钢材及其相关金属材料的焊接-钢材及相关金属的焊接工艺（钢结构焊接）

不锈钢的焊接工艺1、晶间腐蚀:

根据贫铬理论,焊缝和热影响区在加热到450-850℃敏化温度区时在晶界上析出碳化铬,造成贫铬的晶界,不足以抵抗腐蚀的程度。

防止措施:

（1）采用低碳或超低碳的焊材,如A002等;采用含钛、铌等稳定化元素的焊条,如A137、A132等。

（2）由焊丝或焊条向焊缝熔入一定量的铁素体形成元素,使焊缝金属成为奥氏体+铁素体的双相组织,(铁素体一般控制在4-12%)。

（3）减少焊接熔池过热,选用较小的焊接电流和较快的焊接速度,加快冷却速度。

（4）对耐晶间腐蚀性能要求很高的焊件进行焊后稳定化退火处理

1.3.3.1奥氏体不锈钢焊接问题及措施2、应力腐蚀开裂

应力腐蚀开裂是焊接接头在特定腐蚀环境下受拉伸应力作用时所产生的延迟开裂现象。奥氏体不锈钢焊接接头的应力腐蚀开裂是焊接接头比较严重的失效形式,表现为无塑性变形的脆性破坏。

防止措施:

(1)合理制定成形加工和组装工艺,尽可能减小冷作变形度,避免强制组装,防止组装过程中造成各种伤痕(各种组装伤痕及电弧灼痕都会成为SCC的裂源,易造成腐蚀坑)。(2)合理选择焊材:焊缝与母材应有良好的匹配,不产生任何不良组织,如晶粒粗化及硬脆马氏体等;

(3)采取合适的焊接工艺:保证焊缝成形良好,不产生任何应力集中或点蚀的缺陷,如咬边等;采取合理的焊接顺序,降低焊接残余应力水平;

(4)消除应力处理:焊后热处理,如焊后完全退火或退火;在难以实施热处理时采用焊后锤击或喷丸等。(5)生产管理措施:介质中杂质的控制,如液氨介质中的O2、N2、H2O等;液化石油气中的H2S;氯化物溶液中的O2、Fe3+、Cr6+等;防蚀处理:如涂层、衬里或阴极保护等;添加缓蚀剂。

3、焊接接头的σ相脆化

焊件在经受一定时间的高温加热后会在焊缝中析出一种脆性的σ相,导致整个接头脆化,塑性和韧性显著下降。σ相的析出温度范围650-850℃。在高温加热过程中,σ相主要由铁素体转变而成。加热时间越长,σ相析出越多。

防止措施:

(1)限制焊缝金属中的铁素体含量(小于15%);采用超合金化焊接材料,即高镍焊材。

(2)采用小规范,以减小焊缝金属在高温下的停留时间;

(3)对已析出的σ相在条件允许时进行固溶处理,使σ相溶入奥氏体。5、焊接变形较大因导热率低、膨胀系数大，故焊接变形较大，可采用夹具防止变形。

4、焊缝金属的低温脆化

对于奥氏体不锈钢焊接接头,在低温使用时,焊缝金属的塑韧性是关键问题。此时,焊缝组织中的铁素体的存在总是恶化低温韧性。

防止措施:

通过选用纯奥氏体焊材和调整焊接工艺获得单一的奥氏体焊缝。5、容易出现热裂纹。防止措施:

（1）尽量使焊缝金属呈双相组织,铁素体的含量控制在3-5%以下。因为铁素体能大量溶解有害的S、P杂质。

（2）尽量选用碱性药皮的优质焊条,以限制焊缝金属中S、P、C等的含量。1.3.3.2奥氏体不锈钢的焊接方法

奥氏体不锈钢可用钨极氩弧焊（TIG）、熔化极氩弧焊（MIG）、等离子氩弧焊（PAW）及埋弧焊（SAW）等方法进行焊接。

奥氏体不锈钢因其熔点低、导热系数小、电阻系数大，故焊接电流较小。应采用窄焊缝、窄焊道，减少高温停留时间，防止碳化物析出，减少焊缝收缩应力，降低热裂纹敏感性。1.3.3.3焊接材料的选择——不锈钢焊条不锈钢焊条是指涂有以不锈钢为源料的一类焊条。可分为铬不锈钢焊条和铬镍不锈钢焊条，广泛应用于化工、化肥、石油、医疗机械制造等行业。选用原则

1)对于在高温条件下工作的耐热不锈钢，焊条的选用主要应该满足焊接接头对高温性能的要求，此外，还要能提高焊缝金属的抗热裂纹性能。例如，当焊接的奥氏体耐热钢时，通常选用铁素体的体积分数（含量）为2%～5%的不锈钢焊条；当焊接时的稳定型奥氏体耐热钢时，在保证焊缝金属成分和母材大致相近的基础上，还要增加焊缝金属中的W、Mo、Mn等元素的含量，从而使焊缝金属既提高了抗裂性，又能满足高的热强性。2)选择与母材成分相同或相近的不锈钢焊条焊接时，要特别注意所选用焊条的含碳量不要超过母材的含碳量。3)从焊接工艺性能考虑，近年来，钛钙性药皮焊条最受欢迎，被大量使用；钛钙型药皮焊条不仅焊接工艺性能好，而且可以进行全位置焊接，是不锈钢焊条常用的药皮类型之一；碱性药皮的不锈钢焊条很少应用在奥氏体不锈钢焊接上，只是在马氏体不锈钢或刚度很大的焊接结构上为了解决冷裂纹才采用。为了提高电弧的稳定性，一般多采用电离电位较低的碱金属以及碱金属的氧化物作为稳弧剂。4)对耐蚀不锈钢的焊接，应该根据腐蚀介质的工作温度来选择焊条，对于焊接在常温下工作并且腐蚀介质的腐蚀性不强的焊件，可以采用不含Nb或Ti的不锈钢焊条焊接；对于工作在腐蚀介质是稀硫酸或盐酸液体中的焊接结构，焊接时常选用含Mo或含Mo和cu的不锈钢焊条焊接；当结构工作在300℃以上，并且介质的腐蚀性很强时，应该选用含Nb或Ti元素或者是超低碳的不锈钢焊条焊接。5)铬不锈钢焊接时，为了保证钢种的各项性能，选择焊条的成分应该和母材的成分相近，并且采用相应的预热和后热处理措施，也可以采用铬镍不锈钢焊条焊接，但是，焊后不进行热处理。不锈钢焊条除了要满足一般焊接工艺性能和焊接接头力学性能外，还要确保焊接接头能满足一定的耐蚀性的要求。对药皮和焊芯，通常都要考虑到下列要求：1)通过焊芯和药皮过渡各种合金元素，使焊缝金属成为含有确定数量的奥氏体和铁素体组织，以确保焊缝金属既有良好的抗裂性，又有良好的抗相应介质腐蚀的能力。2)通过焊芯或药皮，使焊缝金属中能渗入一定量的碳化物形成元素（如铌、钼、钛等），与碳形成稳定的碳化物，以阻止晶粒边界生成铬的碳化物。3)碳的增加，会促使奥氏体型不锈钢（或铁素体型不锈钢）焊缝产生晶间腐蚀，所以对焊芯和药皮原材料中的碳含量要严加控制，建议采用低碳或超低碳的焊芯，使用低碳或无碳的铁合金和金属元素作为药皮的原材料。4)严格控制不锈钢焊芯和药皮中的硫、磷含量，以减少产生焊缝热裂纹的危险。性能要求分类按GB/T983-1995《不锈钢焊条》标准规定，条可分为铬不锈钢焊条和铬镍不锈钢焊条两大类。(1)铬不锈钢焊条该类焊条主要由Crl3系列不锈钢焊条和Crl7系列不锈钢焊条组成。两大系列焊条的焊接特点分述如下：1)Cr13系列不锈钢焊条：如G202、G207、G217等焊条是马氏体组织的Cr13系列不锈钢焊条，用此系列的不锈钢焊条焊接马氏体不锈钢时，焊前应该将焊件预热300℃以上，而且焊后还要将焊件进行700℃的回火处理，只有采取上述工艺措施，才能避免焊缝及热影响区因淬硬倾向较大而产生裂纹。2)Cr17系列不锈钢焊条：如G302、G307等焊条是铁素体组织的Cr17系列不锈钢焊条，用此系列的不锈钢焊条焊接铁素体不锈钢时，焊前应该将焊件预热200℃，而且焊后还要将焊件进行800%的回火处理，只有采取上述工艺措施，才能避免焊缝及热影响区475℃脆化和因淬硬倾向较大而产生裂纹。(2)铬镍不锈钢焊条该类焊条具有良好的耐蚀性和抗氧化性，但是，由于在焊接过程中受到重复加热，析出的碳化物会降低耐蚀性和力学性能，所以，选择铬镍不锈钢焊条时，应该考虑焊件的工作温度及介质种类等。牌号不锈钢焊条的牌号是指制造商对作为产品出厂的每种焊条标识的特定编号，用来区别不同焊条熔敷金属的化学成分、力学性能、药皮类型和焊接电流种类。我国生产不锈钢焊条的厂家很多，它们使用统一牌号，其表示方法为：1)焊条牌号前边的G表示铬不锈钢焊条；A表示奥氏体不锈钢焊条。2)G或A后面第一位数字，表示焊缝金属的主要化学成分。3)G或A后面的第二位数字，表示同一焊缝主要化学成分组成等级中的不同牌号，对同一药皮类型的焊条，可有10个牌号，按0、1、2、3、…、8、9顺序排列。4)G或A后面的第三位数字，表示药皮类型和焊接电源种类。不锈钢焊条牌号只应用2和7两个数字。“2”表示钛钙型焊条，交流或直流反极电源焊接；“7”表示低氢型焊条（又称碱性焊条），只限于直流或反极电源焊接。低碳钢焊接工艺低碳钢焊接工艺要点

一个完整的焊接工艺评定，要经过提出评定项目、草拟焊接工艺方案、焊接工艺评定实验、焊接工艺评定报告，最后编制焊接工艺规程等一整套流程。由于有专项的学习安排，在这里我们只给大家提出低碳钢的若干焊接工艺要点，以期望对大家在今后实际评定焊接工艺时有所帮助由于低碳钢是焊接性最好的钢种，所以各种焊接方法都在低碳钢焊接中得到应用。如手工电弧焊、埋弧焊、二氧化碳气体保护焊、电渣焊、气焊、电阻焊、氩弧焊、钎焊等。其中常用的是手工电弧焊、二氧化碳气体保护焊、氩弧焊、埋弧焊等。只要注意一下几个方面就可保证焊缝的焊接质量：(1)

焊前清除焊件表面的铁锈、油污、水分等杂质，焊条、焊剂必须烘干。

(2)

焊缝、对接多层焊的第一层焊缝及单道焊缝要避免深而窄的坡口形式，以防止出现裂纹、未焊透、夹渣等缺陷。(3)

结构件的刚度增大、焊缝的裂纹倾向也增大，因此焊接刚度大的结构件时，宜选用低氢碱性焊条，焊前预热或焊后消除应力热处理措施，预热及回火温度见下表

常用低碳钢焊前预热及回火度4)

环境温度低于—10℃以下焊接低碳钢时接头冷却速度较快，为了防止产生裂纹，应采取以下减缓冷却速度的措施：

①焊前预热，焊时保持层间温度；

②采用低氢型或超低氢型焊接材料；

③点固焊时必须加大焊接电流，适当加大点固焊的焊缝截面和长度，必要时焊前页采取预热；

④整条焊缝联系焊完，尽量避免中断，熄弧时要填满电弧坑。普通低合金钢的焊接工艺普通低合金钢的焊接工艺

低合金钢是在碳素钢基础上加入一定量合金元素的合金钢。合金元素的总含量一般不超过5%,以提高钢的强度并保证其具有如耐低温,耐高温或耐腐蚀等。对于普通低合金钢的焊接工艺我们将从焊接方法的选择、焊接材料的选择、焊线能量的选择、预热温度的选择以及焊后热处理这几个方面全面了解焊接方法的选择普通低合金钢可采用埋弧自动焊，手工电弧焊，气电焊，电渣焊，压力焊等方法焊接。这主要取决于产品结构，板厚，性能要求和生产条件等。埋弧自动焊，熔化极气体保护焊及手工电弧焊是常用的焊接方法。钨极氩弧焊可用于要求全焊透的薄壁管和厚壁管等工件的封底焊。厚壁压力容器等大型厚板结构，电渣焊仍是我过常用的焊接方法，但鉴于电渣焊焊缝及热影响，焊后需要进行正火热处理，从而增加生产周期和成本。如用一般的埋弧自动焊，随产品厚度的增大，将降低生产率，增大焊丝消耗。所以大家需要根据不同的工艺条件来选择焊接的方法。焊接材料的选择选择焊接材料时，应保证焊缝金属的强度，韧性和塑性等性能符合产品设计要求。应选择与母材强度相当的焊接材料，并综合考虑焊缝金属的韧性，塑性及焊接接头的抗裂性。只要焊缝金属的强度不低于或略高于母材强度的下限值即可。焊缝强度过高，将导致焊缝韧性，塑性和接头抗裂性的降低。焊接线能量的选择各种低合金钢的脆化倾向和冷裂倾向各不相同。对焊接线能量的要求也不同。

例如：含碳量低的热轧钢(09Mn2,09MnNb等)以及含碳量偏下限的16Mn钢焊接时,焊接线能量没有严格的限制.因为这些钢的脆化，冷裂倾向小。当焊接含碳量偏高的16Mn时,为降低淬硬倾向,防止冷裂纹的产生,焊接线能量应偏大一些，对于含V,Nb,Ti的钢种,为降低热影响区粗晶区脆化所造成的不利影响,应选择较小的焊接线能量。如15MnVN钢种的焊接线能量宜在40—45kj/