低温用钢的焊接工艺

出处：按学科分类—工业技术 江苏科学技术出版社《焊工简明实用手册》第520页（2692字）

低温钢的主要焊接问题：合金含量较高，易发生晶粒粗大、变形和析出脆性相等问题。

低温钢焊接时，焊接线能量不能过大，为使焊接接头具有良好的低温韧性，手工电弧焊和氩弧焊的应用较广，埋弧自动焊的应用受到限制，一般不推荐采用气焊和电渣焊。

1．手工电弧焊

选用焊条的原则应根据低温焊接结构的工作条件要求，经过焊接后的焊缝金属韧性不低于母材最低韧性水平。对于承受交变载荷或冲击载荷的焊接结构，还应注意焊缝金属应具有较好疲劳断裂性能、良好的塑性和抗冲击性能。对于接触腐蚀介质的焊接结构，应使焊缝的化学成分与母材大致相同，或采用能保证焊缝及熔合区的抗腐蚀性能不低于母材的焊条。对于具有强磁性的9%Ni钢，为防止焊接时的磁偏吹现象，应考虑采用既能满足使用要求而又能进行交流焊接的焊条。

常用低温钢焊条的化学成分、接头的力学性能及用途见表7．7－2。

表7．7－2 常用低温钢焊条的化学成分、接头的力学性能

在工艺上必须注意：

①尽量选择小直径焊条，严格控制焊接线能量，不使接头过热。高温停留时间不能过长，冷却速度不能过慢。多层焊时，要严格控制层间温度在150℃左右。以使接头不受过热的影响，避免焊缝和热影响区晶粒长大，降低韧性。

②严格控制焊后热处理温度，避免回火脆性。一般在生产中板厚大于15mm以上的结构，焊后多是采用消除应力热处理。

③严格清理被焊处油、锈、水、氧化皮。

④电弧不得在工件表面随意划擦。

⑤对坡口及间隙制备要求较高。

⑥注意控制好反面变形量。

电弧焊平焊焊接工艺参数见表7．7－3。

表7．7－3 电弧焊平焊焊接工艺参数

2．埋弧焊

考虑到低温钢要求在较低的使用温度下具有足够的韧性及抗脆性破坏的能力，因此选用的焊丝应严格控制含碳量，S、P含量要低，选择碱性焊剂。目前常选用烧结焊剂配合Mn－Mo或含Ni焊丝；采用C－Mn焊丝，配合非熔炼焊剂，通过焊剂向焊缝过渡微量Ti、B合金元素，以保证焊缝金属的低温韧性。表7．7－4给出了常用低温钢埋弧焊时焊剂与焊丝的组合。

表7．7－4 常用低温钢埋弧焊时焊剂与焊丝匹配

为保证良好的焊缝成型和接头的低温韧性，低温钢埋弧焊应采用尽可能小的焊接线量，焊接电流和焊接电压不能过大。低温钢埋弧焊焊接工艺参数见表7．7－5。

表7．7－5 低温钢埋弧焊焊接工艺参数

3．氩弧焊

(1)钨极氩弧焊(TIG)

低温钢TIG焊接时可填充焊丝，也可不填充焊丝。可进行手工操作或自动焊接，一般用直流正接法，主要用于焊接薄板和管子，也进行封底焊。低温钢TIG焊的喷嘴直径8～20mm；钨极伸出长度为3～10mm；喷嘴与工件间的距离为5～12mm；气体的流量为3～20L／min。

焊接电流应根据工件厚度及对线能量的要求而定。焊接电流不能过大或过小。手工氩弧焊时，应保持焊速均匀。氩弧焊常用的保护气体是纯氩气，还可以采用Ar+He、Ar+O₂、Ar+CO₂等混合气体。氦的加入量可增加到60%，O₂加入量为2%，CO₂加入量为5%～10%。自动TIG焊丝牌号和化学成分见表7．7－6。

表7．7－6 自动TIG焊丝牌号和化学成分

(2)熔化极氩弧焊(MIG)

熔化极氩弧焊(MIG焊)的熔滴过渡形式有短路过渡、滴状过渡和射流过渡三种。采用射流过渡焊接低温钢时，应注意控制焊接线能量不宜太大。因MIG焊对熔池的保护效果要求较高，故喷嘴直径及氩气流量比TIG焊大。常用的喷嘴直径为22～30mm，氩气流量为30～60L／min。若熔池较大而焊接速度又很快时，可采用附加装置，或用双层气流保护。9%Ni钢MIG焊的焊接工艺参数见表7．7－7。

表7．7－7 9%Ni钢MIG焊的焊接工艺参数

(3)钨极脉冲氩弧焊(PTIG)

PTIG脉冲焊的焊接线能量较小，熔池尺寸小，热影响区窄，可得到组织细小、充分熔透的焊缝。用于焊接薄板、管子及进行封底焊时，与普通TIG相比，焊接质量得到明显改善。

PTIG脉冲焊的工艺参数除了TIG焊相关参数外，还有脉冲电流波形、脉冲电流幅值和脉冲宽度、基值电流、脉冲频率。脉冲电流幅值与脉冲宽度是确定焊接线能量和影响熔池的主要参数。基值电流反映了焊接电流的波动值，起着维持电弧稳定燃烧的作用。焊接低温钢时，为减小焊接线能量及薄板焊接时的变形，一般采用较小的基值电流。脉冲频率的选择取决于板厚和焊接速度，对于同一厚度的板材，当提高焊接速度时，必须同时增加脉冲频率。表7．7－8是焊接Cr－Ni奥氏体低温钢的PTIG脉冲焊的工艺参数。

表7．7－8 Cr－Ni奥氏体低温钢PTIG工艺参数