焊接材料选用原则

焊接材料选用原则

应根据母材的化学成分、力学性能、焊接性能并结合压力容器的结构特点、使用条件及焊接方法综合考虑选用焊接材料，必要时通过试验确定。

焊缝金属的性能应高于或等于相应母材标准规定值的下限或满足图样规定的技术条件要求。

对各类钢的焊缝金属要求如下：

焊接材料标准或产品样本上所列性能都是焊材熔敷金属(不含母材金属)性能，而焊接接头性能取决于焊缝金属(包括焊；材熔敷金属和母材金属)和焊接工艺，目前没有任一焊接材料在焊接过程中可以作用于焊接接头中的热影响区而改变它的性能，从选用焊接材料来说只能考虑焊缝金属性能，为保证焊接接头性能还需焊接工艺(特别是焊后热处理，线能量)配合。JB/T4709-2000中原则规定“焊缝金属的性能应高于或等于相应母材标准规定值的下限或满足图样规定的技术条件要求”作为选用焊接材料总方针：

JB/T4709-2000将GB 150中的低合金钢按其使用性能分为强度型低合金钢、耐热型低合金钢和低温型低合金钢，这样划分实际上也与它们的焊接特点相适应。

有人认为“通过焊接工艺评定，确定了焊接材料”这种说法是不全面的—例如焊接 16MnR钢，下列焊条都可以通过焊接工艺评定：J506，J507，J507R，J507G，J507RH， J507DF……，但施焊产品使用哪个牌号则要考虑诸多因素，如：①从焊接设备考虑，J506 使用交流焊机，J507使用直流焊机；②从抗裂性考虑，J507RH优于J507；C在容器内部施焊从劳动保护考虑，J507DF(低尘)要优于J507；④从提高效率考虑，铁粉焊条J507Fe优于了507。综合考虑上述因素后才最终确定焊条牌号。

相同钢号相焊的焊缝金属

碳素钢、低合金钢的焊缝金属应保证力学性能，且不应超过母材标准规定的抗拉强度上限。耐热型低合金钢的焊缝金属还应保证化学成分。

高合金钢的焊缝金属应保证力学性能和耐腐蚀性能。

对于压力容器而言，焊接接头的力学性能是基本性能，而对碳素钢和低合金钢而言，焊缝金属强度与母材强度匹配又是压力容器行业和焊接行业的“热点”，研究争论甚多。焊缝金属与母材力学性能匹配应该统一考虑强度匹配、塑性匹配和韧性匹配；对于强度型低合金钢按“等强”原则选用焊接材料，焊接接头可具有足够的韧性储备，而适当“超强”也确实有利于提高接头抗脆断性能。用强度级别为700—800 MPa的高强度钢(HQ70及15MnMoVNRe)作母材，选择不同强度级别焊条焊接，进行落锤试验和深缺口宽板拉伸试验结果表明，焊缝金属过份超强或过份低强，均易促使脆性断裂，接近等强的接头最为理想。焊缝低强在工艺上还可降低预热温度、减少冷裂纹敏感性。

通常都是按熔敷金属名义保证值来选用焊接材料，而熔敷金属实际强度又往往超出名义保证值很多，如再考虑冶金因素或熔合比的作用，实际焊缝金属的强度水乎将远远高出焊接材料熔敷金属的名义保证值。愿望是“低强”匹配，现实可能是“等强”；愿望是“等强”，现实可能是“超强”。必须根据焊缝实际强度水平来分析匹配问题。

焊条、焊剂与碳钢药芯焊丝国家标准和产品样本都没有规定熔敷金属拉伸强度上限，在压力容器用焊材订货技术条件出台前，JB/T4709-2000 规定“焊缝金属应保证力学性能，且不应超过母材标准规定的抗拉强度上限值加30 MPa”。

对于耐热型低合金钢和高合金钢的焊缝金属在保证力学性能前提下还应分别保证化学成分或耐腐蚀性能，“保证”的实际意义对铬钼钢来讲是化学成分，对高合金钢来讲则是耐腐蚀性能“应高于或等于相应母材标准规定值下限或满足图样规定的技术要求”。

对高合金钢的焊缝金属来讲，JB/T4709-2000只提“耐腐蚀性能”而不提“化学成分”，这是因为高合金钢化学成分是保证耐腐蚀性能的，Cr、Ni含量提高时只会对耐腐蚀

性能有利。

不锈钢复合钢基层的焊缝金属应保证力学性能，且不应超过母材标准规定的抗拉强度上限值加30 MPa；复层的焊缝金属应保证耐腐蚀性能，当有力学性能要求时还应保证力学性能。

复层焊缝与基层焊缝以及复层焊缝与基层钢板交界处宜采用过渡焊缝。

不同钢号相焊的焊缝金属

不同强度钢号的碳素钢、低合金钢之间的焊缝金属应保证力学性能，且不应超过强度较高母材标准规定的抗拉强度上限值。

JB/T4709-2000标准中不同强度钢号的碳素钢、低合金钢都为珠光体钢，焊接材料应保证焊缝金属与强度级别较低的母材相匹配。焊后热处理温度若按强度高的母材选用要注意勿使焊缝另一侧母材强度降低过多；若按强度低的母材选用，则应注意防止强度高的母材产生冷裂缝。

奥氏体高合金钢与碳素钢或低合金钢之间的焊缝金属应保证抗裂性能和力学性能。宜采用铬镍含量较奥氏体高合金钢母材高的焊接材料。

奥氏体钢与珠光体钢焊接，由于这两类钢在化学成分、金相组织和力学性能方面相差很大，主要会产生下列三方面问题：

(1)焊缝金属的稀释：往往会使珠光体一侧熔合区附近产生脆性的马氏体组织，若提高焊缝金属中奥氏体形成元素镍含量和控制高温停留时间可以减少其影响。

(2)碳迁移形成扩散层：在珠光体一侧形成脱碳层，奥氏体一侧形成增碳层，可引起降低接头的高温持久强度和塑性。提高奥氏体焊缝的含镍量，利用其石墨化作用阻碍形成碳化物则缩小扩散层。

(3)接头残余应力：主要原因是珠光体钢与奥氏体钢线膨胀系数不同及奥氏体钢导热性差而产生的。

焊接奥氏体钢与珠光体钢宜采用铬镍含量较奥氏体高合金钢母材高的焊接材料，甚至选用线膨胀系数介于珠光体钢与奥氏体钢之间的镍合金焊材，以降低残余应力。 焊接材料应满足图样的技术要求，并按JB 4708规定通过焊接工艺评定。

由于焊条、焊剂国家标准规定不进行弯曲性能试验，焊条、焊剂力学性能试板热处理规范与产品焊后热处理规范不完全相同，与不少钢材相差甚远，规定焊材“按JB 4708通过焊接工艺评定”以确保焊材按压力容器标准通过性能检验，但不要求焊材按炉批号进行焊接工艺评定。

焊接材料熔敷金属硫、磷含量规定应与母材一致，选用GB／T 5118标准规定的焊条，还应符合下列要求：

型号为EX X X X—G的焊条应规定出焊缝金属夏比V型缺口冲击吸收功。

铬钼钢焊条的焊缝金属夏比V型缺口冲击吸收功常温时不应小于3l J箱

用于焊接低温钢的镍钢焊条的焊缝金属夏比v型缺口冲击吸收功在相应低温时应不小于34J。

型号为EX X人X—G的焊条、铬钼钢焊条、低温钢焊条其力学性能试板热处理规范与压力容器用钢材焊后热处理规范相差甚远。GB／T 5113中焊条力学性能试板热处理规范基本上是按焊条强度级别来考虑的。提高热处理温度、延长热处理时间都会降低焊缝金属的抗拉强度，同一型号焊条可能用于多种钢材、多种制造工艺的焊件，焊条国家标准中焊缝金属抗拉强度名义值应适应各种工艺情况，如某焊件经多次焊后热处理，要求焊缝金属抗拉强度仍不低于标准规定值。

结合我国合金体系特点研制的15MnVR、15MnVNR、07MnCrMoVR钢，为防止碳化钒析出，焊后热处理温度都规定低于600C，低温钢焊后热处理温度规定较低。

工艺人员、设计人员应当综合考虑焊条力学性能热处理规范、焊件制造工艺特点(主要是焊后热处理、焊接返修)和钢材特点，选用相应的焊材。对带“G”焊条加上“规定出焊缝金属夏比v型缺口冲击吸收功”，对铬钼钢焊条、焊接低温钢的镍钢焊条，提高了焊缝金属夏比V型缺口冲击功验收指标，以便与钢板要求相适应。