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焊接材料選用原則

查看：1771 　發稿日期：2016-01-13 19:53:29

應根據母材的化學成分、力學性能、焊接性能并結合壓力容器的結構特點、使用條件及焊接方法綜合考慮選用焊接材料，必要時通過試驗確定。
焊縫金屬的性能應高于或等于相應母材標準規定值的下限或滿足圖樣規定的技術條件要求。
對各類鋼的焊縫金屬要求如下：
焊接材料標準或產品樣本上所列性能都是焊材熔敷金屬(不含母材金屬)性能，而焊接接頭性能取決于焊縫金屬(包括焊；材熔敷金屬和母材金屬)和焊接工藝，目前沒有任一焊接材料在焊接過程中可以作用于焊接接頭中的熱影響區而改變它的性能，從選用焊接材料來說只能考慮焊縫金屬性能，為保證焊接接頭性能還需焊接工藝(特別是焊后熱處理，線能量)配合。JB/T4709-2000中原則規定“焊縫金屬的性能應高于或等于相應母材標準規定值的下限或滿足圖樣規定的技術條件要求”作為選用焊接材料總方針：
JB/T4709-2000將GB 150中的低合金鋼按其使用性能分為強度型低合金鋼、耐熱型低合金鋼和低溫型低合金鋼，這樣劃分實際上也與它們的焊接特點相適應。
有人認為“通過焊接工藝評定，確定了焊接材料”這種說法是不全面的—例如焊接 16MnR鋼，下列焊條都可以通過焊接工藝評定：J506，J507，J507R，J507G，J507RH， J507DF……，但施焊產品使用哪個牌號則要考慮諸多因素，如：①從焊接設備考慮，J506 使用交流焊機，J507使用直流焊機；②從抗裂性考慮，J507RH優于J507；C在容器內部施焊從勞動保護考慮，J507DF(低塵)要優于J507；④從提高效率考慮，鐵粉焊條J507Fe優于了507。綜合考慮上述因素后才最終確定焊條牌號。
相同鋼號相焊的焊縫金屬
碳素鋼、低合金鋼的焊縫金屬應保證力學性能，且不應超過母材標準規定的抗拉強度上限。耐熱型低合金鋼的焊縫金屬還應保證化學成分。
高合金鋼的焊縫金屬應保證力學性能和耐腐蝕性能。
對于壓力容器而言，焊接接頭的力學性能是基本性能，而對碳素鋼和低合金鋼而言，焊縫金屬強度與母材強度匹配又是壓力容器行業和焊接行業的“熱點”，研究爭論甚多。焊縫金屬與母材力學性能匹配應該統一考慮強度匹配、塑性匹配和韌性匹配；對于強度型低合金鋼按“等強”原則選用焊接材料，焊接接頭可具有足夠的韌性儲備，而適當“超強”也確實有利于提高接頭抗脆斷性能。用強度級別為700—800 MPa的高強度鋼(HQ70及15MnMoVNRe)作母材，選擇不同強度級別焊條焊接，進行落錘試驗和深缺口寬板拉伸試驗結果表明，焊縫金屬過份超強或過份低強，均易促使脆性斷裂，接近等強的接頭最為理想。焊縫低強在工藝上還可降低預熱溫度、減少冷裂紋敏感性。
通常都是按熔敷金屬名義保證值來選用焊接材料，而熔敷金屬實際強度又往往超出名義保證值很多，如再考慮冶金因素或熔合比的作用，實際焊縫金屬的強度水乎將遠遠高出焊接材料熔敷金屬的名義保證值。愿望是“低強”匹配，現實可能是“等強”；愿望是“等強”，現實可能是“超強”。必須根據焊縫實際強度水平來分析匹配問題。
焊條、焊劑與碳鋼藥芯焊絲國家標準和產品樣本都沒有規定熔敷金屬拉伸強度上限，在壓力容器用焊材訂貨技術條件出臺前，JB/T4709-2000 規定“焊縫金屬應保證力學性能，且不應超過母材標準規定的抗拉強度上限值加30 MPa”。
對于耐熱型低合金鋼和高合金鋼的焊縫金屬在保證力學性能前提下還應分別保證化學成分或耐腐蝕性能，“保證”的實際意義對鉻鉬鋼來講是化學成分，對高合金鋼來講則是耐腐蝕性能“應高于或等于相應母材標準規定值下限或滿足圖樣規定的技術要求”。
對高合金鋼的焊縫金屬來講，JB/T4709-2000只提“耐腐蝕性能”而不提“化學成分”，這是因為高合金鋼化學成分是保證耐腐蝕性能的，Cr、Ni含量提高時只會對耐腐蝕性能有利。
不銹鋼復合鋼基層的焊縫金屬應保證力學性能，且不應超過母材標準規定的抗拉強度上限值加30 MPa；復層的焊縫金屬應保證耐腐蝕性能，當有力學性能要求時還應保證力學性能。
復層焊縫與基層焊縫以及復層焊縫與基層鋼板交界處宜采用過渡焊縫。
不同鋼號相焊的焊縫金屬
不同強度鋼號的碳素鋼、低合金鋼之間的焊縫金屬應保證力學性能，且不應超過強度較高母材標準規定的抗拉強度上限值。
JB/T4709-2000標準中不同強度鋼號的碳素鋼、低合金鋼都為珠光體鋼，焊接材料應保證焊縫金屬與強度級別較低的母材相匹配。焊后熱處理溫度若按強度高的母材選用要注意勿使焊縫另一側母材強度降低過多；若按強度低的母材選用，則應注意防止強度高的母材產生冷裂縫。
奧氏體高合金鋼與碳素鋼或低合金鋼之間的焊縫金屬應保證抗裂性能和力學性能。宜采用鉻鎳含量較奧氏體高合金鋼母材高的焊接材料。
奧氏體鋼與珠光體鋼焊接，由于這兩類鋼在化學成分、金相組織和力學性能方面相差很大，主要會產生下列三方面問題：
(1)焊縫金屬的稀釋：往往會使珠光體一側熔合區附近產生脆性的馬氏體組織，若提高焊縫金屬中奧氏體形成元素鎳含量和控制高溫停留時間可以減少其影響。
(2)碳遷移形成擴散層：在珠光體一側形成脫碳層，奧氏體一側形成增碳層，可引起降低接頭的高溫持久強度和塑性。提高奧氏體焊縫的含鎳量，利用其石墨化作用阻礙形成碳化物則縮小擴散層。
(3)接頭殘余應力：主要原因是珠光體鋼與奧氏體鋼線膨脹系數不同及奧氏體鋼導熱性差而產生的。
焊接奧氏體鋼與珠光體鋼宜采用鉻鎳含量較奧氏體高合金鋼母材高的焊接材料，甚至選用線膨脹系數介于珠光體鋼與奧氏體鋼之間的鎳合金焊材，以降低殘余應力。
焊接材料應滿足圖樣的技術要求，并按JB 4708規定通過焊接工藝評定。
由于焊條、焊劑國家標準規定不進行彎曲性能試驗，焊條、焊劑力學性能試板熱處理規范與產品焊后熱處理規范不完全相同，與不少鋼材相差甚遠，規定焊材“按JB 4708通過焊接工藝評定”以確保焊材按壓力容器標準通過性能檢驗，但不要求焊材按爐批號進行焊接工藝評定。
焊接材料熔敷金屬硫、磷含量規定應與母材一致，選用GB／T 5118標準規定的焊條，還應符合下列要求：
型號為EX X X X—G的焊條應規定出焊縫金屬夏比V型缺口沖擊吸收功。
鉻鉬鋼焊條的焊縫金屬夏比V型缺口沖擊吸收功常溫時不應小于3l J箱
用于焊接低溫鋼的鎳鋼焊條的焊縫金屬夏比v型缺口沖擊吸收功在相應低溫時應不小于34J。
型號為EX X人X—G的焊條、鉻鉬鋼焊條、低溫鋼焊條其力學性能試板熱處理規范與壓力容器用鋼材焊后熱處理規范相差甚遠。GB／T 5113中焊條力學性能試板熱處理規范基本上是按焊條強度級別來考慮的。提高熱處理溫度、延長熱處理時間都會降低焊縫金屬的抗拉強度，同一型號焊條可能用于多種鋼材、多種制造工藝的焊件，焊條國家標準中焊縫金屬抗拉強度名義值應適應各種工藝情況，如某焊件經多次焊后熱處理，要求焊縫金屬抗拉強度仍不低于標準規定值。
結合我國合金體系特點研制的15MnVR、15MnVNR、07MnCrMoVR鋼，為防止碳化釩析出，焊后熱處理溫度都規定低于600C，低溫鋼焊后熱處理溫度規定較低。
工藝人員、設計人員應當綜合考慮焊條力學性能熱處理規范、焊件制造工藝特點(主要是焊后熱處理、焊接返修)和鋼材特點，選用相應的焊材。對帶“G”焊條加上“規定出焊縫金屬夏比v型缺口沖擊吸收功”，對鉻鉬鋼焊條、焊接低溫鋼的鎳鋼焊條，提高了焊縫金屬夏比V型缺口沖擊功驗收指標，以便與鋼板要求相適應。

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