理论教育 如何确定焊接参数?

如何确定焊接参数?

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:因此焊条电弧焊也应注意焊接热输入的控制。4)减弱了焊接区应变的集中,降低了焊接内应力峰值。

如何确定焊接参数?

低合金结构钢焊条电弧焊时,焊接参数可分成能量参数和温度参数两部分。能量参数是指焊接电流、电弧电压和焊接速度。三者的综合影响以热输入表征。温度参数则包括预热温度、层间温度和后热温度。

1.焊接能量参数的确定

低合金钢焊接接头的力学性能、尤其是冲击韧度,不仅取决于焊缝金属的化学成分,而且与焊接热输入密切相关,因为焊接热输入决定了接头的冷却速度。例如当低碳低合金钢接头以缓慢的速度冷却时,在热影响区内可能形成先共析铁素体或上贝氏体组织而降低了冲击韧度。因为在这种条件下,残余奥氏体富集碳而转变为高碳马氏体。所形成的最终组织虽然硬度较低,但其韧性比低碳马氏体低,因此为使接头各区具有高韧性,则应达到一定的冷却速度,以形成所希望的金相组织。

对于某些低合金钢,高的热输入会同时降低接头的强度性能和冲击韧度,如图6-42曲线所示。

焊条电弧焊时,虽然不可能选用像埋弧焊那样高的焊接电流,但因焊接速度较低,特别是采用焊条横摆的多层平焊时,焊接热输入仍可达到较高值。因此焊条电弧焊也应注意焊接热输入的控制。

在焊接低合金钢调质高强度钢时,过高的焊接热输入可能导致热影响区软化带或过热带的形成,晶粒明显长大,强度和韧性同时下降。而过低的焊接热输入,则由于冷却速度太快,使热影响区硬度剧增,导致接头韧性明显下降。这类钢的试验结果证明,焊接热输入每提高1.0kJ/cm,焊缝金属的冲击吸收能量转变温度将提高50℃之多。对于屈服强度大于755MPa的调质高强度钢,为保证接头的力学性能,焊接热输入应控制在17kJ/cm以下。对于屈服强度低于700MPa的调质高强度钢,最高容许的焊接热输入应符合表6-51的规定。对于角接接头,最高热输入可相应提高25%。

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图6-42 焊接热输入对低合金钢焊接接头性能的影响

表6-51 屈服强度低于700MPa的调质高强度钢最高容许热输入

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注:括号内的数字适用于压力容器、管道的焊接。

2.焊接温度参数的确定

低合金钢焊接工艺中的温度参数有预热温度、层间温度、后热温度和消氢处理温度。这些温度参数对低合金钢焊接接头的力学性能和抗裂性产生重要的影响。

(1)预热的作用 在低合金钢的焊接中,焊前预热的作用可概括为如下几点:

1)改变了焊接过程的热循环,降低了接头各区在转变温度区间的冷却速度,避免或减少了淬硬组织的形成。

2)减小了焊接区的温度梯度,降低了焊接接头的应力,并使之较均匀地分布。

3)扩大了焊接区热循环的高温场,使焊接接头在焊接过程中处于塑性状态的区域变宽,缓解了焊接应力的不利影响。

4)减弱了焊接区应变的集中,降低了焊接内应力峰值。

5)延长了焊接区在100℃以上温度区间的停留时间,有利于氢从焊缝金属中逸出。

上述这些作用提高了低合金钢焊接接头的抗冷裂性。但过高的预热温度,对接头的力学性能会产生不利的影响,特别是以高热输入焊接时,过高的预热温度,显著地提高了接头的脆性转变温度,如图6-43所示。

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图6-43 预热温度对调质高强度钢(ReL=650MPa)焊缝金属脆性转变温度的影响

注:实线为上临界线,虚线为下临界线。板厚20mm。

对于某些特定的钢种和形状复杂的构件必须采用较高的预热温度。在这种情况下。为保证接头具有符合要求的力学性能,应适当降低焊接热输入。图6-44示出各种常用低合金高强度钢不同板厚接头所要求的预热温度和焊接热输入。

为了更精确地评定焊接温度参数对低合金钢接头性能的影响,可以利用热影响区的Δt8/5冷却时间表征预热温度和焊接热输入的综合影响。图6-45示出屈服强度为700MPa高强度钢焊缝金属的力学性能与Δt8/5冷却时间的关系。从图示曲线可见,随着冷却时间的延长,接头强度下降,脆性转变温度T3.5上升。

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图6-44 各种高强度钢不同板厚接头所要求的预热温度和焊接热输入

注:图中WStE53、StE51、WStE43等均为德国钢号,HY100为美国钢号。

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图6-45 高强度焊缝金属的力学性能Δt8/5冷却时间的关系

注:1.焊缝金属化学成分(质量分数)为:C0.09%、Si0.43%、Mn1.49%、P0.011%、S0.007%、Cu0.14%、Cr0.24%、Ni1.51%、Mo0.55%。

2.母材钢号:STE70CrMoZr(进口钢材),板厚30mm。

3.坡口形式:50°V形,钝边4.0mm。

4.焊丝牌号:S3NiMoCr;焊剂牌号:UV420TT(进口焊丝、焊剂)。

5.焊件温度:160℃。

为便于计算,表6-52列出厚度为30mm的对接接头,预热温度150℃,以不同的焊接热输入焊接时,热影响区实测的冷却时间Δt8/5。由表载数据可见,随着焊接热输入的提高,热影响区冷却时间Δt8/5按比例延长。

表6-52 不同焊接热输入的热影响区Δt8/5

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(2)预热温度的确定 低合金钢焊件焊条电弧焊预热温度的确定,应综合考虑下列几个主要因素:

1)被焊钢材的实际碳当量。

2)焊件的结构特点和接头的拘束度。

3)所选用焊条熔敷金属的扩散氢含量。

4)所拟定的焊接工艺和操作技术。

5)焊件的原始温度和焊接环境温度。

6)施工条件和周围大气的相对湿度

可靠地防止冷裂形成的预热温度应根据相应的抗裂性试验来确定,但这些试验需要较长的试验周期和较高的费用。对于一般的焊接构件可采用下列推算法求得预热温度:

1)碳当量计算法。这是一种最简单的经验计算法,它以大量的试验结果为基础,将钢的碳和合金含量折算成对淬硬性能起决定作用的单一值,即所谓碳当量CE。经典的碳当量公式为:

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图6-46是根据热流控制冷裂试验法的试验结果绘制的,碳当量与防止冷裂纹的预热温度的关系曲线。例如已知被焊钢材的化学成分,利用该关系曲线,可推算出所要求的预热温度。这种方法适用于下列合金成分(质量分数)范围的低合金钢:

C=0.10%~0.30%,Mn=0.3%~2.0%,Si=0.05%~0.5%,Cr=0.10%~3.0%,Ni=0.5%~3.0%,Mo=0.30%~1.8%。

适用的接头厚度范围为10~30mm,对于厚度更大的接头,应作适当的修正。

低合金钢焊前预热温度Tp的简化经验计算公式:

Tp=210×CE-25

这种碳当量计算法的缺点是未考虑焊条的氢含量水平和接头的拘束度,因此是一种近似的推算法。

2)连续冷却组织转变图推算法。焊接连续冷却组织转变图都标有冷却曲线族,在冷却曲线与组织转变区界线交叉点上标注了所形成的组织组分及其百分率,在其末端标出了最终形成组织的维氏硬度。利用这种组织转变图可采取以下两种方法间接地求得预热温度。

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图6-46 碳当量与防止冷裂纹的预热温度的关系曲线

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第一种方法是使用内插法,求得热影响区最高硬度为350HV,马氏体组分比率不超过50%的冷却速度或t8/5冷却时间,再按拟选用的焊接能量参数计算出实际产品接头焊接时可能达到的冷却速度或t8/5冷却时间。如果计算的t8/5冷却时间大于从转变图中求得的临界冷却时间,则该焊件焊前无需预热,反之则必须预热。

第二种方法是已初步选定焊接温度参数,并已知热影响区的冷却速度,则可按组织转变图上的温度和时间坐标比例,将实际冷却曲线画在组织转变图上,并根据其与相变区边界线相交点的位置确定组织组分比率及可能达到的最高硬度。如果马氏体组分的比率不超过50%,最高硬度未达到350HV,则说明所选用的预热温度对于防止冷裂纹是可靠的。反之,则需要提高预热温度,或增大焊接热输入。

3)预热温度的精确计算法。预热温度精确计算法是利用冷裂指数Pw的计算方法。该指数综合考虑了按被焊钢材的实际化学成分计算的冷裂纹敏感指数Pcm,焊缝金属的氢含量和焊接接头的拘束度。978-7-111-39698-7-Chapter06-151.jpgPcm公式见6.3.7节)采用这种方法计算预热温度的程序是:首先算出所焊钢材的Pcm值,焊缝金属的扩散氢含量取拟使用的该批焊条的实测数据。所焊焊接接头的拘束度可从相应的数表中查得。最后将Pcm、[H]/60和K/400三项计算值相加,求得Pw值。然后再从图6-47所示曲线,按接头板厚和焊接热输入确定局部预热温度。

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图6-47 Pw值与局部预热温度的关系

a)焊接热输入17000J/cm,预热宽度2b=20cm b)焊接热输入30000J/cm,预热宽度2b=20cm

1—移动式单加热喷嘴 2—固定式多加热喷嘴 3—电加热器978-7-111-39698-7-Chapter06-153.jpg

4)预热温度的修正。在焊接结构的实际施焊过程中,接头的冷却速度不仅取决于预热温度和焊接热输入,而且在一定程度上受环境温度、焊道长度、焊缝层数、层间温度以及预热条件——预热时间、预热宽度和预热方法的影响。

焊件预热时的加热方法分整体加热和局部加热两种。整体加热是将焊件装入炉内进行加热。局部加热法通常采用气体火焰喷嘴、电加热器(包括感应加热)、远红外加热器和燃油喷嘴等对焊件表面进行加热。一般规定,局部预热区的宽度至少是焊件壁厚的6倍,但接头每侧的加热宽度至少不小于100mm。预热的时间应延长到焊接作业开始。这样预热才能起到应有的效果。

应当指出,上述计算方法确定的预热温度是指焊件焊前要求的预热温度,在焊接过程中不必保持该预热温度,容许焊件自然冷却。如果在焊接过程中连续对焊件进行加热,则冷裂指数Pw与预热温度成图6-48所示的关系,即在相同的焊接热输入下,可明显降低预热温度。

在厚壁焊件接头连续多层焊接时,可以利用焊接热输入使焊件的层间温度不低于预热温度,直到焊缝全部焊满。这与单道焊相比,预热温度可适当降低,图6-49示出多层焊时Pw值与最低预热温度的关系。

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图6-48 连续加热时Pw值与预热温度之间的关系

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图6-49 多层焊时Pw值与最低预热温度之间的关系

注:接头厚度δ=25mm,焊接热输入J=17000J/cm 预热宽度2b=200mm 固定式火焰喷嘴局部加热,层间温度150℃,n—焊道数。

5)常用低合金钢预热温度范围。对于一些常用的低合金结构钢,目前已积累了大量关于预热温度的实验数据和实际经验。许多典型焊接结构的制造规程对所认可的钢种也规定了最低的预热温度。因此在拟定普通钢结构、压力容器、锅炉和管道的焊接工艺时,不必对每一钢种、每一焊接部件进行试验和计算,原则上可按钢种和接头壁厚直接从表6-53所列的预热温度推荐范围中选定。

表6-53 常用低合金钢预热温度推荐范围

978-7-111-39698-7-Chapter06-157.jpg(www.daowen.com)

按上述选定预热温度时,还应遵循下列规定:

1)必须使用低氢型焊条,并应按要求烘干和保管,焊缝金属扩散氢含量应低于10mL/100g。

2)整条焊缝应连续焊满。对于厚壁接头的多层多道焊,层间温度不得低于预热温度。

3)焊接环境温度不得低于5℃,大气相对湿度不应高于80℃。

4)局部预热时,预热区宽度和加热温度的均匀度应符合相应规定。

(3)后热温度的确定 后热处理是指焊接结束后将焊件或整条焊缝立即加热到150~250℃的温度范围,并保持一段时间,这种工艺简称为后热。

后热的作用首先是降低了接头热影响区在低温转变区的冷却速度。其次后热延长了接头在100℃以上温度区间的停留时间,使焊缝金属中的氢有充分的时间向外扩散。再次后热可使焊缝及近缝区因热膨胀而受到压应力的作用。这就说明,在焊缝金属的氢扩散阶段,从根本上消除了导致冷裂纹形成的力学因素。待后热结束时,焊缝金属中的氢含量已降低到了容许的极限。当焊件冷却到室温时,焊缝及近缝区的残余应力又变成拉应力,但此时拉应力对冷裂纹的形成已不再构成威胁。

后热主要用于焊前预热不足以防止冷裂纹的形成、焊接性相当差的低合金钢或高拘束度的接头。也可用于钢材的焊接性尚可,但焊件结构复杂,难以预热的情况。采用后热可适当降低焊前的预热温度,这对于减轻焊工的劳动强度,缩短制造周期也有一定的实际意义。

后热的温度和时间取决于被焊钢材的冷裂纹敏感性、焊缝金属的氢含量和接头的拘束度。图6-50示出焊缝金属氢含量与后热温度的关系。后热温度越高、保温时间越长,去氢效果越明显。在低合金钢焊件生产中,常用的后热温度为150~250℃,保温时间按焊件壁厚1min/mm计算。但至少不应小于30min。

(4)消氢处理温度的确定 对于焊前预热和低温后热不能完全消除冷裂纹的厚壁接头,可采取焊后立即消氢处理的办法。将整条焊缝加热至300℃以上温度,并保温一段时间。试验数据表明,在300℃以上的温度下,氢在焊缝金属中扩散速度明显加快。经消氢处理后,焊缝金属的氢含量可降低30%(体积分数)以上,已能有效地防止厚壁接头中的氢致裂纹。

在低合金钢厚壁焊接结构的生产中,根据多年积累的实际经验,推荐消氢处理温度为300~400℃,消氢处理的时间为1~2h,视接头壁厚而定。需要强调指出,消氢处理必须在整条焊缝焊接结束后立即进行,否则就会失去其作用。消氢处理可以在加热炉内进行,或采用火焰、电加热器对整条焊缝进行局部加热。对于强度等级较低的低合金钢,消氢处理还可替代厚壁部件接头的中间消除应力处理。这样既可节省能源消耗,又缩短了生产周期。

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图6-50 后热工艺参数与焊缝金属中氢含量的关系

3.操作工艺参数的确定

焊条电弧焊时,对接头性能产生较大影响的操作工艺参数有:单面单层焊、双面双层焊、多层多道焊、窄焊道焊、横摆焊和焊道层次排列等。

开坡口对接接头多层、多道焊时,随着焊道数的增加,焊缝金属的缺口冲击韧度会明显提高。这是因为对于多层多道焊缝,通常采用较低的焊接电流、较高的焊接速度和适中的电弧电压来完成。这就促使每道焊缝的冷却速度较高,同时次层焊道对前层焊道的加热作用,使焊缝金属和热影响区的晶粒细化,并产生回火效应。此外,多道焊缝中,母材在焊缝中所占的比率较小,通常只有5%~15%,大大减少了母材中有害元素和杂质混入焊缝的概率,有利于保证接头的力学性能。

在低合金钢厚壁焊接接头中,应考虑到在未重结晶的过热区内,存在着较高的拉伸应力,可能导致抗变形能力较低的区域提前失效,故要求焊缝和热影响区内尽可能不残留粗晶。大量的试验结果证实,当焊接热输入为16~32kJ/cm时,焊缝的最高温度与接头壁厚和焊缝厚度无关;而焊道施焊顺序及位置以及由此决定的焊缝侧壁温度,对热影响区的粗晶比率起着决定性的作用。此外,坡口的形状也有一定的影响,例如窄坡口焊缝的粗晶比率仅为15%。

综上所述,在确定焊接操作工艺参数时,应当根据钢材的焊接性和对接头力学性能的要求,充分利用焊道层间的热作用,合理安排焊道施焊顺序,严格控制焊道之间的搭接量。在焊接对热输入敏感的低合金钢时,应采用窄焊道操作技术,尽量不采用横摆运条法。

4.焊后热处理

低合金钢焊件在焊完一部分接头或全部焊接工作结束后,按相应制造技术条件的要求需作焊后热处理,这已成为焊接工艺不可分割的重要组成部分,各种低合金钢焊件常用的焊后热处理方法有:水调质处理(即水淬加回火处理)、正火、正火+回火、回火和消除应力退火。

(1)水调质处理(水淬+回火)水调质处理是一种发挥低合金钢潜在综合力学性能的先进热处理工艺方法。可在提高钢材强度的同时,改善冲击韧度。水调质处理的有利作用是:水淬造成了极大的过冷,从而使钢的晶粒度大大细化;随后的回火处理,进一步提高了淬硬效应,促进碳化物弥散沉淀。

钢材的调质处理,通常是在钢材出厂前由钢厂完成,是保证钢材力学性能的重要加工工序,并以调质状态供货。在焊接结构制造厂,这类钢通常是在调质状态下焊接,焊件焊后只需按接头壁厚作相应的消除应力处理。但对于某些焊接结构,例如厚壁压力容器的筒体和封头必须采用高温热卷或热冲压成形。在这种情况下,钢材的调质处理只能在筒体纵缝和封头拼接缝焊接并整形后进行。对于这类焊件,水调质处理就成为一种焊后热处理工艺。

低合金钢水调质处理时,淬火温度一般取钢材Ac3点以上30~50℃。对于经晶粒细化处理的钢材,则可在更高的温度下淬火。焊件加热到淬火温度并按1~2min/mm壁厚保温后,立即以喷淋水柱或浸入水池进行急冷。

钢材水调质处理的效果取决于其本身的淬透性、焊件入水温度和淬火时的冷却速度。钢的淬透性主要与其碳及合金含量有关。焊件淬火时的冷却速度,取决于所采用的淬火介质(油、水和盐水等)。在油中淬火时,冷却速度较慢,而在盐水中淬火,冷却速度最快。低合金钢的淬火都采用工业用水。在浸入淬火时,冷却速度还决定于焊件与水的相对体积,以及淬火介质搅拌的强烈程度。其他重要的淬火工艺参数有:奥氏体化的温度和时间、焊件出炉到入水的时间间隔、焊件表面的状态(如氧化皮厚度)、淬火介质的温升和淬火时间等。

对于每种低合金调质钢,达到所要求强度的临界冷却速度,可利用该种钢的连续冷却组织转变图来确定。在淬火过程中,特别是大型工件,其实际的冷却速度很难精确控制,往往比临界冷却速度高得多,因此必须利用淬火后的回火处理,来调整其强度性能。

淬火处理后的回火温度和保温时间对钢材及其焊缝金属的性能有较大的影响,通常以回火参数978-7-111-39698-7-Chapter06-159.jpg作综合评定。式中,T为实际的回火温度;t为回火时间(h)。根据评定结果选定最佳回火温度和保温时间。

(2)正火加回火处理(空气调质处理)在正火状态下可达到所要求强度和韧性的低合金钢厚板,在筒体纵缝、封头拼接缝焊接后需作正火处理,以调整经高温热成形部件母材和焊缝金属的性能。

钢材的正火温度应为该种钢的Ac3点以上30~50℃。过高的正火温度会导致晶粒的长大,降低正火处理的效果。以碳化物形成元素合金化的钢材,应适当提高正火温度和延长保温时间,以使碳化物充分溶解,冷却后形成均一的显微组织。正火处理的保温时间通常按1~2min/mm计算。保温结束后,将工件放在平静的空气中冷却。对于大型厚壁焊件,为加快其冷却速度,保证强度性能,可将焊件放在强迫流动的气流中冷却,但必须注意焊件内外表面冷却的均匀性,否则将引起较高的正火应力。

如果筒节和封头焊接后的热矫或热整形温度可控制在常规的正火温度范围内,则这一热加工工序可与正火工序合二为一。如果热成形加工必须在高于常规正火温度下进行,则可能引起钢材和焊缝金属晶粒的急剧长大,而使塑性和韧性下降。在这种情况下,经热成形加工的焊件应再作一次正规的正火处理。

常用低合金钢焊件适用的正火温度和保温时间列于表6-54。

表6-54 常用低合金钢焊件的正火温度和保温时间

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图6-51 低合金钢焊件标准的回火曲线

厚壁焊件自高温空冷作正火处理时,由于焊件表面和心部的冷却速度不同,会产生较高的内应力。形状复杂的构件,正火引起的内应力更为严重。故正火后应紧接着作回火处理。对于合金成分较高的低合金钢,在正火处理后,只有再经回火处理,即所谓空气调质处理后,才能达到符合要求的综合力学性能。在这种情况下,回火处理的目的主要是为了改善钢材和接头的组织和性能。

低合金钢焊件的回火过程,基本上可分成四个阶段。图6-51示出低合金钢焊件标准的回火曲线,大型焊件的回火处理时,为达到均匀加热,要求控制加热速度。按焊件形状的复杂程度和壁厚,加热速度可在50°~150℃/h范围内选取。在冷却阶段,焊件自回火温度直接空冷,也会产生一定的附加内应力,故应视焊件的形状适当控制冷却速度。

焊件焊后直接回火处理,对低合金钢接头的性能有一定的影响。总的趋势是强度略有下降,塑性和韧性有所提高。对于低合金耐热钢,回火处理是保证接头常温和高温持久强度的重要手段,这类钢焊接接头适用的回火参数[P]的范围为(18~22)×10-3。每一种耐热钢均存在一最佳的回火参数,即最佳的回火温度和保温时间。图6-52示出15CrMo低合金耐热钢焊缝金属的冲击韧度与回火参数的关系。图中所示曲线表明,当回火参数[P]在(20.0~20.6)×10-3时,焊缝金属的冲击吸收能量达到最高值;如回火参数[P]低于20.0×10-3,即在较低的回火温度和/或较短的保温时间下处理时,焊缝金属的冲击韧度明显下降。而当回火参数[P]高于20.6×10-3时,即在较高的回火温度和/或较长的保温时间下处理时,由于焊缝金属内碳化物相沉淀和凝聚,使韧性再度下降。

回火处理参数对低合金耐热钢焊接接接头的常温抗拉强度和高温持久强度也会产生重要的影响。合适的回火参数将明显提高焊接接头的蠕变强度。

在焊接生产中,对于某些回火参数不敏感的低合金钢,如Q345、Q390等普通低合金钢,可将焊件的回火处理与消除应力处理合二为一,以简化焊后热处理工艺。根据大量的试验结果和多年的生产经验,常用低合金钢的最佳回火工艺参数列于表6-55。

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图6-52 15CrMo低合金耐热钢焊缝金属的冲击韧度与回火参数[P]的关系

表6-55 常用低合金钢焊接接头最佳回火工艺参数

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对于一些必须严格控制回火处理温度的低合金钢焊件,应在装炉前,在焊件的适当部位装接热电偶,以控制焊件实际的回火温度。

(3)消除应力处理 在低合金钢焊接结构中,焊接残余应力是促使结构发生脆性破坏的重要因素之一。在厚壁构件焊接接头中存在的三向残余应力,甚至可使原本具有良好塑性的钢材处于脆性状态。另外,在焊接应力集中区,还可能产生应变时效现象。为消除这些有害的影响,对于壁厚超过某一界限的焊接构件,焊后应作消除应力处理。例如,在锅炉、压力容器制造中,当容器壁厚超过表6-56所列的界限时,就必须按钢种和接头的实际壁厚进行消除应力处理。

表6-56 压力容器需作消除应力处理的壁厚界限

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焊件的消除应力处理是将其均匀地以一定的速度加热到Ac1点以下足够高的温度,保温一段时间后,随炉均匀冷却到300~400℃,最后将焊件移出炉外空冷。实际上,消除应力处理是一种退火热处理工艺,故也称消除应力退火。如单纯为降低焊件的焊接残余应力而进行消除应力处理,则加热温度可在较宽的范围内选择,并应控制在该种钢的回火温度以下。

低合金钢焊接结构消除应力处理的目的如下:

1)消除焊缝金属中的残留氢,提高焊接接头的抗裂性和韧性。

2)降低焊接接头中残余应力,消除冷作硬化,提高接头抗脆断和抗应力腐蚀的能力。

3)改善焊缝及热影响区的组织,使淬硬组织经受回火处理而提高接头各区的韧性。

4)稳定低合金耐热钢焊缝及热影响区的碳化物,提高接头的高温持久强度。

5)降低焊缝及热影响区的硬度,改善切削加工性。

6)稳定结构的形状和尺寸,消除焊件在焊后机械加工和使用过程中的畸变。

对于具有二次硬化倾向的低合金钢,不适当的消除应力处理,会产生不利的影响,严重时可能导致焊缝金属和热影响区产生消除应力处理脆变和再热裂纹。对于这类钢,存在消除应力处理参数最佳化的问题。

表6-57列出几种典型低合金钢焊接接头消除应力处理工艺参数。采用优化的参数可明显地提高焊接接头的缺口冲击韧度。

表6-57 几种典型低合金钢焊接接头消除应力处理优化参数

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对于结构形状复杂的焊件或厚度大于150mm的厚壁接头通常要求作中间消除应力处理。所谓中间消除应力处理是指焊接部分焊缝后,或者一条厚壁焊缝焊完一半后进行的热处理。在下列情况下,焊接结构中的某些焊缝要求作中间消除应力处理:

1)厚壁接头全厚度一次连续焊完后,在静置过程中有形成冷裂纹的危险。

2)低合金钢母材和焊缝金属的抗脆断能力较低,待接头焊完后,在冷却过程中可能因高的焊接残余应力而产生脆性断裂

3)焊件形状复杂或焊缝过于集中,由此引起的附加应力和塑性应变可能导致结构的局部破坏。

4)复杂的交叉焊缝在最后封焊之前

中间消除应力处理的温度,通常比焊件最终消除应力处理的温度低20~30℃,保温时间按已焊接的焊缝厚度计算。

5.接头的焊后检查

低合金钢焊接接头的焊后检查与普通碳钢接头相比要严格得多。这是因为:①低合金钢对各种焊接裂纹比较敏感;②接头中可能存在的各种裂纹和似裂纹缺陷,促使结构产生局部破坏或脆性断裂的可能性较大。这就要求采用各种现代无损检测法,全面地检查接头各区,以确保将投运的焊接接头都处于无裂纹的安全状态。

在低合金钢焊接结构中常用的无损检测法有:射线检测、超声波检测、渗透检测和磁粉检测等。前两种检测方法主要用于检查接头的内部缺陷,后两种则用于检查接头的表面缺陷。射线检测对焊缝中的气孔、夹渣、未焊透等具有一定宽度的缺陷,其探测灵敏度较高。超声波检测则对裂纹、未熔合等平面形缺陷的探测灵敏度最高。因此对于一些重要的焊接结构,现在大多主张采用综合检测法,即对产品焊接接头同时采用几种检测方法,以最大限度地提高缺陷的挥出率。

低合金钢焊接接头缺陷的评定标准应根据所焊结构的工作条件和钢材的焊接性来确定。对于一般的焊接结构,通常遵照相应的产品制造技术条件或有关国家标准的规定。而对于特殊的焊接结构,则应制定专用的评定标准。

在低合金钢焊后检查时,还应考虑焊件的结构特点,制定合理的检查程序。对于具有延迟裂纹倾向的焊接接头,焊缝的无损检测应在焊后48h再进行。对于敏感于再热裂纹的低合金钢焊件,应规定在焊后和消除应力处理后,分别作无损检测。鉴于表面裂纹对结构的安全运行构成了很大的威胁,故对低合金钢焊缝及其热影响区表面,应作表面磁粉检测。低合金钢接头的强度越高,裂纹的敏感性越大,无损检测的要求越严格。

综上所述,关于低合金钢焊接接头焊后检查的方法和程序,应在相关的焊接工艺文件中规定如下内容:

1)检测方法。

2)焊接或热处理工序与检测的先后次序和相隔时间。

3)检测次数。

4)抽检率。

5)缺陷评定标准。

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