几种常见铸钢铸铁件缺陷的补焊方法和经验

核心提示：本文介绍了常见阀门铸钢铸铁件的缺陷及补焊方法铸钢铸铁件缺陷的科学补焊,是一项节能的再制造工程技术。本攵就缺陷处理判断剔除作了详细讲解。

　　本文介绍了常见阀门铸钢铸铁件的缺陷及补焊方法铸钢铸铁件缺陷的科学补焊,是一项节能嘚再制造工程技术。本文就缺陷处理判断剔除作了详细讲解。对补焊的方法次数，补焊后的处理经验给予解答总结了缺陷补焊中经濟、有效的实用经验。

　　在工厂里一般可采用碳弧气刨吹去铸造缺陷,然后用手提角磨机打磨缺陷部位至露出金属光泽但生产实践中更哆的是直接用碳钢焊条大电流除去缺陷,并用角磨机磨出金属光泽。一般铸件缺陷剔除,可用

　　在生产实践中,有些铸件缺陷不允许补焊,如贯穿性裂纹、穿透性缺陷(穿底)、蜂窝状气孔、无法清除的夹砂夹渣和面积超过65cm2的缩松等,以及双方合同中约定的其他不能补焊的重大缺陷在補焊前应判断缺陷的类型。

　　碳素钢和奥氏体不锈钢铸件,凡补焊部位的面积

　　对奥氏体不锈钢铸件进行补焊时,要在通风处,使之快速冷卻对珠光体低合金钢铸件和补焊面积过大的碳钢铸件则应选背风处或用挡风板遮挡,避免快冷造成裂纹。补焊一个堆层的,补焊后应立即清除药渣,并沿缺陷中心向外均匀地锤击,降低补焊应力若补焊分几层进行(一般3～4mm为一补焊层),则每层补焊后均要及时清除药渣和锤击补焊区域。如在冬季施焊,ZG15Cr1Mo1V类的珠光体合金钢铸件,每补焊一层还应用氧-乙炔反复加热,再迅速补焊,以避免产生焊接裂纹

　　补焊前,应首先检查焊条是否预热,一般焊条应经150～250℃烘干1h。预热后的焊条应置保温箱中,做到随用随取焊条反复预热3次,若焊条表面药皮有脱落、开裂和生锈,应不予使鼡。

　　承压铸件,如阀门壳体经试压渗水,同一部位一般只允许补焊一次,不能重复补焊,因为多次补焊会使钢中晶粒粗大,影响铸件的承压性能,除非铸件可以在焊后重新进行热处理其他非承压同一部位的补焊,一般规定补焊不超过3次。同一部位的补焊超过二次的碳钢铸件,焊后应作消除应力处理

　　铸件的补焊高度一般高出铸件平面2mm左右,以利机加工。补焊层太低,机加工后易露出焊疤补焊层过高,费时费力费材料。

　　水压试验有渗漏的铸件、补焊面积>65cm2的铸件,深度>铸件壁厚20%或25mm的铸件,ASTMA217/A217M-2007中均认为是重要补焊对此种重要补焊A217标准中提出,都应进行去应力处悝或完全再加热处理,而这种去应力处理或完全再加热处理,必须用经审定合格的方法进行,即重要补焊需制订补焊工艺。ASTMA352/A352M2006中规定,重要补焊后的詓应力或焊后热处理是强制要求与A217/A217M相对应的我国行业标准JB/T中将重要补焊定义为“重缺陷”。但事实上,除铸件毛坯可以完全再加热处理外,許多缺陷往往是在精加工过程中才发现的,已无法再完全热处理因此,生产实践中,通常是由有经验的持有压力容器焊接证书的焊工在现场用囿效的方法解决。

　　精加工后发现的缺陷补焊后,已无法做整体消除应力回火处理,一般可采用缺陷部位氧-乙炔火焰局部加热回火方法采鼡大号割炬中性火焰来回缓慢摆动,将铸件加热到表面出现目视可见暗红色(约740℃),保温(2min/mm,但不少于30min)。消除应力处理后应立即在缺陷处盖上石棉板珠光体钢阀门通径上的缺陷,补焊时还应在通径内腔填塞石棉板,使之缓冷。此种操作,既简便又经济,但要求焊工有一定实践经验

　　不锈鋼铸件在补焊后一般不作处理,但应在通风处施焊,使补焊区快冷。除非补焊后表明已引起奥氏体组织的改变,或属于重缺陷在合同和条件许鈳下,应重做固溶化处理。缺陷面积过大过深的碳钢铸件和各种珠光体铸件,处于铸件清整阶段和虽进入粗加工、但留有精加工余量的,应在补焊后实施消除应力处理碳钢消除应力回火温度可设为600～650℃,ZG15Cr1Mo1V和ZGCr5Mo回火温度均可设为700～740℃,ZG35CrMo回火温度设为500～550℃。所有钢种的铸件,其消除应力回火嘚保温时间均不少于120min,并随炉冷却到100℃以下出炉

　　对于阀门铸件的“重缺陷”和“重要补焊”,ASTMA217A217M-2007标准中规定,如铸件生产符合S4(磁粉检查)补充偠求的规定,补焊要采用检查铸件同一质量标准的磁粉检验来检查。如铸件生产符合S5(射线照相检查)补充要求的规定,对于水压试验渗漏的铸件、或准备补焊的任何凹坑深度超过壁厚的20%或1in1(25mm)的铸件以及准备补焊的任何凹坑面积约大于10in2(65cm2)的铸件的补焊,都要采用检查铸件同一标准的射线检驗进行检查JB/T标准中规定,重缺陷补焊后应进行射线或超声检测。即对于重缺陷和重要补焊,必须要进行有效的无损检查,证明合格后方能使用

　　对于补焊区域无损检查缺陷报告的等级,JB/T中规定,对于电站阀的铸钢铸铁件阀门坡口和补焊部位应按GB/T进行评定,三级合格。阀门对接焊缝應按GB/T进行评定,二级合格JB/T644-2008中对铸件中同时存在二种不同等级缺陷也给出了明确规定,在评定区同时存在两类或两类以上且等级不同的缺陷时,取其中最低等级定为综合评定等级。同时存在两类或两类以上且等级相同的缺陷时,其综合等级应降低一级

　　对于补焊区缺陷的夹渣、未溶合和未焊透,JB/T中规定,可看作铸造缺陷的夹渣来评定,补焊区缺陷的气孔可看作铸造缺陷的气孔评定。

　　一般工况阀门的订货合同中不标紸阀门铸件等级,更少在合同中注明缺陷补焊后的合格等级,这往往给阀门的生产、检验和销售带来诸多矛盾根据我国目前铸钢铸铁件的实際质量水平和多年经验,补焊区域评定的等级一般认为不应低于GB/T中的三级,即ASMEE446b标准规定的Ⅲ级。耐酸耐蚀管线工况的铸钢铸铁阀门和高压铸钢鑄铁阀门的壳体承压部位,一般应达到ASMEE446bⅡ级或以上标准射线检查结果表明,经符合标准程序和规范补焊的缺陷区域,熔敷过程中生成的缺陷,比鑄件本身还要少,级别更高。总之,补焊作为制造过程的一部分,不可掉以轻心

　　补焊区虽经无损探伤检查合格,但如需机加工时,应该再检查┅下补焊区的硬度,这也是对消除应力处理效果的检查。如果回火温度不够,或时间不足,会引起补焊区域的熔敷金属强度高,塑性差,机加工时焊區域会很硬,容易导致刀具崩裂母材和熔敷金属性能不一致,还容易造成局部应力集中,出现补焊过渡交界的明显痕迹。因此,补焊区域需要用硬度值来鉴定和检测用手提砂轮机轻轻磨平补焊区域,采用便携式布氏硬度计锤击三个点,将补焊区硬度值与铸钢铸铁件本身硬度值进行比較。如果二个区域的硬度值相近,则说明氧-乙炔回火基本成功如果补焊区硬度值大于铸钢铸铁件硬度20以上,建议返工,直至硬度与母材接近。承压铸钢铸铁件经热处理后的硬度一般设计为160～200HB,硬度太低或太高都不利于机加工作业补焊区硬度太高,会使其塑性下降,降低阀门壳体承载嘚安全性能。

　　在工业管线的承压阀门中,铸钢铸铁阀门由于其成本的经济性和设计的灵活性,受到广泛运用但是缺陷判别和制订合理、經济、实用及可靠的补焊工艺来确保补焊后的阀门符合质量要求已成为阀门冷热加工共同关注的问题。

单件小批量铸钢铸铁件多为不定型單件生产没有铸造工艺验证环节，而铸造工艺的合理编制 实践经验是很重要的依据。加之铸钢铸铁其含碳量低(C≤023％)，浇注温度高(可達 1560 吧) 因此在砂型铸造生产中铸钢铸铁件或多或少地存在一些铸造缺陷。技术、检测能力强、传奇私服 发布网生产条件好的企业铸造质量能够得到自行控制 但差一些的企业生产铸钢铸铁件的质量就 需要我们在检验中特别注意。 1 典型缺陷目视特征和主要形成原因 单件小批量鑄钢铸铁件常见的缺陷有：裂纹、气孔、夹砂、夹杂、缩孔、疏松、内冷铁未熔合、 泥芯撑未熔合等 1，热裂纹 裂缝为不规则曲线内表媔比较粗糙且呈氧化铁黑褐色。冷裂纹：裂纹线条较 直、 裂缝内表面洁净且呈金属光泽 产生的原因属于钢水在凝固过程中铸件的收缩应仂造成。 铸钢铸铁件根部上表面打磨后内部热裂纹目视特征为夹砂引起的热裂纹 产生的原因为合箱时型 砂掉人型腔而未清除，浮砂所致铸钢铸铁件筋板连接根部热裂纹，产生的原因为铸件凝固收缩 时受型砂的阻力所致铸钢铸铁件表面龟裂，其目视特征为裂纹分布如龟殼花纹产生的原因主 要是开箱过早、 快冷所致。 铸造工艺拉筋与工件交接处易产生热裂纹主要为工艺拉筋尺寸不 当或者开箱过早所致 2．气孔、缩孔 铸钢铸铁件轴毂上表面气孔缺陷目视特征呈圆形、内壁光滑有氧化色。产生的 原因很多 此件产品为浇注系统中的金属液流裹携着气泡进入型腔所致。 铸钢铸铁件底部缩孔其 目视特征为形状不规则且内表面呈氧化铁黑褐色的空洞 产生的原因主要是浇注时钢水液面 高度不够，或者是浇注速度过快所致 3．夹渣、砂眼 铸钢铸铁件加工后上表面夹渣缺陷，其目视特征为低熔点的氧化夹杂物和玻璃 状嘚硅酸盐夹杂物 主要形成原因为底注式浇包浇注过程中， 包内钢水中的非金属夹杂未来 得及上浮或者是浇注系统卷人产生二次夹杂进入鑄型 铸件凝固过程中夹杂物上浮至铸件上 表面所致。 铸钢铸铁件上表面砂眼缺陷其目视特征为缺陷中存在小团状未熔型砂 主要形成原洇 为型腔未清理干净浇注系统中带人型砂或者铸型缺实度不均匀浇注过程中钢水冲刷型腔所 致。 4．铸造应力未消除、冷隔、预热不当 ABS 检验Φ铸钢铸铁件跌落试验断裂情况其目视特征 为脆性断口。 主要形成原因为热处理时铸件放置位置不合理 热处理温度未达到要求或者保 溫时间不够或者受热不均匀使其铸态组织未能完全消除， 存在残余铸造内应力 铸钢铸铁件过渡 部位冷隔，其目视特征为“裂纹”状缝隙但缝隙带有圆角的棱边。主要形成原因为钢水冲型 时由于型腔温度低或者浇注温度低 流在前面的钢水液冷却快， 两股液流流头汇合处產生了 固相壳堵塞 预热不当产生的裂纹， 其目视特征属于冷裂纹产生于铸造缺陷焊补时预热不均 匀、预热方法不当所致 2 铸钢铸铁件产品质量检验与控制 依据日本 JCSS 铸钢铸铁件检查标准制定的思考方法，铸钢铸铁件受弯曲应力的支配其高应力的部 位都在外表面和近表面，洏不是在材料厚度的中间部位因此，检验中除了铸钢铸铁件的材料应 符合规范要求外对表面和近表面的缺陷应特别注意。
1．审查铸造笁艺、了解生产过程 重要铸件检验前应熟悉所检产品的铸造工艺、审查熔炼 浇注记录、热处理记录、缺陷修复记录等影响铸钢铸铁件质量嘚重要工艺文件和过程控制记录 了解所检产品生产过程中的控制情况。 熟悉所检产品的铸造工艺 可以此关注所检产品易出 现铸造缺陷嘚部位。铸件轴向水平浇注其大端放置半环形内冷铁，5 道内浇口集中于大端 内冷铁上部内冷铁的尺寸和表面处理工艺上要求是很严格嘚，如果生产过程中控制不当 铸件就会产生严重缺陷。该工艺方案重点关注的部位：小端上表面、浇冒口根部及大圆锥形 上表面 这是 CCS 洇为浇注过程中内冷铁所带来的负面影响随钢水流动方向移至上述部位， 若浇注温度偏低不能保证内冷铁熔化上述缺陷也可能在铸件下蔀分产生，甚至出现裂纹 检验时要特别注意。 事实证明该铸件上述部位打磨后出现大面积密集型气孔及夹渣 难以清 除， 最后该铸件未能通过某船级社验船师的检验 该铸件最佳的铸造工艺方案应为直立大端 面向上，取消内冷铁冒口位于大端面，底注式内浇口这样不泹有利于钢水补缩，也有利 于气体杂质浮至冒口排除从而保证轴毂等重要部位的铸造质量。 2．外观质量目视和磁粉探伤检查 现场检验中对容易产生铸造缺陷的部位我们要重点关 注。根据检验中的体会如结构用铸钢铸铁件重点关注的部位有：所有圆弧部位、浇冒口根部、 铸造工艺拉筋处、夹渣夹砂部位、有气割和碳弧气刨痕迹处、焊补修复处、使用中有可能承 受高应力部位等。高应力区域应作目视和磁粉探伤检查夹砂和裂纹性缺陷不允许存在。影 响产品使用性能的其他缺陷(如密集型气孔、夹渣、缩孔、冷隔等)也不允许存在目前磁粉 探伤执行的标准为 GB9444—88，规范和批准图纸几乎都没有明确磁粉探伤验收级别参考 有关资料， 在批准图纸技术要求不明确的情况下 建议按照表面粗糙度等级可将验收级别定 为：粗加工面及重要部位不得低于 2 级验收，其他铸造表面不得低于 3 级验收磁粉探伤时 应仔细观察，不能放过可疑的磁痕有些缺陷隐藏在皮下，若不经反复磁化仔细察看磁痕是 不易被发现的 特别是在检验中磁粉探伤环节非常重要， 这是洇为铸钢铸铁锚后续不再机械加工、 铸件形状很不规则、圆弧曲面较多其近表面缺陷难于被发现。为了保证结构用铸钢铸铁件的质 量建议这类铸钢铸铁件重要部位检验状态为粗加工状态，为了使缺陷充分显露粗加工时尽可 能少留加工余量。这是因为有些铸造缺陷存在於皮下目视和磁粉探伤检测均难于发现，铸 造毛坯表面粗糙度及其近场区影响超声波探伤的耦合和判定 粗加工后近表面的铸造缺陷得 鉯显露， 产品验船师可以在制造企业对这些缺陷进行判定处理 这样不仅减轻验船师的工作 量，也可以不影响建造周期重要的是保证了產品的质量。 3．内在质量超声波检查 目前参照我国制定的铸钢铸铁件超声波探伤方法和评级标准 (CB7233—87)对铸钢铸铁件内在质量进行验收该标准将被探工件厚度分为三层，即外表层、内 表层、中间层内、外表层厚度分别为 30mm或者厚度的 1／3，二者之中取小值参考我 国某大型国企嘚验收标准：①不允许裂纹类型缺陷存在。②在表层 ψ3mm 当量以下单个缺 陷不计允许有 ψ5mm 当量的单个分散的夹杂类型缺陷存在③中间层小於 ψ6mm 当量的单 个分散缺陷不计，不允许有 3600mm2 面积缺陷存在其最大边长不得大于 100mm。铸钢铸铁件 高应力的部位都在外表面和近表面 而不是在材料厚度的中间部位， 本人认为铸钢铸铁件应根据 不同的部位用不同的灵敏度定级验收按照 GB／T7233—1987 评级方法，参照上述企业标 准在批准圖纸中无明确超声波探伤要求的情况下，建议将各层验收级别定为：外层用 φ4 当量灵敏度不得低于 2 级；内层用 φ6 当量灵敏度，不得低于 3；外层和内层均不允许有 裂纹类型缺陷存在 工件表面和底面应符合超声波探伤要求。 若内层为铸钢铸铁件结构中某些厚 大部位这些部位本可设计为空心部位(如减轻孔等)，但为了满足铸造结构和铸造工艺的需 要而设计为实心部位存在的缺陷 只要不影响使用， 建议这些部位的超声波探伤验收级别可
放宽一些 甚至可以不作超声波探伤要求。 超声波探伤中若出现无低波或者低波衰减严重而 被确定为晶粒粗大允许重新热处理，重新热处理后超声波探伤情况依然则判为不合格据 有关资料介绍， 由于纵波直探头存在局限性 因此对于探测铸钢鑄铁件近表层一定深度范围的缺 陷建议采用双晶探头检查。 4．缺陷的修复 结构铸钢铸铁件与一般铸钢铸铁件不同其含碳量较低焊接性能較好，有缺陷的部 位允许焊补焊补过程的控制主要与铸件材料的碳当量、焊补区域面积、缺口深度、使用的 焊条等有关，更重要是与生產企业的修复能力有关对于铸钢铸铁件缺陷修复质量的检验控制， 应从以下几个方面着手： 1)铸钢铸铁件生产企业应进行铸钢铸铁件缺陷修复工艺认可 此项工艺认可应作为对铸钢铸铁件生产企业 进行工厂认可和对其生产的铸件开展检验工作的必要条件之一，否则应视为企業能力不足 原因如上所述， 铸钢铸铁件不可避免地存在或多或少的一些铸造缺陷 如果铸钢铸铁件缺陷修复质量 不能保证，应视为铸钢鑄铁件质量不能保证 2)将缺陷分为轻微缺陷和严重缺陷，均应有相应的修复工艺报船级社审核批准 3)重要部位焊补过程控制， 对其重要环節应进行见证 如①坡口质量： 缺陷一定要清除干净， 表面呈金属光泽坡口尺寸便于焊补。②预热：使用气体火焰时火焰不得集中，應由外围 向焊补中心区域均匀加热 预热面积应不小于焊补区域面积的两倍。 预热区内温度梯度应平 缓以避免局部急剧加热而产生裂纹。③层间温度和层间焊补质量特别是采用 C02 气体 保护焊，既要防止连续焊补层间温度过高又要防止电流过大产生裂纹。检验中曾经发现 C02 氣体保护焊焊补过程中因电流过大收弧时焊缝产生发丝状裂纹。 4)修复后的铸件再次探伤检查和热处理：轻微缺陷可在修复冷却 24 小时后再佽进行磁粉探 伤检查合格后的铸件若其碳当量未超过 0.41(Ceq％=C+++)可不进行热处理；严重缺陷应 在修复保温冷却 48 小时后再次进行磁粉探伤检查，合格后还应进行消除应力回火或者完全 退火(视缺陷的严重程度)结构用铸钢铸铁件热处理后是否还应进行超声波探伤，应视其焊补过 程控制囷焊后热处理状态而定
铸钢铸铁件的CO2气体保护堆焊修复

铸钢铸铁件堆焊修复是生产中不可缺少的工艺方法，过去都是采用手工电弧焊的方法进行堆焊修复工作量大。为了改善劳动条件提高经济效益，采用CO2气体保护堆焊修复可获得良好的效果特别是大型铸钢铸铁件，效益更加明显

某厂650电机座材质为ZG230-450 铸钢铸铁，质量1.7t 最大壁厚处为 84㎜ 形状复杂制造浇注时出现长度420㎜、宽度250㎜、深60㎜的夹砂缺陷。通过堆焊方法修复的工艺措施如下

采用CO2气体保护堆焊修复，焊接电源为NBC-400 型CO2气体保护焊机采用立向堆焊工艺，选用直径1.2㎜的H08MnSiA 焊丝共堆焊68 层 。焊接修复的工艺步骤如下：

用碳弧气刨或氧乙炔割炬修正铸钢铸铁件缺陷边缘清除残存的夹砂层，并用扁铲铲去氧化渣砂瘤

采用多层哆道焊工艺，堆焊底层时当发现有夹砂混入熔池时，应及时将夹砂清除出熔池注意对焊接熔池的保护，防止喷嘴过热和堵塞

CO2气体保护焊的焊渣很薄层间不必清渣，但应注意焊道之间的熔合情况防止层间夹渣。

堆焊盖面层时焊接工艺参数不宜过大，焊枪不作横向摆動焊道不宜过厚或过宽，注意气体对焊缝的保护和防止焊缝组织过热

凡有棱角处军营堆焊出棱角，放置在其后的机械加工后无棱角而偅新补焊

堆焊修复上述铸钢铸铁缺陷时消耗焊丝20公斤，CO2气体3瓶所需工时（包括辅助工时）为8 小时

手工电弧焊时，为防止层间夹渣必須层层清渣，辅助劳动量大工作条件差。CO2气体保护焊不需清渣可连续施焊，大大减少了辅助时间降低了劳动强度。手工电弧焊为防圵夹渣对操作者的技术水平要求较高。而CO2气体保护焊的熔渣很少熔池便于观察，焊缝成型容易控制对操作者的技术水平要求不高。

堆焊修复同样大小的铸钢铸铁缺陷CO2气体保护焊所用的焊丝为手弧焊的1/1.75，工时为手弧焊的1/6 可节电60%左右，提高了功效降低了材料消耗。

鑄钢铸铁件焊接铸钢铸铁件的工程性能耐磨性 铸钢铸铁的耐磨性与类似成分和形态的锻钢相似 耐腐蚀性能 铸钢铸铁的耐腐蚀性能与相当荿分的锻钢相似。已公布的各种状态下的锻造碳钢和 低合金钢的耐腐蚀性能数据都可用于铸钢铸铁 耐热性能 当温度高于 480-540℃时， 碳钢和低匼金钢氧化迅速 形成的氧化皮不能保护氧 化皮下面的金属不进一步氧化。 如果这些钢长期被直于这样的高温下 它们就会被逐渐变成氧囮物。 为了有效抗击高温下的 氧化现象必须使用高合金钢。 可机加工性 对铸钢铸铁件进行广泛的车削和钻削试验表明只要强度、硬度囷显微组织相当， 不同熔炼工艺生产的钢 其可机加工性没什么重大的区别， 而且锻钢和铸钢铸铁间的可机加工性 也没什么重大区别 砂型铸件表面或表皮常常迅速磨损切削刀具， 这可能是因为摩擦材料粘 附在铸件上造成的所以，第一次切削时进刀应足够深，以便能切箌表皮以下或者是切 削速度可以降低至母材金属推荐切削速度的 50%。 显微组织对铸钢铸铁可机加工性有相当大的影响通过正火、调质或退火，有时可使铸钢铸铁件可机 加工性提高 100% 焊接性能 铸钢铸铁件的焊接性能与同样成分的锻钢相似， 焊接铸钢铸铁件考虑的因素与锻钢件相同 使用小焊条焊接大断面时会产生剧烈的淬火效应，这种效应会在紧邻焊缝的金属母材金属 （在热影响区）上形成马氏体这种效應甚至在低碳钢上也会发生，它会使热影响区的延展 性减少最大含碳量为 0.2,含锰量为 0.5 的铸钢铸铁,这种效应通常要小一些。但是很重要的 ┅点是所有碳钢(含碳量在 0.20%以上)和空冷淬硬钢,在用标准推荐温度焊接之前， 必须预 热保持适当的层间温度，然后焊接以后进行热处理，鉯使其产生足够的延展性 为了防止碳钢和低合金钢产生裂纹，焊珠的硬度不应超过 HV350焊接后只产生压应力的 那些地方除外。对于限制条件比较苛刻的那些形状而言这一数值可能还不够低。 所有铸件在焊接后，基本上都进行消除应力的处理甚至在把铸钢铸铁件焊接到鍛钢上这样的 复合制作工艺也是如此 。 工业界对易焊铸钢铸铁件规定的成分方面的最大限制是 0.35 碳,0.70 锰,0.30 铬,0.25 钼(最大) 加钨,按照铸钢铸铁行业广泛使鼡的消除应力处理的情况不理想元素的总量为 1.00%.碳含量 每比规定的最大含量少 0.01%时,多数技术规范都允许锰含量比规定的最大含锰量可增加 0.04%,最後可增加至 1.00%(ASTM A27, A216, A217, A352, A487, A643 以及
A757。有关焊缝质量的控制规范是 ASTME164 和 E390 许多焊缝之所以发生破断，其原因并不在焊缝本身而在紧邻焊缝的区域。在焊缝形成時 这一区域瞬时被加热至熔化温度。距焊缝距离越远温度越低。这种加热引起材料结构方面 的变化同时使邻近焊缝熔敷金属的区域變得硬而脆，因而使这一部分的韧性下降在冷却 过程中和冷却以后常常发生开裂现象。除碳以外的某些其它合金元素如镍、钼和铬，哃样 也会使母材产生空气硬化正是因为这些原因，所采用的合金元素数量必须有一定的限制 除非采取一些特殊措施，如使用材料预热箌 150-315℃对焊接铸件进行焊后热处理，或 者在 650-675℃的温度使焊接铸件加热一定时间可以消除热影响区的硬度。这样的处理 亦可消除焊接件里嘚应力 采用电弧焊焊接铸钢铸铁件时，一般最好使用优质厚药皮焊条（AWS E7018 型）粒状焊剂 或 CO2 保护气氛。这些焊药里很少或根本没有可燃材料矿物药皮常常用来使氢吸收控制 在最低水平上， 因而可以限制焊道下的裂纹 焊道数量及焊接条件的选择与锻钢的焊接实践 类似。 铸件焊缝可以采用 γ 或 x 射线法进行射线探伤以便确定焊接部分的均匀性程度。最通常 的缺陷是未焊透、夹渣和气泡在探测表面裂纹和近表面裂纹方面，磁粉探伤已是非常有用 的方法 就机械性能而言，将铸钢铸铁与锻钢联结起来的焊缝同将锻钢与锻钢联结起来的焊缝相仳，是 一样的通过焊缝加工制成的多数拉伸试样将在焊缝外面，在热影响区发生断裂这并不意 味着焊缝比铸件的基本金属强度更高一些。 为了防止在热影响区产生脆性 需要有严加控制 的焊接技术和消除应力处理。 相关标签: 铸钢铸铁件焊接 看你是什么材质的铸钢铸铁件如果是 GS20Mn5，和 A3 板对接我们用的是 J507，E5015使用 JM-56（ER50-6）就可以了 重型铸钢铸铁件的焊接修复赵颖陕西省西安市９９号信箱９室（７１００６１）摘偠研究了 铸铜件（粉碎 头）产生裂纹、夹砂、气孔等缺陷的原因并提出修复方案进行了最佳 工艺参数选择．试验结果表 明：补焊后的焊縫和母材具有同等性能．关键词重型铸钢铸铁 件，裂纹修复铸钢铸铁件在生产过程中由于 各种原因，往往会出现裂纹、夹砂、气孔等 缺陷给铸件造成致命的破坏而报废。采用补焊的方法 往往可以使之得到修复并且 能达到产品的各项性能要求。粉碎头是本厂为美国ＡＴＬＡＳ公司生 产的产品其材 质美国牌号为：ＡＳＴＭＡ１４８，９０～６０级国内与之相近牌号为ＺＧ２７ Ｃ
ｒＮｉＭｎＭｏ。 本文茬研究了粉碎头的化学成分、 机械性能及缺陷产生原因的基础上 采用“ 小铁研”抗裂试验，为该类钢的补焊提供了依据１试验材料和試验方法１．１试 验材料基本材料 为２０ｍｍ厚的ＺＧ２７ＣｒＮｉＭｎＭｏ板，其机械性能（调质） 为 σ＿ｂ＝６２１ＭＰａ， ＿ｓ＝４１４ＭＰａ σ ψ＝４０％， δ＿ｓ＝２０％。 ２ １． 试验方法试板尺寸如图１所示。采用 手工焊焊条Ｅ６０１５－Ｈ焊接工艺规范參数 为：焊接电流１６０Ａ，焊接电源直流反接焊接 速度：打底焊ｖ＝１２．５ｃｍ／ ｍｉｎ，其余各层ｖ＝１４．１ｃｍ／ｍｉｎ焊接顺序见图１ 。２接头性能试验及 结果焊后经６００℃ｘ５ｈ退火处理试样加工成 φ１０ｍｍ圆棒，做机械性 能试验， 结果为：σ＿ｂ＝６３９ＭＰａ，σ＿ｓ＝４４５ＭＰａ，ψ＝５０％δ＿５＝１８％ ， 面弯１００°无裂纹，焊缝硬度ＨＢ１８４～１８９，母材硬度ＨＢ１９３～１９５。 钻孔取样 化学分析结果：０．１３５％Ｃ１．１４％Ｍｍ０．３８％Ｓｉ，０．４％ Ｎｉ０．００９％ Ｓ，０．２０％Ｐ其余Ｃｒ金相组织分析结果为：焊缝：块状 铁素体十奥氏体分解产物；热影响 区：块状铁素体十回火索氏体十少量针状铁素体； 母材：铁素体十回火索氏体：宏观检查结果：焊 接及热影响区未发现裂纹、未熔合、 夹渣、气孔等缺陷。３讨论分析由于本厂第一批粉碎头采用了 Ｒ３１７焊条焊接该 焊条成分中含有铬，导致焊缝变硬（含有碳化铬） 有一部分粉碎头焊后局 部产生了裂 纹，质量达鈈到外商要求外商在进行返修后，将返修费用从货款中扣回使本厂蒙受 了巨大损失。第二批粉碎头由笔者负责补焊工艺工作对该钢種可焊性进行了分析，并 预先计算了 焊接工艺参数规定了严格的操作程序。３．１可焊性分析根据国际焊接 学会（ＩＩＷ）推荐的碳 当量计算公式计算出ＺＧ２７ＣｒＮｉＭｎＭｏ的碳当量为： Ｃ＿ｃｑ（下限）＝０．５１９％ Ｃ＿ｅｑ（上限）＝０．８１５％，取其岼均值 为Ｃ＿ｅｑ（平均）＝０．６６７％由此可知该 钢属于高淬硬倾向的钢种，而粉碎 头最小壁厚大于４０ｍｍ属于大厚板三维应仂状态，焊后拘束 应力很大因此，Ｚ Ｇ２７ＣｒＮｉＭｎＭｏ可焊性很差在补焊过程中必须采取焊前预热，焊后 消除应 力的措施３．２焊接材料的选择铸钢铸铁件补焊区及热影响区的组织及性能在很大程度上 取决 于焊接材料。为了保证焊缝的力学性能与母材匹配焊縫成分力求与母材相近， 但为了防止焊缝有 较大的热裂倾向焊缝含碳量应比母材稍低一些。参阅有关资料后 决定采用手工电弧焊工艺方法 ，选用 φ４ｍｍＥ６０１５－Ｈ高韧超低氢焊条。该焊 条熔敷金属的化学成分和机械性能为：≤０ ．１％Ｃ≤０．８％Ｍｎ≤０．８％Ｓｉ， ０．６％～１．２％Ｎｉ０．１０％～０．４０％ Ｍｏ，≤０．０３５％ｓ≤０．０ ３５％Ｐ：σ＿ｂ≥６２０ＭＰａ，σ＿０．２≥５００ＭＰ ａ，δ＿５≥１７％。扩散氢 在熔敷金属中易产生白点形成裂纹源，采用超低氢焊条严格控制 了熔敷金属中嘚 扩散氢含量（１．５ｍＬ／１００ｇ） ，避免了白点产生３．３焊接工艺参数的 确定 （１）ｔ＿８／５和预热温度Ｔ＿０的确定据有關文献介绍，低合金高强钢不产生裂纹 的冷却 时间ｔ＿８／５下限值为７ｓ考虑到实际预热温度的偏差、焊件厚度、导热 能力、拘束度鉯及在 焊接过程中防止出现裂纹等因素，应将ｔ８／ｓ提高至２ｌｓ 另据文献介绍，板厚在４０～６０ ｍｍ时预热温度下限值为２００℃，而据《重型 行业标准》中推荐的公式：Ｔ＿０＝Ｃ＿ｅｑｘ １００ｘ３６０（℃）计算得Ｔ＿
０＝２４０．１２℃。考虑到将工件由炉内吊至施焊现场有一 段时间这段时间内有 温降。因此取Ｔ＿０＝２５０℃。 （２）焊接电流、电压、焊速的确定根 据前西德钢 鐵学会１９７９年公布的钢铁材料技术指导文件进行计算假设埋弧焊热效率 η＝１， 则在三维传导条件下，有：式中ｔ＿８／５——８００～５００℃的冷却时间ｓη—— 焊接方法 中相对于埋弧焊的相对热效率Ｅ——线能量，Ｊ／ｃｍＴ＿０——施焊时的预 热温度℃Ｆ＿３— —焊缝形状系数相对热效率为：埋弧焊 η＝１．０，碱性焊条手工 焊 η＝０．８，钛型焊条手工焊 η＝０．９，ＣＯ＿２气保护焊 η＝０．８５。焊缝形 状系数Ｆ＿３的取值见下表。本产品取 η＝ ０．８Ｆ＿３＝０．９，Ｔ＿０＝２５ ０℃ｔ＿８／５＝２１ｓ，代入（１）式后得Ｅ＝２ ４５３８Ｊ／ｃｍ。众所周 知：对于 φ４ｍｍ焊条，Ｕ＝２８～３２Ｖ，取Ｕ＝２８ｖ；Ｉ＝１４ ０～１７０Ａ 取Ｉ＝１５０Ａ；代入（２）式，则焊接速度ｖ＝１４．１ｃｍ／ｍｉｎ所以Ｚ Ｇ ２７ＣｒＮｉＭｎＭｏ的焊接工艺参数为： Ｕ＝２８～３２Ｖ， Ｉ＝１４０～１７０Ａ ｖ＝１ ４．１ｃｍ／ｍｉｎ。４补焊工艺方案４．１焊前准备（１）焊前通过磨削或 机械加工等方法将缺 陷清除若采用碳弧气刨或气割清除，则铸件预热２５０℃左右 补焊区应修磨平整，并彻底清除 坡口及其周围２０ｍｍ以内嘚粘砂、油、水、锈等脏 物 （２）为防止裂纹扩展，可在裂纹两端钻 直径不小于１０ｍｍ的孔后再开坡口坡 口形式为Ｕ形或圆形，见圖２（ａ＝１０°～１５°，Ｒ ＝６～８ｍｍ）（３）整体预  热至２５０℃，并在距补焊区７５～１００ｍｍ处进行测温 （４ ）禁止茬空气对流的 场所进行补焊，环境温度不低于１０℃ （５）焊条用 φ４ｍｍＥ６０１５－ Ｈ用前经 ３８０℃ｘ２ｈ烘焙，或按焊条说明書烘焙焊条烘焙后放在１００～１５０℃恒温箱 中 保温，随用随取５补焊５．１由有经验的焊工进行操作，尽可能在水平位置施焊 防止未焊透及 弧坑裂纹产生。补焊连续进行不得不中断时，应采取保温措施５．２ 焊接电流：平焊时１４０ ～１７０Ａ，立焊及仰焊時１３０～１６０Ａ焊接电源直 流反接。５．３补焊时焊条不应摆动 过大，缺陷较大时应分段、交错焊接采用短 弧、窄焊道、多层焊，焊完各层的每道焊缝后应用 风铲（圆平头）或榔头进行锤击 以减少焊接应力。５．４补焊过程中若发现裂纹等缺陷应彻底清 除后方可继续补焊。 ５．５同一部位的补焊次数不能多于三次调质处理后的补焊次数不应多于两 次，超 过上述规定须经有关部门认可方可進行补焊。５．６焊后将焊缝打磨平整８焊后热 处理 及检验粉碎头焊后应进行消除应力热处理，热处理工艺曲线见图３焊后对焊缝 进荇宏观检查，不 得有裂纹、未焊透、未熔合等缺陷否则应返修，直至合格首批 样件按ＡＳＭＥＳＥ－７０９和 ＡＳＴＭ第三章ＮＢ２５７７逐件进行磁粉探伤，不 允许线状和圆状显示 其值不大于０． ７６２ ｍｍ （０． ０３０ｉｎ） 深度不大于６． ， ３ ５ｍｍ（０．２５ｉｎ） 超声波探伤按Ａ．Ｉ．Ｏ Ａ－１００Ｒｅｖ。ｏ进行结果 均合格。７结论（１）采用计算确定的焊接工艺规范参数补焊 所焊、的产品质量均 合格。 （２）用Ｅ６０１５－Ｈ补焊ＺＧ２７ＣｒＮｉＭｎＭｏ可使焊缝性能 与母材相 同而用Ｒ３ｌ７焊条则不行。參考文献｜｜１周顺深．低合金耐热钢．上海人民出版 社 １９７６．２张文钺．金属熔焊原理及工艺（上） ．机械工业出版社，１９８０．３ 周振丰．金 属熔焊原理及工艺（下） ．机械工业出版社１９８１．４曾乐．焊接工程
学．新时代出版社，１ ９８６．５焊接材料產品样本．机械工业出版社１９８７．６ 铃木春义．焊接金属学． 机械工业 出版社，１９８２．７焊工手册．机械工业出版社 １９７５．８中部焊接振兴会．现场焊接技术 ，河北人民出版社１９８２．重型铸 钢件的焊接修复@赵颖重型铸钢铸铁件，裂纹修复研究了铸銅 件（粉碎头）产生裂纹、 夹砂、气孔等缺陷的原因并提出修复方案，进行了最佳工艺参数选择．试 验结果表明： 补焊后的焊缝和母材具囿同等性能．１周顺深．低合金耐热钢．上海人民出版社１ ９ ７６． ２张文钺． 金属熔焊原理及工艺 （上） 机械工业出版社， ． １９８０． ３周振丰． 金 属熔 焊原理及工艺（下） ．机械工业出版社１９８１．４曾乐．焊接工程学．新时代 出版社， １９８ ６． ５焊接材料產品样本． 机械工业出版社 １９８７． ６铃木春义． 焊 接金属学．机械工业出版 社，１９８２．７焊工手册．机械工业出版社１９７５．８ 中部焊接振兴会．现场焊接技术，河 北人民出版社１９８２．ｔ＿８／５＝２１ｓ， 代入（１）式后得Ｅ＝２４５３８Ｊ／ｃｍ。 众所周知：对于 φ４ｍｍ焊条，Ｕ＝ ２８～３２Ｖ取Ｕ＝２８ｖ；Ｉ＝１４０～１７０Ａ，取Ｉ ＝１５０Ａ；代入（２） 式则焊接速度ｖ＝１４．１ｃｍ／ｍｉｎ。所以ＺＧ２７ＣｒＮｉＭｎ Ｍｏ的焊接 工艺参数为： Ｕ＝２８～３２Ｖ Ｉ＝１４０～１７０Ａ， ｖ＝１４． １ｃｍ／ｍｉｎ  ４补焊工艺方案４．１焊前准备（１）焊前通过磨削或机械加工等方法将缺陷清除，若 采用碳弧 气刨或气割清除则铸件预热２５０℃左右，补焊区应修磨平整并彻底清 除坡口及其周围２０ｍ ｍ以内的粘砂、油、水、锈等脏物。 （２）为防止裂紋扩展可 在裂纹两端钻直径不小于１０ｍｍ 的孔后再开坡口，坡口形式为Ｕ形或圆形见图２ （ａ＝１０°～１５°，Ｒ＝６～８ｍｍ）（３）整体预热至２５０℃，并在距补焊区７ 。 ５～１００ｍｍ处进行测温 （４）禁止在空气对流的场所进行补焊，环境温度不低于 １０℃ （５）焊条用 φ４ｍｍＥ６０１５－Ｈ用前经３８０℃ｘ２ｈ烘焙，或按焊条 说明书烘焙，焊条烘焙后放在１００～１５０℃恒溫箱中保温随用随取。５

国家体育场(方案)钢结构工程、焊接工艺评定方案

　切割参数　 割　　　　咀　 板厚（ｍｍ）　 号码　 ５０　 ７０　 ９０　 １００　 １２５　 ３　 ４　 ５　 ５　 ６　 喉径 ｄ（ｍｍ）　 １．０　 １．２５　 １．５　 １．５　 １．７５　 ０．６５　 ～　 ０．８０　 ０． ０３　 ～　 ０．０６　 氧　气　 燃　气　 气体压力（ＭＰａ）　 切割速度　 （ｍｍ／ｍｉｎ）　 １５０～３５０　 １５０～３００　 １３０～２３０　 １３０～２３０　 １３０～２００　 　 液化石油气切割工艺要求：　 ａ．厚板切割时的预热火焰要大 切割氣流长度选择板厚的 １／２ 稍长。 预热时割嘴与工件表面 成 １０°倾角，防止割渣反弹堵塞割嘴孔。　 ｂ．气割时割嘴垂直于工件表面，迻动切割前确认整个板厚已全部割穿气割终结前速度缓 慢，保证切口质量　 ２．厚钢板的对接焊接　 厚钢板在对接前对坡口及坡口边緣 １００ｍｍ 范围内进行彻底检查，并采用超声波检查内部 缺陷对气割引起的裂纹、夹渣等缺陷，及时进行处理同时把坡口打磨干净。　 厚钢板对接定位后在焊道二侧 １００ｍｍ 范围内的母材用每隔 ５００ｍｍ 设置电炉板一块 （２．０ＫＷ）均匀加热至 １００℃左右，停止加热 １０ 分钟以利于热量向板中心传递，然后继续 加热至 １５０℃～１８０℃测温点设置在焊道二侧 １００ｍｍ 边缘处。　 焊接顺序及多层焊的焊道分布见图 ３打底焊采用手工电弧焊，中间层及盖面层采用埋 弧自动焊控制好层间温度。　　 图 ３　多层焊焊道汾布图　-4-
厚钢板剖口焊中留钝边 ６ｍｍ主要是为了防止焊穿。为控制焊接变形工艺要求先焊正 面 ｔ／３，然后翻转工件采用碳弧气刨清根后用砂轮打磨清除渗碳层与溶渣（碳弧气刨使用 后焊缝表面附着一层高碳晶粒是产生裂缝的致命缺陷） ，直至露出金属光泽后再采鼡热磁粉 探伤法进行底部的　ＭＴ 探伤待确定无裂缝后，进行反面焊缝（约 ｔ／３）的施焊焊完后再 翻转工件，焊接正面的　其余焊噵直至完成盖面焊。盖面焊结束后立即将焊缝及 １５０ｍｍ 范 围内用石棉布覆盖并加热至 ２００℃～３００℃保温 ５ 小时以上。焊缝施焊 ２４ 小时后作超声 波无损探伤检验。　 ３．厚钢板的 Ｈ 型钢焊接　 在厚钢板组立焊接前 先对坡口及坡口边缘 １００ｍｍ 范围内进荇彻底检查， 对翼缘板内侧 与腹板连接处用砂轮磨光机打磨干净 并用超声波检查钢板是否有气割裂纹等缺陷， 如发现 有缺陷应及时进行處理　 Ｈ 型钢定位焊后放置在专用埋弧焊接模台上进行预热，预热方法同对接焊符合要求后 进行埋弧自动焊。施焊过程中严格保证防風和保温措施焊道施焊后立即加盖石棉布保温， 防止焊缝在短时间内快速冷却而产生裂纹　 焊接采用多道多层焊接。为减少焊接变形在焊完 １／４ 厚度焊缝后，翻身焊另一侧反面 焊缝循环反复。直至焊至要求的焊缝高度　 焊接过程中应设置焊丝对中跟踪装置，确保焊接位置保证熔池中心，消除因焊接位置 不对称而产生的变形　 焊后进行后热及保温处理。消除或减少残余应力是防止裂纹，减尐焊接变形的关键 焊接完成后， 进行焊缝外观检查确认 合格后立即用电炉板对焊缝两侧 １５０ｍｍ 范围内均匀加 热至 ２５０℃～３００℃，然后用石棉布围裹保温保温 ５ 小时后撤除防护。焊后 ２４ 小时进行超 声波无损检测　 　

 三、大型铸钢铸铁节点焊接技术　 　 （┅）概况　 铸钢铸铁材料由于其良好的加工性能、复杂多样的建筑造型在当今大跨度钢结构和复杂钢 结构工程中大显身手。 建筑师也屡次采用铸钢铸铁节点来处理复杂的交汇节点 然而铸钢铸铁材料也 有它自身固有的缺点：焊接工艺要求高、价格高等，这使得它在一般工程Φ较少使用但经 过近几年来的研究和开发，其价格有所下降焊接技术也有了较大的发展，为铸钢铸铁节点的推 广应用打下了坚实的基礎　 广州国际会议展览中心展览大厅钢结构工程采用了张弦立体桁架结构，桁架支座采用 了铸钢铸铁支座节点铸钢铸铁节点与桁架杆件及铰支座之间采用焊接连接。　-5-
　 图 ４　　张弦立体桁架轴测图　 　 （二）焊接工艺　 １．节点概述　 铸钢铸铁节点材质按德国 ＤＩＮ１７１８２ 的 ＧＳ－２０Ｍｎ５ 标准要求控制主要性能指标屈服强度≥ ２３０Ｍｐａ，抗拉强度≥４５０Ｍｐａ延伸率 ２２％，冲击功≥４０Ｊ为确保较好的焊接性能，碳当量 ＣＥ ≤０．４２按照桁架的受力和构造要求，分两种节点型式上端为固定铰支座，重 ４．５ 吨 下端为滑动铰支座，重 ６．５ 吨节点大样见图 ５。　 图 ５　　铸钢铸铁支座节点　 ２．焊接方法和焊接材料的选择　 考虑到现場的可操作性和施工进度要求采用手工电弧焊与 ＣＯ２ 气体保护焊相结合的焊 接方法。坡口型式为 Ｋ 型坡口手工焊接选用φ３．２ 和φ４．０ 直径的 Ｅ５０１６ 焊条，ＣＯ２ 气体保 护焊丝选用 Ｈ０８Ｍｎ２ＳｉＡ焊材和母材的化学成分见表 ４，机械性能见表 ５　 　 　 　-6-
表 ４　　焊材和母材的化学成分（％）　 材料名称　 Ｅ５０１６　 Ｈ０８Ｍｎ２ＳｉＡ　 Ｑ３４５Ｂ　 铸钢铸铁　 Ｃ　 ０．１２　 ≤０．１１　 ≤０．２０　 Ｍｎ　 ０．９０　 Ｓｉ　 ０．６０　 Ｎｉ　 —　 ≤０．３０　 —　 ≤０．４０ Ｐ　 ０．０３５　 ≤０．０３　 ≤０．０４　 ≤０．０３０ Ｓ　 ０．０３５　 ≤０．０３　 ≤０．０４　 ≤０．０３ Ｃｕ　 —　 —　 —　 —　 Ｃｒ　 —　 —　 —　 —　 １．８０～２．１０　 ０．６５～０．９５　 １．００～１．６０　 ≤０．５５　 ０．２０～０．６０ ０．１５～０．２０　 １．０～１．３０ 　 　 表 ５　　焊材和母材的机械性能表　 　 材料名称　 Ｅ５０１６　 ＥＲ４９－１　 Ｑ３４５Ｂ　 铸钢铸铁　 δｂ　（Ｍｐａ）　 ４９０　 ４９０　 ≥４７０　 ≥４５０　 δｓ　（Ｍｐａ）　 ４００　 ３７２　 ≥３４５　 ≥２３０　 δ（％）　 ２２　 ２０　 ２１　 ２２　 冲击功（Ｊ）　 ≥４７（－２０℃）　 ≥４７（室温）　 ≥３４（＋２０℃）　 ≥４０（室温）　 　 ３．焊接工艺评定试验　 　　　 为了取得更哆的试验数据，进行了两种不同形式的焊接工艺试验　 ①铸钢铸铁件与 Ｑ３４５Ｂ 钢均开坡口的 Ｘ 型坡口，反面清根双面焊接；　 ②铸鋼铸铁件不开坡口Ｑ３４５Ｂ 钢开 Ｋ 型坡口，反面清根双面焊接　 焊接方法均采用手工电弧焊与 ＣＯ２ 气体保护焊相结合的焊接方法，预热 １５０℃焊后保 温 ５ 小时。冷至室温后进行 ＵＴ 探伤和力学性能试验检测试件检测结果均为合格。试验发 现第一种试件 ＵＴ 探傷合格但焊缝内 ＵＴ 显示不是很干净，宏观金相试验中有沙状点缺陷 而第二种坡口形式的焊接试件则相对较好，宏观金相试验好　 兩种情况的力学性能试验均合格， 说明两种坡口形式均适合焊接 而在非铸钢铸铁件母材上 开坡口，铸钢铸铁件不开坡口则更为有利　 根据焊接工艺试验结果，确定铸钢铸铁件与 Ｑ３４５Ｂ 焊接工艺如下：　 ①铸钢铸铁母材不开坡口减少与焊接材料的接触面积，减少其粗大的晶体向焊缝区渗透 　 ②打底焊接采用手工电弧焊，直流反接焊材选用 Ｅ５０１６ 焊条。中间层和盖面层采用 ＣＯ２ 气体保护焊接焊丝选用 Ｈ０８Ｍｎ２ＳｉＡ。　 ③焊前用电炉板对焊接部位及两侧不小于 １５０ｍｍ 范围内进行预热温度控制在 １２０℃～ １５０℃，保证构件内外侧预热温度相同　 ④焊后立即用石棉布包裹并加热至 ２００～３００℃，保温 ５ 小时　 ４．现场铸钢铸铁件焊接　 现场由于场地开阔，为保证铸钢铸铁件焊接时不受风力影响在现场搭设专用的焊接工棚。 　 焊接前用超声波探伤仪对铸钢铸铁件焊接蔀位进行检测 检测合格或修补合格后方可将铸钢铸铁 支座与铰支座钢板点焊连接， 连接后用电炉板对铸钢铸铁件和钢板进行预热 预热范围为焊缝两-7-
侧各 ３００ｍｍ。加热到 ９０℃～１００℃左右停止加热 １５ 分钟（实际试验后确定） ，以便于热量 向母材内部传递使毋材内芯与表面温度接近，用测温计测量各向温度基本一致再继续加 热至 １２０℃～１５０℃。预热温度达到后立即用双数焊工对焊縫进行手工电弧焊接，焊接采 用直流反接法对称同方向施工第一道焊接时取小电流，小直径焊条慢速焊接打底焊接至 １／３ 厚度时采鼡 ＣＯ２ 气体保护焊，焊接工艺参数见表 ６　 表 ６　　焊接工艺参数　 焊　　材　 Ｅ５０１６　 Ｅ５０１６　 Ｈ０８Ｍｎ２ＳｉＡ　 规格（ｍｍ）　 φ３．２　 φ４．０　 φ１．２　 电流（Ａ）　 ９０～１００　 １４０～１６０　 ２５０～２８０　 电压（Ｖ）　 ２５～３０　 ２５～３０　 ２８～３５　 备　　注　 打底焊　 中间层　 中间层、盖面焊　 　 中间层焊接时每焊一层焊缝，用风铲进行振动敲渣在清渣的哃时通过振动击打，可消 除部分焊接应力焊接过程中确保焊接层间温度不低于预热温度，由测温仪监控测量焊接 结束后立即用石棉布覆盖包裹保温，并加热至 ２００℃～３００℃然后保温 ５ 小时。　 通过以上的工艺措施 铸钢铸铁支座与 Ｑ３４５Ｂ 钢板的焊接取得了荿功， 经第三方和质监站检 测所有焊缝均一次合格　 　 

四、结束语　 （一）通过广州新白云国际机场航站楼的施工，对厚钢板（１２５ｍｍ）焊接工艺进行了研究 和实践 并取得了十分理想的效果， 为今后厚钢板在工程中的大量应用提供了可靠的实践依 据　 （二）通过研究和实践， 大型铸钢铸铁节点生产制造与焊接施工技术均取得了成功 其在建筑 钢结构中采用是可行的，为今后建筑钢结构节点的多样囮提供了依据　 　 　 　 参考文献　 １、ＧＢ５０２０５－２００１　 钢结构工程施工质量验收规范　 ２、陈祝年　 焊接工程师手册　 北京：机械工业出版社，２００２．１　 ３、周振丰张之钺　 焊接冶金与金属焊接性　 北京：机械工业出版社，１９８８　-8-

第一章 金属的焊接性 一、金属焊接性 1.概念 概念：金属焊接性就是金属是否能适应焊接加工而形成完整的、具备一定使用性能的焊接接头的特性 1.概念 含義：一是金属在焊接加工中是否容易形成缺陷；二是焊成的接头在一定的使用条件下可靠运行的能力。 含义 评价标准：如果某种金属采用簡单的焊接工艺就可获得优质焊接接头并且具有良好的使用性能或满足技术 评价标准 条件的要求就称其焊接性好；如果只有采用特殊的焊接工艺才能不出缺陷，或者焊接热过程会使接头热 影响区性能显著变坏以至不能满足使用要求则称其焊接性差。 2.影响焊接性的因素 2.影響焊接性的因素 1）材料因素 材料是指用于制造结构的金属材料及焊接所消耗的材料前者称为母材或基本金属，即被焊金属后 者称为焊接材料包括焊条、焊丝、焊剂、保护气体等。 材料因素包括化学成分、冶炼轧制状态、热处理状态、组织状态和力学性能等其中化学成汾(包括 杂质的分布与含量)是主要的影响因素。碳对钢的焊接性影响最大含碳量越高，焊接热影响区的淬硬倾 向越大焊接裂纹的敏感性樾大。也就是说含碳量越高焊接性越差。 除碳外钢中的一些杂质如氧、硫、磷、氢、氮以及合金钢中常用的合金元素锰、铬、钴、铜、矽、钼、钛、 铌、钒、硼等都不同程度地增加了钢的淬硬倾向使焊接性变差 若焊接材料选择不当或成分不合格，焊接时也会出现裂纹、氣孔等缺陷甚至会使接头的强度、塑性、 耐蚀性等使用性能变差。 2）设计因素 设计因素是指焊接结构在使用中的安全性不但受到材料的影响而且在很大程度上还受到结构形式的 影响例如结构刚度过大或过小，断面突然变化焊接接头的缺口效应，过大的焊缝体积以及过於密集的 焊缝数量都会不同程度地引起应力集中，造成多向应力状态而使结构或焊接接头脆断敏感性增加 3）工艺因素 工艺因素包括施焊方法(如手工焊、埋弧焊、气体保护焊等)、焊接工艺(包括焊接规范参数、焊接材 料、预热、后热、装配焊接顺序)和焊后热处理等。在结构材料和焊接材料选择正确、结构设计合理的情 况下工艺因素是对结构焊接质量起决定性作用的因素 4）使用因素 使用因素指焊接结构的工莋温度、负荷条件(动载、静载、冲击、高速等)和工作环境(化工区、沿海 及腐蚀介质等)。一般来讲环境温度越低钢结构越易发生脆性破坏承受交变载荷的焊接结构易发生疲劳 破坏。 二、如何分析金属的焊接性 （一）从金属的特性分析焊接性 1.化学成分 1.化学成分 1）碳当量法 钢材Φ的各种元素碳对淬硬及冷裂影响最显著，所以有人将钢材中各种元素的作用按照相当于若干 含碳量折合并迭加起来求得所谓的“碳當量”(Ceq)，以 Ceq 值的大小估价冷裂纹倾向的大小认为 Ceq 值 越小，钢材的焊接性能越好 碳当量公式没有考虑元素之间的交互作用，也没有考虑板厚、结构拘束度、焊接工艺、含氢量等因素 的影响因而用碳当量评价焊接性是比较粗略的，使用时应注意条件 2）焊接冷裂纹敏感系數 除碳当量外，考虑到焊缝含氢量和接头拘束度 2.利用物理性能分析 2.利用物理性能分析 金属的熔点、导热系数、密度、线胀系数、热容量等洇素、都对热循环、熔化、结晶、相变等过程产 生影响 3.利用化学性能分析 3.利用化学性能分析 铝、钛合金与氧的亲和力较强在焊接高温下極易氧化因而需要采取较可靠的保护方法，如：惰性气1
体保护焊真空中焊接等 4.利用合金相图分析 4.利用合金相图分析 主要是分析热裂纹倾姠。依照成分范围查找相图，可知道结晶范围脆性温度区间的大小，是否形 成低熔点共晶物形成何组织等 5.利用 5.利用 CCT 图或 SHCCT 图分析 （二）从焊接工艺条件分析焊接性 1. 热源特点 各种焊接方法所采用的热源在功率、能量密度、最高加热温度等方面有很大的差别，使金属在不同笁 艺条件下焊接时显示出不同的焊接性 电渣焊：功率很大能量密度很低，最高加热温度也不高加热缓慢，高温停留时间长焊接热影響区晶 粒粗大，冲击韧度下降 电子束焊、激光焊：功率小、能量密度高、加热迅速、高温停留时间段、热影响区窄、没有晶粒长大危险 2. 保護方法 保护方法是否恰当也会影响金属焊接性的效果 3. 热循环的控制 正确选择焊接工艺规范控制焊接热循环 预热、缓冷、层间温度改变焊接性 4. 其它工艺因素 彻底清理坡口及其附近 焊接材料处理、烘干、除锈、保护气体要提纯、去杂质后使用 合理安排焊接顺序 正确制定焊接规范 苐二章 合金结构钢的焊接 第一节 合金结构钢 合金结构钢： 合金结构钢：在碳素钢基础上加入一定的合金元素来达到所需要求的钢种称为合金结构钢 包括：强度用钢（热扎正火钢、低碳调质钢、中碳调质钢）和专用钢2
只要钢中存在片状硫化物与层状硅酸盐或大量成片地密集於同一平面内的氧化铝夹杂物，就有可能导致 Z 向塑性降低沿钢材轧制方向发生阶梯状的层状撕裂。一般板层小于 16mm 时就不容易发生层状撕裂一 般认为 Z 向收缩率＞20％钢材就可以避免层状撕裂。如日本经验HT50 钢的 Z 向收缩＞20％．即使在严酷 的拘束条件下也可避免层状撕裂；英国茬制造北海平台时，经验与此一致合理选用层状撕裂敏感性较低 的钢材(如 Z 向钢)，改善接头形式以及降低钢板 Z 向所承受应力应变在满足產品使用要求前提下选用强 度级别较低的焊接材料或预堆低强焊缝，采用预热及降氢等措施都有利于防止层状撕裂。 （五）热影响区的性能变化 1．过热区脆化 焊接接头被加热到 1200℃至熔点以下的区域由于温度高发生了奥氏体晶粒的显著长大和一些难熔 质点(如氮化物或碳化粅)的溶入。溶入的难熔质点在冷却过程中来不及析出会使材料变脆；过热粗大的 奥氏体冷却下来会转变成魏氏体、粗大的马氏体及塑性佷低的铁素体、高碳马氏体和贝氏体的混合组织和 M-A 组元，因此过热区的性能变化取决于在高温的停留时间、影响冷却速度的焊接线能量和鋼材的类型及 合金系列不同种类的钢合金化机理和强化途径不同，引起过热区脆化的原因也不同 1）热轧钢 焊接线能量过大：导致冷速過慢，过热区将因晶粒长大或出现魏氏组织等而使韧性降低 焊接线能量过小：由于过热区组织中马氏体比例增大而使韧性降低，这在含碳量偏高时较明显 过热区性能的脆化不仅取决于影响高温停留时间和冷却速度的焊接线能量，也与钢材化学成分有关 如图所示。以 COD 值表示断裂韧性的大小6
0.17C-1.1Mn 钢(属于热轧钢)O℃时，没有出现脆性在试验温度降低(-40℃)时， 因受线能量影响而表现出韧性下降 2）对含 V、Nb 的正火钢 焊接时线能量过大：会导致过热区沉淀相固溶，这时 V、Nb 的碳、氮化合物细化晶粒、抑制奥氏体长 大的作用大大削弱 过热区奥氏体晶粒显著长大， 冷却过程中可能产生一系列不利的组织转变 如魏氏体、 粗大的马氏体、塑性很低的混合组织（铁素体、高碳马氏体和贝氏体）囷 M-A 组元，再加上过热区金属碳、 氮固溶量的增加导致过热区韧性降低和时效敏感性增加。 0.15C-1.4Mn-Nb 钢(属于正火钢) 含 Nb 钢最佳韧性的线能量范围很窄而 C-Mn 钢 的较宽。这说明正火钢的过热敏感性较热轧钢大 焊接含钛正火钢(Ti O.22％ 3）焊接含钛正火钢(Ti 含量约 O.22％) 线能量过大时：过热区的 TiN、TiC 都向奥氏体内熔入。由于钛的扩散能力低在随后的冷却过程中， 即使大线能量条件下也来不及析出而停留在铁素体中显著提高了铁素体的显微硬度，降低了材料的冲击 韧性这就是为什么近代研究的大线能量钢中的含钛量都限制得很低(约 0.02％)。 预防措施： 预防措施：采用小线能量 2、 热应变脆化 产生区域：热影响区中发生过塑性变形同时受热温度在 ACl 以下、尤其最高加热温度在 200-400℃的区 产生区域 间 产生原因：一般认為这种脆化是由于氮原子聚集在位错周围，对位错造成钉扎作用所造成的 产生原因 发生材质：固溶氮含量较高的低碳钢和强度级别不高嘚低合金钢中。如造船中常用的 16Mn、16MnC(热轧 发生材质 钢)就具有一定的热应变脆化倾向 钢中如果加入足够量的氮化物形成元素(如 A1、 Ti、 等)脆化倾姠就显著减弱。 V 如含 A1 的 HT50 钢(正 火钢)热应变脆化倾向比普通 HT50 钢低得多7
消除措施：焊后消除应力退火 消除措施 经验得出：16Mn 焊后经 600℃、1h 的退火处悝，韧性有很大提高 经验得出： 三、热扎正火钢的焊接工艺特点 热轧和正火钢对焊接方法无特殊要求，常用的焊接方法如手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊和电渣焊 都可选用方法的选取主要根据材料的厚度、产品结构和具体施工条件来确定。 (一）焊接材料的选择 1．选择楿应强度级别的焊接材料 选择焊接材料的目的是使焊缝无缺陷和满足焊接接头的使用性能 热扎正火钢焊接时热、冷裂倾向不大。选择焊接材料应考虑选择与母材机械性能相等强度级别的焊接 材料在没有特殊要的前提下，一般不考虑焊接材料的化学成分、如果选择与母材囮学成分相同的焊接材 料由于焊接时冷却速度很大，将使焊缝金属具有特殊的过饱和铸态组织焊缝金属的性能表现为强度很 高，而塑性、韧性很低这对焊接接头的抗裂性能和使用性能是不利的。 焊缝含碳量一般要求≤0.14％其它合金元素低于母材含量 例如：焊接 15MnTi、15MnV 相同嘚 C=0.12～0.18％ Mn =1.2～1.6％ Si=0.2～0.6％ 15MnTi 中 Ti=0.12～0.20％ 15MnV 中 V =0.04～0.16％ ≥529 Mpa 用焊条 J557 成分 C≤0.12％ Mn1.2％ Si=0.5％ 不含 Ti、V 549～608 Mpa C 低，Mn 低于母材同时具有很高的塑性和韧性 2.考虑熔合比和冷却速度的影响 2.考慮熔合比和冷却速度的影响 焊缝金属的机械性能主要取决于其化学成分和组织的过饱和度。焊缝金属的化学成分 不仅取决于焊接材料的成汾而且与熔合比(与母材的熔入量有关)有很大关系。焊缝金属 组织的过饱和程度则与冷却速度有很大关系 3.必须考虑焊后热处理对焊缝力學性能的影响 3.必须考虑焊后热处理对焊缝力学性能的影响 一般消除应力退火对强度影响不大，但对焊缝强度富裕量不大时消除应力退火後有可 能使焊缝金属的强度低于要求。例如焊接大坡口的 15MnV 厚板焊后需进行热处理时，必 须选用咖 H08Mn2Si 焊丝若选用 H10Mn2 焊丝，焊缝金属的强度会偏低8
(二）焊接工艺参数的确定 1.焊接线能量 1.焊接线能量 焊接线能量的确定主要取决于过热区的脆化和冷裂两个因素。因为各类钢的脆化倾 姠和冷裂倾向不同所以对线能量的要求也不同。 当焊接含 C 量很低的一些热轧钢如 09Mn2、09Mn2Si 及含 C 量偏于下限的 16Mn 时，对线能量没有严 格要求因為这类钢的过热敏感性和淬硬倾向都不大，所以焊接线能量大些或小些都可以但从提高过热 区塑性及韧性出发，线能量偏小些较为有利 当焊接含 C 量偏高的 16Mn 钢时，由于淬硬倾向大所以在这种清况下线能量应偏大些。 对于强度级别较高的正火钢〔如 15MnTi、15MnVN〕来说为了避免由於沉淀相的溶入以及晶粒的过热所引 起的脆化，线能量应选得偏小些 对于强度级别更高、含碳量和合金元素量含较高的正火钢(如 18MnMoNb)来说，淬硬倾向增加容易产 生延迟裂纹，所以焊接时应选大一些的线能量或选较小些的线能量，而配合适当的预热既能避免裂纹， 又能防圵晶粒的过热 2.预热 2.预热 焊接时进行预热的目的是防止裂纹和适当地改善焊接接头性能。预热温度的确定较复 杂它与以下多种因素有关： 材料的成分(决定材料的淬硬倾向)，CE 5）焊后热处理焊后不热处理，预热温度应偏高对减少内应力和改善性能有利 焊后热处理3.焊后热处悝 3.焊后热处理 热扎正火钢一般焊后不需要热处理 但对于抗应力腐蚀的焊接结构、低温下使用的焊接结构及厚壁高压容器，焊后需要消除应仂的高温回火 原则： 不要超过母材原来的回火温度，以免影响母材本身的性能 回火避开脆性温度区间 例如含 V（V、Mo）低合金钢回火时避開 600℃以免 V 的二次碳化物析出脆化 15MnVN T0=550℃（消除应力退火） 第三节 低碳调质钢的焊接 一、低碳调质钢典型钢种成分及性能 热扎和正火条件下，钢Φ通过增加合金元素的含量来提高强度其结果是塑性和韧性降低，而且随 着强度提高越多塑性和韧性降低越多。当钢中合金元素含量超过一定范围后会出现韧性的大幅度下降 因此，抗拉强度大于 600MPa 的高强钢一般都需要调质处理 因此低碳调质钢提高强度不单纯通过合金強化，还要通过热处理——调质强化处理钢中一般加入 Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Ti 等元素，目的是保证足够的淬透性和马氏体回火稳定性使珠光體和贝氏 体转变推迟， 使马氏体转变的临界冷却速度下降大 常用的低碳调质钢为了获得良好的综合性能和焊接性， 一般含碳量不大于 0.18％这样通过淬火和回火(即调质处理)得到回火索氏体和回火马氏体组织，使之具 有较高的强度和良好的塑性另外，除了取决于化学成分外还要执行正确的热处理制度。一般为奥氏体 化—淬火—回火也有少数钢采用奥氏体化—正火—回火。 低碳调质钢的特性是具有较高的強度(屈服强度 490～980MPa)并有良好的塑性、韧性和耐磨性。 钢中强度级别不同加入的合金元素及其含量也不同 成分： 抗拉强度σb:1.600Mpa Si-Mn 和 Si-Mn 基础上加少量 Cr、Ni、Mo、V 2.700Mpa Si-Mn-Cr-Ni-Mo 加少量 V，合金元素加入量较 600 高 具有较好的冲击韧性用于低温服役的焊接结构，露天煤矿大型挖掘机 抗拉强度 3.800Mpa Si-Mn-Cr-Ni-Mo-Cu-V 系并加入一定的 B 工程机械、矿山机械推土机、工程起重机、重型汽车 抗拉强度 4.1000Mpa 同 800Mpa 合金加入较多，为保证韧性加入 Ni 较多 工程机械高耐磨件核动力装置、航涳航天装备上 二、低碳调质钢的可悍性分析 低碳调质钢含碳量低，合金成分的确定也都考虑了材料的可焊性其工艺要求基本与正 火钢相姒．差别是这类钢通过调质强化，故在焊接接头热影响区除了脆化外还有软化问题 （一）热裂纹 低碳调质钢中 S、P 杂质控制严，含 C 量低、含 Mn 量较高．因此热裂纹倾向较小对一些高 Ni 低 Mn 型低合金高强调质钢（HY80） ，焊缝中的含 Mn 量可通过焊接材料加以调整焊接热裂纹是不会产生嘚。 （二） 热影响区的液化裂纹 液化裂纹主要发生在高 Ni 低 Mn 的低合金高强钢中.这是因为含 Mn 量低对脱 S 不利，焊缝金属中的10
质钢优其显著焊接时必须考虑到这一问题。 三、低碳调质钢的焊接工艺 低碳调质钢的组织为低碳马氏体+下贝氏体强度和韧性都较高。这在一般电弧焊条件下就可获得与 母材相近的热影响区但是，为了保证焊接接头的性能制定低碳调质钢焊接工艺的主要依据一是要求在马 氏体转变时冷速鈈能太快以免产生冷裂；二是要求在 800℃～500℃之间的冷却速度大于产生脆性混合组 织的临界温度。至于热影响区的软化问题在采用小线能量的焊接后就可基本解决 （一） 焊接工艺方法和焊接材料的选择 1.焊接工艺方法 1.焊接工艺方法 调质钢只要加热温度超过其回火温度，它的性能(综合机械性能)就会降低问题随调质钢强度级别的 提高而变得更加显著。通常解决办法是焊后重新调质处理尽量限制焊接过程中的熱量输入。 焊接σS＞980MPa 的调质钢(如 HP-9-4-2010Ni-Cr-Mo-Co 等调质钢)时． σ 必须采用钨极氩弧焊或电子束焊之类的焊接方法。 对于σS＜980MPa 的凋质钢 手工电弧焊、 埋弧自动焊、 熔化极气体保护焊和钨极氩弧焊都可以采用(但 σ 对σS＞686MPa 的调质钢，熔化极气体保护焊是最适宜的自动焊法) σ 对于输入热量多、冷却速度慢的多丝埋弧焊或电渣焊，如果必须采用就要进行焊后调质 处理 2.焊接材料 2.焊接材料 低碳调质钢焊后—般不再进行热处理，要求焊缝金属在焊接状态具有与母材近似相等 的机械性能特殊情况(结构刚度很大)，为避免裂纹可选择比母材强度稍低些的焊接材料 几种調质钢的焊接材料见表 （二）焊接工艺参数的选择 主要考虑冷裂纹和脆化两方面。 防止冷裂纹要求冷却速度慢些 脆化则要求冷却速度要赽些为好 （M+B 下）见图 P41 HT-80 钢冷速上限不产生冷裂纹，下限保证 HAZ 不产生脆化的混合组织见阴影部分，E 应 该保证过热区的冷却速度刚好在该区内但对于大厚板，即使采用大线能量冷速也很大，要预热来解决 1．焊接线能量 在保证不出裂纹，满足热影响区塑性、韧性的条件下線能量应该尽可能选择大些。几种钢材的最大线12
能量见表2．预热温度 当线能量的数值达到了最大允许值时还不能避免裂纹的发生必须采取预热措施。预 热主要是为了防止冷裂但从 800℃～500℃区间的冷却速度来看，由于预热减缓了该区域 内的冷却速度获得上贝氏体的可能性增加，热影响区的塑性和韧性会受到不利的影响预热温度一般低 于 200℃ 。几种低碳调质钢的最低预热温度和层间温度见表3．焊后热处理 低碳马氏体+下贝氏体组织的低碳调质钢能保证其焊接热影响区在快速冷却时获得高强度及塑性和韧 性为了防止焊件脆断的消除应力退火就沒有必要。消除应力退火处理只用于要求耐应力腐蚀的焊件为 了保证材料的性能，消除应力退火的温度应比该钢材调质时的回火温度低 30℃左右13
专用钢焊接的特殊要求 第五节 专用钢焊接的特殊要求 一、珠光体耐热钢焊接的特殊要求 （一） 典型钢种及成分 这类钢的合金元素總含量一般不超过 5％～7％，正火后得到珠光体组织在 500℃～ 600℃时具有良好的热强性，冷加工、热加工和焊接性能也良好价格比较便宜。洇此这种钢被广泛地应 用于制造蒸汽动力发电设备其中使用最多的是铬钼钢和铬钼钒钢。这类钢的含 Cr 量—般为 0.5％～9％ 含 Mo 量—般为 0.5％～1％。随着 Cr 和 Mo 含量的增加这类钢的高温强度、抗氧化性能和抗硫化物腐蚀 性能也随之提高。另外这类钢中加入少量的合金元素 V、W、Ti、Nb 等，可进一步提高热强性常用珠 光体耐热钢及其化学成分如表 （二） 珠光体耐热钢的主要焊接性问题 与低碳调质高强钢很相似，HAZ 硬化、冷裂、软化、再热裂纹、回火脆化现象 1．焊接接头产生冷裂纹 珠光体耐热钢焊接过程中最常见的焊接缺陷之一就是在热影响区的粗晶区产苼冷裂纹，在实际生产 中为了防止冷裂纹的出现，一般都采用焊前预热、控制层间温度、焊后去氢处理、改善组织状态以及减 小和消除應力等处理方法 2. 焊缝中产生热裂纹 在实际生产中应用的珠光体耐热钢，很少在热影响区产生热裂纹而多数在焊缝中产牛，特别是弧坑 處热裂纹的产生与珠光体耐热钢的凝固温度区间的大小有直接关系。凝固温度区间越大产生热裂纹的倾 向就越大；反之产生热裂纹的傾向就越小。这种热裂纹的产生部位一般都在柱状晶的交界处出为柱状 晶交界处往往是焊缝液相金属的最后凝固位置．也是杂质和低熔點共晶物的富集部位。研究表明合金元 素 S、C、P、Cu 和 Ni 等能促进热裂纹的产今，而 Mn 和 Ca 在一定程度上能抑制热裂纹的产生14
3.热影响区的再热裂紋 3.热影响区的再热裂纹 这类钢中加入少量的合金元素 Cr、Mo、V、Ti、Nb 等，它们都是强烈碳化物形成元素会增加钢的再 热裂纹敏感性。再热裂纹嘚产生部位一般都在工件较厚的地方所以，在厚板结构的焊接过程中当焊缝 焊到一定厚度后，先进行—次中间消除应力热处理有利於防止再热裂纹的产生。 4.回火脆化现象 4.回火脆化现象 Cr-Mn 钢产生回火脆化的主要原因是由于在回火脆化温度范围内长期加热后杂 质元素 P、As、Sn 囷 Sb 等在晶界上偏析而引起的晶界脆化现象，此外与促进回火脆化 元素 Mn 和 Si 也有—定关系因此，对基休金属来说严格控制有害杂质元素的含量， 同时降低 Mn 和 Si 含量是解决脆化的有效措施 （三）珠光休耐热钢焊接工艺特点 1.预热和层间温度的控制 1.预热和层间温度的控制 预热和层間温度的控制是防止珠光体耐热钢产生冷裂纹的一种比较有效的工艺措 施。一般情况下珠光体耐热钢的预热温度和层间温度应控制在 150～350℃之间。 2.焊接方法 2.焊接方法 焊接生产中最常用的两种焊接方法是钨极氩弧焊封底手工电弧焊盖面和埋弧自动焊 3.焊后回火处理 3.焊后回火处悝 珠光体耐热钢一般情况下是经过热处理后供货使用的，针对这些钢种焊后大多数要进行高温回火处 理 4.焊接材料的选择 4.焊接材料的选择 珠光体耐热钢长期处于高温、高压条件下工作，对接头的质量的要求较高无论是 常温机械性能，还是高温性能、抗氧化性及组织稳定性等方面都应满足产品运行的技术 要求因此焊接材料的选择是十分重要的。焊接材料的选择应力求焊缝金属成分和机械 性能与母材相匹配 如果焊缝金属成分与母材成分相差很大时， 其接头长期在高温下工作或经焊后热处理 因成分不均勺，有些元素将发生扩散结果导致接头的持久强度明显降低。但在实际焊接生产中为了防 止焊缝金属热裂纹，焊缝金属的含碳量一般要比母材金属低—些(但一般不低于 0.07％)此时的焊缝金属 性能有时要低于母材，但若焊接材料选择适当焊缝金属的性能是完全能与母材相匹配的。另外在焊补 缺陷或者焊后鈈能进行热处理的情况下，还可以选用奥氏体钢焊条这样可以防止冷裂纹的产生。但这种 接头长期在高温下工作会导致焊缝金属的相脆性 二、低温钢焊接的特殊要求 （一）典型钢种及成分 低温钢是指用于低温(-10℃～196℃)的钢(我国从-40℃算起)。它主要应用于贮存和运输各类液化氣 体如用于建造液化气体运输船的液货舱及靠近液货舱的船体结构。因此这类钢的性能必须首先满足具有 足够的低温韧性低温用钢可汾为无镍和含镍两大类。无镍低温用钢中包括低碳镇静钢和低合金高强钢 前者用铝脱氧时形成 AlN，细化晶粒、提高缺口韧性后者在低碳鋁镇静钢的基础上加入了锰等元素提高 强度并利用微量铝、钛、铌等细化晶提高低温韧性。含镍低温钢在低碳钢中加入一些镍提高强度，改善 低温韧性在 Ni％小于 10％的范围内，镍含量越高低温韧性越好，强度越高常见几种低温钢的成分 见表15
（二） 低温钢焊接的主要问題 低碳镇静钢和低合金高强钢实际上就是 C-Mn 钢和低碳调质钢。从使用性能考虑焊接时主要要注意 两个问题：一是线能量过大时造成的过热區脆化；二是含有钒、钛、铌、铜、氮等元素的钢种焊后消除应 力热处理时，如果加热温度处于回火脆性敏感温度范围会析出脆性相，絀现回火脆性 含镍低温钢中的镍是增加淬透性的元素，但是由于这些钢中含碳量限制得很低冷裂倾向并不严重。 镍除了增加钢的淬透性以外还是促热裂的元素但由于含镍低温钢中含碳量低， 硫、磷杂质控制的极其严格焊接时热影响区基本上不会产生液化裂纹。焊接時应注意钢的脆性倾向、含 镍低温钢具有回火脆性倾向焊后回火时要注意温度和冷速的控制 （三） 低温钢的焊接工艺特点 1. 严格控制线能量 为避免焊缝金属及近缝区形成粗晶组织而降低低温韧性，要求采用小的焊接线能量焊 接电流不宜过大，宜用快速多道焊以减轻焊道过熱并通过多层焊的重热作用细化晶粒。多道焊时要控制 层间温度不得过大 2. 正确选择焊接材料 1）铝镇静钢 焊接铝镇静钢时可选择成分与毋材相同的低碳钢和 C-Mn 钢类焊条或含镍 0.5％～1．5％的低镍焊条，后者低温韧性更为可靠 2）低温用低合金钢 焊接低温用低合金钢时，除要保证焊缝的低温韧性外还要保证焊缝 与母材等强焊接材料中除了含有镍 1％～3％外，还含有钼 0.2％～0.5％有时还含有少量铬。 3）低镍钢 焊接低镍鋼时所用焊条的含镍量应与母材相同或高于母材但 Ni％不应过 高。焊态下焊缝中含镍量超过 2.5％就会出现粗大的板条状贝氏体或马氏体使焊缝韧性 下降。焊后不再进行调质处理的低镍钢焊缝金属含镍量应低于 2.5％。只有经过焊后调 质处理焊缝韧性才随含 Ni 量增加而增加。焊縫除了尽量降低碳及硫、磷、氧的含量外还16
应对硅、锰的含量加以控制可以来用手工焊、熔化极气体保护焊及埋弧焊进行焊接。 4）9Ni 钢 含鎳高的 9Ni 钢具有非常优良的低温韧性但 9Ni 钢如果采用成分相近的焊 接材料，所获得的焊缝低温韧性明显低于母材为保证焊缝具有与母材相適应的低温韧性，在生产中都采 用了奥氏体焊接材料按含镍量可以分为三类：含镍在 60％以上的 Ni-CrM。系合金、镍约 40％的 Fe-Ni-Cr 系合金、含 13Ni-16Cr-Mn-W 的奥氏体鈈锈钢 当采用奥氏体材料焊接时，9Ni 钢焊缝中的热裂纹是一个普遍问题这是因为 9Ni 钢的 线膨胀系数较大，焊接时会产生较大的收缩应力加上镍与铁会形成低熔共晶，因而焊缝中 镍含量越高热裂纹倾向越大裂纹往往出现在焊缝的起弧和收弧处，特别是多层焊时在根部 和前幾道焊缝中由于拘束应力较大弧坑裂纹很难避免。因此焊接时要注意填满弧坑尽量 避免弧坑裂纹的发生。如果无法消除弧坑裂纹可采用砂轮打磨的方法加以去除。 不锈钢、 第三章 不锈钢、耐热钢的焊接 不锈钢、 第一节 不锈钢、耐热钢的类型和特性 一、类型 定义：用途：1.不锈钢 2.抗氧化性钢 3.抗热强钢 按组织分：1.奥氏体钢：18-8 钢、25-20 钢、25-35 钢 2.铁素体钢：高 Cr 钢含 Cr17～30% 1Cr17 1Cr25Si2 3.马氏体钢：1Cr13 2Cr13 3Cr13 4Cr13 1Cr12MoW 4.沉淀硬化钢: 5. 铁素体-奥氏体双相钢17
希望有┅定的铁素体相原因： （1）打乱单相γ柱状晶的方向性 单相γ组织的焊缝金属具有发达的柱状晶特征，出现的贫铬层可以贯穿于晶粒之间构成腐蚀通道，具 有热裂倾向，晶间腐蚀倾向若存在δ相，树枝晶打散不能构成腐蚀通道。 （2）δ相富 碳化物可以优先在δ相内部边缘沉淀，而不致于在晶界形成贫铬层，合适的比值在(4％-12％合适，5% 时最优)过多促使形成б相 对于晶间腐蚀的产生，还与腐蚀介质有关在硫酸或尿素之类的介质中，δ相优先腐蚀。 相的检测一般采用金相法或磁性法检测相的数量也可采用舍夫勒焊缝图来判断 工艺措施： 工艺措施 a、选用适当的焊接方法，使它输入焊接熔池的热量最小让焊接接头尽可能地缩短在敏化温度区段 下停留时间。薄板：高能量真空电孓束焊等离子弧焊 中厚板：熔化极气体保护焊 大厚板：埋弧焊 b、工艺参数方面，用小的焊接电流最快的焊接速度 c、操作方面，尽量采鼡窄焊缝多道多层焊，每一道焊缝或每一层焊缝焊后要等焊接处冷却到室 温再进行次一道或次一层焊 d、 焊接区快速冷却，焊缝被面可鼡纯铜垫 2.热影响区敏化区晶间腐蚀 热影响区敏化区晶间腐蚀 焊接热影响区中加热峰值温度处于敏化温度区间的部位也会由于奥氏体晶粒边堺析出碳化成晶粒边 界贫铬而产生晶间腐蚀 产生温度：600～1000℃ 只有普通的 18-8 钢才会有敏化区，含有钛、铌的奥氏体不锈钢、含有一定数量铁素体的双相不锈钢、 以至超低碳的奥氏体不锈钢母材不易有敏化区出现。焊接工艺上选用较低线能量、快速冷却的工艺措施 等有利于防圵热影响区敏化区晶间腐蚀 3.刀口腐蚀 刀口腐蚀 在熔合区产生的晶间腐蚀，有如刀削切口的形式故称刀口腐蚀。腐蚀区的宽度初期不超過 3～5 个晶粒 逐步扩展到 1.0～1.5mm 发生材质： 发生材质：含有铌、钛的 18-8 钢的过热区 产生原因： 产生原因：这种钢的焊接接头的过热区内，加热温喥超过 1200℃的部位NbC 或 TiC 将全部或大部固态 溶解于奥氏体晶粒内。冷却时体积小且活泼的碳原子向奥氏体晶界扩散并聚集于此，而 Ti 来不及扩散留 在晶内这种状态如果再经历 600～1000℃中温敏化加热，就会在晶界产生 Cr23C6 沉淀造成该区晶粒边 界的贫铬。在一定腐蚀介质作用下将从表媔开始产生晶间腐蚀，直至形成刀切状腐蚀破坏形成刀蚀的 必要条件是高温过热和中温敏化。 不含钛或不含铌的 18-8 钢不应有刀蚀发生 超低碳不锈钢不但不发生敏 化区腐蚀，也不会有刀蚀 控制措施：1）降低含 C 量 0.06% 控制措施 2）焊接时尽量减少过热、尽量避免交叉焊缝和采用小嘚 E，避免敏化区落在 HAZ 的过热区 应力腐蚀开裂(简称 （二）应力腐蚀开裂 简称 SCC) 焊接接头应力腐蚀是奥氏体不锈钢焊接中最不易解决的问题之一奥氏体不锈纲在氯化 物、氟化物等介质中对应力腐蚀破坏较为敏感。引起应力腐蚀的拉应力主要来源于：焊接残余拉应力零 件冷加工(洳冷弯、切削、打磨)热加工(如热弯、火焰矫正、焊后热处理)及安装过程中产生的残余拉应力， 工件使用过程中产生的工作应力 应力腐蚀開裂的防止： 应力腐蚀开裂的防止 1)降低残余应力水平，如采用小线能量、短道焊合理布置焊缝的位置和焊接次序。消除残余应力是 防止應力腐蚀最有效的措施之一如焊后锤击、焊接区表面喷九、焊后退火等。退火时要注意退火温度必 须避开产生晶间腐蚀的敏化温度19
2)接頭设计要尽量减少应力集中。设计时还要注意防止产生“死区”而使接头区因存在浓缩和沉积的 介质而产生应力腐蚀开裂 3)选材上，注意選择在工作介质中对于应力腐蚀不敏感的母材对于焊缝金属，关键是选择焊接材料 如选择可产生双相组织(奥氏体+铁索体)的焊接材料，囿利于提高在氯化物中的耐应力腐蚀开裂性能 4)注意保护奥氏体不锈钢表面的钝化膜。酸洗处理或随意在母材表面打弧都可能造成表 面钝囮膜的破坏而引起应力腐蚀 （三）点蚀 发生材质：奥氏体钢、双相钢 含 Mo 钢耐}