详细的焊接低温钢的操作方法汇总

1. 高温钢简述

1) 对于高温钢的技术要求通常是：在高温环境下具备足够的强度和充分的延展性，具备良好的冲压工艺操控性、研磨操控性和抗腐蚀等。当中高温延展性，即高温下避免塑性破坏出现和扩展的能力是最重要的因素。因此，各国通常都规定出最高温度下的一定的冲击延展性值。

2) 在高温钢成份中，通常认为，碳、硅、磷、硫、氮等原素使高温延展性转差，当中磷的危害最大，因此在炼钢别列济夫早期高温脱磷。锰、镍等原素能使高温延展性提升。每增加1%的镍含量，塑性零点转变温度约可降低20℃以内。

3) 退火工艺对高温钢的林国组织机构和孔隙度有关键性负面影响，从而也负面影响钢的高温延展性。经过调质处理后的高温延展性有明显的提升。

4) 依照热研磨成形方式的不同，高温钢可分成矽钢片和皮利尼两种。依照成份和林国组织机构的差别，高温钢可分成：玻璃钢、6％石蜊、9％石蜊、铬—锰或铬—锰—镍莱氏体钢以及铬—镍莱氏体钢制等。玻璃钢通常在一100℃以内的温镇内使用，用作锻造冷藏电子设备、运输电子设备、丙烯地上马厩和化工电子设备等。在美国、英国、日本等国家，9％石蜊应用作一196℃的高温内部结构上，如保存、运输天然气堆肥和氮的贮罐、储藏液态氧、锻造液态氧和常温的电子设备等。莱氏体钢制是非常卓越的高温用内部结构材料，它的高温延展性好、冲压操控性卓越、热传导率低，在高温领域里得到应用，用作液态氧、液态氧的运输罐车和贮罐等。但，由于它蒸压、镍非常多，因而比较高昂。

2. 高温钢冲压工程施工简述

选择高温钢的冲压工程施工方法和工程施工条件时，问题的焦点集中在这样两方面：避免冲压接点的高温延展性转差，避免冲压裂缝出现。

1) 坡口研磨

高温钢冲压接点的坡口形式跟一般AX50、玻璃钢或者钢制的并没有什么原则差别，可以按常规处理。但对9Ni刚来说，坡口窦氏最合适不小于70度，钝边最合适不少于3mm。

所有高温废钢都可以用氧炔焰来研磨。只是在后段9Ni钢时研磨速度要比后段一般钛白粉陈建力时稍微减慢一些。废钢宽度若超过100mm，后段前可将割口紧接著到150—200℃，但不得超过200℃。

后段对受冲压热负面影响的区域并没有什么不良的负面影响。但由于含石蜊具备自硬特性，割口表层会硬化。为了确保冲压接点能有令人满意的操控性，施焊前最合适用砂轮将割口表层打磨平整干净。

在冲压工程施工中倘若要除掉焊道或母材，可以采用电弧气刨。但在重新工程施工之前仍旧应当把槽口表面打磨干净。

氧炔焰气刨不能采用，因为它有使废钢过热的危险性。

2) 冲压方法的选用

高温钢可用的典型冲压方法有电弧焊、埋弧焊、熔化极氩弧焊等。

电弧焊是高温钢最常用的冲压方法，它可在各种冲压位置上施焊。其冲压热输入量约是18—30KJ/cm以内。倘若使用低氢型电焊条，可以得到完全令人满意的冲压接点，不但机械操控性好，缺口延展性也相当卓越，此外，电弧焊还有焊机简单便宜，电子设备投资少，可不受位置、方向的限制等优点。

高温钢埋弧焊的热输入量约有10—22KJ/cm。由于它电子设备简单，冲压效率高，操作方便，因此用得很广泛。但由于焊剂的隔热作用，会使冷却速度减慢，因此产生热裂缝的倾向性也较大，加之从焊剂中常可能有杂质和Si进入焊缝金属，这就会更助长这种倾向，因此在采用埋弧焊时要注意焊丝、焊剂的选配和慎重仔细地进行操作。

CO2气体保护焊所焊成的接点延展性较低，因此在高温钢冲压中不予采用。

钨极氩弧焊（TIG焊）通常都是手工操作，其冲压热输入量局限在9—15KJ/cm范围内。因此，虽然冲压接点有完全令人满意的操控性，但当废钢宽度超过12mm时就完全不适用了。

熔化极氩弧焊(MIG焊)是目前高温钢冲压别列济夫用最广的自动或半自动冲压方法。它的冲压热输入量23—40KJ/cm。依照熔滴过渡方式，它可分成短路过渡工艺（热输入量较低）、射流过渡工艺（热输入量较高）和脉冲射流过渡工艺（热输入量最高）三种。短路过渡MIG焊存在着熔深不够的问题，可能出现熔合不良的缺陷。其他方式MIG焊液存在类似问题，只是程度有所不同。为了使电弧更为集中以取得满意的熔深，可以在充当保护气体的纯氩中渗入百分之几到百分之几十的CO2 或O2。合适的百分数应针对所焊的具体钢种通过试验来加以确定。

3) 冲压材料的选择

冲压材料（包括电焊条、焊丝和焊剂等），通常应当依照采用的冲压方法。接点形式和坡口形状以及其他必须的特性来选择。对高温钢来说，最需要重视的是应使焊缝金属具备足以跟母材相匹配的高温延展性，尽量减少当中扩散氢的含量。

（1） 铝脱氧钢

铝脱氧钢是对焊后冷却速度的负面影响十分敏感的一个钢种。铝脱氧钢手工电弧焊所用电焊条大多采用Si—Mn系低氢型电焊条或者1.5% Ni系、2.0% Ni系电焊条。

为了减低冲压热输入量，铝脱氧钢通常只采用≤¢3～3.2mm的细焊条多层敷焊，这样就可利用上层焊道的二次热循环而使孔隙细化。

用Si-Mn系电焊条敷焊的焊缝金属在50℃时的冲击延展性会随着热输入量的增大而急剧的降低。例如热输入量从18KJ/cm增加的到30KJ/cm时，延展性就会损失60%以上。1.5%Ni系与2.5%Ni系电焊条则对此并不太敏感，因此最合适选用这种焊条来施焊。

埋弧焊是铝脱氧钢常用的自动冲压法。埋弧焊所用的焊丝组好是含镍1.5~3.5%与含钼0.5~1.0%的那种。

依照文献介绍，用2.5%Ni—0.8%Cr—0.5%Mo或2%Ni焊丝，跟适当的焊剂相配合，焊缝金属在-55℃下的却贝延展性值平均可达56-70J(5.7~7.1Kgf.m)。甚至在采用0.5%Mo焊丝和锰合金碱性焊剂时，只要热输入量控制在26KJ/cm一下，仍可制出具备ν∑-55=55J(5.6Kgf.m)的焊缝金属。

焊剂选择时，要注意到焊缝金属中Si与Mn的匹配。试验证明。焊缝金属中不同的Si、Mn含量会使其却贝延展性值有很大的变动，具备最佳延展性值的Si、Mn含量是0.1~0.2%Si与0.7~1.1%Mn，在选用焊丝和焊剂时应注意这点。

钨极氩弧焊与熔化极氩弧焊，在铝脱氧钢中用得较少。上述供埋弧焊使用的焊丝也可供氩弧焊使用。

（2） 2.5Ni钢与3.5Ni

2.5Ni钢与3.5Ni的埋弧焊或MIG焊，通常可以用跟母材材质相同的焊丝来施焊。但正像wilkinson公式（5）所示，Mn是低镍高温钢的热裂抑制原素。使焊缝金属中含锰量保持在1.2%上下，对避免弧坑裂缝之类的热裂缝是十分有利的。在选择焊丝和焊剂的配合时应当重视这点。

3.5Ni钢回火脆化倾向较大，因此在为了消除残余应力而进行焊后退火（例如620℃×1小时，然后炉冷）之后，ν∑-100就会从3.8 Kgf.m剧降到2.1Kgf.m从而不能再满足规定，用4.5%Ni—0.2%Mo系焊丝敷焊成的焊缝金属，回火脆化倾向就要小得多，采用这种焊丝就可避免上述困难。

（3） 9Ni钢

9Ni钢通常要通过淬火一回火或者两次正火一回火退火，以最高限度地提升它的高温延展性。但这种废钢的焊缝金属就没法像上述那样进行退火。因此倘若用鉄素体系冲压材料就很难获得具备足以跟母材相匹敌的高温延展性的焊缝金属。目前采用的主要是高镍系冲压材料。这样的冲压材料敷焊的焊缝都市完全莱氏体组织机构的，虽然它存在强度比9Ni钢母材低和价格非常高昂的缺点，但对它来说，塑性破断已不再是严重的问题。

从以上可知：由于焊缝金属完全是莱氏体组织机构，所用焊条和焊丝敷焊的焊缝金属，其高温延展性完全可跟母材相媲美，只是抗拉强度与屈服点比母材低。含石蜊具备自硬性，因此绝大多数焊条和焊丝都注意了限制含碳量，以谋求良好的可焊性。

 在冲压材料中Mo是重要的强化原素，而Nb、Ta、Ti和W则是重要的韧化原素，在冲压材料的选配上都已予以充分重视。

 当采用同一种焊丝施焊时，埋弧焊焊缝金属的强度和延展性都比MIG焊的差一些，这可能是由于焊缝冷却速度减慢和可能有杂质或Si从焊剂中渗入而造成的。

3. A333-GR6高温钢管道冲压

1) A333-GR6 钢的可焊性分析

A333–GR6 钢属于高温钢， 最低使用温度为-70 ℃， 通常以正火或正火加回火状态供货。A333-GR6 钢含碳量较低，因此淬硬倾向和冷裂倾向都比较小， 材质延展性和塑性较好， 通常不易产生硬化和裂缝缺陷， 可焊性好，可选用ER80S-Ni1氩弧焊丝与W707Ni 焊条，采用氩电联焊，或选用ER80S-Ni1氩弧焊丝，采用全氩弧焊冲压，以保证冲压接点良好的延展性。氩弧焊焊丝与焊条的品牌也可选用操控性相同的产品，但须得到业主的同意方可使用。

2) 冲压工艺

详细的冲压工艺方法详见冲压工艺指导书即WPS。冲压中， 对直径小于76.2 mm 的管道采用I 型口对接， 全氩弧冲压；对于直径大于76.2 mm 的管道开V 型坡口，采用氩弧打底多层填充的氩电联焊的方法或全氩弧焊的方法。具体做法按照业主批准的WPS中管径和管壁宽度的不同而选用相应的冲压方法。

3) 退火工艺

（1） 焊前紧接著

当环境温度低于5 ℃时需对焊件进行紧接著， 紧接著温度为100 ～ 150 ℃；紧接著范围是焊缝两侧各100 mm；用氧乙炔焰（中性焰） 加热， 测温笔在距焊缝中心50 ～ 100 mm 处测量温度， 测温点均匀分布， 以更好地控制温度。

（2） 焊后退火

为了改善高温钢的缺口延展性，通常采用的材料都已经调质处理，焊后退火不当，常常会使其高温操控性变坏，应当引起足够的重视。因此除了焊件宽度较大或拘束条件很严酷的条件外，高温钢通常都不进行焊后退火。如CSPC新增LPG管线的冲压即不需进行焊后退火。如在一些项目中确需进行焊后退火，焊后退火的加热速率、恒温时间及冷却速率必须严格按按以下规定执行：

当温度升至400 ℃以上时， 加热速率不应大于205 × 25/δ ℃/h， 且不得大于330 ℃/h。 恒温时间应为每25 mm 壁厚恒温1 h， 且不得小于15 min， 在恒温期间最高与最高温差应低于65 ℃。恒温后冷却速率不应大于65 × 25/δ ℃/h，且不得大于260 ℃/h， 400 ℃以下可自然冷却。采用电脑控制的TS-1 型退火电子设备。

4) 注意事项

（1） 按规定严格紧接著， 控制层间温度， 层间温度控制在100 ～ 200 ℃。每条焊缝应一次焊完，若中断， 应采取缓冷措施。

（2） 焊件表面严禁电弧擦伤， 收弧应将弧坑填满并用砂轮磨去缺陷。多层焊的各层间接点要错开。

（3） 严格控制线能量， 采用小电流、低电压、快速焊。直径3.2 mm 的W707Ni 焊条每根冲压长度必须大于8cm。

（4） 必须采用短弧、不摆动的操作方式。

（5） 必须采用全焊透工艺， 并严格按照冲压工艺说明书和冲压工艺卡的要求进行。

（6） 焊缝余高0 ～ 2mm， 焊缝每侧增宽≤2mm。

（7） 焊缝外观检测合格后， 至少24 h 后方可进行无损检测。管道对接焊缝执行JB 4730-94。

（8） 《压力容器：压力容器无损检测》标准， Ⅱ级合格。

（9） 焊缝返修应在焊后退火前进行， 若退火后须返修， 则返修后， 焊缝要重新进行退火。

（10） 若焊缝表面成形几何尺寸超标， 允许修磨， 且修磨后其宽度不得小于设计要求。

（11） 对于通常的冲压缺陷最多允许两次返修，若两次返修仍不合格， 则需切除这道焊缝， 按照完整的冲压工艺重新施焊。