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1、第第 1616 章章 金属材料焊接及热处理工艺金属材料焊接及热处理工艺16.1 总 则1）本工艺适用于汽机范围内管道、容器、承重构架及结构部件的焊接及热处理工作。 2）本工艺适用于低碳钢，普通低合金钢，耐热钢、不锈钢、铜及铜合金、铝及铝合金、铸铁 等材料的手工电弧焊，手工钨氩弧焊和 O2 C 2H2气焊。 3）有关安全方面，应遵守安全防火等规程的有关规定。 4）焊缝检查和焊工考核及质量验收应遵照有关射线超声检验等规定及焊工考试的规则执行。 5）对焊工及热处理工的要求，见电力建设施工及验收技术规范（火力发电厂焊接篇） 。16.2 焊接工艺16.2.1 焊接材料 16.2.1.1 焊条、电丝的选择
2、，具体按工程一览表选择 1）对同种类钢，机械性能及化学性能，化学成分与母材相近，焊条的合金元素的含量应略高 于母材，Ar 弧焊焊则要求与母材相同，化学类有钢要求抗蚀性同母材相同。 2）对焊接质量要求高，裂纹倾向大的材料和结构，应选用低氢型焊条。 3）对于异种钢，两非“A”体钢同类组织异种钢应选择靠近低合金侧或选其中间合金含量的焊 条和焊丝；两非“A”体一同组织异种钢应选择能获得综合性能好的组织的焊条，焊丝，两材 料其中之一为“A”体不锈钢时应选用高 Ni 不透钢焊条，对各异种钢结构，可参考附表 16-1 选择。 4）对低碳钢，普通碳素结构钢，选用相应强度等级的结构焊丝，焊条。 5）焊条的直径选
3、择，必须是在保证操作工艺性良好，成型美观，保证焊接质量的前提下尽可 能选择较大直径的焊条，对于承压管道的多层焊，底层采用 2.5mm 焊条，第 2-3 层选用3.2mm 焊条，以后各层选用 4.0mm 焊条，对应力大，裂纹倾向大的高合金钢，高碳钢，应 选用较小的焊条直径。 16.2.1.2 钨极的选择：目前市场上有纯钨极，钍钨极和铈钨极三种，纯钨极及钍钨极已趋于 淘汰不再被采用。最好选用铈钨极。其直径据所用的电流进行选择，各种规格的钨极所适应 的电流范围如表 16.1. 表 16.1 钨 极 许 用 电 流 表 焊接电流 A钨极直径 mm 正极性反极性 0.520- 1.080- 1.6150
4、20 2.425030 3.240040 4.050055 4.880080 6.4110012516.2.1.3 对焊接材料的要求 1）焊丝、焊条应保持清洁，无锈、无油污。应有生产厂的出厂产品合格证及技术说明书。其 质量应符合国家标准。 2）有良好的工艺性能。应引弧容易，燃烧稳定，飞溅小。其使用性能和工艺性能应符合工程 的需要。 3）焊丝、焊条在使用前及使用中应保持干燥，药皮不能出现变质的现象。 4）氩气的纯度应大于 99.5 16.2.2 焊接电源种类及极性的选择 1）碱性低氢型焊条，除铝及其合金以外的常用材料的钨氩弧焊（TiG）,必须采用直流焊接电 源。碱性低 H 型焊条采用反极连接。钨
5、极氩弧焊采用正极性连接。 2）非重要部件采有和酸性焊条焊接时，可选用交流弧焊电源。 3）铝及铝合金的 TiG 焊，采用专用的交流 TiG 焊机。 4）焊接电源的额定容易满足焊接要求，交流弧焊的空载电压为 5575V，直流弧焊电源的空 载电压为 6090V，但不能过高，交流弧焊电源 U080V，直流弧焊电源 U090V（整流器）和 U0100V（弧焊发电机） 。要有较好的动特性和良好的徒降特性（对于手式焊） ，以便有良好 的引弧和稳弧性能。几种弧焊电源的技术参数见附表 16-2.外特性见附图 16-1. 16.2.3 焊前准备 16.2.3.1 焊缝位置的确定。焊缝应避开力集中区，便于施焊及热处
6、理工作的进行，具体有以 下要求： 1）管道对接焊缝中心线距管子弯曲起点应不小于管了的外径，并且不小于 100mm（成品弯头 除外） ，与支架边缘距离不小于 50 mm，对于需要预热及焊后处理的管件，焊缝中心线与弯曲 起点及支架的距离应满足热处理时保温层及炉具设置的要求，应大于保温层宽度的三分之二。2）管接头和仪表插座应尽可能避开管道上的焊缝及热影响区。 3）筒体的对焊接焊口，其中心线距离封头弯曲起点应不小于壁厚加 15mm。 4）纵向焊缝的筒体和封头，其两纵向焊缝距离应大于三倍壁厚，且10mm。 5）焊接管的管孔要避开焊缝及热影响区，否则必须： （1）管孔两侧 60mm（若 d60mm 则取
7、d 值） ，的范围的焊缝要经射线探伤检查合格。 （2）孔边缘不在焊缝缺陷上。 （3）接头需经焊后去应力处理。 6）搭接焊缝的搭接长度大于五倍母材厚度，并且30mm. 16.2.3.2 坡口选用，要本着保证焊接质量高，金属充填量少，便于操作，改善劳动条件，减 少焊接应力与变形，利于质量检查等原则进行，对于厚度 200mm 的管子采用四点点固。焊缝厚度应与底层焊 缝相同，焊缝长度在 10-30 mm 之间选择，管径大时选择较大的焊缝长度。 16.2.5.2 底层焊缝的焊接；对于要求单面焊双面成型的底层焊缝有氩弧焊和电弧击穿焊两种 方法；对于不要求透度的焊缝可不采用氩弧焊及击穿焊法而采用非击穿电弧焊
8、。 1） 需要氩弧打底的结构：工作压力64kg/cm2或 T450汽、水管道，再热管道，冷却水及 润滑油，调速油管道，不锈钢管道，主汽，再热蒸汽主管道上的疏水管道，15M03C 以上合金 成分的合金管道氩弧打底进行充氩保护。 2） 对于振动轻，压力小而对工质纯净度要求高或要求抗裂性好的板及管结构，有较大的空 气流或负压并无法消除时，可采用击穿焊。 3） 对抗裂性要求小的变通结构，如承重，承压部件可采用非击穿法焊接。 4） 氩弧打底焊接工艺参数按氩弧焊工艺选择。 5） 采用击穿法焊接底层焊缝时，应采用抬、顶、灭方法运条操作为宜，以使焊缝的成型良 好及保证焊缝质量。 6） 底层焊缝的厚度应以所用焊
9、条，焊丝的直径大小为宜。 16.2.5.3 充填层及表面层焊接，以手工电弧连续运弧焊接为宜。 1） 4mm 的工件采用多层焊。 2） 坡口宽度大于四倍焊条直径时采用多道焊。 3） 每道焊道的宽度为 3-4 倍的焊条直径，平均每层焊层的厚度等于所用焊条的直径，最大 值3d 焊条。 4） 各层道间的焊渣应严格清理，避免缺陷产生，底层焊缝经检查合格后应及时进行充填焊。5） 多层多道焊的焊接顺序应合理安排，如图 16.1，尽可能减少焊接顺序不合理造成的焊接 应力。图 16.1 6） 各层道焊接电流的选择，依据 IH=(3050)d 选择，d 为焊条直径，单位为 mm，IH 为焊 接电流，单位为安培，以
10、在正常焊接速度下能形成并保持良好的椭圆开熔池为宜，严禁采用 过大的焊接电流焊接而产生焊缝过烧，劣化焊缝质量，IH 不得低于 20d，防止出现未熔合缺 陷，保证焊缝成型和焊接质量。 7） 焊接操作中严格控制焊缝形状系数，保证 B/H=1.5 左右，否则焊缝质量差，成型不好。 8） 多层多道焊缝的接头应相互错开 1020mm，收弧时应填满熔池，接头应叠压 510mm。 9） 禁止在工件上随意引弧及试验电流和焊接临时支撑物。 10）易淬硬裂纹的高合金工件，焊接时应设置引弧板。 11）焊接时工件应防止冷却速度过大， （铸铁的冷焊除外） 。除做好焊前准备的有关事项外， 管道焊接还应防止穿堂风。 12）直
11、径大于 194mm 的管件，采用二人对称焊接，焊接过程中应保持二人采用的焊接线能量 及其它焊接参数的一致性。 13）焊缝除工艺或检查要求分次施焊外，应连续一次完成，否则应做好防裂措施，再焊前对 焊缝进行检查是否出现裂纹，如有裂纹应首先清除，然后再进行焊接。 14）直径大于 1000mm 的管道或容器的对接焊缝应采用“”型坡口，以面焊的焊接工艺 15）焊接过程中，如发现焊接缺陷，应及时进行挖补，焊缝上同一缺陷位置的挖补次数不得 大于两次，需要立即热处理的接头，应在热处理后进行反修，反修后再进行一次热处理。 16）表层焊缝应过度园滑，不得出现咬边及熔坑。宽度，加强高度及不均匀程度不应超出质 量标准
12、的合格范围。 17）焊缝焊后，焊工要首先进行自检，自检合格后，在焊缝近区打上焊工代号钢印。 18）对易产生延迟裂纹的钢焊后应及时热处理，否则应进行 250-350后热，缓冷，其加 热宽度与热处理相同。 19）冷拉口应在焊接热处理完毕后，方可拆除冷拉工具。 16.2.5.4 手工钨极氩弧焊工艺。有关焊接电源，部分焊接材料，坡口型式及尺寸等选择见十六章焊前准备部分。下面着 重介绍其他参数的选择及工艺方法。 1） 焊接参数选择。 （1）焊接电流根据工件和预热的情况而定，工件的厚度大，导热系数大，预热温度低时， 应选用较大的焊接电流。否则，应选用较小的焊接电流。焊接电流过小时，易产生未焊透，气孔和夹渣
13、。焊接电流过大时，出现内凹，咬边，焊瘤，气孔，裂纹等缺陷。 一般以使焊缝在正常焊接速度下形成并保持椭圆形溶池为宜，可参照表 16-2-4 选择。（2）焊丝直径的选择，应据工件厚度及坡口钝边厚度和焊接电流、坡口间隙而定，工件厚 度、钝边度厚大；焊接电流大；坡口间隙大，焊丝直径应选大些。否则，应小些。可 参照表 16.4 选择碳素钢，普低钢，耐热钢铁焊接参数。 碳素钢、普低钢、耐热钢 TiG 手弧焊 表 16.4 规范喷咀直径 D=8mm 板及钝边厚度电 流焊丝直径焊接速度气体流量 （mm）正极性（A）（mm）(mm/min)(L/min) 0.91001.6300-3704-5 1.2100-1
14、251.6300-4504-5 1.5100-1401.6300-4504-5 2.3140-1702.4300-4504-5 3.2150-2003.2250-3004-5当工件为不锈钢时，可按表 16.5 的参数选择 表 16.5 不透钢对接 TiG 手工规范 板、钝边 厚（mm）间 隙 （mmi）电 流 正极性 （A）焊 速 (mm/min）钨 极 （mm）焊丝直径 （mm）气体流量 （L/min）1050-80100-1201.614-6 2.40180-120100-1201.626-10 3.202105-150100-1202.42-3.26-10 402150-200100-1
15、502.43.2-46-10 40100-150 150-200120-160 120-1502.43.2-46-10（3）钨极直径应依据所需的焊接电流按表 16.1 选择。 （4）喷嘴直径应采用的钨极直径按下式计算选择。D=2dw +4(mm)。 （5）氩气流量依据喷嘴直径 D 按 Q=(0.8-1.2)D 选择，D 值大时，选择较大的系数，Q 的单 位为 L/min.也可参照表 16.4，表 16.5 选择。 （6）预热温度选择，可低于电弧焊所采用的预热温度 100-200左右。对于可焊性不很坏 的钢及结构采用氩弧打底焊时不进行预热，对于 X20GrMoV121 等可焊性很差的钢，要 求按
16、工艺图所给出的预热温度值进行预热，对于散热系数很大的有色金属铜，铝及其 合金应预热到 300-450 （7）坡口间隙按表 16.2 选择，不锈钢按表 16.5 选择，铜 、铝及其合金在铝及铝合金氩 弧焊部分中说明。 2） 工艺方法 （1）采用接触引弧时，不应用划擦法，应将钨极向坡口处轻轻一点，不得用力过猛，最好 采用高频引弧装置线弧。（2）运弧，就采用直线开运弧，否则，焊枪的横向摆动幅度亦小于 5mm。 （3）收弧，应将电弧引向坡口边缘停弧，最好采用电流不衰减装置对电流进行衰减，焊缝 中心突然继弧，不得在应力集中处停弧。 （4）焊接过程，焊丝熔化端的端头不得离开保护区。 （5）坡品及焊丝的清理应比电弧焊的要求严格，不得有油，锈等污物残留。 （6）焊缝的背面，对于氧化钢应充氩保护，背面充氩保护的气体流量，就装设不影响焊枪 中气体流量的另一套供气装置
