各种常用材料焊接的焊接材料选择原则

各种常用材料焊接的焊接材料选择原则

为得到高质量的焊接接头，首先要合理选择焊接材料。由于焊接部件在运行中的工况有很大差异，母材的材质性能、成分千差万别，部件的制造工艺错综复杂，因此需要从各方面综合考虑确定对应的焊接材料。选择焊接材料应遵循以下原则：

满足焊接接头使用性能的要求。包括常温、高温短时强度、弯曲性能、

冲击韧性、硬度、化学成分等，以及一些技术标准和设计图纸中对街头性能的特殊要求，诸如持久强度，入编极限、高温抗氧化强度、抗腐蚀性能等。

满足焊接接头制造工艺性能和焊接工艺性能的要求。焊接接头组成的构

件，在制造过程中不可避免要进行各种成型和切削加工，例如冲压、车、刨等，要求焊接接头具有一定的塑性变形能力和切削性能、高温综合性能等。

合理的经济性。在满足上述性能外，应选择价格便宜的焊接材料，降低

制造成本。例如重要部件的低碳钢手工电弧焊时，应优先选择碱性药皮焊条，因为碱性焊条脱硫、脱氧充分，且氢含量低，焊缝金属抗裂性能及冲击韧性性能好。而对于一些非重要不见，可选用酸性焊条，因为酸性焊条仍能满足费重要部件的性能要求，而且工艺性良好，价格便宜，可降低制造成本。

第二节碳素钢、低合金钢焊接材料的选择

碳素钢、低合金钢（包括低合金耐热钢、低合金高强钢）焊接材料的选择，应考虑下列因素：等强性和等韧性原则

承压承载的部件，通常根据材料的拉伸应力进行强度计算，拉伸需用应力与

材料的标准抗拉强度下限值有关，即许用应力

（σ）=σb/nb（各种标准nb的取值同）

（σ）为材料的拉伸许用应力

σb为材料的标准抗拉强度下限值

nb 为安全系数（各种标准nb的取值不同）

所以焊接接头作为部件的一部分，其焊缝抗拉强度应不小于母材标准抗拉强度规定的下限。同时应注意焊接材料熔敷金属的抗拉强度不能大大高于母材的抗拉强度，而导致焊缝塑性性能降低，硬度增大，不利于随后的制造成型。尽管强度计算仅考虑材料的抗拉强度，各种工艺评定标准对焊缝的屈服强度均无要求，但选择焊接材料时也应考虑焊接材料熔敷金属的屈服强度不应低于母材的屈服强度，并注意保证一定的屈强比。当接头在高温运行通常用工作温度（或设计温度）下材料的高温短时抗拉强度规定下限进行需用应力计算即

[σt]= σbt/nb

其中[σt]为材料t温度下，短时抗拉强度规定值下计算的高温许用应力

σbt为材料t温度下，短时抗拉强度规定值下限

或工作温度下材料的持久强度蠕变极限进行许用应力计算

[σDt]= σDt/nD

其中，[σDt]为材料t温度下持久强度计算的许用应力

σDt为材料t温度下的持久强度

nD为安全系数（各种标准的取值不同）

因此，选择高温运行焊接接头的焊接材料时，应考虑其高温短时抗拉强度或持久强度不得低于母材的对应值。一般碳素钢和普通低合金钢选择焊接材料只要考虑焊接材料的考拉强度，可不考虑熔敷金属的化学成分与母材匹配，但对于Cr-Mo耐热钢材料的焊接，选择焊接材料不仅考虑其等强性，还应考虑合金元素的匹配以保证焊接接头的综合性能与母材一致。

在特殊情况下，部件按材料的屈服强度计算许用应力进行设计时，就必须以屈服强度的等强

性为重要考虑因素。

由于部件的运行工况不同，在运行中常常会由于韧性不足而产生脆性破坏，尤其是低温工作的部件或高强度部件更容易发生脆性破坏。所以有关标准对焊接接头的冲击韧性指标提出明确要求。选择焊接材料时应保证焊缝的冲击韧性满足有关标准的要求。然而标准不同对接头冲击韧性的要求也不相同。蒸汽锅炉安全监察规程中规定焊接接头的冲击韧性不得低于母材冲击韧性规定值的下限。当母材没有冲击韧性指数时则不得低于27J。钢制压力容器标准GB150中规定接头冲击韧性值要求按钢最低抗拉强度而确定。对于碳素钢和低合金钢其最低冲击韧性为：

钢材最低抗拉强度≤450MPa时为18J

＞450-515MPa时为20J

＞515-655MPa时为27J

低温容器其冲击韧性值应不低于母材的规定值下限。而ASME法规Ⅷ-1则根据材料的强度级别、厚度、工作温度、设计应力与许用应力之比值来确定接头是否要保证冲击韧性能。如果接头有冲击韧性要求，则又根据材料的强度级别和厚度规定冲击韧性的最低保证值。综上所述，我们选择焊接材料时，应按照产品的设计、制造、检验标准，确定对接头冲击韧性的要求后，选择合适的焊接材料满足标准要求，也就是使用性能的要求。再考虑冲击韧性要求时，应注意结构的设计温度和使用温度。当使用温度等于或者大于常温时，则只要保持接头的常温冲击韧性；如低于常温时，则应保证标准或图纸所规定温度下的冲击韧性值。当然焊接接头的性能不仅与焊接材料有关，而且与具体的焊接工艺有关，所以选择接头的焊接材料是比较复杂的问题。

考虑制造工艺的要求和影响

在部件焊接以后，往往还要经过各种成型加工工序，比如卷、压、弯等，因

此要求焊接接头和母材要有一定的加工变形能力，最主要的是冷变形能力，衡量办法为接头的弯曲试验。很多标准对各种材料焊接接头的弯曲试验要求做了明确规定。《蒸汽锅炉安全技术监察规程》规定：弯曲试验时直径D=3a（a为试件厚度），碳素钢弯曲角度180°合格，低合金钢100°合格。GB150-99钢制压力容器和ASME第Ⅸ篇中规定：任何材料弯曲试验时，弯轴直径D=4a，弯曲角度180°合格。因此选择焊接材料时，应考虑焊缝金属的弯曲性能应满足上述标准要求。

另外，选择焊接材料还应考虑焊后的热过程（诸如焊后退火处理、正火处理、调质等）对焊缝金属性能的影响。应注意到焊后退火热处理，特别是焊后正火热处理，焊缝金属性能发生的较大变化。当焊接件较薄时，焊后不必作消除应力热处理，焊缝金属在焊态下的性能满足有关要求就可以。焊接件壁厚较厚，超过一定界限，按有关制造标准规定应做消除应力退火处理，热处理加热温度和保温时间不同，则性能变化不同。

工程上用Larson-Miller(莱塞-米勒)参数，又称回火参数来讨论消除应力退火的加热温度与保温时间共同对焊缝金属性能的影响，回火参数公式为：

[P]=T(20+logt)×〖10〗^(-3)

其中T为绝对温度，单位为K，t为时间，单位为小时。

一般来说，随着[P]值增大，焊缝金属抗拉强度，屈服强度下降，延伸率上升，冲击韧性时升时降。图1、图2为CMA96、CMA106焊条的熔敷金属回火参数与力学性能之间的关系。因此选择焊后退火处理焊接材料时应考虑该材料的熔敷金属在对应[P]值下的力学性能是否满足有关标准的规定。

特别注意的是，当焊接接头憨厚要经过热冲压、热卷制等加工时，其加热温度达到材料的AC3温度以上，保温一段时间后，在静止空气中冷却，正火过程的冷却速度比焊接过程的冷