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1、各种常用材料焊接的焊接材料选择原则第一节焊材选用的一般原则为得到高质量的焊接接头，首先耍合理选择焊接材料。由丁焊接部件在运行中的工况有很大差异，母材的材质性能、成份千差万别，部件的制造工艺错综复杂，因此需耍从各方面综合考虑确定对应的焊接材料。选择焊接材料应遵循以下原则：1）满足焊接接头使用性能的耍求。包括常温、高温短时强度、弯曲性能、冲击韧性、硬度、化学成份等，以及一些技术标准和设计图纸中对接头性能的特殊耍求，诸如持久强度、蠕变极限、高温抗氧化性能、抗腐蚀性能等。2）满足焊接接头制造工艺性能和焊接工艺性能的要求。焊接接头组成的构件，在制造过程中不可避免耍进行各种成型和切削加工，例如冲压、卷、弯
2、、车、刨等加工工序，要求焊接接头具有一定的塑性变形能力和切削性能、高温综合性能等。焊接工艺则耍焊接材料工艺性能良好，根据母材的焊接性差异，具有对应的抗裂纹等缺陷的能力。3）合理的经济性。在满足上述各种使用性能、制造性能的最低耍求的同时，应选择价格便宜的焊接材料，以降低制造成本，提高经济效益。例如重耍部件的低碳钢手工电弧焊时，应优先选用碱性药皮焊条，因为碱性焊条脱氧、脱硫充分，且氢含量低,焊缝金屈抗裂性能及冲击韧性性能好。而对丁一些非重要部件，可选用酸性焊条，因为酸性焊条仍能满足非重要部件的性能要求，而且工艺性良好，价格便宜，可降低制造成本。第二节碳素钢、低合金钢焊接材料的选择碳素钢、低合金钢（
3、包括低合金耐热钢、低合金高强钢）焊接材料的选择，应考虑下列因素：1）等强性和等韧性原则承压承载的部件，通常根据材料的拉伸许用应力进行强度计算，拉伸许用应力与材料的标准抗拉强度下限值有关，即许用应力（0）=ob/nb（各种标准Db的取值不同）,其中）为材料的拉伸许用应力，0b为材料的标准抗拉强度下限值，叽为安全系数（各种标准叽的取值不同），所以焊接接头作为部件的一部分，其焊缝抗拉强度应不小丁母材标准抗拉强度规定值的下限。同时应注意焊接材料熔敷金属的抗拉强度不能大大高丁母材的抗拉强度，而导致焊缝塑性性能降低，硬度增大，不利丁随后的制造成型。尽管强度计算仅考虑材料的抗拉强度，各种工艺评定标准对焊缝的
4、屈服强度均无耍求，但选择焊接材料时也应考虑焊接材料熔敷金屈的屈服强度不应低丁母材的屈服强度，并注意保证一定的屈强比。当接头在高温运行通常用工作温度（或设计温度）下材料的高温短时抗拉强度规定值下限进行许用应力计算即。t=ob7nb其中X为材料t温度下，短时抗拉强度规定值下限计算的高温许用应力0为材料t温度下，短时抗拉强度规定值下限或工作温度下材料的持久强度蠕变极限进行许用应力计算。门=oD7nD其中为材料t温度下持久强度计算的许用应力0；为材料t温度下的持久强度no为安全系数（各种标准no的取值不同）因此，选择高温运行焊接接头的焊接材料时也应考虑其高温短时抗拉强度或持久强度不得低丁母材的对应值。
5、一般碳素钢和普通低合金钢选择焊接材料主要考虑焊接材料的抗拉强度，可不考虑熔敷金屈的化学成份与母材匹配，但对TCr-Mo耐热钢材料焊接选择其焊接材料不仅考虑其等强性还应考虑合金元素的匹配以保证焊接接头的综合性能与母材一致。在特殊情况下部件按材料的屈服强度计算许用应力进行设计时就必须以屈服强度的等强性为重要考虑因素。由丁部件的运行工况不同，在运行中常常会由于韧性不足而产生脆性破坏，尤其是低温工作的部件或高强厚壁部件更容易发生脆性破坏。所以有关标准对焊接接头的冲击韧性指标都提出明确耍求。选择焊接材料时应保证焊缝的冲击韧性满足有关标准的要求。然而标准不同对接头冲击韧性的要求也各不相同。蒸汽锅炉安全监察
6、规程中规定焊接接头的冲击韧性不得低丁母材冲击韧性规定值的下限。当母材没有冲击韧性指数时则不得低于27J。钢制压力容器标准GB150中规定接头冲击韧性值要求按钢最低抗拉强度而确定。对丁碳素钢和低合金钢其接头最低冲击韧性为：钢材最低抗拉强度W450MPa时为18J450-515MPa时为20J515-655NIPa时为27J低温容器其冲击韧性值应不低丁母材的规定值下限。而ASME法规VI卜1则根据材料的强度级别、厚度、工作温度、设计应力与许用应力之比值來确定接头是否要保证冲击韧性性能。如果接头有冲击韧性耍求，则乂根据材料的强度级别和厚度规定冲击韧性的最低保证值。综上所述，我们选择焊接材料时，应按照
7、产品的设计、制造、检验标准，确定对接头冲击韧性的耍求后，选择合适的焊接材料满足标准要求，也就是使用性能的耍求。在考虑冲击韧性要求时，应注意结构的设计温度和使用温度。当使用温度等丁或大丁常温时，则只要保持接头的常温冲击韧性；如低丁常温时，则应保证标准或图纸所规定温度下的冲击韧性值。当然焊接接头的性能不仅与焊接材料有关，而且与具体的焊接工艺有关。所以选择接头的焊接材料是比较复杂的问题。2）考虑制造工艺的耍求和影响在部件焊接以后，往往还耍经过各种成型加工工序，诸如卷、压、弯、校等工艺，因此焊接接头和母材耍具一定加工变形能力，其中最主要的冷变形能力，其衡量方法为接头的弯曲试验。很多标准对各种材料焊接接
8、头的弯曲试验耍求作了明确规定。蒸汽锅炉安全技术监察规程规定：弯曲试验时弯轴冇径D二3a（a为试件厚度），碳素钢弯曲角度180合格，低合金钢100合格oGB150-99钢制压力容器和ASME第IX篇中规定:任何材料弯曲试验时，弯轴直径D=4a,弯曲角度180。合格。因此选择焊接材料时，应考虑焊缝金属的弯曲性能应满足上诉标准的耍求。另外，选择焊接材料还应考虑焊后的热过程（诸如焊后退火处理、正火处理、调质处理等）对焊缝金属性能的影响。应注意到焊后退火热处理，特别是焊后正火处理，焊缝金屈性能发生的较大变化。当焊接件较薄时，焊后不必作消除应力热处理，焊缝金屈在焊态下的性能满足有关要求就可以。焊接件壁厚较
9、厚，超过一定界限，按有关制造标准规定应做消除应力退火处理，热处理加热温度和保温时间不同，则性能变化不同。工程上用Larson-Miller（莱塞一米勒）参数，乂称回火参数來讨论消除应力退火的加热温度与保温时间共同对焊缝金属性能的影响，回火参数公式为：P=T（20+logt）X103其中T为绝对温度，单位K,t为时间，单位小时。18418819219620.020.420821.221.(P)=T(20+Logt)XIQ3JP0CCLM图1CMA96焊条的熔敷金属回火参数与冲击韧性的关系11111丄1118.418.819.219620.020.420.821.2回火参数(P)=T(20+Log
10、t)X103图2.CMA-106焊条的熔敷金属回火参数与强度性能之间的关系一般说來，随着P值增大，焊缝金属抗拉强度，屈服强度下降，延伸率上升，冲击韧性时升时降。图1,图2为CMA96,CMA106焊条的熔敷金属回火参数与力学性能之间的关系。因此选择焊后退火处理焊接材料时应考虑该材料的熔敷金屈在对应P值下的力学性能是否满足有关标准的规定。特别注意的是，当焊接接头焊后耍经过热冲压、热校园、热卷制等热成形加工时，其加热温度达到材料的AG温度以上，保温一段时间后，在静止空气中冷却，正火过程的冷却速度比焊接过程的冷却速度慢的多，正火过程焊缝金屈在800-500C停留时间比焊接过程长的多。钢材正火加热在A
11、G以上全部奥氏体化，冷却过程重结晶，破坏了原來焊缝金属的过冷组织，使焊缝强度大大降低，最严重的降低在lOOMPa以上。因此，凡经过热加工成型的焊接接头，选择的焊接材料应比焊态或消除应力处理下焊接材料的强度级别高50-100Mpa以上，例如19Mn6正常情况下埋弧焊焊丝为HOSMnMO,而接头如正火处理应选H08Mn2Moo30万千瓦汽包巾杆材料SA675,其抗拉强度规定值下限为485MPa,正常情况下，手工电弧焊应选J507焊条，但弯头部分的接头在经过热弯正火处理，经过试验应选J607为宜。正火处理的焊接接头选择焊接材料时，不仅耍考虑强度比通常情况提高50-100MPa以上，还应考虑焊缝金屈的
12、化学成份应与母材的化学成份相当。因为材料的合金的组成和含量决定了该材料的AG温度高低，如果焊缝金属和母材化学成份相差较大，AG温度也会相差较大，母材和焊缝一同正火处理，无法确定合适的正火温度。另外，焊接接头如果耍淬火+回火的调质处理，也考虑调质处理对接头性能的影响。调质处理接头的焊接材料其强度可比正火处理接头的焊接材料低一些，例如BHW35电渣焊后正火处理选用H10Mn2NiMo,而调质处理时，可选H10Mn2Mo即可。3）考虑材料的焊接性和焊接方法的冶金特点材料的焊接性各不相同对某些关键元素含量耍求也不一样，选择焊接材料时，应考虑材料的焊接性，例如2.25Cr-lMo耐热钢其焊缝金屈在332
13、-432C温度范围内保温或缓慢冷却可能产生所谓回火脆性现象造成焊缝金属的脆性转变温度明显提高。研究表明，这种焊缝金屈的回火脆性敏感性是P、As、Sb、Sn杂质在晶界上偏折引起的。一致认为焊缝金属的低温回火脆性与P、Si含量有关，必须使焊缝金屈的P,Si含量降低，PW0.015%SiWO.15%。所以Cr-Mo耐热钢埋弧焊应选择中猛中硅焊剂HJ350而不应选用HJ431与H08Cr3MnMoA焊丝匹配。焊缝金屈回火脆性的敏感性取决丁焊缝金屈的合金系列，同样C-Mo.Mn-Mo.Mn-Ni-Mo系列的焊缝金屈也存在回火脆性问题，上述系列的焊接材料的埋弧焊丝应与町350焊剂匹配，以降低焊缝金属中的S
14、i含量，例如埋弧焊焊接BHW35采用H08Mn2Mo焊丝应与町350焊剂匹配。如果耍求焊缝金屈的冲击韧性更高些，焊剂还应选用町250或HJ250+HJ350混合焊剂。而对THOSMnA.H10Mn2等低硅焊丝其焊缝金属不存在回火脆性现象，用这两种焊丝焊接20#或16Mn时应选用高硅、高猛焊剂町431。通过高猛高硅与金屈的冶金反应，使焊接熔池增硅，焊缝金属中一定量的硅含量，有利焊缝金屈脱氧过程防止气孔产生。选择焊接材料还应考虑不同焊接方法的冶金特点，例如熔化极气体保护焊，保护气体为C0：或C0:+Aro焊接过程不存在药皮或焊剂与金屈间的冶金反应，会存在C0：与金屈元素反应形成金屈氧化物FeO,这
15、样焊丝中必须含有适当的硅、猛进行还原反应达到脱氧目的以保证获得致密的焊缝组织。而镯极氟弧焊过程，不存在氧化还原反应，填充焊丝和母材实际上是重熔过程，因此氟弧焊丝必须充分脱氧，不宜采用沸腾钢材料，否则在焊缝中会产生气孔，应采取镇静钢，这样也不需耍焊丝中有一定的Si.Mn含量。例如15CrM。耐热钢采用氟弧焊应选择HOSCrMo焊丝，而熔化极气体保护焊应选用HOSCrMnSiMo焊丝。第三节奥氏体不锈钢的焊接材料选择焊接材料与母材等强原则对奥氏体不锈钢并不完全适用，奥氏体不锈钢如用丁耐蚀工况，对强度无具体耍求，主耍考虑焊缝的抗腐蚀性能。如用丁高温高压工况，短时工作则耍求具有一定的高温短时强度，长期
16、工作则要保证焊缝金屈有足够的持久强度和蠕变极限，例如：SA213-TP304H管子用丁高压高温工况，则需选用E308H焊接材料。奥氏体不锈钢焊接，选择焊接材料更主耍考虑熔敷金屈的化学成份应与母材成份相当，只要焊接材料的熔敷金屈的化学成份与母材相当，此焊缝金屈的使用性能就能与母材相当，包括力学性能抗蚀性等，特别曳注意制造技术条件或图纸对抗腐蚀性能的特殊耍求。为防止焊接过程产生晶间裂纹最好选用低碳（超低碳），含Ti、Nb的不锈钢焊接材料。焊条药皮中或焊剂中如S0：含量过高就不适用含银高的奥氏体钢的焊接。为防止焊缝热裂纹（凝固裂纹），应控制P、S、Sb、Sn杂质的含量，尽可能避免焊缝金屈生成单相奥氏体组织。尽管许多资料介绍，奥氏体不锈钢焊缝中的铁素体含量对降低焊缝金属裂纹倾向有利，但是
