1.母材及焊接材料

根據(jù)L450M管線鋼的化學(xué)成分及力學(xué)性能，返修工藝打底焊采用伯樂公司生產(chǎn)的BOEHLERFOXCELE6010、φ3.2mm焊條，填充、蓋面焊采用低氫型焊條E5515—G，φ3.2mm，熔敷金屬的化學(xué)成分如表3所示。

2.返修焊接工藝

（1）缺陷的清除和坡口制

備根據(jù)射線底片上的缺陷種類、位置、深度及缺陷大小測量出缺陷所在的位置，并根據(jù)缺陷的性質(zhì)和部位，使用角向磨光機(jī)對缺陷進(jìn)行徹底的清除，并把坡口兩邊50mm區(qū)域內(nèi)及坡口面的油銹等雜質(zhì)清理干凈。對清理完的地方，還要通過表面探傷加以確認(rèn)，合格后方可施焊。清除缺陷后，用角向磨光機(jī)將返修部位打磨，打磨后的兩端及表面過渡要平緩，寬度要均勻，便于施焊緩坡凹槽。如需全壁厚返修，應(yīng)開V形坡口，坡口形式如附圖所示。

（2）返修工藝

1焊接方法的選用

薄板焊接時，由于焊接局部加熱的特點(diǎn)，容易燒穿和波浪變形。為了避免這一現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)采用熱量集中、焊接變形小的焊接方法。CO2氣體保護(hù)焊以焊接效率高、焊接變形小的特點(diǎn)在高強(qiáng)鋼薄板的焊接中得到廣泛應(yīng)用。大型船舶上層建筑薄板可選用CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接。

2焊前準(zhǔn)備

2.1坡口的準(zhǔn)備坡口及距坡口每側(cè)邊緣20mm范圍內(nèi)，需用砂輪打磨干凈并露出金屬光澤，清除油污、銹、水、氧化皮等雜物。坡口加工盡量采用機(jī)械加工或等離子弧切割，以保證割口質(zhì)量。2.2焊接材料焊接材料選用Φ1.2mm的藥芯焊絲進(jìn)行焊接，焊絲應(yīng)經(jīng)相應(yīng)船級社認(rèn)可，并具有質(zhì)量合格證書。保護(hù)氣體應(yīng)符合HG/T2537-93標(biāo)準(zhǔn)中優(yōu)等品要求，氣體純度不低于99.9%，含水量不超過0.005%。

3焊接工藝參數(shù)

為減小焊接變形，應(yīng)采用細(xì)焊絲、小電流、低電壓的焊接工藝進(jìn)行焊接。

1鋁合金構(gòu)件焊接變形與控制

1.1焊接變形原因

焊接的熱過程是導(dǎo)致殘余應(yīng)力和塑性應(yīng)變的根源。在焊接過程中,焊接熱過程對焊接質(zhì)量和焊接效率的影響,主要來自以下幾個方面的深層次原因:(1)在焊接件上,熔池的形狀和尺寸直接影響焊接質(zhì)量,而熔池大小與尺寸作用到焊接件上的熱量分布和大小息息相關(guān);(2)焊接的熱過程包含加熱和冷卻兩個過程,這兩個過程中的加熱和冷卻參數(shù)會直接影響熔池的相變過程,對金屬的凝固產(chǎn)生重要的影響,對熱影響區(qū)的金屬組織產(chǎn)生一定的破壞;(3)焊接中的熱過程直接決定熱量的輸入過程和熱量的傳遞效率,這直接導(dǎo)致焊接的母材的熔化速度;(4)焊接的熱過程如果不均勻,會對金屬構(gòu)件各部分產(chǎn)生不同的熱響應(yīng),導(dǎo)致出現(xiàn)不同的應(yīng)力,產(chǎn)生應(yīng)力形變。從以上理論探討,我們可知在金屬構(gòu)件焊接過程中出現(xiàn)變形,主要是由于焊接熱源是處于局部加熱,使得鋁合金構(gòu)件上的熱量分布存在差異,在構(gòu)件與母材之間的焊縫區(qū)域附近熱量吸收的較多,引起周圍鋁合金材料和母材都出現(xiàn)一定程度的受熱膨脹,而遠(yuǎn)離焊縫區(qū)域的鋁合金材料和母材材料由于吸收到的熱量相對較少,發(fā)生的體積膨脹相對較小甚至不發(fā)生體積膨脹,使得焊縫區(qū)域的體積膨脹過程受到一定的抑制,導(dǎo)致焊接過程中,焊接構(gòu)件和母材之間出現(xiàn)瞬間的熱變形,但是當(dāng)鋁合金構(gòu)件在焊接過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過了自身材料的彈性極限后,會出現(xiàn)一定的塑性應(yīng)變,當(dāng)焊接過程結(jié)束之后,焊接件又逐步冷卻而產(chǎn)生殘余變形。

1.2焊接變形分類

從機(jī)械領(lǐng)域考慮整個焊接過程,可以將焊接過程中出現(xiàn)的變形分為瞬間變形和殘余變形。其中,焊接過程瞬間熱變形分為三種,依次是面內(nèi)位移、面外位移和相變組織形變。焊后殘余變形分為面內(nèi)變形和面外變形兩大類,面內(nèi)變形又分為焊縫縱向收縮、焊縫橫向收縮、回轉(zhuǎn)變形;面外變形又分為角變形、彎曲變形、扭曲變形。

1.3鋁合金的焊接性能分析

1壓力容器焊接工藝的準(zhǔn)備

壓力容器的制作工藝需要做到很精細(xì)，不能夠出現(xiàn)任何的差錯。而其中的焊接工序也是同樣需要很精細(xì)，造成焊接工序出差錯的原因就是材料選取的不正確。如果在焊接時選取的鋼制材料性能較差的時候，就會在焊接的接頭上出現(xiàn)一些裂痕，這些裂痕對于壓力容器是致命的傷害；如果在選取材料時選取了鋼號或者是化學(xué)成分不對的材料，這時在使用過程中就會出現(xiàn)各種腐蝕的現(xiàn)象；而且如果我們選用的鋼制材料的轉(zhuǎn)化溫度高于壓力容器的溫度時，就會使壓力容器在制作的過程中突然斷裂。所以，綜合以上幾點(diǎn)所論述，我們在選取壓力容器的制作材料時，必須要考慮到壓力容器的工作條件、工作壓力、各個介質(zhì)之間的腐蝕性、鋼制材料的溫度，還要重點(diǎn)注意鋼制材料的力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能等等一系列的科學(xué)因素。當(dāng)然，在進(jìn)行壓力容器的焊接工序的時候，還需要技術(shù)方面的硬性要求。在焊接工序的準(zhǔn)備階段，在選取壓力容器容器外圈的時候，要選用低碳鋼、不銹鋼、低合金鋼，在焊接卷板之前應(yīng)該提前清理干凈依附在板面上，可能對壓力容器造成損傷的硬物和雜物，同時還要檢查好焊接時的焊接接口位置等等一些工序，使之符合焊接所需的一切標(biāo)準(zhǔn)。在壓力容器焊接成型的階段，不能直接將鋼板彎曲，應(yīng)該先有一個預(yù)彎的過程，在鋼板卷成一個圓形的時候，必須要在機(jī)器上擺放端正，可以采用在機(jī)器和鋼板上做記號的方式來確定鋼板是否已經(jīng)擺正，卷軸鋼板的時候嚴(yán)禁一次就將鋼板卷制完成，要采取循序漸進(jìn)的方式，一次次不間斷的進(jìn)行卷制，而每次卷制的程度不得高于上一次的百分之三十，在焊接時要選取一個已經(jīng)焊接合格的樣板來進(jìn)行比對，確認(rèn)是否符合一切準(zhǔn)則，在焊接時，必須嚴(yán)格按照確定好的接口進(jìn)行焊制，并且在焊制的過程當(dāng)中要及時的清理在焊接時產(chǎn)生的雜質(zhì)和脫落的鋼材，以免對壓力容器造成傷害。在壓力容器焊接成型之后我們就需要對她進(jìn)行矯正和檢查，矯正就是需要驗(yàn)證壓力容器的制作是否符合科學(xué)界所規(guī)定的一些數(shù)據(jù)，而檢查就需要看，在壓力容器焊接完畢之后，內(nèi)外表面是否光滑、沒有劃痕、沒有壓傷、起皺、裂痕、等等的缺陷，與此同時還要按照技術(shù)條件進(jìn)行檢查各項(xiàng)參數(shù)，確定制作完成的壓力容器符合硬性文件上的各項(xiàng)技術(shù)要求。

2壓力容器的焊后檢查和焊后返修

任何的一種科技制品，在完成之后都需要有事后的檢查和返廠維修，壓力容器也不列外。壓力容器在焊接完畢之后，應(yīng)當(dāng)首先檢查它的焊縫外觀和尺寸是否符合預(yù)定目標(biāo)和目標(biāo)參數(shù)、實(shí)驗(yàn)壓力容器焊接完畢之后的抗熱能力和對熱的處理、檢查壓力容器是否在焊接的時候出現(xiàn)裂痕等損傷、檢查壓力容器在制作之后的致密性是否良好，是否有透氣的現(xiàn)象出現(xiàn)。關(guān)于壓力容器在焊接完畢之后的返廠檢查必須要嚴(yán)格做到以下幾點(diǎn)：

（1）焊接的返修次數(shù)不宜超過兩次；

（2）如果需要對焊接之后的壓力容器進(jìn)行返廠檢修，必須要提交它要返修的原因并且對原因作出分析，同時提出要維修的建議；

一、我們面對的無鉛焊接挑戰(zhàn)

鉛是種特性十分適合焊接工藝的材料。當(dāng)我們將它除去后，到目前還無法找到一種能夠完全取代它的金屬或合金。當(dāng)我們在工藝、質(zhì)量、資源和成本等方面找到比較滿意的代用品時，我們在工藝和成本上都不得不做出讓步。而在工藝上較不理想的情況有以下幾個方面。

1．較高的焊接溫度。大多數(shù)的無鉛焊料合金的熔點(diǎn)都較傳統(tǒng)錫鉛焊料合金高。業(yè)界有少部份溶點(diǎn)低的合金，但由于其中采用如銦之類的昂貴金屬而成本高。熔點(diǎn)高自然需要更高的溫度來處理，這就需要較高的焊接溫度。

2．較差的潤濕性。無鉛合金也被發(fā)現(xiàn)具有較不良的潤濕性能。這不利于焊點(diǎn)的形成，并對錫膏印刷工藝有較高的要求。由于潤濕效果可以通過較高的溫度來提高，這又加強(qiáng)了無鉛對較高溫度的需求。熔化的金屬，一般在其熔點(diǎn)溫度上的潤濕性是很差的，所以實(shí)際焊接中我們都需要在熔點(diǎn)溫度上加上20度或以上的溫度以確保能有足夠的潤濕。

3．較長的焊接時間。由于溫度提高了，為了避免器件或材料經(jīng)受熱沖擊和確保足夠的恒溫以及預(yù)熱，焊接的時間一般也需要增長。

以上這些不理想的地方帶給用戶什么呢？總的來說就是器件或材料的熱損壞、焊點(diǎn)的外形和形成不良、以及因氧化造成的可焊性問題等工藝故障。這些問題，在錫鉛技術(shù)中都屬于相對較好處理的。所以到了無鉛技術(shù)時，我們面對的焊接技術(shù)挑戰(zhàn)更大。

1鍋爐受熱面鰭片焊接現(xiàn)狀

受熱面拼縫焊接主要分為整體組合焊接和鰭片焊接，鰭片焊接質(zhì)量好壞對受熱面管子影響很大，由于對口等問題，在焊接焊口的時候需要把管口上下鰭片割開1m左右，等焊口焊完再把鰭片焊接起來，起到密封效果。筆者在檢修一些電廠鍋爐的時候，經(jīng)常會聽到運(yùn)行人員抱怨，鍋爐由于制造時忽視拼縫焊接，導(dǎo)致鍋爐漏灰、熱效率受影響之類的問題。該機(jī)組水冷壁規(guī)格為Φ31.8×7mm。此超臨界鍋爐受熱面工作溫度576℃，壓力31.30MPa，爐膛內(nèi)溫度800~1000℃，如此高的內(nèi)外溫度和壓力，如此薄的壁厚，稍有割傷就會造成水壓泄露和整套啟動的時候爆管。在施工現(xiàn)場，無法像工廠一樣機(jī)器切割，只能安排工人用氧乙炔火焰切割。有時對完口的拼縫在沒有打磨掉切割的氧化物的情況下，就被直接焊接起來。

2受熱面鰭片切割工藝

現(xiàn)場采用手工氧乙炔切割的方法，反應(yīng)的化學(xué)公式如下2C2H2+5O2→4CO2+2H2O（條件點(diǎn)燃）.首先應(yīng)該保證切割工藝，盡量在地面完成，操作工在眼鏡手套等保護(hù)措施齊全的情況下，正對切割拼縫，一手握在割刀一頭，一手抓在割刀中間，便于細(xì)微控制割刀的移動，切割工藝的工序：預(yù)熱—穿孔—引入線—引出線—熄火，現(xiàn)場切割厚度為6~8mm厚，選用1號割嘴，切割速度控制在550mm/min，乙炔壓力大于0.03MPA，預(yù)熱氧氣壓力控制在0.3~0.5MPa，切割氧氣壓力控制在0.7~0.8MPa[1]。首先將鰭片局部待切割處預(yù)熱到燃燒溫度（約1150℃），然后打開高壓切割氧，使金屬劇烈燃燒。燃燒后生成熔渣和熱量，熔渣被切割高壓氧氣流吹走，而燃燒產(chǎn)生的熱量和氧乙炔火焰的熱量混在一起，將后面的金屬預(yù)熱到燃燒點(diǎn)，這一過程持續(xù)下去，就是火焰切割的原理。切割前用石膏筆劃線，選用高純氧乙炔，保持割嘴和待切割件垂直，會使成型精細(xì)。

3焊接熱變形控制

切割完的拼縫在組合安裝完成后，需要用沙磨耐心的打磨飛濺和氧化鐵，然后焊接起來。在焊口位置，需要加密封塊的地方，安裝焊接時，采用分散跳焊，即每隔1根管子（也可以采用隔2根管子焊接1根的方法）安裝焊接密封塊，待焊接完畢后再安裝它們之間的密封塊，以防止焊接熱變型。在焊接過程中，筆者采用以下方法來控制變形。

1、鈦合金焊接工藝

1.1焊接材料

鈦合金焊接一般使用成分與母材相同的焊絲，有時為了提高接頭的韌性，在焊接接頭強(qiáng)度方面降低要求，應(yīng)當(dāng)選擇低于母材強(qiáng)度的焊絲。通常將在真空有條件下經(jīng)過退火處理TA1～TA6和TC3等焊絲用做鈦合金焊接，如果以上提到的焊絲無法供應(yīng)時，可將母材剪切成窄條作為焊絲。

1.2焊前清理

鈦合金的焊前清理工作非常重要，通常因?yàn)楦街畚飼l(fā)氣孔和夾雜雜質(zhì)等問題影響焊絲焊接后焊縫的抗腐蝕性和強(qiáng)度，因而鈦合金在焊接前必須進(jìn)行清理。表面處理的常見方法為物理處理和化學(xué)處理法，物理處理主要包括表面污垢通過噴砂噴丸和拋光等方式的處理，化學(xué)處理主要是通過酸堿等化學(xué)物質(zhì)將鈦合金表面的污垢溶解，除去鈦合金表面的氧化物，直至表面為鈦合金基材為止。

1.3常見的鈦合金焊接方法

1斷裂現(xiàn)象觀察

焊縫斷裂的位置都在沿機(jī)架座側(cè)的熔合處，每塊襯板的焊縫斷裂面上均出現(xiàn)有多處整體斷裂前的舊斷裂面和新斷裂面上有不同程度的點(diǎn)狀夾雜物。這與原焊接時的工藝、措施、焊接材料和焊接應(yīng)力有關(guān)。

2焊接性分析

主機(jī)架座超高錳鋼是經(jīng)水韌處理后得到純奧氏體組織，材料具有良好的韌性和綜合性能。當(dāng)超高錳鋼加熱到300℃以上時，原溶解到奧氏體金屬中的碳就會從奧氏體晶粒內(nèi)向晶界析出，并聚集在晶界形成碳化物，破壞了奧氏體組織的完整性；晶界碳化物的聚集會使超高錳鋼脆化，力學(xué)性能大幅度下降，還可導(dǎo)致超高錳鋼熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋。所以焊接時，需采取冷焊工藝，控制熱輸入量等，使超高錳鋼基體在焊接過程中保持較低溫度，減少基體在300℃以上停留時間。超高錳鋼的線膨脹系數(shù)為純鐵的1.5倍，是碳素鋼的2倍。體積收縮率和線收縮率較大，焊接過程中容易出現(xiàn)應(yīng)力和裂紋。焊接時應(yīng)減少熱輸入量和采取降低應(yīng)力等措施。ZCuAl9Mn2鋁青銅焊接時的主要問題是鋁的氧化，生成致密而難熔的AlO薄膜覆蓋在熔滴23和熔池的表面，易在焊縫中產(chǎn)生夾渣、氣孔和未熔合等缺陷。因此，焊前應(yīng)清除表面氧化物，焊接過程中宜快速冷卻，降低在較高溫度的停留時間，防止鋁的氧化。因鋁青銅的熱導(dǎo)率λ=64w（m•k）比純銅和黃銅低，并且有較窄的結(jié)晶區(qū)間，焊接時可以不采取預(yù)熱措施。超高錳鋼與鋁青銅焊接時，如選擇鋁青銅焊接材料，液態(tài)銅對近縫區(qū)鋼的晶界有較強(qiáng)的滲透作用，在拉應(yīng)力作用下單相奧氏體的超高錳鋼容易產(chǎn)生滲透裂紋。防止措施：選擇合適的焊接材料或堆焊過渡層等。

3焊接材料的選擇

鋁青銅焊接時，相匹配的焊條是T237。但它與超高錳鋼在一起焊接時，在超高錳鋼側(cè)的近縫區(qū)有產(chǎn)生滲透裂紋的傾向，不能直接使用焊接。因Ni與Cu能無限互溶，可排除Cu的有害作用，當(dāng)Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于16%時的焊縫在碳鋼上不會產(chǎn)生滲透裂紋。所以，選擇鎳銅焊條Ni207進(jìn)行過渡層堆焊，可有效地避免滲透裂紋產(chǎn)生。

1新焊接工藝參數(shù)確定

根據(jù)生產(chǎn)車間的焊接設(shè)備及焊接人員的實(shí)際狀況，對其進(jìn)行了補(bǔ)充和改進(jìn)，對焊接材料進(jìn)行了化驗(yàn)分析（各項(xiàng)要求都符合標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)指標(biāo)），并查閱了相關(guān)的焊接方面的經(jīng)驗(yàn)資料，重新確定了冷卻器筒體在不同焊接方法下各種焊材、母材（冷卻器筒體標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品采用Q235B鋼板）以及焊接電流之間的最佳匹配關(guān)系。

1.1當(dāng)采用手弧焊時，確定的焊條直徑與工件板厚、焊條直徑與焊接電流的關(guān)系為：

1.1.1焊條直徑與筒體板厚的關(guān)系

焊條直徑一般根據(jù)工件板厚選擇，開坡口的多層焊的第一層及非平焊位置焊接應(yīng)采用直徑較小的焊條。采用手弧焊時，焊條直徑與板厚的關(guān)系，如表1所示。

1.1.2焊條直徑與焊接電流的關(guān)系

1.門角焊接過程中存在的問題

第一，門角焊縫的設(shè)計性能等級高，但是其結(jié)構(gòu)形式不僅使得門角焊縫處應(yīng)力集中，而且存在交叉焊縫，焊接過程中由于過大的應(yīng)力集中，容易出現(xiàn)焊接裂紋，嚴(yán)重降低焊縫質(zhì)量。第二，門角焊縫為HV坡口形式，55°的坡口，坡口清理工作困難，打底焊時如果清理不干凈，很容易產(chǎn)生未焊透和未熔合缺陷。上門角與車頂邊梁的焊縫為PD（仰角焊）焊接位置，焊工操作難度大，焊接質(zhì)量難以保證；下門角與底架邊梁內(nèi)側(cè)焊縫焊接時，焊縫在地板平面上，焊工蹲在地板上焊接，難以觀察焊接熔池，這些因素都增加了焊縫缺陷的產(chǎn)生。第三，門角設(shè)計結(jié)構(gòu)復(fù)雜，焊縫存在90°拐角，由于坡口深度較大，導(dǎo)致焊縫金屬在拐角處難以填滿，需要點(diǎn)焊添加焊縫金屬，使得焊縫表面成形不美觀，同時容易產(chǎn)生焊瘤、裂紋等缺陷。

2.門角焊接工藝制定

（1）門角焊接環(huán)境要求

鋁合金材料焊接過程中，要求環(huán)境溫度≥10℃，相對濕度≤60%，而且應(yīng)在防風(fēng)、防雨的室內(nèi)進(jìn)行焊接。門角是車體結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，它的焊接質(zhì)量關(guān)系到整車的焊接性能，應(yīng)盡量在滿足條件的環(huán)境中焊接。在門角焊接時，應(yīng)特別注意濕度的影響，每次焊接前測量環(huán)境的相對濕度，如果濕度值超出焊接要求，應(yīng)進(jìn)行焊前的工作試件試驗(yàn)，經(jīng)過檢測合格，確定濕度對焊縫質(zhì)量的影響在可以接受的范圍內(nèi)時，再進(jìn)行門角的焊接。

（2）門角焊縫坡口準(zhǔn)備及清理