壓力容器設(shè)備中灼镣，除廣泛使用碳鋼功抠、低合金鋼及不銹鋼外，有色金屬如鈦及鈦合

金艺崔、鎳及鎳基合金涣疑、銅及銅合金、鋁及鋁合金的應(yīng)用也日益增多藕壹。由于這些有色金屬

具有不銹鋼所不能比的優(yōu)點(diǎn)诞嗦，所以在一些特殊的重要場合已占有主導(dǎo)地位。

一椿访、鎳基耐蝕合金的焊接

鎳及鎳基合金具有特殊的物理乌企、力學(xué)及耐腐蝕性能，鎳基耐蝕合金在200℃ ~

1090℃范圍內(nèi)能耐各種腐蝕介質(zhì)的侵蝕成玫，同時具有良好的高溫和低溫力學(xué)性能加酵。在

一些苛刻腐蝕條件下是一般不銹鋼無法取代的優(yōu)良材料。純鎳一般在工業(yè)中應(yīng)用較

少哭当，但在鎳中添加入鉻猪腕、銅、鐵钦勘、鉬陋葡、鋁、鈦彻采、鈮腐缤、鎢等元素后，通過固溶強(qiáng)化肛响，不

但改善其力學(xué)性能岭粤，而且可適應(yīng)于各種腐蝕介質(zhì)下侵蝕惜索，使其具有優(yōu)良的耐腐蝕性。

1. 鎳基耐蝕合金的焊接特點(diǎn)

① 易產(chǎn)生焊接熱裂紋

由于鎳基合金為單相奧氏體組織惰衬，所以與不銹鋼相比铡碧，具有高的焊接熱裂紋敏感

性，特別是焊縫易產(chǎn)生多邊化晶間裂紋瘟百。這種裂紋一般為微裂紋织娶，焊后對焊縫進(jìn)行著

色檢查時，短時間都發(fā)現(xiàn)不了掺变，但經(jīng)過一段時間后掐赠，才顯露出來。這說明裂紋非常微

細(xì)帆骗，但有時也能發(fā)展為較寬的宏觀裂紋糯湃。如果在單相奧氏體焊縫中加人固溶強(qiáng)化的

鉬、鎢的席、錳捧擂、鉻、鈮等元素赁至，就可有效地抑制鎳基合金焊縫多邊化結(jié)晶的發(fā)展艾遗，從而

顯著提高抗熱裂紋能力。限制線能量瓣俯，避免采用大線能量焊接也有利于防止熱裂紋的

產(chǎn)生杰标。此時注意，如果線能量過小彩匕，會加速焊縫的凝固結(jié)晶速度腔剂，更易形成多邊化晶

界，在一定應(yīng)力下有助于多邊化裂紋的產(chǎn)生驼仪。

② 液態(tài)金屬流動性差掸犬，焊縫熔深淺

這是鎳基合金的固有特性⌒靼郑靠加大焊接電流不是解決此問題的辦法湾碎，因?yàn)殡娏髟?

加會引起裂紋和氣孔，降低接頭的耐蝕性能奠货，所以為了獲得良好的焊縫成形介褥，應(yīng)采用

小擺動工藝，另外要加大坡口角度仇味，減小坡口鈍邊呻顽。

2. 鎳基耐蝕合金的焊接要點(diǎn)

鎳基合金一般可采用與奧氏體不銹鋼相同的焊接方法進(jìn)行焊接去谈。這里就最常用的

鎢極氣體保護(hù)焊和焊條電弧焊進(jìn)行論述区为。無論是何種焊接方法喇纬，焊前一定要徹底清理

焊區(qū)表面，鎳基合金對污染物的危害極為敏感嫂衅，母材應(yīng)盡可能在固溶狀態(tài)下焊接凯书。

① 鎢極氣體保護(hù)焊是應(yīng)用最廣泛的，幾乎適合于任何一種可熔焊的鎳基合金灌龄，

特別適合于薄件和小截面構(gòu)件咬恨。保護(hù)氣體最常用的是氬氣，它成本低文鸽，密度大邀漩，保護(hù)

效果好。氬氣中加5％氫氣纹词，有還原作用绿踱，一般只用于第一層焊道和單道焊，多層焊

的其余焊道可能要產(chǎn)生氣孔残匈。氦氣保護(hù)焊應(yīng)用較少菲藏，但有如下特點(diǎn)，氦氣導(dǎo)熱大胆萧，向

熔池線能量比較大庆揩，能提高焊接速度，減少了氣孔的可能性跌穗，但氦弧焊订晌，電流小于

60A時，電弧不穩(wěn)定瞻离。

鎢極氣體保護(hù)焊焊一般使用直流正接腾仅，采用高頻引弧以及電流衰減的收弧技術(shù)。

在保證焊透的條件下套利，應(yīng)采用較小的焊接線能量推励，多層焊時應(yīng)控制層間溫度，焊接析

出強(qiáng)化合金及熱裂紋敏感性大的合金時肉迫，更要注意控制層間溫度验辞。弧長盡量短喊衫，薄件

焊接時焊槍可不作擺動跌造，但厚板多層焊時，為使熔敷金屬與母材及前道焊縫充分熔

合湘搀，焊槍仍可適當(dāng)?shù)臄[動尾丑。為保證單面焊完全焊透需要用帶凹形槽的銅襯墊，通以保

護(hù)氣體進(jìn)行反面保護(hù)渐仓。為加強(qiáng)焊接區(qū)的保護(hù)效果熔淘，也可在焊嘴后側(cè)加一輔助輸入保護(hù)

氣體的拖罩榨未。

② 使用焊條電弧焊時焊接鎳基合金時，由于焊條含合金元素多饼痘，且要求防止熱裂

紋收谭，一般鎳基合金焊條的藥皮類型為堿性藥皮，采用直流反接全僧。為了防止合金元素的

燒損和控制線能量旧败，焊接時要求盡可能采用小規(guī)范，與同規(guī)格的不銹鋼焊條相比公杰，電

流可降低20％ ~ 30％暮孕。由于液態(tài)金屬的流動性差，為防止未熔合和氣孔等缺陷许起，一

般要求在焊接過程中適當(dāng)擺動屹堰，但不能過大。在焊縫接口再引弧時街氢，應(yīng)采用反向引弧

技術(shù)扯键，以利調(diào)整接口處焊縫平滑并且能有利于抑制氣孔的發(fā)生。采用逆向收弧珊肃，把弧

坑填滿荣刑，防止弧坑裂紋，必要時要對弧坑進(jìn)行打磨伦乔。

二厉亏、鈦及鈦合金的焊接

鈦及鈦合金具有良好的耐腐蝕性能，在氧化性烈和、中性及有氯離子介質(zhì)中爱只，其耐腐

蝕性優(yōu)于不銹鋼，有時甚至為普通奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti的10倍招刹。工業(yè)純鈦塑性

好恬试，但強(qiáng)度較低，具有良好的低溫性能疯暑，其線膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率都不大牧稳，這都不會給

焊接帶來困難。鈦合金的比強(qiáng)度大盅格，又具有良好的韌性和焊接性闰袒，在航天工業(yè)中應(yīng)用

最為廣泛。鈦及鈦合金在我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中按其退火態(tài)的組織分為α鈦合金鞭碳、β鈦合金和

α+β鈦合金三類悴觅，分別用TA、TB和TC表示。在石化行業(yè)中的壓力容器設(shè)備中轰蜗，牌號

為TA2這種工業(yè)純鈦使用為居多犀掸。

1. 鈦及鈦合金的焊接特點(diǎn)

① 雜質(zhì)元素的沾污引起脆化

鈦是一種活性元素，特別是在焊接高溫下非常容易吸收氮澳银、氫、氧钾植，從而使焊縫

的硬度慨即、強(qiáng)度增加，塑性泛鸟、韌性降低蝠咆，引起脆化。碳也會與鈦形成硬而脆的TiC北滥，易

引起裂紋刚操。因此，鈦及鈦合金焊接時必須進(jìn)行有效的保護(hù)再芋，防止空氣或其他因素的污

染菊霜。因此鈦及鈦合金焊接不能采用氣焊或焊條電弧焊方法進(jìn)行，否則接頭滿足不了焊

接質(zhì)量要求济赎，一般只能采用氬氣保護(hù)或在真空下焊接鉴逞。

② 焊接相變引起的接頭塑性下降

常用的工業(yè)純鈦為α合金，焊接時由于鈦導(dǎo)熱差司训、比熱小构捡、高溫停留時間長、冷

卻速度慢壳猜，易形成粗大結(jié)晶勾徽；若采用加速冷卻，又易產(chǎn)生針狀α組織忿震，也會使塑性下

降斗黍。

③ 產(chǎn)生焊接裂紋

鈦合金焊接時產(chǎn)生的焊接熱裂紋的幾率極小，只有當(dāng)焊絲或母材質(zhì)量不問題時才

可能產(chǎn)生熱裂紋肚浴。由氫引起的冷裂紋是鈦合金焊接時應(yīng)注意防止的坦浦，焊接時熔池和低

溫區(qū)母材中的氫向熱影響區(qū)擴(kuò)散，引起熱影響區(qū)含氫量增加盲并，造成熱影響區(qū)出現(xiàn)延遲

裂紋怔赤。

④ 氣孔

鈦及鈦合金焊接時氣孔是最常見的焊接缺陷。焊絲或母材表面清理不干凈或氬氣

不純都會造成氣孔產(chǎn)生吻悍，因此保護(hù)氣-氬氣純度要求在99.99％ 以上分较，焊絲及工件表

面酸洗、凈水沖洗后烘干。

2. 鈦及鈦合金的鎢極氬弧焊

鈦及鈦合金焊接時采用最多的就是鎢極氬弧焊南垦，對于較厚的工件也可采用熔化極

氬弧焊就考，對于技術(shù)要求嚴(yán)格的航天工業(yè)中一些重要設(shè)備經(jīng)常也采用真空電子束焊接。

① 焊絲的選用跛鸵。焊絲的選用應(yīng)使在正常焊接工藝下的焊縫在焊后狀態(tài)的抗拉強(qiáng)度

不低于母材退火狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值贯卦，焊縫焊后狀態(tài)的塑性和耐蝕性能不低于

退火狀態(tài)下的母材或與母材相當(dāng)，焊接性能良好焙贷，能滿足鈦容器制造和使用的要求撵割。

焊絲中的氮、氧辙芍、碳啡彬、氫、鐵等雜質(zhì)元素的標(biāo)準(zhǔn)含量上限值應(yīng)大大低于母材中雜

質(zhì)元素的標(biāo)準(zhǔn)含量上限值故硅。不允許從所焊母材上裁條充當(dāng)焊絲庶灿，應(yīng)采用JB/T 4745-

2002《鈦制焊接容器》中附錄D中的焊絲用作鈦容器用焊絲。雜質(zhì)元素含量不高于

JB/T 4745-2002中附錄D的其他標(biāo)準(zhǔn)的焊絲也可使用吃衅。

一般情況下可按表根據(jù)所焊母材牌號來選擇相應(yīng)的焊絲牌號往踢，并通過JB/T 4745-

2002中附錄B的焊接工藝評定驗(yàn)證。

不同牌號的鈦材相焊時徘层，一般按耐蝕性能較好和強(qiáng)度級別較低的母材去選擇焊絲材

料菲语。

② 保護(hù)氣體的選用。焊接用氬氣純度不應(yīng)低于99.99％惑灵，露點(diǎn)不應(yīng)高于-50℃山上，且

符合GB 4842-1984的規(guī)定。當(dāng)瓶裝氬氣的壓力低于0.5MPa時不宜使用私舱。

③ 鎢極畦肉。鎢極氬弧焊時推薦采用鈰鎢電極。電極直徑應(yīng)根據(jù)焊接電流大小選

擇菊舅，電極端部應(yīng)為圓錐形礁姿。

鈦及鈦合金氬弧焊時，最關(guān)鍵的是要將焊接高溫區(qū)與空氣隔離開舆滞，為了有效地進(jìn)

行保護(hù)菱区，焊炬噴嘴、拖罩和背面保護(hù)裝置通以適量流量的氬氣是極其重要的服讯。焊縫及

近縫區(qū)顏色是衡量保護(hù)效果的標(biāo)志绎瓣，銀白色、淺黃色表示保護(hù)效果好授灵，深黃色為輕微

氧化堵忌，一般情況下還是允許的扇述，金紫色表示中度氧化，深藍(lán)色表示嚴(yán)重氧化杯道，至于灰

白色是絕對不允許的匪煌，表示焊縫已經(jīng)變質(zhì)，必須報廢重焊党巾。
三萎庭、鋁及鋁合金的焊接

壓力容器中常用純鋁、鋁-錳合金和鋁-鎂合金齿拂。鋁錳合金僅可變形強(qiáng)化驳规，其強(qiáng)度

比純鋁略高，成形工藝及耐蝕性创肥、焊接性好。鋁鎂合金僅可變形強(qiáng)化值朋，其ω(Mg)一般

為0.5 ％ ~ 7.0 ％ 叹侄，與其他鋁合金相比，鋁鎂合金具有中等強(qiáng)度昨登，其延性趾代、焊接性

能、耐蝕性良好丰辣。

鋁在空氣和氧化性水溶液介質(zhì)中撒强，表面產(chǎn)生致密的氧化鋁鈍化膜，因而在氧化性

介質(zhì)中具有良好的耐蝕性滥港。鋁在低溫下與鐵素體鋼不同鸠头，不存在脆性轉(zhuǎn)變，鋁容器的

設(shè)計溫度可達(dá)-269℃换蛔。

1.鋁及鋁合金焊接特點(diǎn)

鋁極易氧化诱价，在常溫空氣中即生成致密的A12O3薄膜，焊接時造成夾渣孽强，氧化鋁

膜還會吸附水分涧俐，焊接時會促使焊縫生成氣孔。焊接時氮妆，對熔化金屬和高溫金屬應(yīng)進(jìn)

行有效的保護(hù)偶村。

鋁的線膨脹系數(shù)約為鋼的2倍，鋁凝固時的體積收縮率也比鋼大得多匹溪，鋁焊接時

熔池容易產(chǎn)生縮孔娶架、縮松、熱裂紋及較高的內(nèi)應(yīng)力玩冷。

鋁及鋁合金液體熔池易吸收氫等氣體代虾，當(dāng)焊后冷卻凝固過程中來不及析出，在焊

縫中形成氣孔。

當(dāng)母材為變形強(qiáng)化或固溶時效強(qiáng)化時棉磨，焊接熱影響區(qū)強(qiáng)度將下降江掩。

2. 焊接方法

鋁及鋁合金適用的方法很多，壓力容器上施焊時乘瓤，經(jīng)常采用鎢極氬弧焊和熔化極

氣體保護(hù)焊环形，這兩種焊接方法熱量比較集中，電弧燃燒穩(wěn)定衙傀，由于采用隋性氣體抬吟，保

護(hù)良好，容易控制雜質(zhì)和水分來源统抬，減少熱裂紋和氣孔的發(fā)生火本，焊縫質(zhì)量優(yōu)良，鎢極

氬弧焊一般用于薄板聪建，熔化極氣體保護(hù)焊用于厚板钙畔。

3. 焊絲材料

選用的焊絲應(yīng)使焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度不低于母材(非熱處理強(qiáng)化鋁為退火狀態(tài)，熱

處理強(qiáng)化鋁為指定值)的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值或指定值槽悼，并使焊縫金屬的塑性和耐蝕

性不低于或接近于母材埂荤，或滿足圖樣要求。

為保證焊縫的耐蝕性页梁，在焊接純鋁時宜用純度與母材相近或純度比母材稍高的焊

絲屁蕾。在焊接鋁鎂合金或鋁錳合金等耐蝕鋁合金時，宜采用含鎂量或含錳量與母材相近

或比母材稍高的焊絲队淳。

焊絲可從GB/T 10858-1989《鋁及鋁合金焊絲》中選取躺潘，也可從化學(xué)成分與變形

鋁及鋁合金相同(符合GB/T 3190-1996《變形鋁及鋁合金化學(xué)成分》)的絲材中選取，

如按(GB/T 3197-2001《焊條用鋁合金線》千雏。

常用的保護(hù)氣體有氬氣和氮?dú)獍右冢錃怏w純度應(yīng)大于99.9％。

由于鈰鎢極化學(xué)穩(wěn)定性好李荚，陰極斑點(diǎn)小灰囤，壓降低，燒損少鸥层，易于引弧锐拟，電弧穩(wěn)定

性好。宜選用鈰鎢極慧邮。

三调限、銅及銅合金的焊接

常用的銅及銅合金有四種：純銅，黃銅误澳，青銅和白銅耻矮。在壓力容器中純銅與黃銅

使用較多秦躯。

純銅是ω(Cu)不低于99.5％ 的工業(yè)純銅，具有良好的導(dǎo)電性裆装、導(dǎo)熱性踱承，良好的常

溫和低溫塑性，以及對海水等的耐腐蝕性哨免，純銅中的雜志如氧茎活、硫、鉍等都不同程度

地降低純銅的優(yōu)良性能琢唾，增加材料的冷脆性和接頭中出現(xiàn)熱裂紋的傾向载荔。黃銅系銅和

鋅組成的二元合金，黃銅與純銅強(qiáng)度采桃、硬度和耐腐蝕能力都高懒熙，且具有一定塑性，能

很好承受熱加工和冷加工脂壁，ω(Zn)在< 30％ ~ 40％ 的黃銅具有α相與少量的β相囤乎，因

而提高了強(qiáng)度、塑性笆滓、耐蝕性槽顶、但對焊接性不利篙绎。

1. 銅及銅合金焊接特點(diǎn)

銅及銅合金導(dǎo)熱率高初肥，線脹系數(shù)和收縮率大，當(dāng)焊接線能量不足時亿隔，則容易產(chǎn)生

未熔合午螺、未焊透，焊后變形也較嚴(yán)重乃蔬，外觀成形差跷它。焊接時，銅能與其中雜質(zhì)生成多

種低熔點(diǎn)共晶刁夺，在焊接應(yīng)力作用下產(chǎn)生熱裂紋唾诺，雜質(zhì)中以氧的危害性最大。

熔焊銅及銅合金時途凫，由于溶解的氫和氧化還原反應(yīng)引起氣孔垢夹，幾乎分布在焊縫的

各個部位。同時维费，由于晶粒嚴(yán)重長大果元，雜質(zhì)和合金元素的摻人，有用合金元素的氧

化犀盟、蒸發(fā)而晒，使焊接接頭性能發(fā)生很大的變化蝇狼。

2. 焊接方法

焊接銅及銅合金需要大功率、高能束的熔焊熱源倡怎，熱效率越高迅耘，能量越集中愈有

利，不同厚度的材料對于不同焊接方法有其適應(yīng)性诈胜，薄板焊接以鎢極氬弧焊豹障、焊條電

弧焊和氣焊為好，中板以熔化極氣體保護(hù)焊和電子束焊較合適焦匈，厚板則建議使用埋弧

焊称侣、MIG焊和電渣焊。

3. 焊接材料

① 焊條

焊條電弧焊用焊條分為純銅淳胆、青銅兩類赁挚，由于黃銅中的鋅容易蒸發(fā)，因而極少采

用焊條電弧焊螃方。純銅焊條型號ECu為低氫型藥皮照腐，用于焊接脫氧或無氧銅結(jié)構(gòu)件，在

大氣及海水中具有良好的耐腐蝕性担灭。

② 埋弧焊用焊絲與焊劑

埋弧焊的特點(diǎn)是電熱效率高贿册，對熔池的保護(hù)效果好。大寓综、中厚度銅焊件的焊接工

藝與鋼基本相同睦忘，可選用高硅高錳焊劑HJ431，但可能發(fā)生合金元素向焊縫過渡耿堕，對

接頭性能要求高的焊件宜選用HJ260砖啄、HJ150。焊絲則選用純銅焊絲味廊、青銅焊絲蒸甜、焊

接純銅和黃銅。

③ 氣體保護(hù)焊用焊絲

銅薄板和中板焊接余佛，使用氣保焊逐漸取代氣焊柠新、焊條電弧焊，電極一般采用釷鎢

極(EWTh-2)辉巡。焊接純銅恨憎，一般選用含有ω(Si) 0.5％，ω(P) 0.15％或ω(Ti) 0.3％ ~

0.5％脫氧劑的無氧銅焊絲红氯，如HSCu框咙。焊接普通黃銅，采用無氧銅加脫氧劑的錫青銅

焊絲痢甘，如HSCuSn喇嘱。對高強(qiáng)度黃銅則采用青銅加脫氧劑的硅青銅焊絲或鋁青銅焊絲茉贡，

如：HSCuAl、HSCuSi等者铜。

保護(hù)氣體則選用氬氣(Ar)或Ar+He(Ar+He混合比50/50或30/70)腔丧，采用Ar+He混合

氣體的最大優(yōu)點(diǎn)是可以改善焊縫金屬的潤濕性，提高焊接質(zhì)量绵颅。由于氦氣保護(hù)時輸入

熱量比氬氣保護(hù)時大曹胚，故可降低預(yù)熱溫度。

4. 焊接工藝

① 焊前要預(yù)熱或在焊接過程中采取同步加熱的措施忙体。

② 嚴(yán)格限制銅中的雜質(zhì)含量济谢，通過焊絲加人硅、錳怨级、磷等合金元素情腥，增加對焊

縫的脫氧能力，選用能獲得α+β組織的焊絲等措施防止焊接接頭裂紋與減少氣孔钮核。

③ 控制焊后冷卻速度辰张，防止焊接變形。

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