李紅杉 韓波

摘要：在焊接產(chǎn)品結(jié)構(gòu)成型是否符合設(shè)計(jì)要求，滿足使用要求的能力，焊接質(zhì)量是其相關(guān)的重要基礎(chǔ)，焊接成型是受其焊接材料、焊接工藝、結(jié)構(gòu)類型和使用要求的重要因素決定，而焊接材料（焊條、焊絲、鋼帶、焊劑、氣體、電極以及襯墊等）的選擇與其焊接工藝以及焊后熱處理是相輔相成的，所以焊接材料正確的選取和焊接工藝的正確性是焊接質(zhì)量的重要保證。

關(guān)鍵詞：焊接材料；焊接工藝；焊接質(zhì)量；熱處理；力學(xué)性能

針對焊接材料與焊接工藝對焊接質(zhì)量的影響，現(xiàn)在具體對鋼制壓力容器焊接，氣體保護(hù)焊進(jìn)行詳解。

1 焊接材料的選用原則

焊接材料的選用應(yīng)當(dāng)根據(jù)母材的化學(xué)成分、焊接性能、力學(xué)性能等因素進(jìn)行選擇，同時還應(yīng)該結(jié)合設(shè)備使用條件和設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及焊接方法等因素綜合的選擇焊接材料，如有必要的時候可以通過各種實(shí)驗(yàn)進(jìn)行選擇。而壓力容器是一種承載一定壓力的密閉設(shè)備，使用條件多為復(fù)雜的工況條件，其焊縫金屬材料的性能必須大于或等于母材的力學(xué)性能。

對于特殊復(fù)雜的壓力容器焊接材料的選用，應(yīng)當(dāng)按照GB/T 25774.12010《焊接材料的檢驗(yàn)鋼、鎳及鎳合金熔敷金屬力學(xué)性能的制備及檢驗(yàn)》進(jìn)行選材，應(yīng)當(dāng)按照其要求進(jìn)行熔敷金屬拉伸和沖擊試驗(yàn)進(jìn)行制備試驗(yàn)。

結(jié)構(gòu)鋼焊接材料的力學(xué)性能應(yīng)當(dāng)符合以下要求：

① 焊接材料級別為2Y40、3Y40、4Y40，熔敷金屬試驗(yàn)中，其夏比V型缺口沖擊實(shí)驗(yàn)沖擊功不得低于47J，屈服強(qiáng)度不得低于400Reh（N/mm2），抗拉強(qiáng)度在510～690Rm（N/mm2），伸長率不得低于22%，對接焊試驗(yàn)中，夏比V型缺口沖擊實(shí)驗(yàn)沖擊功不得低于47J，彎曲試驗(yàn)中，試樣表面上出現(xiàn)的裂紋或其他缺陷長度不得大于3mm，接頭抗拉強(qiáng)度不得低于510N/mm2。

② 焊接材料級別為3Y42、4Y42、5Y42，熔敷金屬試驗(yàn)中，其夏比V型缺口沖擊實(shí)驗(yàn)沖擊功不得低于47J，屈服強(qiáng)度不得低于420Reh（N/mm2），抗拉強(qiáng)度在530～680Rm（N/mm2），伸長率不得低于20%，對接焊試驗(yàn)中，夏比V型缺口沖擊實(shí)驗(yàn)沖擊功不得低于47J，彎曲試驗(yàn)中，試樣表面上出現(xiàn)的裂紋或其他缺陷長度不得大于3mm，接頭抗拉強(qiáng)度不得低于530N/mm2。

③ 焊接材料級別為3Y55、4Y55、5Y55，熔敷金屬試驗(yàn)中，其夏比V型缺口沖擊實(shí)驗(yàn)沖擊功不得低于55J，屈服強(qiáng)度不得低于550Reh（N/mm2），抗拉強(qiáng)度在670～830Rm（N/mm2），伸長率不得低于18%，對接焊試驗(yàn)中，夏比V型缺口沖擊實(shí)驗(yàn)沖擊功不得低于55J，彎曲試驗(yàn)中，試樣表面上出現(xiàn)的裂紋或其他缺陷長度不得大于3mm，接頭抗拉強(qiáng)度不得低于670N/mm2。

④ 焊接材料級別為3Y69、4Y69、5Y69，熔敷金屬試驗(yàn)中，其夏比V型缺口沖擊實(shí)驗(yàn)沖擊功不得低于69J，屈服強(qiáng)度不得低于690Reh（N/mm2），抗拉強(qiáng)度在770～940Rm（N/mm2），伸長率不得低于17%，對接焊試驗(yàn)中，夏比V型缺口沖擊實(shí)驗(yàn)沖擊功不得低于69J，彎曲試驗(yàn)中，試樣表面上出現(xiàn)的裂紋或其他缺陷長度不得大于3mm，接頭抗拉強(qiáng)度不得低于770N/mm2。

注：高強(qiáng)度焊接材料以之母Y表示，焊接材料的屈服強(qiáng)度大于或等于400N/mm2，則在字母Y后面接以數(shù)字表示，如Y41，Y42。

2 焊縫的組織與性能

焊縫金屬主要由部分母材和焊接材料金屬融合凝固而成，在此融合與凝固變化中會發(fā)生兩次的組織變化，第一次是從液態(tài)開始凝固結(jié)晶的過程，第二次為焊縫金屬溫度低于相變后的結(jié)晶過程，其金屬的組織與焊縫金屬的性能有至關(guān)重要的聯(lián)系。

2.1 第一次結(jié)晶

第一次結(jié)晶隨著熱源的離開，熔池金屬的凝固結(jié)晶開始沿熔合導(dǎo)熱相反方向進(jìn)行凝固，同時晶粒開始長大等一系列變化。其變化特點(diǎn)是熔池冷卻速度大；金屬處于過熱狀態(tài)；熔池中心和邊緣的溫度梯度大；帶周期性的，運(yùn)動狀態(tài)的結(jié)晶。改善的方法有：通過焊接工藝條件進(jìn)行改善焊縫結(jié)晶和進(jìn)行質(zhì)變處理以及振動結(jié)晶等方法。

2.2 焊縫金屬二次結(jié)晶

焊縫第一次結(jié)晶后，進(jìn)一步冷卻和變化形成最終的組織，其各種材料的焊縫金屬結(jié)晶組織有不銹鋼的焊縫組織、低碳鋼的焊縫組織、低合金高強(qiáng)度鋼的焊縫組織。改善焊縫金屬結(jié)晶的方法有：焊后熱處理、多層焊接、錘擊焊道表面等。

3 焊接工藝

焊接工藝是一種對焊接過程中焊接人員操作的指導(dǎo)行為規(guī)范，它是控制焊接能夠滿足要求提供必要的基礎(chǔ)條件。

壓力容器接頭焊接中，首先應(yīng)當(dāng)按照標(biāo)準(zhǔn)要求對相關(guān)焊接接頭進(jìn)行焊接工藝評定，其相關(guān)的焊接力學(xué)性能應(yīng)當(dāng)符合以下合格指標(biāo)，如：

① 拉伸試驗(yàn)，試樣的抗拉強(qiáng)度σb應(yīng)滿足：

式中：σb1 ——復(fù)材抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)下限值，MPa；

σb2 ——基材抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)下限值，MPa；

t1——復(fù)層厚度，mm；

t2——復(fù)層厚度，mm。

② 彎曲試驗(yàn)：試件彎曲到規(guī)定的角度后，其試件的表面任何方向的裂紋或缺陷長度不得大于3mm，試樣的菱角開裂可以忽略。

③沖擊試驗(yàn)：每三個試件為一組進(jìn)行常溫狀態(tài)下的沖擊試驗(yàn)，其沖擊的吸收功平均值應(yīng)符合圖樣或相關(guān)規(guī)定，并且最小不得低于27J。

焊接前應(yīng)當(dāng)按照接頭的形式進(jìn)行編制焊接工藝規(guī)程，焊接實(shí)施過程中必須按照焊接工藝規(guī)程進(jìn)行操作，如風(fēng)速氣體保護(hù)焊時大于2 m/s ，其他的焊接方法大于10m/s，相對濕度大于90%，焊件溫度低于20%時應(yīng)該進(jìn)行有效的保護(hù)；引弧的時候應(yīng)在引弧板或坡口內(nèi)引弧，禁止在非焊接部位引弧，縱焊縫應(yīng)在引出板上收弧，弧坑應(yīng)填滿；焊接時應(yīng)當(dāng)采用多層焊，多道焊，嚴(yán)禁一次焊接成型，承插焊時焊接接頭應(yīng)當(dāng)錯開。

4 焊后熱處理

焊接后的熱處理，是為了減小殘余焊接應(yīng)力，恢復(fù)材料的原始屬性和減少成形產(chǎn)生的應(yīng)力。

5 結(jié)語

工藝質(zhì)量的好壞直接的由焊接材料選擇和焊接工藝的控制，控制產(chǎn)品的焊接質(zhì)量就是控制焊接材料的選擇和焊接工藝的先進(jìn)性，焊接材料與焊接工藝的相輔相成的關(guān)系決定了產(chǎn)品的焊接質(zhì)量的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]焊接材料的檢驗(yàn)剛、鎳及鎳合金熔敷金屬力學(xué)性能的制備及檢驗(yàn)（GB/T 25774.12010）.

[2]鋼制壓力容器焊接規(guī)程（JB/T 47092000）.

[3]焊接及相關(guān)工藝的熱處理（ISO TR 176632001）.

[4]材料與焊接規(guī)范.

作者簡介：李紅杉（1987），男，黑龍江齊齊哈爾人，碩士，工程師。