本文原為高力生教授、潘際鑾院士和閆炳義技師（焊接）參加三峽總公司召開的“三峽工程金屬結(jié)構(gòu)焊接專家咨詢會(huì)”后的一個(gè)書面意見。編者將其節(jié)錄整編成文予以發(fā)表，以期對三峽工程金屬結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)的提高有所裨益。
三峽工程目前正在施工的重要結(jié)構(gòu)主要有電站壓力鋼管、水輪機(jī)座和船閘門，其中水輪機(jī)座的施工工藝質(zhì)量由國外公司負(fù)責(zé)，其余兩項(xiàng)由國內(nèi)制造商和施工單位承包，閘門制造多由國內(nèi)船廠承擔(dān)，具焊接工藝比較成熟，相對船體制造的沒備和工藝已不是什么難事；由于材料為強(qiáng)度級別較低（q345）的低合金鋼，所以今后的主要問題是工地安裝時(shí)，如何提率，降低成本。
壓力鋼管的制作和安裝將成為主要矛盾，工程前期共有壓力鋼管14條，約22500t，由于材料復(fù)雜（上段為16mnr，下段為610u2低合金高強(qiáng)鋼），板厚度大（zui厚達(dá)58mm），特別是管道直徑大（φ12499mm），安裝位置復(fù)雜，因此不同于常規(guī)管道的制作和安裝。
此次有幸參加了三峽開發(fā)總公司工程建設(shè)部組織的“三峽工程金屬結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)專家咨詢會(huì)”，受益匪淺，但由于時(shí)間太短，會(huì)前對幾個(gè)承包單位的工作和試驗(yàn)資料未及仔細(xì)學(xué)習(xí)，所以有些意見未能允分表達(dá)，現(xiàn)對有些觀點(diǎn)加以說明。
1、三峽工程壓力鋼管的選材思想和實(shí)踐是成功的
上段選用16mnr、下段選日本nkk的60kg級的610u2都是可焊性好的鋼種，特別是日本的610u2，屬于低碳調(diào)質(zhì)鋼中的焊接無裂紋鋼（cf鋼），其特點(diǎn)是含碳量低（≤0.09）、總碳當(dāng)量低（ceq2=0.39%）、裂紋敏感系數(shù)低（pcm≤0.19）。由于在鋼材生產(chǎn)過程中采用新技術(shù)，如在線余熱淬火等，在碳當(dāng)量不大情況下，增加其淬透性，并加入多種微量元素，所以能在保證高強(qiáng)度的同時(shí)提高其塑性和韌性（-40℃時(shí)其akv>200j甚至達(dá)300以上），增加了在減輕重量情況下得到高質(zhì)量焊縫的可能性。
2、從焊接設(shè)計(jì)出發(fā)，選擇焊材的原則
16mnr是焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)用zui多的鋼種，一般焊縫按等強(qiáng)設(shè)計(jì)，此鋼種國內(nèi)的焊接材料、焊接方法配套均非常成熟。
關(guān)于610u2類型的低碳調(diào)質(zhì)鋼，本來其可焊性也是較好的，但是在焊接時(shí)若處理不當(dāng)，在熔合區(qū)的冷裂和影響區(qū)的脆化和軟化等缺陷也有發(fā)生，在特殊情況下特別是在工地安裝中，對焊接熱輸入和預(yù)熱等方面有一定要求。
焊接無裂紋鋼種，采用低h或超低h焊材，在板厚50mm以下或在0℃以上環(huán)境均可不預(yù)熱。此種鋼冶煉技術(shù)優(yōu)越，其力學(xué)指標(biāo)突出，特別是在屈強(qiáng)比的沖擊性能方面（如本次選用的610u2就是這樣），但在焊接時(shí)，如要求焊縫沖擊性能達(dá)到母材要求，這顯然是不合適，焊縫設(shè)計(jì)其力學(xué)指標(biāo)以工作要求為主，不低于母材力學(xué)指標(biāo)的保證值，再留有適當(dāng)余量，而不應(yīng)該以母材的實(shí)測值為標(biāo)準(zhǔn)，有時(shí)為了提高焊縫的塑韌性可適當(dāng)降低焊縫的設(shè)計(jì)強(qiáng)度指標(biāo)。實(shí)踐證明，低強(qiáng)匹配的焊縫，往往能提高焊縫的韌性和抗裂紋敏感性。
3、關(guān)于焊接方法
壓力鋼管的主要加工工藝是焊接，原則上，手工電弧焊、埋弧焊、氣保護(hù)實(shí)心焊絲和藥芯焊絲焊，自保護(hù)藥芯焊絲等均可選用，應(yīng)根據(jù)施工條件、結(jié)構(gòu)形式、效率與成本核算、焊接質(zhì)量的水平綜合考慮，選擇原則應(yīng)為：在好的勞動(dòng)條件下，低成本地完成高質(zhì)量的焊縫。
這次論證會(huì)上的基本結(jié)論是：廠房預(yù)制推行自動(dòng)實(shí)心焊絲氣保護(hù)焊；工地安裝采用手工焊；研制全位置自動(dòng)焊設(shè)備。對此結(jié)論大多數(shù)與會(huì)者雖能接收，但還存在某些疑慮。
（1）從保證焊接質(zhì)量出發(fā)，焊接冶金過程完善（如通過滲合金控制焊縫成分和h值含量）；保護(hù)好；焊接熱源能量集中，易控制熱輸入和焊接變形；能通過焊接設(shè)備控制焊接質(zhì)量等，具有這些能力的焊接方法是的。
對這二種鋼特別是610u2應(yīng)氣保焊，因?yàn)榈秃辖鸶邚?qiáng)鋼焊接質(zhì)量的主要問題是焊接裂紋和熱影響區(qū)的脆化和軟化，而氣保焊zui大的特點(diǎn)是低h焊、易控制熱輸入，例如測擴(kuò)散h含量平均值為：手工電弧焊的酸性焊條21.9，堿性焊條3.15；co2保護(hù)焊1，mag焊0.03，埋弧焊2.17，單位：ml/100g。
焊接的抗銹能力實(shí)驗(yàn)：埋弧焊當(dāng)0.3g/10mm時(shí)產(chǎn)生氣孔，而co2焊1g/10mm才產(chǎn)生氣孔。所以，co2焊是一種低h焊接。另外氣保焊能量密度大，在正常規(guī)范下，其熱輸入僅為手工焊的1/2～1/3（特別是脈沖mag焊）而且變形小，這對具有一定熱敏感性的高強(qiáng)鋼極為重要。氣保焊的優(yōu)點(diǎn)是效率高成本低，因?yàn)樗娜刍矢撸挥们逶鼡Q焊條，坡口小，熔敷金屬少，坡口加工量少。
（2）氣保焊分實(shí)心焊絲和藥芯焊絲，它們有一些共同的特點(diǎn)，如熱量集中、，也有不同處（見后）。氣保焊已成為焊接碳鋼和低合金高強(qiáng)鋼的主要工藝方法，我國造船工業(yè)所用鋼材與三峽的16mnr和610u2基本類似，其熔化極氣體保護(hù)所占比例已達(dá)60%以上（其中藥芯焊絲又占?xì)獗：?0%以上），其它行業(yè)如石化、電力、機(jī)械等也基本相同。說明這種焊接方法是金屬結(jié)構(gòu)制造企業(yè)的看家方法。
4、關(guān)于氣保焊的效率和質(zhì)量
由于氣保焊特別是co2焊有一定局限性，另一方面推廣氣保焊是個(gè)系統(tǒng)工程，從設(shè)備、焊材配套到焊縫設(shè)計(jì)等，全都要適應(yīng)新方法。所以推廣時(shí)還需制定規(guī)程和獎(jiǎng)勵(lì)制度。
4.1氣保焊的效率
一種焊接方法的效率，由它的熔深、能量密度、熔化速度、熔敷效率等因素決定，除此以外，被焊工件的坡口型式及其填允量，也直接影響效率。
手工焊和氣保焊熱源雖都是電弧，但是由于燃弧率不同，弧區(qū)介質(zhì)不同，所以會(huì)影響熔深和能量密度，從而使熔化速度，熔敷效率有很大差別。
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燃弧率熔敷速度熔敷效率平均熔深
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手工焊30%35～50g/min55%3mm
co245%平均90g/min90～95%6mm
mig/mag>50%60～140g/min96～99%4～6mm
焊芯焊絲>50%140～200g/min83～87%4～6mm
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從表中熔敷速度和熔敷效率看，氣保焊單位時(shí)間熔敷到焊縫上的金屬量應(yīng)該比手工焊多兩倍以上。在推廣氣保焊時(shí)，實(shí)際效率的提高往往達(dá)不到理論數(shù)據(jù)，很重要的原因是焊件坡口型式?jīng)]有做相應(yīng)的改變；另外就是由于氣保焊設(shè)備材料不配套或使用不當(dāng)，大大增加了輔助時(shí)間，從我國船廠統(tǒng)計(jì)看，氣保焊每日消耗焊材10～15kg（日本可到50kg），手工焊6～7kg。
4.2氣保焊的質(zhì)量
氣保焊不但可用于低合金高強(qiáng)鋼的焊接，而且可以說是焊接的方法。這不僅因?yàn)樗仁止ず傅男蕑ui少高一倍以上，而且它zui易保證高強(qiáng)鋼的焊接質(zhì)量。
如在1中所述，選材很好，碳當(dāng)量和裂紋敏感系數(shù)都很小，可焊性良好，這就不需要很多復(fù)雜工藝而能保證質(zhì)量。當(dāng)然對這樣一項(xiàng)跨世紀(jì)工程來說，仍需作到*。16mnr屬于c-mn系列的熱軋正火鋼，610u2屬于超低碳多元素調(diào)質(zhì)鋼，一般均在焊態(tài)下使用。這兩類鋼焊接接頭質(zhì)量的主要問題是保證焊縫的高綜合性能，防止影響區(qū)的脆化和軟化，保證熔合區(qū)和熱影響區(qū)不發(fā)生裂紋并有一定韌性。由于610u2屬于熱處理強(qiáng)化鋼在焊態(tài)下使用，如何同時(shí)保證焊縫的綜合性能及熱影響區(qū)的韌性，實(shí)踐證明雖不是非常困難，但在選擇焊接材料及工藝時(shí)應(yīng)保證焊縫金屬一定的化學(xué)成分，選擇合適的線能量與適當(dāng)?shù)念A(yù)熱和層間溫度相配合，從而得到合適的t8/5，以保證熱影響在ac1-ac3之間的部分得到合適的組織（zui多的針狀鐵素體，zui少的m-a組元）和品粒度。另外還應(yīng)控制含h量，進(jìn)一步防止冷裂的發(fā)生。（文章來源：中國焊接網(wǎng)）