在介绍了焊接的分类、电弧焊焊接接头的冶金及组织特点、接头的缺陷及其检查试验方法之后，这一节中将介绍有关的焊接技术及常见金属材料的焊接。

    一、焊接技术

    前面已经多次提到，焊接时所选用的焊接参数（包括焊接电流、焊接电压、焊接速度等）、焊缝坡口型式、焊前的预热和焊后热处理、焊接材料的选用等都将影响到焊接接头的组织和性能。因此，在焊接前应首先合理的确定这些技术参数和焊接工艺。

    （一）焊接参数的选择

    焊接参数有时也叫焊接规范，它主要包括焊条直径、焊接电流、焊接电压、焊接速度等。正确地选择这些参数，既可提高焊接生产率，又可获得优良的焊接接头质量。当然，对不同的焊接方法，焊接参数的选取原则是不同的，在这里仍以手工电弧焊为例进行介绍。

    1、焊条直径的选择

    焊条直径越大，焊接生产率越高。但焊条直径过大，会造成焊缝外观差、焊漏或焊穿、未焊透等缺陷。焊条直径小，生产率低，若焊条直径过小，也容易造成未焊透缺陷。因此焊条直径应适中。影响焊条直径选取的因素有构件的壁厚、接头的坡口型式、焊接的位置等。一般情况下，构件的厚度越厚，选取的焊条直径越大，否则将严重影响焊接生产率；对于角接和搭接焊接接头，一般不容易被焊穿或焊漏，反而容易产生未焊透缺陷，故常用大直径焊条；平焊比立焊、横焊和仰焊应选取更大的焊条直径，或者说，立焊、仰焊、横焊时焊条直径不能太大（一般不超过5mm）。否则，由于熔池金属（液体金属）较多而下流，造成焊瘤、未焊满、夹渣等缺陷。

    2、焊接电流的选择

    焊接电流的大小对焊接接头的质量和焊接生产率也有较大的影响。焊接电流过小，电弧不稳定，容易造成未焊透和夹渣等缺陷，而且生产率低；电流过大，会增加金属的飞溅，焊缝容易产生咬边、焊漏和烧穿等缺陷。影响焊接电流选取的因素有焊条类型、焊条直径、构件厚度、接头型式、焊接位置等，但主要的影响因素是焊条直径和焊接位置。一般情况下，焊接电流I（安培，A）与焊条直径d（毫米，mm）可以按I=(35~55)d关系式确定。焊接电流对焊缝的影响与焊条直径的影响相似，对于立焊、横焊和仰焊，焊接电流太大时，容易产生较多的熔池金属而下流，从而造成焊瘤、未焊满、夹渣等缺陷，故立焊、横焊和仰焊时应取较小的焊接电流，一般应比平焊小5%~10%。

    3、电弧电压的选择

    前面已经讲过，焊接回路的电压不能太高，以避免现场人员触电。而电弧本身的电压在电路的电压确定之后，它将受电弧长度的影响，电弧越长，电弧电压越高。在焊接过程中，电弧不宜过长，否则会引起电弧不稳定，增加金属的飞溅，减小熔深以及产生咬边等缺陷，电弧过长还容易导致空气的侵入，从而使焊缝产生气孔、夹渣等缺陷。因此，焊接中应尽量采用短电弧低电压焊接参数。一般情况下，碱性焊条焊接时应控制其电弧电压在23V~26V，酸性焊条则控制在24V~29V。

    4、焊接速度的选择

    如果弧立地选择焊接速度，那么焊接速度越大，焊接生产率越高，焊缝的冷却速度越快，焊接变形越小，但未焊透、夹渣则越容易产生。但是，焊接速度往往是与焊条直径、焊接电流等配合选用，只有它们搭配的比较好，才能获得比较好的焊接质量。例如，工程中为了减少焊接热变形和获得良好的焊缝外观形状，常选用小电流、慢速焊的焊接参数。为了提高生产率则常采用大电流、快速焊的焊接参数。

    上述这些焊接参数的选定，不能孤立的只考虑某一个参数的作用，应将它们放在一起综合考虑，合理搭配。参数的选择可以通过焊接工艺评定进行筛选和确定。

    （二）焊接材料的选择

    从上节的介绍中可以看出，焊接材料在焊接中起到填充金属并参于焊接冶金反应的作用。因此，焊接材料质量的好坏、选择的是否合理将直接影响到焊缝金属的组织和性能，并对其起着决定性的作用。下面仍以手工电弧焊为例介绍常用的焊接材料及其特点、焊接材料如何选用以及焊接材料在焊前的预处理等内容。

    1、常用焊接材料的分类及其特点

    对手工电弧焊来说，焊接材料就是焊条，它通常由金属丝和包在金属丝外面的药皮两部分组成。上节中已经讲到，根据药皮的组成成分不同，可将焊条分为碱性焊条、酸性焊条和中性焊条三类。其中，碱性焊条与酸性焊条的特点对比如下：

    a、酸性焊条中由于存在氧化硅、氧化钛等强氧化物，使得焊缝的氧化冶金反应比较剧烈，因此焊缝金属的有益合金元素容易被烧损，且不利于掺合金。反之，碱性焊条因含氧化性较小的氧化钙、氧化镁等氧化物，药皮中合金元素烧损少，便于掺合金；

    b、碱性焊条中因含有氧化钙（莹石）而有利于脱氢，因此它对高强度钢、高合金钢等易产生冷裂纹的材料比较好。反之，酸性焊条的脱氢能力较差；

    c、酸性焊条脱硫、磷的能力较弱，而碱性焊条的脱硫、磷能力较好。故用碱性焊条焊接的焊缝其综合机械性能较好；

    d、酸性焊条由于含有较强的氧化物，其脱氧能力强，而且脱氧时反应剧烈，便于包括氢气在内的气体从焊缝中逸出。故酸性焊条对焊缝接头的铁锈、油污等敏感性较小，且不易产生气孔。而碱性焊条则对铁锈、油污比较敏感，这是因为铁锈、油污的存在会产生大量的气体，而碱性焊条的脱气能力较差。

    e、碱性焊条由于氟化钙的存在，会影响到弧柱的电离，故其稳弧性不好，须采用直流电源，只有加入适量的钾、钠等低电离电位的稳弧剂后才可以用交流电源。而酸性焊条稳弧性较好，能交直流两用；

    f、酸性焊条有较好的焊接工艺性，焊缝成型好，脱渣性也较好。碱性焊条则较差些；

    g、碱性焊条焊接时产生的烟气多，且由于其中含有氟化氢这一有毒气体，故焊接时要有良好的通风措施。酸性焊条焊接时，产生的烟气少，毒性也小。

    通过上面的对比分析来看，对重要的场合，宜用碱性焊条，一般情况下，可用酸性焊条。

    2、常用焊条的表示方法及其代号

    焊条主要分为碳钢焊条、低合金钢焊条和不锈钢焊条等三种，分别叙述如下：

    a、碳钢焊条

    碳钢焊条型号根据熔敷金属的机械性能、药皮类型、焊接位置和焊接电流种类划分。其代号表示如下：

    E  ＃＃   ＃  ＃＃

                                 表示焊接电流种类及药皮类型；

                            表示焊条使用位置。0”及“1”表示焊条适用于全位置（平、

                            焊接立、仰、横），“2”表示焊条适用于平焊及平角焊，“4”

                            表示焊条适用于向下立焊；

                            两位数字，表示熔敷金属抗拉强度的最小值，N/mm²；

                            表示焊条。

    例如，E4315表示：焊条；熔敷金属抗拉强度的最小值为43N/mm²；适用于全位置焊接；焊条药皮为低氢钠型，可采用直流反接焊接。

    b、低合金钢焊条

低合金钢焊条型号根据其熔敷金属的机械性能、化学成分、药皮类型、焊接位置、焊接电流种类及熔敷金属的化学成分分类代号等划分。其代号表示如下：

    E  ＃＃   ＃  ＃＃  -A1

                                  后缀字母。为熔敷金属的化学成分代号，并以短划“—”与前

                                  面数字分开，如还具有附加化学成分时，附加化学成分直接用

                                  元素符号表示，并以短划“—”与前面后缀字母分开。

                                  表示焊接电流种类及药皮类型；

                             表示焊条使用位置。0”及“1”表示焊条适用于全位置（平、

                             焊接立、仰、横），“2”表示焊条适用于平焊及平角焊，“4”

                             表示焊条适用于向下立焊；

                             两位数字，表示熔敷金属抗拉强度的最小值，N/mm²；

                             表示焊条。

    例如，E5018－A1表示：焊条；熔敷金属抗拉强度的最小值为50N/mm²；适用于全位置焊接；焊条药皮为铁粉低氢型，可采用交流或直流反接焊接；熔敷金属的化学成分分类代号，见有关标准。

    又例，E5515-B3-V表示：焊条；熔敷金属抗拉强度的最小值为55N/mm²；适用于全位置焊接；焊条药皮为低氢钠型，可采用直流反接焊接；熔敷金属的化学成分分类代号，见有关标准；熔敷金属中含有钒元素。

    c、不锈钢焊条

不锈钢焊条型号根据其熔敷金属的化学成分、机械性能、焊条药皮类型、焊接电流种类、铬和镍元素的近似百分含量、其它重要合金元素及近似百分含量等划分。其代号表示如下：

    E  ＃＃  ＃＃ ＃＃  ＃＃  ＃＃

                                 表示药皮类型及焊接电流种类；

                                 表示熔敷金属中其它重要合金元素及近似百分含量；

                                 表示熔敷金属中镍的近似百分含量；

                            表示熔敷金属中铬元素的近似百分含量；

                             为一位或两位数字，表示熔敷金属中的含碳量，“00”表示含

                             碳量≤0.04%，“0”表示含碳量≤0.10%，“1”表示含碳量≤

                             0.15%，“2”表示含碳量≤0.20%，“3”表示含碳量≤0.45%；

                            表示焊条。

    例如，E001910M_O215表示：焊条；熔敷金属中的碳含量≤0.04%；铬的含量为19%；镍的含量为10%；钼的含量为2%；焊条为碱性药皮，适用于直流反接焊接。

    3、电焊条的选用原则

    电焊条的选用首先应考虑作为填充金属的金属丝应满足对母材的使用性和适应性。其次应根据使用环境、焊接环境等因素选择药皮类型。

    a、金属丝的选择

    对于碳钢、低合金钢等大多数结构钢的焊接，一般要求焊缝金属与母材等强度，故可按等强度原则选用焊条，即焊条的强度与母材强度相同或相近。由于焊缝组织为铸造组织，有时为了不使焊缝强度降低过多，常选用焊条金属的强度略高于母材金属。但是，焊条金属不宜高于母材金属强度太多，以免使焊缝金属的塑性和冲击韧性降低。有时为了保证焊缝金属的冲击韧性，有意选择强度比母材金属低的焊条。

    焊条金属的化学成分应与母材金属的化学成分相同或相近，尤其是对于有耐热、耐腐蚀要求的母材，为了保证焊缝具有同样的耐热、耐腐蚀性能，焊条金属的化学成分必须满足这一要求，而且其耐热、耐腐蚀的成分应比母材金属更多，不利成分更少。

    b、焊条药皮的选择

    母材中如果含硫、磷等杂质元素较高时，应选用脱硫、脱磷且抗裂性较好的碱性焊条；对于承受动载荷或冲击载荷的情况，为了保证焊缝金属的塑性和韧性，宜选用碱性焊条；对于形状复杂或壁厚较厚的焊件，由于它易产生焊接裂纹和较大的焊接应力，也宜选用碱性焊条；对于易产生冷裂的高强度钢，应选用低氢型焊条；对于受结构、位置等方面的影响，其焊接接头的铁锈、油污等难以清除干净时，宜选用对它敏感性较小的酸性焊条；对于固定焊缝，应选用全位置焊接的焊条；当没有直流电焊机时，应选用交流或交直流两用焊条。

    4、电焊条的烘干

    在运输或贮藏过程中，焊条的药皮会受潮。受潮的焊条在焊接过程中会产生大量的水蒸汽及其电解物，从而造成焊缝金属的飞溅，并使电弧不稳定，同时还将大大增焊缝金属中的含氢量，从而造成材料的冷裂。为此，焊接前必须对焊条烘干。

    烘干温度不宜太低，时间不宜太短，否则达不到烘干的目的，即此时仍有部分水分留在焊条药皮中，它仍将影响到焊缝的质量。但烘干温度也不宜太高，时间也不宜太长，否则，可能会使药皮中的某些合金元素和有机物烧损，同时可能使药皮变脆、开裂和脱落等。对于碱性焊条来说，由于其脱气性不好，故要求其烘干温度较高，一般为250℃~300℃，时间为1h~2h。酸性焊条的烘干温度一般为70℃~150℃，时间同为1h~2h。

    烘干后的焊条应存在烘干箱或保温箱中备用，不宜露天放置，否则使用前应再次烘干。烘干焊条时应注意缓慢升温和降温，以免药皮开裂剥落。

    （三）焊接坡口的准备

    为了保证构件在焊接时能够焊透，故对于壁厚较厚的构件，焊接接头应开设一定的坡口。对压力管道及其元件的焊接来说，常用的坡口型式及其尺寸要求见附录F10-1所示。

    从F10-1中可知，常用的接头型式可以分为三大类：即对焊接头、角焊接头和丁字接头。

    1、对焊接头

    对焊接头的焊缝金属主要是受拉应力作用，受力情况比较好，强度高，而且节省接头金属，故它是应用最广的一种。

    对于构件壁厚较薄（一般小于3mm）的情况，即使在不开设坡口的情况，也能保证焊透，故此时往往不开设坡口。

    Y型坡口一般适用于构件壁厚为4mm~40mm的情况；YV型复合坡口一般适用于构件壁厚为17mm~60mm的情况；U型坡口一般适用于构件壁厚为17mm~60mm的情况。这三种坡口型式相比，Y型坡口加工最简单，但其金属填充量最大。U型坡口则相反，即其加工最复杂，但金属填充量最少。YV型坡口则居二者之间。不难理解，焊缝金属填充量大时，不仅增加较贵的焊接材料用量，降低焊接生产率，还容易产生较大的焊接应力和焊接变形。故当构件壁厚较薄时，可选用Y型坡口，构件壁厚较厚时应优先选用U型坡口。无论是Y型坡口、YV型坡口，还是U型坡口，都称为单面成型坡口。这种坡口的焊脚（即焊缝的底部）质量不好，容易出现焊漏、未焊透、裂纹、夹渣等缺陷，且内表面不光滑。为了弥补这个不足，有时在背面垫一个垫环。然而，加垫环的焊缝，其焊接准备工作量较大，故实际工程上也很少用。为此，工程上常采用根部氩弧焊打底的方法以解决上面的问题。

    双Y型坡口为双面焊、双面成型接头型式，它适用的构件厚度为12mm~60mm。这种焊接接头型式即有利于减少焊缝填充金属，又可减少焊缝的角变形，并且焊缝的内外表面都比较好。但它最大的缺点是内侧焊接时需要有足够的焊接空间，也就是说，对于压力管道，只有当管道及其元件直径足够大时，才有可能采用这种坡口型式。因此，实际工程中，大多数管道元件的焊接并不能采用这种坡口型式。

    值得一提的是，在工程中经常碰到不同壁厚的构件对焊焊接的问题。对这种问题处理的原则是：接头部分的两边壁厚应相等，以免在焊缝这个薄弱的地方再出现应力集中；壁厚较厚的一侧应设一坡度较缓的过渡区，一直过渡到与较薄一侧的壁厚。该过渡区的坡度一般不宜大于15°，详细规定见有关的施工规范。

    2、搭接接头

    两个焊件相叠加在一起，然后在它们顶端边缘进行焊接的接头称为搭接接头。

    这也是一种常用的焊接接头型式。在压力管道中，它常用于直径较小（一般DN≤40mm）、壁厚较薄的管道元件连接中。搭接接头的焊缝金属受剪力作用，故其强度较低。但对于壁厚较薄的构件，如果采用对焊接头，很容易出现烧穿、焊漏等缺陷，焊缝的质量反而难以保证。该部分问题在第五章中已有介绍。

    3、丁字接头

    两个焊件成丁字型结合的焊接接头称为丁字接头。这种接头在压力管道中应用的并不多，多用于管道的分支开口焊接处。这种接头的焊缝金属受力比较复杂，又常处于应力集中区，故该处的母材金属常常要进行补强。

    值得说明的是丁字接头和搭接接头的焊缝金属无法进行射线探伤（RT），因此其内部缺陷不易检查出来，对于重要的压力管道，不宜采用这两种接头。

    关于焊接坡口的制备，常用的方法有火焰切割、等离子切割和机械制备等。

    工程上常用的火焰切割方法为氧—乙炔焰切割，它与等离子切割相比具有这样一些特点：一次投入的设备成本费用低，操作费用也较低，因此工程上应用的比较广泛。但其切割温度较低，对高合金材料甚至切不动；火焰切割时的热量不如等离子切割时集中，故其热影响区较大，对于淬硬性较强的金属，切割后的坡口修整工作量较大（因为此时的淬硬层在焊接之前必须清除，否则容易焊裂）。故火焰切割一般不宜用于淬硬性较强、高合金、贵重金属材料的坡口制备。

    上节中已经讲到，等离子切割具有温度高、热量集中的特点，它几乎能切割一切金属材料，所以在工程上的应用日益增多。它与机械切割相比，仍属熔化切割，切割成形的坡口仍需修整，对淬硬性较强的金属材料，需要将淬硬层全部清除掉，从而浪费一些母材金属。其坡口制备的尺寸精度不如机械方法，但却具有操作灵活的特点。

    机械法制备的坡口具有尺寸精度高、母材金属浪费少、对母材金属的损伤小等特点。因此它是最理想的制备坡口方法。但机械制备法对于小尺寸的管道元件，在工厂制备时容易实现，故由工厂生产的单体管道元件如弯头、三通、大小头、管帽、焊接阀门等都由制造厂直接机械加工出坡口。但现场装配时，管子的切割和坡口制备则较少采用机械法。

    由此可见，关于焊接坡口的制备，常用的方法各有优缺点，究竟采用哪种方法应综合考虑。

    （四）焊前预热和焊后热处理

    前文已经多次提到，焊接的过程都是对焊件进行局部加热的过程，局部加热就意味着被加热区与周围的金属之间存在一个温度梯度。我们知道，凡是存在温度梯度的金属，都会存在一个热变形或热应力问题。为了减少这个热变形或热应力，使它不致于对焊件产生破坏作用，故常常对焊接接头进行焊前预热或焊后热处理。

    1、焊前预热

    一般情况下，焊接时的加热速度是很快的。对于高强度钢或壁厚较厚的钢构件，由于快速升温，会产生较大的热应力，这个热应力会导致构件的开裂。当环境温度比较低时，例如对除奥氏体不锈钢以外的材料，它的焊接环境温度低于0℃时，都很容易在较快的焊接加热速度下造成焊接开裂，正因为如此，许多焊接施工规范中都提出了焊前预热的规定。表10-3即为SH3051标准给出的常用材料的焊前预热要求：

表10-3   常用金属材料的焊前预热和焊后热处理要求

    焊前预热除可防止因焊接加热过快而导致的材料开裂外，还可以缓和焊后的冷却速度，从而达到改善结晶条件、减少组织和化学成分不均匀性的目的；预热还有利于焊缝金属中的气体（尤其是氢气）的逸出，有利于减少焊缝的气孔和冷裂的倾向性；预热还有利于排除焊接接头的湿气和水分，减少焊接接头的缺陷；等等。但焊缝的预热恶化了焊接的工作环境，尤其是对手工焊接来说，它不利于焊接的操作。因此，并不是对任何焊接接头都要采取焊前预热，应根据实际情况确定是否焊前预热。

    2、焊后热处理

    上节中已讲到了焊后热处理的必要性。事实上，任何焊接接头，焊后都存在焊接变形和焊接残余应力的问题，只不过对于某些材料或某些焊接接头，它的变形和残余应力不足以影响到其使用性，因此也就没有必要进行焊后热处理，因为热处理会增加焊接施工的成本（包括材料成本和人工成本）。由于热处理也是局部加热，且影响到母材金属，故对有些焊接接头，如果焊后热处理不当，还会适得其反，使焊接接头的性能变坏。

    一般来讲，符合下列条件之一者，宜进行焊后热处理：

    a、易淬硬的高碳钢、高合金钢和高强度钢。如铬钼合金钢、铬钼钒合金钢等；

    b、焊接构件较厚的低碳钢。如壁厚大于30mm厚的低碳钢；

    c、有应力腐蚀环境存在时。如有湿硫化氢、苛性碱存在时；

    d、有特定的防腐蚀要求时。如奥氏不锈钢有抗晶间腐蚀要求时；

    e、低温管道。如工作温度低于－20℃除奥氏体不锈钢以外的材料；

    f、受交变应力作用时。

    不同的施工规范，对需要进行焊后热处理的材料牌号和厚度范围规定的不一样。事实上，正如前面所说的那样，对于任何焊接接头，其焊后残余应力是必然存在的，只不过不同的人对什么情况下必须通过热处理加以清除、什么情况下不必清除的界定范围认识不同而已。这实际上是给了管道设计人一个权利，当设计人员认为有必要进行焊后热处理时，可以超越有关规范的要求而特殊提出。表10－3给出了SH3501施工规范对常用金属材料的焊后热处理要求。

    所谓的焊后热处理，是指将焊接接头加热到一定温度，然后进行保温，随后以一定速度冷却的热处理过程。通过焊后热处理，不仅可以消除或减缓焊接残余应力，还可改善焊接接头的组织，降低接头区的含氢量，提高焊接接头的耐腐蚀性和韧性，防止焊缝区产生脆性破坏和延迟裂纹等。

    常用的焊后热处理方法有正火、高温回火和稳定化热处理（对稳定化奥氏体不锈钢）等方法。

a、正火

正火的工艺见第九章所述（高温回火和稳定化热处理同）。

    正火热处理是利用了金属的再结晶过程，使焊缝中的粗晶组织得到细化，并可消除焊缝区的淬硬组织和组织的不均匀性，同时达到缓解焊接残余应力的目的。但正火可使原焊缝中的过热组织继续恶化，也使处于焊缝热影响区的母材正火组织有晶粒长大的倾向。正火热处理的成本比高温回火高，故选用时应综合考虑。

    b、高温回火

    高温回火热处理是利用了焊缝金属的高温蠕变，使焊接残余应力发生松驰，从而达到消除或减缓焊接残余应力、稳定组织的目的。同时，高温回火可使焊接接头金属中的氢逸出，从而达到仰止或消除延迟裂纹的目的。由于焊接接头最突出的问题就是焊接残余应力和冷裂纹的问题，而高温回火对改善这些问题带来的不利影响是有效的，又由于它对母材的损伤小，成本又低，故焊缝的高温回火是应用最多的焊后热处理方法。

    c、稳定化热处理

    对于奥氏体不锈钢来说，由于其塑性比较好，没有淬硬性，因此它很少有冷裂的问题。焊接时，虽然奥氏体不锈钢的焊缝金属热胀冷缩量比较大，但由于它塑性较好，通过自身的调节和平衡，焊接残余应力并不大，工程上很少出现由焊接残余应力而引起的奥氏体不锈钢破坏的实例。因此，对于奥氏体不锈钢很少进行焊前预热和焊后热处理。但焊接接头在经历了焊接之后，它原来的固溶组织也被破坏，故焊缝有丧失抗晶间腐蚀能力的倾向。因此，对于非稳定型、非超低碳型的奥氏体不锈钢，在经历了焊接之后，基本上不能用于有晶间腐蚀倾向的环境。这也是管道有别于设备的地方，因为对设备来说，焊后可进行整体固溶处理，但管道则做不到。对于超低碳型奥氏体不锈钢，它不是利用固溶组织来保证其抗晶间腐蚀能力的，因此它的抗晶间腐蚀性一般不受焊接的影响，所以该材料焊后一般不进行焊后热处理。对于稳定型奥氏体不锈钢，在经历了焊接之后其焊缝及热影响区可能会因碳化钛的分解而丧失抗晶腐蚀能力，因此有必要对焊缝进行稳定化热处理，使焊缝重新获得抗晶间腐蚀的能力。但是，正如第九章所述，关于稳定型奥氏体不锈钢是否要进行焊后稳定化热处理的问题，目前国际上和国内尚存在争论。作者认为，除非该材料不在有晶腐蚀倾向的环境中使用，否则有必要对焊接接头进行稳定化热处理。

    二、常用材料的焊接

    石油化工生产装置中，经常用到的有焊接要求的管道材料有低碳钢、合金钢、不锈钢和异种钢。在介绍这些材料的焊接特点之前，有必要先介绍一下材料的可焊性问题。

    （一）材料的可焊性

    金属材料的可焊性是指在一定的工艺条件下通过焊接形成优质接头的性能。如果一种金属材料用普通简单的焊接工艺条件就可获得优质的焊接接头，那么就认为该种金属材料具有良好的可焊性。反之，如果需要特殊复杂的焊接工艺条件才能获得优质接头，则认为该种金属材料的可焊性差。这里所说的焊接工艺条件是指焊接方法、焊接参数、焊前预热及焊后热处理、接头型式、坡口型式及尺寸、环境温度、焊接位置、焊接材料等。优质接头是指焊缝的机械性能和耐腐蚀性能好，热裂和冷裂的倾向小，各种非人为的焊接缺陷少。

    金属材料的可焊性说明其焊接的难易程度，它是一个相对概念。焊缝接头的质量好坏，受人为的影响因素也较大，例如焊工的技术水平、熟练程度等。它受环境的影响也比较大，如环境温度、环境的风速、气候等。因此说，金属材料的可焊性只是一个笼统的概念。随着焊接技术的发展，会使过去认为可焊性差或者不能焊接的材料也变为可焊了。因此工程上并没有一个具体的评定各种材料可焊性的指标，所能做的是在进行工程焊接前，进行焊接工艺评定试验，通过焊接工艺评定试验来确定合理的焊接工艺，从而达到所希望的焊接接头质量的目的。焊接工艺评定是指按照所拟定的焊接工艺指导书，根据焊接工艺评定标准的规定焊接试件，并检验试件焊接接头的性能是否达到要求。通过焊接工艺评定可以检验预定的焊接工艺和焊接参数是否可行。如果试样的焊接接头性能未能达到要求，应调整焊接工艺和焊接参数，重新评定，直到满足要求为止。

    但是，初步预测材料的可焊性可以帮助焊接工程师首次编制焊接工艺和确定焊接参数。国内外业内人士常用碳当量的概念来评估金属材料的可焊性，但有关碳当量的计算方法有很多，有些计算方法之间差别还很大。本书第三章给出了两种常用的计算方法，在此不再介绍。

    前面已经提到，焊接接头的质量受焊工的技术水平和熟练程度的影响也比较大。事实上，不同的焊工，甚至同一焊工在不同的时间内，其焊接质量也是不一样的。为此工程上对焊工的使用管理也作了一些规定，其中对焊工进行资格考试、持证上岗就是管理中的一个重要环节。

    （二）低碳钢的焊接

    由于低碳钢的含碳量较低，故其可焊性比较好，一般无须采取特殊的工艺措施就可获得优质的焊接接头。但对于沸腾钢，由于它脱氧不完全，硫、磷杂质元素的分布也很不均匀，焊接时出现热裂和冷裂的倾向较大。因此，对于沸腾钢材料，不宜用在重要场合和有应力腐蚀、交变应力的场合。

    一般情况下，低碳钢的焊接以手工电弧焊为主，不需要采用气体保护焊焊接方法，只有当焊缝根部要求洁净、或者构件壁厚较薄容易焊漏时才考虑用气体保护焊打底。

    焊接材料采用酸性焊条和碱性焊条均可，均能获得较好的焊接接头。但对于特殊场合，如临氢、受交变载荷作用、处于低温工况时或者工作在有应力腐蚀倾向的环境时，宜选用碱性焊条。

    可以采用交流电源，也可以采用直流电源进行全方位焊接^¶，工艺简单。

    由于结晶温度区间小，故焊接时熔池金属结晶的偏析小，产生热裂纹的倾向小。

    一般情况下，无须焊前预热，只有当环境温度低于0℃时，或者焊件壁厚超过26mm厚时，才考虑预热。一般情况下也不需要焊后热处理，当构件受交变应力或者工作在有应力腐蚀倾向的环境时，或者构件壁厚超过30mm，或者在低温下使用时，才考虑进行焊后热处理。热处理一般采用600℃~650℃的高温回火。

注¶：交流电焊机在施焊时，其电流要反复多次出现零点，故其电弧燃烧不稳定，焊缝容易受空气的侵入而产生气

      孔。但其设备构造简单，价格低，效率高，耗电少，使用维护方便，焊接时噪音小，无磁偏吹现象。因此

      它常用于一般材料的焊接。直流电焊机可适用于碱性焊条，而且它常用柴油机等作为其发电工具，故可适

      用于缺少电源动力线的野外工作。

    （三）合金钢的焊接

    石油化工压力管道中常用的合金钢有16Mn、09Mn2V、12CrMo、15CrMo、12Cr1MoV、1Cr5Mo等材料，这些材料均属于高强度易淬硬金属材料，故其可焊性较差，焊接时容易产生热裂纹和冷裂纹，故焊接时应采用相应的措施来保证焊接接头的性能。

    1、碳锰低合金钢（16Mn，09Mn2V等）的焊接

    从碳当量上来看，它的碳当量比低碳钢高，但由于它不含铬（Cr）、钼（Mo）等合金元素，故其淬硬性和热裂的倾向性比铬钼钢或铬钼钒钢小。

     碳锰低合金钢的焊接材料应选择强度等于或略高于母材的材料，以免因焊缝强度过高而使其塑性和韧性下降。最好选用碱性焊条和直流电焊机，如果选择了交直流两用的碱性焊条，也可以用交流电焊机。

    碳锰钢、碳锰钒钢与低碳钢的可接性差别不太大，仅淬硬性稍大些，故预热温度与预热范围比低碳钢稍高些。一般情况下，当焊接构件厚度大于15mm时，就应考虑预热。对于低温、有应力腐蚀环境、受交应力、临氢操作时，应进行焊后热处理。对于厚度大于19mm的构件，焊后应进行热处理。热处理一般采用高温回火。

    2、铬钼钢（12CrMo、15CrMo、1Cr5Mo）和铬钼钒钢（12Cr1MoV）的焊接

    由于这类材料中含有较多的高熔点合金元素，故容易出现低熔点成分的偏析，并且由于这类材料的强度高，塑性差，对焊接变形的适应性差，故很容易出现热裂纹。由于这类材料存在铬、钼等增加材料淬透性的元素，故其淬硬性也比较强，焊缝及其热影响区很容易出现淬硬马氏体组织，加之氢在材料中的扩散速度较慢，因此这类材料又很容易出现冷裂纹，工程实践也证明了这一点。

    为此，在选择焊接材料时，应选用低氢型焊条，并在施焊前严格烘干。

    焊前应进行预热，焊后应进行热处理，以释放或降低焊接残余应力。

    焊接时应采用短弧，多层焊接时应保持层温，冷却时应缓慢冷却，以利于降低焊接应力水平。

    应尽量减少焊接结构的刚度，尤其应避免强行组对，这样做对防止热裂和冷裂均有益。

    焊前应彻底清除焊接接头的油污、铁锈等。

    （四）不锈钢的焊接

压力管道中常用的不锈钢一般为奥氏体不锈钢，偶然用到铁素体和马氏体不锈钢也是作为阀门的阀杆、垫片之类的非焊件，故这里仅介绍奥氏体不锈钢的焊接性能。

前文已经讲到，由于奥氏体不锈钢具有很好的塑性，又具有单一的奥氏体常温组织，没有淬硬性（即不出现淬硬马氏体组织），故它具有很好的可焊性，一般不会出现冷裂纹。但是，奥氏体不锈钢具有较大的热膨胀率，且结晶时的树枝状结晶方向比较明显，低熔点的杂质或共晶物易集聚在晶界上，如果处理不好，易出现热裂纹。

    焊接时，宜采用低碳型焊条，并适当加入钛、铝等变质剂，能起到细化晶粒，改善偏析，防止热裂纹的作用。

    焊接时可采用小功率（小电流）、高速度的焊接参数，有利于减少熔池金属，从而减少熔池的焊接应力。

    奥氏体不锈钢一般不进行焊前预热，也不宜预热，因为冷焊缝有利于加快冷却速度，从而起到细化晶粒、减轻偏析、防止热裂纹的作用。

    奥氏体不锈钢的焊后热处理在前文已讲到，这里略。

    （五）常用异种钢的焊接

    对于异种钢的焊接接头，尤其是成分差别比较大的异种钢焊接接头，其焊缝组织存在着稀释和被稀释的问题，因此焊缝金属的组织和成分可能与两种母材均不同，在考虑其焊接接头性能问题时应充分注意这个因素。为了解决稀释和被稀释的问题，曾经广为应用的焊接方法就是采用加过渡层的焊接办法，但这种焊接方法工艺复杂，费工费时。因此，在考虑异种钢接头的使用工况后，也可以采用简单的焊接方法来处理。下面就以常见的复合钢板、碳钢和铬钼钢、碳钢和不锈钢、铬钼钢和不锈钢的焊接问题作简单介绍。

    1、碳钢和不锈钢复合钢板的焊接

    首先应该清楚，碳钢－不锈钢复合板是利用其较薄的不锈钢复层具有抗腐蚀性能较好的特点来工作的，此时不能在焊缝处破坏其耐蚀性，也就是说，焊缝处的内侧应保留不锈钢的成分和耐腐蚀性。对此，工程上常采用加过渡层的方法进行焊接，即复层的焊接材料应选用相应的不锈钢材料，在焊完复层后，清除干净焊渣和飞溅物，然后再焊接过渡层。过渡层的焊接材料应选用合金含量（尤其是镍含量）较高的材料，以防止由于基层的稀释而产生不良影响。最后焊接基层（即碳钢层）。焊接基层的过程中，应尽可能采用小电流、小直径、高速度的焊接参数，以免基层金属溶入到复层中。

    2、碳钢和铬钼钢的焊接

    可以肯定地说，此时的焊接接头不会用于高于碳钢使用条件的工况下，故焊缝金属的性能只要不低于碳钢的性能即可。由于常用铬钼钢的合金含量比较低，经碳钢稀释后，其性能没有发生太大的变化。而碳钢（一般为低碳钢）又与铬钼钢的含碳量差别不太大，也就是说铬钼钢对碳钢的含碳量不敏感，故此接头的组织和性能均不会产生突变。焊接时只要按照焊接性较差的铬钼钢选择焊接工艺条件即可。一般情况下，焊接材料宜选比铬钼钢合金元素含量稍低的焊接材料，以减少碳钢侧的淬硬性。焊前预热和焊后热处理按铬钼钢确定。

    3、碳钢和不锈钢的焊接

    它与碳钢－不锈钢复合钢板不同，其焊接接头不要求具有不锈钢的耐腐蚀性能，因此不必采用过渡层焊接，也不要求在超过碳钢允许的温度以上工作。因此，此时的焊接接头性能只要不低于碳钢母材金属即可。但是，由于不锈钢合金含量较高，而它的含碳量又比碳钢低许多，因此，虽然二者单独焊接时，可焊性比较好，但二者相互交融稀释的结果，会形成一系列不同组分的高碳合金，这些合金当中有些具有较大的淬硬倾向。又由于碳钢和不锈钢的热胀系数差别较大，故存在较大的热应力，此时的焊接接头可能会出现热裂纹和冷裂纹等一系列问题。首先，在焊缝金属中，由于同时熔入了碳钢和不锈钢，因为稀释作用而产生部分马氏体组织，使焊接接头的塑性和韧性变差，容易产生冷裂纹；其次是由于不锈钢侧含碳量较低，碳钢侧含碳量较高，在高温下（无论是焊接过程，热处理过程，还是正常的工作中），碳元素会发生由碳钢侧向不锈钢侧的迁移，从而造成碳钢侧因含碳量降低而强度下降，而不锈钢侧因含碳量的增加而耐蚀性降低；第三，由于碳钢和不锈钢的热膨胀系数差别较大，故会在接头的径向产生一个较大的热应力，这个热应力与其它应力叠加的结果会导致热裂纹的产生。如果此类接头工作在有温度循环的工况，其热应力会使它很快发生疲劳破坏。由此可见，工程中应尽可能避免碳钢和不锈钢的焊接接头，因为它不仅具有一般的焊接缺陷，还存在上述的一些特有缺陷。事实上，对于所有的异种钢接头，都有不同程度的特别缺陷，故在设计中，尤其是重要的管道设计中，应尽可能采用法兰连接去实现材料的分界。

    解决或缓解碳钢与不锈钢接头缺陷的办法是采用高铬镍焊接材料。高铬镍焊接材料可以补偿碳钢对不锈钢的稀释作用，同时镍又能阻止碳的迁移。焊接接头最好进行焊后热处理，以消除马氏体可能带来的延迟裂纹。

    4、铬钼钢和不锈钢的焊接

    铬钼钢与不锈钢的焊接既具有碳钢与不锈钢焊接相似的特殊问题，又具有铬钼钢本身可焊性差的问题，并且这样的接头又是用在使用条件较苛刻（一般是用在高温下，例如加热炉炉管与工艺管道的连接处）的情况下，故工程上应力求避免这种接头的出现。如果不可避免铬钼钢与不锈钢的连接时，应采用法兰连接。

思考题：

1、常用的焊接参数有哪些？

2、如何选择焊条直径、焊接电流和焊接速度？

3、试述常用的焊接材料种类及其特点？

4、试述常用焊条的表示方法？

5、为什么焊接前要进行焊条的烘干？

6、压力管道中常用的焊接接头有哪些？各有何特点？

7、压力管道中，常用的焊接坡口型式有哪些？各有何特点？

8、常用的焊接坡口制备方法有哪些？各有何特点？

9、焊前预热的目的是什么？

10、焊后热处理的目的是什么？

11、常用的焊后热处理方法有哪些？

12、什么叫材料的可焊性？

13、直流电焊机和交流电机焊机各有何特点？

14、试述铬钼钢的焊接特点？

15、试述碳钢和不锈钢异种钢的焊接特点？