时，待前一道焊缝冷却到60C左右以后（以用手可以摸为准），再焊下一道。23、焊接重要结构的对接焊缝时，焊缝的两端应加引弧板和收弧板，焊接完成后应以气割切下引弧 板和收弧板，禁止捶击打掉。24、产品试件应由焊接该产品的焊工焊制，在试件材料、焊接材料、焊接设备和工艺条件等方面应 和所代表的产品相同。（如果不重视产品试件的焊接，则试件不合格代表其所焊产品不合格）25、 受压元件的焊缝表面质量应符合下列要求：1）焊缝外形尺寸应符合设计图样和工艺文件的规 定，焊缝高度

10、不低于母材表面，焊缝与母材应圆滑过渡； 2）焊缝及热影响区表面不应有裂纹、未 熔合、夹渣、弧坑和气孔等缺陷。二、埋弧焊工艺26、焊丝表面不允许有油污、拉丝残留润滑剂、严重刻痕或夹渣、锈蚀等，其表面应清理光洁后方 可使用。应优先采用镀铜焊丝。27、 焊剂在使用前应进行烘焙，烘焙的温度按焊材烘焙工艺或参见表4。通常熔炼焊剂200-250C, 烧结焊剂300-400 Eo表4序号焊剂牌号烘焙温度 c保温时间 h1HJ431225 2522HJ350225 2523SJ101325 2524SJ501325 2525UV420TTR325 25228、经烘焙的焊剂可保存在100C左右封闭式保温箱里，随

11、用随取，以确保所用的焊剂保持在热状 态029、 焊接过程中重复使用的焊剂必须经过筛选清理重新烘焙后，方可使用。焊接回收的焊剂，要清除熔渣并保持颗粒均匀。经使用过三次的焊剂，加入40% - 50%的新焊剂后方可使用。30、焊剂不允许落地回收，应用盛器集积或采用自动回收装置。31、焊件装配工作的好坏直接影响焊缝质量。为防止焊穿、焊偏、熔深不足等问题，焊前应保证加 工坡口角度、焊前装配间隙均匀、高低平整。32、坡口表面的锈、油、水份等是产生凹坑、气孔、裂纹等缺陷或影响力学性能的原因，焊前应彻底清除。焊工应在焊前检查坡口形状, 尺寸是否符合图样规定，若影响焊接质量，应及时向有关部 门反映，未经处理前不

12、应进行该焊缝的焊接。焊前应清除坡口及其两侧各20-30mm处的油污、铁锈、水汽等杂物，直至露出金属光泽。33、 埋弧焊时焊剂在坡口上的堆叠高度过高易造成焊道成形恶化。 焊剂的颗粒度要求，一般大电流 焊接情况选用细粒度焊剂，以免引起焊道外观成型变差；小电流焊接情况选用粗粒度焊剂，否则气 体逸出困难易产生麻点、凹坑甚至气孔等缺陷。34、对高强钢、耐热钢、低温钢等材料应控制预热温度和道间（或层间）温度：焊接热输入加大对 焊缝的力学性能负作用是明显的，故而特别在高强钢、耐热钢和低温钢焊接时应采用低电流、小线 能量、多层多道进行薄道焊接。35、筒体纵缝焊后，产品试板、弓I、收弧板应采用火焰切割方法割除，

13、不允许用敲击法强行除去。36、 集箱埋弧焊根部的打底焊（手工电弧焊打底或钨极氩弧焊打底）厚度应不小于4mm。集箱的 埋弧自动焊一般采用多道多层焊，层间如发现气孔、夹渣、融合不良等缺陷， 必须清理干净后方可 继续焊接。大厚度筒体埋弧焊更应遵守这一规则。37、 受压元件的纵、环缝、角接焊缝的表面质量应符合下列要求：1）焊缝及其热影响区表面不允许有咬边、裂纹、气孔、夹渣、弧坑、焊缝余高超标、角焊缝的焊趾凸度超标等缺陷。2）焊缝表面应平整，不低于母材；焊趾的交接处应成圆滑过渡。38、返修焊缝经补焊修磨后应与基本金属圆滑过渡， 并和原焊缝外形尺寸或图样要求尺寸基本相同。埋弧焊中：焊件有油锈、焊丝不清洁、

14、焊剂受潮或不洁净是焊接缺陷的主要原因；多道多层焊时发现缺陷及时清除是保证焊接质量的关键。三、钨极氩弧焊39、钨棒：推荐使用 Wce20 （铈钨）电极。40、设备的焊前检查：检查氩气瓶阀有无漏气及失灵，减压器、导气管、导线等连接是否牢固，导 气、导水管是否畅通，电流表、电压表、流量计等仪器仪表是否正常，如有故障不得进行焊接。41、 焊件用氩弧焊定位时，以熔化钝边为宜。对于外径不大于 60mm的管子可对称定位焊两处； 外径大于60mm的管子可均匀定位三处，定位长度为10-20mm。定位焊应保证质量，如有未熔合或 未焊透等缺陷时，应清除后重新定位焊。42、 管子装配间隙：手工钨极氩弧焊时为1.5-2

15、.5m m,自动钨极氩弧焊时为0-0.5mm。43、 通常情况下，手工钨极氩弧焊时氩气流量为8-12L/min，自动钨极氩弧焊时氩气流量为 8-14L/min。44、 钨极氩弧焊钨棒直径可根据焊件厚度来选择，手工钨极氩弧焊钨棒直径为 2.4-4mm；自动钨 极氩弧焊钨棒直径为 2-4mm。钨极的表面不应有毛刺、疤痕或油污，钨棒的端部应磨成如图 1所 示形状。钨棒装夹时应位于喷嘴的中心，钨棒伸出喷嘴的长度根据具体焊件尽可能缩短。 一般情况 下，手工钨极氩弧焊时伸出长度为 4-6mm，自动钨极氩弧焊时伸出长度为 4.0-10mm。30 5045、氩弧焊工作场地应有适当的防风措施。46、用直流弧焊电

16、源进行焊接时，应检查电源极性是否正确，碳素钢、低合金钢焊接时工件接正极, 焊枪接负极。47、焊接过程中钨棒端部与熔池表面始终保持 2-3mm的距离（即弧长2-3mm）。48、焊接过程中，焊工应严格掌握焊接规范，注意观察熔池，保证焊透及单面焊双面成形。当焊接中断再度起焊时，起焊焊缝应与原焊缝重迭 8-10mm。厚壁管多层焊时每层焊缝厚度不宜太厚，且 应注意层间温度（不使焊缝过热而影响焊缝和热影响区金属组织与性能）。49、 填充焊丝前，应使填充焊丝相对焊件表面成10 -30角，缓慢均匀地向焊接熔池前沿送丝， 焊丝不做摆动，送丝速度与焊接速度相匹配。填充焊丝切勿与钨极接触，防止焊缝夹钨和钨极污染,

17、加剧钨极的烧损。50、焊接过程中，焊丝端部应始终处于氩气的保护范围内，以免焊丝加热端的氧化。焊接结束时， 应将填充焊丝抽出熔池，但仍应在保护气体的保护区内。准备熄弧时，应首先把焊枪手把开关关闭, 焊枪在原处停留3-5s,焊接电流自动衰减，延时停气。51、常用焊丝选用推荐见表5:钢材牌号选用焊丝Q235-A/B、20、20g、25、ZG25、st45.8、SA-106、Q345-B、Q390-B、16Mn、16Mng、P355GHTIG-J5015CrMo、13CrMo44、SA-335P12、SA-213T12TIG-R3012Cr1MoV、13CrMoV42TIG-R3112Cr2MoWVT

18、iBTIG-R34SA-335P22、SA-213T22、10CrMo910TIG-R40SA-335P91、SA-213T91ER90S-B952、各种气瓶颜色：氩气瓶-涂灰色，符号Ar;氧气瓶-涂天蓝色，符号-02;乙炔瓶-涂白色，符号 C2H2;二氧化碳气瓶-涂黑色，符号CO2;如使用混合气则确认是混合气瓶；请大家看标记和颜色， 不致拿错气瓶。氩弧焊中特别注意：气体纯度会影响焊缝质量；操作手法也会影响焊缝质量；另焊层不宜过厚， 否则会使焊缝性能减弱。四、二氧化碳气体保护焊53、保护气体：二氧化碳气体纯度应不低于99.5% （体积法），其含水量不超过0.005% （重量法）。如焊丝表面或工

19、件表面有油污、铁锈、表面潮湿或CO2气体中含有较多水份时，将产生氢气孔；如果CO2气体纯度不高，或焊接区域混入了空气，焊缝中含有0.015%的N2，则会产生气孔和夹渣。54、 对于瓶装二氧化碳，当瓶内压力低于 1MP时停止使用。55、从钢瓶出来的二氧化碳必须经过加热、减压和调节流量后才能通入焊枪。56、 焊接电源一般为直流平外特性或缓降外特性，只有在粗丝CO2焊时才选用陡降外特性。二氧 化碳气体保护焊应采用具有平特性的直流电源。57、 细丝CO2气保焊一般采用等速送丝方式与平特性电源配合。只有在焊丝直径大于 3mm的粗丝情况下才采用弧压反馈送丝方式与陡降特性电源配合。等速送丝式焊接电流的大小由

20、送丝速度决 定，而电弧电压由电源电压决定。58、 根据作业环境和焊接接头形式选择适当的气体流量，防止因气体保护不善而产生气孔。 保护气 体的流量应控制在15-20L/min间，过低导致空气渗入，过高导致紊流产生。59、作业区应无风或有防风措施；更不应该用风扇直吹焊接处。60、 虽然焊丝伸出长度的增加将提高焊接熔敷率， 但焊接工艺及焊缝性能恶化是明显的，飞溅增大、 焊缝波纹及成型粗糙、气孔敏感性加大等都易导致焊接的失败和隐患的存在。建议在焊接电流低于 250A时的伸出长度为10-18mm左右；当焊接电流大于250A时的焊丝伸出长度为20-25mm间。61、使用混合气时气体活性降低，对油、锈、水份

21、等杂质的敏感性将加大，故焊前应严格清除被焊坡口表面的铁锈、油污、水份及其它杂质；否则对焊接工艺性能及焊缝力学性极为不利，这是保证获得优良焊缝力学性能的重要一环。62、焊接工艺参数可按下表选用：接头型式对 接接 头/ T型 接 头搭接接头母材厚度（mm） 21-105-30坡口形式I型V型焊接电流（A）80-140100-260180-380100-260200-40080-260200-400电弧电压（V）17-2520-3423-3620-3423-3617-3423-37气体流量（L/min）8-1515-2015-2015-2015-258-2015-25自动焊焊速（m/h）18-352

22、0-3020-4220-42极性直 流反 接五、关于不锈钢材料63、 不锈钢：不锈钢是铬的含量超过12%，因而具有不生锈特性的一大类铁基合金钢的通称。铬（Cr）元素能显著提高钢的抗氧化性能和耐腐蚀性能，Cr量达到一定含量，就使钢材表面形成一层钝化膜，在空气中保持金属光泽。64、不锈钢分类：不锈钢从性能特点分类有耐酸不锈钢、耐热不锈钢和耐磨不锈钢，锅炉上使用的 大多为耐热耐磨不锈钢。实际上不锈钢通常以金相组织分类：分马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、 双相不锈钢（有奥氏体一铁素体双相不锈钢和奥氏体一马氏体双相不锈钢）、沉淀硬化型五大类。65、产品中常见几种牌号不锈钢：1）1Cr13、1C

23、r6Si2Mo ;此类属马氏体类不锈钢，用于抓钉，耐热挡板等。此类钢焊接性较差，一般不作焊接件；耐蚀性能较差；冷加工成形较困难；一般可用于耐磨件。2）1Cr18Ni9Ti、Cr20Ni14Si2此类属奥氏体类不锈钢或耐热钢，用于受热面梳形板，填块等。 用作焊接件的综合性能、工艺性能和焊接性能都良好，常用奥氏体不锈钢有：牌号相应焊材0Cr19Ni9(相当 ASTM 304 下同)、00 Cr19Ni11 (304L)E308 (A102/A107 )、E308H、E308L (A002 )0Cr23Ni13 (309S)、E309 (A302/A307 )、E309L (A062 )0Cr25N

24、i20 (310S)E310 (A402/A407 )0Cr17Ni12Mo2 ( 316)、00Cr17Ni14Mo2 (316L)E316( A202/A207 )、E316H、E316L( A022 )0Cr18Ni10Ti (321 )、1Cr18Ni9Ti (321)A132/A1370Cr18Ni11Nb (347)E347(A132/A137 )3）ZG8Cr26Mn7N、ZGCr25Ni20高温耐热铸钢，用于燃烧装置和分离装置的中心筒和给煤和 返料装置的喷口和管口。66、不锈钢焊接材料的选用原则：选用使焊缝金属的成分与母材相同或相近的杂质含量低的焊材。67、不锈钢焊接的工艺要点

25、：不同类型的不锈钢有不同的焊接特点。如马氏体不锈钢要采取焊前预热，控制层间温度，准确的后热和焊后热处理等措施；但如在产品中仅作固定用或与其它材料连接， 不要求接头性能同母材，焊后不能热处理，可选用高塑性和韧性的奥氏体不锈钢焊条或镍基焊条焊接，且用低氢型的。氩弧焊时背面要采取保护措施、氩气纯度要高、保护效果要好。奥氏体不锈钢用的较多；其工艺要点最主要的有: 1）操作上热输入量要小，采用小电流，低 电压（短弧焊），窄焊道快速焊。另一方面控制层间温度不过高。 2）焊前清理工作必须认真，包括 坡口及两侧和层间；否则焊缝受到污染焊缝性能变差，严重的产生裂纹。68、焊接奥氏体不锈钢的主要问题：第一为焊接裂

26、纹；第二为接头腐蚀；第三为时效脆化。可见焊接裂纹是不锈钢焊接的首要问题， 值得大家重视。69、奥氏体不锈钢热裂纹的主要原因：简单地说是不锈钢导热慢，变形大，冷却时存在较大的拉应力；不锈钢焊缝结晶组织方向性强， 有害杂质易形成；含镍量高的合金更易形成有害的低熔共晶。70、避免热裂纹的途径：除焊缝金属中增加一定数量铁素体组织和严格限制有害杂质含量等冶金措施外，主要工艺措施有： 减少母材金属熔入焊接熔池的量；尽量选用低氢性焊条和无氧焊剂；用小的热输入（小电流快速焊）； 等前一层焊缝冷却后再焊次一层焊缝；收弧要慢且要设法填满弧坑。六、关于低合金耐热钢材料71、合金钢：在优质碳素钢的基础上，加入一种或多

27、种合金元素的钢称为合金钢。根据加入合金元 素数量的多少，合金钢可分成低合金钢和高合金钢。72、低合金钢：合金元素的含量大多在 1%以下，只有少数低合金钢其合金元素可达 25%。用于 锅炉上的低合金钢大致有强度用钢和特殊用钢。 强度用钢如16Mng、15MnMoV、13MnNiMoNb等; 特殊用钢有低温钢和耐热钢。锅炉上常见低合金耐热钢有：15CrMo、12Cr1MoV，称珠光体耐热钢；而P91/T91材料属新型铁素 体耐热钢.；其含Cr量已达9%，可以说属中合金耐热钢。73、 高合金耐热钢：锅炉上主要用高合金耐热钢，合金元素含量大于12%。女口 0Cr25Ni20、 1Cr25Ni20Si2

28、、1Cr17、1Cr13 等。74、珠光体耐热钢的焊接性：因加入合金元素，增大钢的淬硬倾向，当焊接拘束度大，冷却速度快 的厚板结构时，若又有氢的作用，就会导致冷裂纹。珠光体耐热钢焊接的主要问题是冷裂纹。75、冷裂纹的特征：1）容易出现冷裂纹的钢种：中、高碳钢，低合金钢和钛合金等金属材料焊接接头中。2）形成冷裂纹的温度：低温下产生。3）冷裂纹的延迟特征，可以在焊后立即出现，也有 时要经过一段时间（几小时、几天甚至更长）才出现；且随时间延长逐渐增多并扩展。 4）冷裂纹 的开裂形式：多出现在焊接热影响区，有时也出现在焊缝；冷裂纹的断裂与热裂纹不同，它是既有沿晶，又有穿晶开裂的复杂断口，这是由焊接接头的金相组织、应力状态和氢含量的综合作用决定 的。76、为比较介绍热裂纹的产生部位及开裂形式： 热裂纹的产生具有沿晶开裂特征，它是沿原奥氏体 晶界开裂，断口晶粒表面圆滑，裂纹尖端圆纯，这是由于晶粒的棱角在高温下被局部熔融的结果。裂纹表面还多伴随有氧化色彩，这说明裂纹是在高温下产生的，与冷裂纹有明显的区别。通过宏观及显微观察和断口分析证明： 热裂纹有的分布在焊缝中心，有的分布在弧坑，有的分 布在焊缝的柱状晶晶界，有的分布在热影响区的过热