水泥罐焊接工艺手工电弧焊埋弧自动焊模板.doc

第1章 绪 论

1.1 焊接结构概论
400吨水泥罐，罐体纵焊缝和环焊缝焊接工艺。材质为16Mn
图1.1 罐体结构示意图
1.2 焊接方法选择
图纵焊缝用埋弧焊水平位置焊接。环焊缝用悬挂式埋弧焊机焊接。
通常来讲，厚板环焊缝和长度较长纵焊缝多采取埋弧焊进行焊接。罐体支架等部位多采取手工电弧焊进行焊接。下面是对埋弧焊和手工电弧焊部分介绍：
1.2.1 埋弧焊原理及应用
1 、 埋弧焊工作原理
埋弧焊是以连续送进焊丝作为电极和填充金属。焊接时，在焊接区域上面覆盖一层颗粒状焊剂，电弧在焊剂层下面燃烧，将焊丝端部和局部母材熔化形成焊缝。埋弧焊机结构图1-2所表示。

图1.2 埋弧焊示意图
型号                                       MZ-1000
电源电压                               380V 50Hz
次级受载电压                         初级 69～86V
焊接电流                               400～1200A
焊丝直径                               3～6mm
焊丝输送速度（电弧电压 30 伏时）        0.5～2m/min
焊接速度                               15～70m/h
自动焊机装置                         可移式
焊机头以小车垂直轴可旋转    ±90°
焊机头横向位移                      0～60mm
焊机头在焊缝垂直面上向前倾斜角      45 °
焊机头在焊缝垂直面上侧面倾斜角      45 °   
焊机头在垂直方向位移          65mm
焊接电流调整方法                远距离控制
焊缝平面最大许可倾斜角       10 °
焊丝盘可容纳焊丝重量             12kg
焊剂斗可容纳焊剂容量              12L
焊车重量   （不包含焊丝及焊剂）       65kg
BX2-1000 型焊接变压器
初级电压                                    380V    50Hz      1
额定负载连续率                            60%
额定输入容量                              76KVA
额定初级电流                              196A
额定焊接电流                               1000A
次级空载电压                               69-78V
额定工作电压                               44V
重量                                             560kg
MZ-1000 自动埋弧焊机系熔剂层下自动焊接设备，它配用交流焊机作为电弧电源，它适适用于水平位置或和水平位置倾斜小于10度多种有、无坡口对接焊缝、搭接焊缝和角焊缝。和一般手工弧焊相比，含有生产效率高、焊缝质量好，节省焊接材料和电能，焊接变形小及改善劳动条件等突出优点。

焊剂作用：埋弧焊焊剂作用和焊条药皮相同，埋弧焊过程中，熔化焊剂产生渣和气，首先能够保护焊缝金属，预防空气污染；其次还能够起到脱氧和掺合金作用，和焊丝配合改善焊缝金属化学成份和力学性能；再则还能够使焊缝金属缓慢冷却。
1 、 埋弧焊特点
（1）埋弧焊关键优点
1）所用焊接电流大，比手工电弧焊要大4～6倍，具体比较如表1-3所表示。加上焊剂和熔渣隔热作用，热效率较高，熔深大，工件坡口可小一点，降低了填充金属量。单丝埋弧焊在工件不开坡口情况下，一次可熔透20㎜；
表1.1 焊条电弧焊和埋弧焊焊接电流、电流密度比较
焊条
（焊丝）
直径（mm）
焊条电弧
埋弧焊
焊接电流（A）
电流密度（A/mm2）
焊接电流（A）
电流密度（A/mm2）
2
50～65
16～25
200～400
63～125
3
80～130
11～18
350～600
50～85
4
125～200
10～16
500～800
40～63
5
190～250
10～18
700～1000
30～50
2）因为焊接电流大，所以焊接速度就能够快，以厚度8～10㎜钢板对接焊为例，单丝埋弧焊速度可达50～80㎝/min，而手工电弧焊则不超出10～13㎝/min；
3）焊剂存在不仅能隔开熔化金属和空气接触，而且使熔池金属凝固变慢，液体金属和熔化焊剂间有较多时间进行冶金反应，使焊缝中气孔和裂纹等可能缺点降低，焊剂还能够向焊缝金属补充部分合金元素，提升焊缝金属力学性能；
4）在有风环境中焊接时，埋弧焊保护效果比其它电弧焊方法好；
5）在自动焊时，焊接行走速度、焊丝送进速度及电流大小等焊接参数可经过自动调整保持稳定，降低了焊接质量对焊工技术水平依靠程度；
6）劳动条件很好，没有电弧光辐射。
（2）埋弧焊关键缺点
1） 因为采取颗粒状焊剂进行保护，故通常只适适用于平焊和角焊位置；
2） 不能直接观察电弧和坡口相对位置，需要采取焊缝自动跟踪装置，不然轻易焊偏；
3） 埋弧焊使用电流较大，电弧电场强度较高，电流小于100A时电弧稳定性较差，所以不适于焊厚度小于1㎜薄板。
1.2.2 埋弧焊应用
因为埋弧焊熔深大、生产率高、机械化操作程度高，所以适于焊接中厚板结构长焊缝。在造船、锅炉和压力容器、桥梁、起重机械、铁路车辆、工程机械、重型机械、冶金机械、核电站结构、海洋钻探、重武器制造等多种部门有着广泛应用，也是当今焊接生产中最普遍使用焊接方法之一。
伴随焊接冶金技术和焊接材料生产发展，埋弧焊已广泛应用于碳钢、低合金结构钢和不锈钢焊接。因为熔渣能够降低接头冷却速度，故一些高强度结构钢、高碳钢等也可采取埋弧焊。

1.2.3 手工电弧焊特点：

设备简单，可用成本较低交流或直流焊接电源。
（1）.灵活方便，可用焊接多种位置、多种厚度和形状焊件。
（2）.焊条品种齐全，可供焊接不一样钢材选择。
（3）.焊接质量关键取决于焊工熟练程度和焊条质量。

1.3 母材化学成份及焊接性
所选母材为16Mn，属于热轧钢，其组织为铁素体+珠光体，关键经过Mn，Si固溶强化作用提升强度。
1.3.1 16Mn力学性能
表1.2 16Mn力学性能
牌号
拉力强度MPa
屈服点MPa
伸长率(%)
16Mn
490-670
320
21
由表1.2可知，16Mn韧性和塑性很好，含有良好加工性。
1.3.2 16Mn化学性能
表1.3 16Mn化学成份
牌号
化学成份(质量分数)(%)
C
Si
Mn
P≤
S≤
Cr
Mo
V
16Mn
0.12-0.20
0.20-0.60
1.20-1.60
0.030
0.030
-
-
-

1.3.3 16Mn焊接性分析
㈠ 焊接裂纹
（1）焊接冷裂纹
大量生产实践和理论研究表明。钢种淬硬倾向一定含氢量和足够拘束应力是焊接时产生冷裂纹三大关键原因。下面也从这三方面分析16Mn冷裂纹倾向。
①淬硬倾向 16Mn因为其含碳量低，故在淬硬时，如冷却速度不是太快，就会得到低碳马氏体组织，或是铁素体+珠光体组织，因为这些组织硬度不高，所以其淬硬倾向小，只有在冷却速度较快时，才会得到高碳马氏体组织，则有一定淬硬倾向。
②含氢量 焊接时，焊缝中氢关键起源于焊接材料中水分、焊件坡口处铁锈、油污和环境湿度等。对16Mn来说，只要板厚不太大且冷却速度控制适当，因为焊接温度高，增强了氢活动能力，使大部分氢会从焊缝中扩散逸出；同时，当焊缝冷却时，其组织会从奥氏体向铁素体转变，因为氢在奥氏体中溶解度大大高于在铁素体中溶解度，又会有部分氢逸出。所以到最终，焊缝中残余氢量就不足于形成冷裂纹。
③拘束应力 焊接时，焊缝中应力关键包含热应力、组织应力和因为本身拘束条件所造成应力。现在，普遍采取拘束度（R）综合表示这三种应力大小，拘束度计算可采取以下公式：
R=K1
式中：1---板厚拘束度系数，N/(㎜2.㎜)；
--板厚，mm.
由上式可见，拘束度和材料板厚有很关系，板厚越大，所造成拘束度也越大，则拘束应力也就越大，所以我们只要选择适宜板厚，就能够控制拘束应力。
总而言之，16Mn钢在板厚不是太大，冷却速度合适情况下是不会出现冷裂纹，只有在板厚（40mm以上）太大、冷却速度较快情况下，才会出现冷裂纹倾向，不过，我们能够经过焊前合适预热等方法来预防。
（2）焊接热裂纹
焊接热裂纹是在焊接高温下产生，其中危害最严重是结晶裂纹因为结晶裂纹是在结晶后期，有低熔点物质所形成也太薄膜而引发。它和焊缝金属成份，关键是碳、硫、镍、锰等元素有亲密关系。从表2-3得悉，16Mn含碳量低，含锰量高，硫和磷控制严格，它Mn/S较高，所以含有良好抗结晶裂纹性能。所以在正常情况下，16Mn钢是不会出现结晶裂纹。
（3）消除应力裂纹（再热裂纹）
再热裂纹是因为钢中含有Mo、Cr、V、Nb等强碳化物形成元素，和存在一定残余应力，并在焊后再次进行加热情况下产生。由表2-3可知，16Mn不含强碳化物形成元素，在热轧状态下供货焊后通常不进行热处理，所以对再热裂纹不敏感。
（4）层状撕裂
层状撕裂产生，和钢材合金成份没有直接关系紧和冶炼、轧制工艺及杂质含量和分布相关。从Z向拘束力考虑，撕裂和板厚相关，通常板厚在16mm以下就不轻易产生层状撕裂；从钢材本身来说钢中片状硫化物和层状硅酸盐或大量成片地密集于同一平面内氧化铝夹杂物全部能造成Z向塑性降低和层状撕裂产生。而对于16Mn来说，其本身杂质和有害元素含量控制严格，所以我们只要控制其板材厚度和选择适宜焊接工艺，层次撕裂是能够降低或避免。

㈡ 脆化问题

（1）过热区脆化
过热区脆化关键产生在被加热到1100℃以上区域它产生原因和钢材成份及强化方法相关。对16Mn钢来说，当碳含量偏于下限（0.12%～0.14%）时，因为其本身含碳量少，又是经过固溶强化方法来取得很好强度和韧性，所以其脆化倾向小。只有当焊接线能量过大时，会造成过热区奥氏体晶粒严重粗化，冷却时产生魏氏组织，这时才会出现脆化现象。而当含碳量偏于上限（0.2%）时，此时不仅线能量过大会所以形成魏氏组织而脆化所以只要我们控制16Mn钢成份和线能量，其过热区脆化也是能够降低或避免。
（2）热应变脆化
通常认为热应变脆化发生于部分固溶氮含量高低碳钢和强度等级不高低合金钢中，关键是因为氮，碳原子聚集在位错周围，对位错造成钉扎作用引发，尤其易于在200～400℃加热温度范围内亚临界热影响区产生，如焊前已经存在缺口时，这种脆化就变得愈加严重。对于16Mn来说，其本身含有一定固溶氮，化学成份中又没有强氮化物形成元素可和氮结合为氮化物，所以含有一定热应变脆化倾向。
综合以上分析，我们知道在裂纹方面，16Mn对热裂纹、再热裂纹和层段撕裂不敏感，只有当板材厚度过大，且冷却过快时对冷裂纹有一定敏感性；在脆化方面，16Mn有一定热应变脆化现象，对过热区脆化不敏感。在实际生产中，我们只要经过部分简单焊接工艺就能够处理16Mn中因为部分原因对焊接性带来不利影响。所以，总来说，16Mn含有优良焊接性，这正是它广泛用于多种焊接结构中一个关键原因。
经过对16Mn钢焊接性进行分析，得出以下结论：
①16Mn钢板可装配成多种不一样焊接接头，适合不一样位置焊接，且焊接工艺和技术要求相对简单。
②焊前通常不需要预热。
③塑性和冲击韧性良好，焊接接头产生冷裂纹或热裂纹倾向小，适合各类大型结构和受压容器。
④16Mn钢，对焊接电源设备没有特殊要求，交直流弧焊机全部能够焊接；对焊接材料也无特殊要求，酸性、碱性焊条和焊剂全部能够使用。

第2 章 焊接工艺制订

2.1 焊接方法选择
在压力容器制造中，焊接方法关键依据被焊材料、接头厚度、焊缝位置和坡口形式选择。现在，常见焊接方法有手工电弧焊、埋弧自动焊等。下面就对这多个焊接方法进行比较，选出最适合16Mn焊接方法。
1. 埋弧焊：
（1） 生产效率高
这是因为，首先焊丝导电长度缩短，电流和电流密度提升，所以电弧熔深和焊丝熔敷效率全部大大提升。（通常不开坡口单面一次熔深可达20mm）其次因为焊剂和熔渣隔热作用，电弧上基础没有热辐射散失和飞溅，即使用于熔化焊剂热量损耗有所增大，但总热效率仍然大大增加。
（2） 焊缝质量高
熔渣隔绝空气保护效果好，焊接参数能够经过自动调整保持稳定，对焊工技术水平要求不高而且焊缝成份稳定，机械性能比很好。
（3） 劳动条件好
除了减轻手工焊操作劳动强度外，它没有弧光辐射，这是埋弧焊独特优点。
2.手工电弧焊：
设备简单，可用成本较低交流或直流焊接电源。
（1） 灵活方便，可用焊接多种位置、多种厚度和形状焊件。
（2） 焊条品种齐全，可供焊接不一样钢材选择。
（3） 焊接质量关键取决于焊工熟练程度和焊条质量。

焊接方法应依据焊接结构、制造要求和对焊接接头质量影响及所含有焊接设备条件灵活选择，经过综合考虑，16Mn焊接采取手工电弧焊+埋弧自动焊。手工电弧焊用于就平对接焊缝和支架等部位。埋弧自动焊用于焊接罐体纵焊缝和环焊缝。

图2.1 手工电弧焊示意图
2.1.1 焊缝坡口选择
当压力容器板厚超出一定厚度时，为了确保压力容器焊缝全部焊透又无缺点，应将钢板接头处开多种形状坡口。坡口形状和尺寸取决于被焊材料和所采取焊接方法。
压力容器筒体内壁焊接起来比较困难，因为要装液体或气体，所以必需确保内壁光滑和无毛刺，从而确保所装物质纯净。经分析，为了得到愈加好焊缝质量和更方便操作，宜选择单面V型坡口进行焊接。

图2.2 坡口示意图
电源种类：交流电（交流电比较普遍，增强了实际操作中灵活性） 。
2.1.2 焊接材料选择
焊接材料选择必需确保焊缝性能不低于母材，尤其是焊缝韧性指标是选材考虑关键。手工电弧焊应选J427或J426 型焊条（交流电源）J506或J507（直流电源）。此处我们用J426型焊条。焊接工艺参数以下表2-1和表2-2所表示：

表2.1 平对接各层焊缝焊接工艺参数
焊缝空间位置
坡口
形式
焊件厚度（mm)
第一条焊缝
其它各层焊缝
封底焊缝
平对接焊缝
单面V 形
5—6
焊条直径（mm)
焊接电流（A)
焊条直径（mm)
焊接电流（A)
焊条直径（mm)
焊接电流（A)
4
200---220
4

200---220
4
200---220

表2.2 交流电源焊接时焊接工艺参数
电源
焊条
焊接位置
前倾/(°）
侧倾/(°）
交流
J426
平焊
10--15
80--90

埋弧自动焊所选焊丝为H08MnA,焊剂为HJ431
表2.3 H08MnA化学成份（质量分数%）
C
Si
Mn
S
P
《0.11
0.65-0.95
1.70-2.10
《0.040
《0.040

表2.4 HJ431化学成份（质量分数%）
牌号
Mno
SiO2
MgO
CaF2
CaO

FeO
S
P
HJ431
34-38
40-44
5-8
3-7
6
4
1.8
0.06
0.08

表2.5 HJ431力学性能

抗拉强度（MPa）
屈服强度（MPa）
伸长率（MPa）
冲击吸收功Kv
415-550
≥330
≥22
≥27

2.1.3 埋弧焊实施方法及工艺参数选择
    (1) 焊前准备
     1)坡口设计及加工 同其它焊接方法相比，埋弧焊接母材稀释率较大，母材成份对焊缝性能影响较大，埋弧焊坡口设计必需考虑到这一点。依据单丝埋弧焊使用电流范围，当板厚小于 14mm ，能够不开坡口，装配时留有一定间隙：板厚为 14 ～ 22mm ，通常开 V 形坡口；板厚 22 -50mm 时开 X 形坡口。对于锅炉汽包等压力容器通常采取 U 形或双 U 形坡口，以确保底层熔透和消除夹渣。
    埋弧焊焊缝坡口基础形式和尺寸设计时，请查阅 GB／T986 ～ 1988 。坡口加工方法常采取刨边机和气割机，加工精度有一定要求。
     2)装配点固 埋弧焊要求接头间隙均匀无错边，装配时需依据不一样板厚进行定间距、定位焊。另外直缝接头两端尚需加引弧板和熄弧板，以降低引弧和引出时产生缺点。
3) 焊前清理 坡口内水锈、夹杂铁末，点焊后放置时间较长而受潮氧化等焊接时轻易产生气孔，焊前需提升工件温度或用喷砂等方法进行处理。
      4)焊接速度    焊接速度对熔深和熔宽全部有影响，通常焊接速度小，焊接熔池大，焊缝熔深和熔宽均较大，伴随焊接速度增加，焊缝熔深和熔全部将减小，即熔深和熔宽和焊接速度成反比。焊接速度对焊缝断面形状影响。焊接速度过小，熔化金属量多，焊缝成形差：焊接速度较大时，熔化金属量不足，轻易产生咬边。实际焊接时，为了提升生产率，在增加焊接速度。
  5)焊丝直径   焊接电流、电弧电压、焊接速度一定时，焊丝直径不一样，焊缝形状会发生改变。电流密度对焊缝形状尺寸影响，从表中可见，其它条件不变，熔深和焊丝直径成反比关系，但这种关系随电流密度增加而减弱，这是因为伴随电流密度增加，熔池熔化金属量不停增加，熔融金属后排困难，熔深增加较慢，并伴随熔化金属量增加，余高增加焊缝成形变差，所以埋弧焊时增加焊接电流同时要增加电弧电压， 以确保焊缝成形质量。
(2) 工艺条件对焊缝成形影响
    1）对接坡口形状、间隙影响    在其它条件相同时，增加坡口深度和宽度，焊缝熔深增加，熔宽略有减小，余高显著减小。在对接焊缝中，假如改变间隙大小，也能够调整焊缝形状，同时板厚及散热条件对焊缝熔宽和余高也有显著影响。
   2) 焊丝倾角和工件斜度影响   焊丝倾斜方向分为前倾和后倾两种。倾斜方向和大小不一样，电弧对熔池吹力和热作用就不一样，对焊缝成形影响也不一样。
3) 焊剂堆高影响   埋弧焊焊剂堆高通常在25～40mm，应确保在丝极周围埋住电弧。当使用粘结焊剂或烧结焊剂时，因为密度小，焊剂堆高比熔炼焊剂高出 20％～50％。焊剂堆高越大，焊缝余高越大，熔深越浅。

  （3）焊接工艺条件对焊缝金属性能影响
  当焊接条件改变时，母材稀释率、焊剂熔化比率(焊剂熔化量／焊丝熔化量)均发生改变，从而对焊缝金属性能产生影响，其中焊接电流和电弧电压影响较大。因为焊剂熔化比率改变，焊缝金属化学成份、力学性能均发生改变，尤其是烧结焊剂中合金元素加入对焊缝金属化学成份影响最大。
2.2 焊接接头中常见工艺缺点产生原因及预防方法
一、裂纹
焊接裂纹，根据产生机理可分为：冷裂纹、热裂纹、再热裂纹和层状撕裂裂纹几大类。
（一） 冷裂纹
冷裂纹是在焊接过程中或焊后，在较低温度下，大约在钢马氏体转变温度（即Ms点）周围，或300~200℃以下（或T＜0.5Tm，Tm为以绝对温度表示熔点温度）温度区间产生，故称冷裂纹。
冷裂纹又可分为：延迟裂纹、淬火裂纹和低塑性脆化裂纹。延迟裂纹，也称氢致裂纹，能够延至焊后几小时、几天、几周甚至更长时间再发生，会造成预料不到重大事故，所以含有重大危险性。
1、产生条件：
①焊接接头形成淬硬组织。因为钢淬硬倾向较大，冷却过程中产生大量脆、硬，而且体积很大马氏体，形成很大内应力。接头硬化倾向：碳影响是关键，含碳和铬量越多、板越厚、截面积越大、热输入量越小，硬化越严重。
②钢材及焊缝中含扩散氢较多，氢原子在缺点处（空穴、错位）聚积（浓集）形成氢分子，氢分子体积较氢原子大，不能继续扩散，不停聚积，产生巨大氢分子压力，甚至会达成几万个大气压，使焊接接头开裂。很多情况下，氢是诱发冷裂纹最活跃原因。
③焊接拉应力及拘束应力较大（或应力集中）超出接头强度极限时产生开裂。
２、产生原因：可分为选材和焊接工艺两个方面。
①选材方面：
ａ、母材和焊材选择匹配不妥，造成悬殊强度差异；
ｂ、材料中含碳、铬、钼、钒、硼等元素过高，钢淬硬敏感性增加。
②焊接工艺方面：
ａ、焊条没有充足烘干，药皮中存在着水分（游离水和结晶水）；焊材及母材坡口上有油、锈、水、漆等；环境湿度过大(＞90%)；有雨、雪污染坡口。以上水分及有机物，在焊接电弧作用下分解产生H，使焊缝中溶入过饱和氢。
ｂ、环境温度太低；焊接速度太快；焊接线能量太少。会使接头区域冷却过快，造成很大内应力。
ｃ、焊接结构不妥，产生很大拘束应力。
ｄ、点焊处已产生裂纹，焊接时没有铲除掉；咬边等应力集中处引发焊趾裂纹；未焊透等应力集中处引发焊根裂纹；夹渣等应力集中处引发焊缝中裂纹。
3、预防方法：
能够从选材和焊接工艺两个方面着手。
①正确地选材。
选择碱性低氢型焊条和焊剂，降低焊缝金属中扩散氢含量；搞好母材和焊材选择匹配；在技术条件许可前提下，可选择韧性好材料（如低一个强度等级焊材），或施行“软”盖面，以减小表面残余应力；必需时，在制造前对母材和焊材进行化学分析、机械性能及可焊性、裂纹敏感性试验。
②焊接工艺方面。
a、严格地根据试验得出正确工艺规范进行焊接操作。关键包含：严格地按规范进行焊条烘干；选择适宜焊接规范及线能量，合理电流、电压、焊接速度、层间温度及正确焊接次序；对点焊进行检验处理；搞好双面焊清根等；仔细清理坡口和焊丝，除去油、锈和水分。
b、选择合理焊接结构，避免拘束应力过大；正确坡口形式和焊接次序；降低焊接残余应力峰值。
c、焊前预热、焊后缓冷、控制层间温度和焊后热处理，是可焊性较差高强度钢和不可避免高拘束结构形式，预防冷裂纹行之有效方法。预热和缓冷可减缓冷却速度（延长△t 800~500℃停留时间），改善接头组织状态，降低淬硬倾向，降低组织应力；焊后热处理可消除焊接残余应力，降低焊缝中扩散氢含量。在多数情况下，消除应力热处理应在焊后立即进行。
d、焊后立即锤击，使残余应力分散，避免造成高应力区，是局部补焊时预防冷裂纹行之有效方法之一。
e、在焊缝根部和应力比较集中焊缝表面，（热影响区受到拘束应力较低），采取强度等级较低焊条，往往在高拘束度下取得良好效果。
f、采取惰性气体保护焊，能最大地控制焊缝含氢量，降低冷裂纹敏感性，所以，应大力推广TIG、MIG焊接。
（二）层状撕裂
层状撕裂是冷裂纹一个特殊形式。关键是因为钢板内存在着分层（沿轧制方向）夹杂物（尤其是硫化物），在焊接时产生垂直于轧制方向（板厚方向）拉伸应力作用下，在钢板中热影响区或稍远地方，产生“台阶”式，和母材轧制表面平行层状开裂。产生在T字型、K字型厚板角焊接接头中。
提升钢板质量，降低钢材中层状夹杂物，从结构设计和焊接工艺方面采取方法，降低板厚方向焊接拉伸应力，可预防层状撕裂。厚板焊接前，进行板材超声波和坡口渗透探伤，检验分层夹杂物情况，如有层状夹杂物存在，可设法避开或事先修、磨处理。
（三）热裂纹
热裂纹是在高温下产生，从凝固温度范围至A3以上温度，所以称热裂纹，又称高温裂纹。
假如材料中存在着较多低熔点共晶杂质元素（P、S、C等）和较多晶格缺点，在焊接熔池结晶过程中，就轻易出现晶界偏析，偏析出现物质多为低熔点共晶（如：FeS—Fe、Fe3P—Fe、NiS—Ni、Ni3P—Ni）和杂质，它们在结晶过程中，以液态间层存在，形成抗变形能力很低液态薄膜，对应液态相存在时间增加，最终结晶凝固，而凝固后强度也极低，当焊接拉应力足够大时，会将液态间层拉开，或在其凝固后很快被拉断形成裂纹。
另外，假如母材晶界上也存在着低熔点共晶和杂质时，则在加热温度超出其熔点热影响区内，这些低熔点共晶物将熔化成液态间层，当焊接拉应力足够大时，也会被拉开而形成热影响区液化裂纹。
热裂纹全部是沿奥氏体晶界开裂，呈锯齿状，所以，又称晶间裂纹。多出现在焊缝中间，尤其是弧坑处，多数在焊缝柱状晶会合处，即焊缝凝固最终位置，也是最轻易引发低熔点共晶偏析位置；少数出现在热影响区。焊缝中纵向裂纹通常发生在焊道中心，和焊缝长度方向平行；横向裂纹通常沿柱状晶界发生，并和母材晶界相连，和焊缝长度方向垂直。当裂纹贯穿表面和空气相通时，断口表面呈氧化色彩（如蓝灰色等），有焊缝表面宏观裂纹中充满熔渣。
1、产生原因
①选材方面：材料中含硫过多产生“热脆”；含铜过高产生“铜脆”；含磷过高产生“冷脆”。
②焊接工艺方面：镍基不锈钢，焊接次序不妥或层间温度过高、热输入量过大、冷却速度太慢；坡口形式不妥（焊缝形状系数ψ=b/h≤1窄深焊缝），单层单道焊时易产生焊缝中心偏析裂纹；弧坑保护不好，因为偏析作用，易产生弧坑热裂纹；数次返修会产生晶格缺点聚集，形成多边化热裂纹。
2、预防方法
因为热裂纹产生和应力原因相关，所以，预防方法也要从选材和焊接工艺两个方面着手。
①选材方面：
a、限制钢材和焊材中，易产生偏析元素和有害杂质含量，尤其是S、P、C含量，因为它们不仅形成低熔点共晶，而且还促进偏析。C≤0.10%热裂纹敏感性可大大降低。必需时对材料进行化学分析、低倍检验（如硫印等）。
b、调整焊缝金属化学成份，改善组织、细化晶粒，提升塑性，改变有害杂质形态和分布，降低偏析，如采取奥氏体加小于6%铁素体双相组织。
c、提升焊条和焊剂碱度，以减低焊缝中杂质含量，改善偏析程度。
②焊缝工艺方面：
a、选择合理坡口形式，焊缝成型系数ψ=b/h＞1，避免窄而深“梨形”焊缝，（焊接电流过大也会形成“梨形”焊缝），预防柱状晶在焊道中心会合，产生中心偏析形成脆断面；采取多层多道焊，打乱偏析聚集。
b、控制焊接规范：
<i>采取较小（合适）焊接线能量，对于奥氏体（镍基）不锈钢应尽可能采取小焊接线能量（不预热、不摆动或少摆动、快速焊、小电流）、严格掌握层间温度，以缩短焊缝金属在高温区停留时间；
<ii>注意收弧时保护，收弧要慢并填满弧坑，预防弧坑偏析产生热裂纹；
<iii>尽可能避免数次返修，预防晶格缺点聚集产生多边化热裂纹；
<iv>采取方法尽可能降低接头应力，避免应力集中，并降低焊缝周围刚度，妥善安排焊接次序，尽可能使大多数焊缝在较小刚度下焊接，使其有收缩余地。
（四）再热裂纹
再热裂纹是指部分含有钒、铬、钼、硼等合金元素低合金高强度钢、耐热钢焊接接头，再加热过程中（如消除应力退火、多层多道焊及高温工作等），发生在热影响区粗晶区，沿原奥氏体晶界开裂裂纹，也有称其为消除应力退火裂纹（SR裂纹）。
600℃周围有一敏感区，超出650℃敏感性减弱。
再热裂纹起源于焊缝热影响区粗晶区，含有晶界断裂特征。裂纹大多数发生在应力集中部位。
预防方法：
①选材时应注意能引发沉淀析出碳化物形成元素，尤其是V含量。必需采取高V钢材时，焊接及热处理时要尤其加以注意。
②热处理时避开再热敏感区，可降低再热裂纹产生可能性，必需时热处理前做热处理工艺试验。
③尽可能降低残余应力和应力集中，降低余高、消除咬边、未焊透等缺点，必需时将余高和焊趾打磨圆滑；提升预热温度，焊后缓冷，降低残余应力。
④合适线能量，预防热影响区过热，晶粒粗大。
⑤在满足设计要求前提下，选择低一个强度等级焊条，让其释放一部分由热处理过程消除应力，（让应力在焊缝中松弛），对降低再热裂纹有好处。
二、未熔合
未熔合是指熔焊时，焊道和母材之间、焊道和焊道之间、点焊时焊点和母材之间，未完全熔化结合部分。
1、产生原因：产生未熔合根本原因是焊接热量不够，被焊件没有充足熔化造成。关键原因有：
①电流太小；②焊速太快；③电弧偏吹；④操作歪斜；⑤起焊时温度太低；⑥焊丝太细；⑦极性接反，焊条熔化太快，母材没有充足熔化；⑧坡口及先焊焊缝表面上有锈、熔渣及污物。
这些原因全部造成焊材早熔化，而被焊母材温度低，没有熔化，熔化焊材金属沾附到焊件上。
2、预防方法：
①选择合适电流（稍大）、焊速（稍慢），正确极性，注意母材熔化情况；
②清除洁净坡口及前道焊缝上熔渣及赃物；
③起焊时要使接头充足预热，建立好第一个熔池；
④克服电弧偏吹。注意焊条角度，照料坡口两侧熔化情况；
三、未焊透
未焊透是指焊接时接头根部未完全熔透现象。
另外，焊缝金属和母材之间，未被电弧熔化而留下空隙。常发生在单面焊根部和双面焊中间。
（ISO—母材金属之间没有熔化，熔敷金属没有进入接头根部缺点。）
1、产生原因：
①坡口及装配方面：间隙过小；钝边太厚；坡口角度太小；坡口歪斜；有内倒角坡口角度太大；错口严重；
②工艺规范方面：电流过小；焊速过大；电弧偏吹；起焊处温度低；极性接反；
③操作方面：焊条太粗；操作歪斜；双面焊时清根不根本；坡口根部有锈、油、污垢，阻碍基础金属很好地熔化。
2、预防方法：
①控制好坡口尺寸：间隙、钝边、角度及错口等；
②控制电流、极性和焊速；使接头充足预热，建立好第一个熔池；
③控制焊条直径和焊接角度；克服电弧偏吹；
④双面焊清根一定要根本；
⑤坡口及钝边上油、锈、渣、垢一定要清理洁净。
四、气孔
气孔是指焊接时，熔池中气泡在凝固时未能逸出，而残留下来形成空穴。
依据气孔产生部位不一样，可分为内部气孔和外部气孔；依据分布情况可分为单个气孔、涟状气孔和密集气孔；依据气孔产生原因和条件不一样，其形状有球形、椭圆形、旋涡状和毛虫状等。
1、产生原因：
形成气孔气体关键起源于：
a、大气：空气湿度太大，超出90%，水分分解，氢气、氧气侵入；收弧太快，保护不好，空气中N2气侵入；电弧太长，空气中N2气侵入；
b、溶解于母材、焊丝和焊条钢芯中气体，药皮和焊剂中水和气体：
<i>焊条烘干温度太低、保温时间太短；
<ii>焊条过期失效；
<iii>氩气纯度不够，保护不良；
<iv>焊条烘干温度过高，使药皮成份变质，失去保护作用；电流过大，药皮发红失效，失去保护作用，空气中N2气侵入；
<v>焊芯锈蚀、焊丝清理不净、焊剂混入污物。
c、焊材、母材上油、锈、水、漆等污物，分解产生气体；
d、操作原因引发气孔：
<i>运条速度太快，气泡来不及逸出；
<ii>焊丝填加不均匀，空气侵入；
<iii>埋弧焊时，电弧电压过高，网路电压波动过大，空气侵入。
2、预防方法：
①严格控制焊条烘干温度和保温时间；
②不使用过期失效焊材；使用符合标准要求保护气体（氩气等）；
③根本清理坡口及焊丝上油、锈、水、漆等污物；
④电弧长度要合适，预防N2气侵入，碱性焊条尤其要采取短弧；
⑤搞好接头和收弧。
<i>充足预热接头，建立好第一个熔池，使上一个收弧处气体消除掉；
<ii>收弧要慢，填满弧坑，采取“回焊法”等，使气、渣充足保护好熔池，预防N2气侵入；
<iii>多层多道焊各层各道接头要错开，预防气孔密集（上下重合）；
⑥合适增加热输入量，降低焊接速度，以利气泡逸出。
五、夹渣
夹渣是指焊后残留在焊缝中非金属夹杂物。关键是因为操作原因，熔池中熔渣来不及浮出，而存在于焊缝之中。
1、产生原因：
①坡口角度太小，运条、清渣困难；
②运条太快，熔渣来不及浮出；
③焊接电流太小，熔深太小；
④运条时坡口两侧停留时间短，而在焊缝中心过分太慢，使得焊缝中心堆高，坡口两侧形成死角，夹渣清理不出来；焊缝成型粗劣；
⑤前一层熔渣清理不洁净；接头处理不根本；坡口处有锈、垢、泥沙等；
⑥焊条涂料中含碳成份过高。
2、预防方法：
①根本清理坡口油污、泥沙、锈斑；根本清理前焊道熔渣；
②合适调整（加大）焊接电流；控制焊接速度，造成熔渣浮出条件；
③正确掌握操作方法，使焊缝表面光滑，焊缝中心不堆高；
④选择优质焊条。
六、夹钨
手工钨极氩弧焊过程中，因为一些原因，使钨极强烈发烧，端部熔化、蒸发，使钨过渡到焊缝中，并残留在焊缝内形成夹钨。
1、产生原因：
①当焊缝电流过大，超出极限电流值，或钨极直径太小时，使钨极强烈地发烧、端部熔化；
②氩气保护不良，引发钨极烧损；
③炽热钨极触及熔池或焊丝，而产生飞溅等，均会引发焊缝夹钨。
2、预防方法：
①依据工件厚度，选择对应钨极直径和焊接电流；
②使用符合标准要求纯度氩气；
③施焊时采取高频振荡器引弧，在不防碍操作情况下，尽可能采取短弧，以增强氩气保护效果；
④操作要仔细，不使钨极触及熔池和焊丝；
⑤常常修磨钨极端部。
2.3 焊后热处理
为改善压力容器焊接区性能和消除焊接残余应力等有害影响，对焊接区及其相关部位在金属相变温度点以下充足均匀加热，然后又均匀冷却以进行消除应力和退火。焊后热处理是确保压力容器焊接接头性能一个很关键步骤。采取600-640℃回火，保温40分钟来消除应力。

第3章 焊接工艺规程

一、选材
1．含有足够强度，塑性，韧性和稳定性。
2．含有良好冷热加工性和焊接性能。
3．在有腐蚀性介质设备必需有良好耐蚀性和抗氢性。
4．在高温状态使用设备要有良好热稳定性。
5．在低温状态下使用设备要考虑有良好韧性 。
二、下料和坡口加工
1.领料：
材料须含有合格质保书，标识齐全。
钢板表面不许可存在有裂纹、气泡、结疤、折叠和夹杂等缺点。钢板不得有分层。如有上述表面缺点，许可清理，清理深度从钢板实际尺寸算起，不得超出钢板厚度公差之半，并应确保钢板最小厚度。缺点清理处应平滑无棱角。其它缺点许可存在。但其深度从钢板实际尺寸算起，不得超出钢板厚度公差之半，并应确保缺点处厚度不超出钢板许可最小厚度。
图样及标准要求进行超探材料应检验合格。
三类容器用材料须复验合格，母材抽样复验须合格，不然不得领料。
不锈钢及复合板复层表面下料前应有防污染方法。
2.号料
按排板图号料，通常同材料，同焊接方法筒体纵缝加工一组产品试板。
划线、号料时须考虑卷制管马鞍口形状和接管焊接型式（内伸10mm或平齐），并预留3~8mm机加工余量，按理论最长点尺寸确保。注意图纸中接管外伸高度、内伸高度解释。注意设计对标准人孔组合件特殊备注，如锥段上人孔接管须加长。
筒节板长、宽号料允差为±1mm，对角线允差≤1.5mm，刨削余量为2mm。
号料后板面各项标识应齐全，如筒节编号、产品编号。
如超出滚制能力，依据筒节直径和壁厚，板两端合理预留200－450带头板，通常是直径越小壁厚越厚预留带