本文原為高力生教授、潘際鑾院士和閆炳義高階技師(焊接)參加三峽總公司召開的「三峽工程金屬結構焊接專家諮詢會」後的乙個書面意見。編者將其節錄整編成文予以發表，以期對三峽工程金屬結構焊接技術的提高有所裨益。本文已經原作者審閱。
三峽工程目前正在施工的重要結構主要有電站壓力鋼管、水輪機座和船閘門，其中水輪機座的施工工藝質量由國外公司負責，其餘兩項由國內製造商和施工單位承包，閘門製造多由國內知名船廠承擔，具焊接工藝比較成熟，相對船體製造的沒備和工藝已不是什麼難事；由於材料為強度級別較低(q345)的低合金鋼，所以今後的主要問題是工地安裝時，如何提高效率，降低成本。
壓力鋼管的製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，由於材料複雜(上段為16mnr，下段為610u2低合金高強鋼)，板厚度大(最厚達58mm)，特別是管道直徑大(φ12499mm)，安裝位置複雜，因此不同於常規管道的製作和安裝。
此次有幸參加了三峽開發總公司工程建設部組織的「三峽工程金屬結構焊接技術專家諮詢會」，受益匪淺，但由於時間太短，會前對幾個承包單位的工作和試驗資料未及仔細學習，所以有些意見未能允分表達，現對有些觀點加以說明。
1三峽工程壓力鋼管的選材思想和實踐是成功的
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，屬於低碳調質鋼中的焊接無裂紋鋼(cf鋼)，其特點是含碳量低(≤0.09)、總碳當量低(ceq2=0.39%)、裂紋敏感係數低(pcm≤0.
19)。由於在鋼材生產過程中採用新技術，如**餘熱淬火等，在碳當量不大情況下，增加其淬透性，並加入多種微量元素，所以能在保證高強度的同時提高其塑性和韌性(-40℃時其akv>200j甚至達300以上)，增加了在減輕重量情況下得到高質量焊縫的可能性。
2從焊接設計出發，選擇焊材的原則
16mnr是焊接結構應用最多的鋼種，一般焊縫按等強設計，此鋼種國內的焊接材料、焊接方法配套均非常成熟。
關於610u2型別的低碳調質鋼，本來其可焊性也是較好的，但是在焊接時若處理不當，在熔合區的冷裂和影響區的脆化和軟化等缺陷也有發生，在特殊情況下特別是在工地安裝中，對焊接熱輸入和預熱等方面有一定要求。
焊接無裂紋鋼種，採用低h或超低h焊材，在板厚50mm以下或在0℃以上環境均可不預熱。此種鋼冶煉技術優越，其力學指標突出，特別是在屈強比的衝擊效能方面(如本次選用的610u2就是這樣)，但在焊接時，如要求焊縫衝擊效能達到母材要求，這顯然是不合適，焊縫設計其力學指標以工作要求為主，不低於母材力學指標的保證值，再留有適當餘量，而不應該以母材的實測值為標準，有時為了提高焊縫的塑韌性可適當降低焊縫的設計強度指標。實踐證明，低強匹配的焊縫，往往能提高焊縫的韌性和抗裂紋敏感性。
3關於焊接方法
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、氣保護實心焊絲和藥芯焊絲焊，自保護藥芯焊絲等均可選用，應根據施工條件、結構形式、效率與成本核算、焊接質量的水平綜合考慮，選擇原則應為：在好的勞動條件下，低成本地完成高質量的焊縫。
這次論證會上的基本結論是：廠房預製推行自動實心焊絲氣保護焊；工地安裝採用手工焊；研製全位置自動焊裝置。對此結論大多數與會者雖能接收，但還存在某些疑慮。
(1)從保證焊接質量出發，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；能通過焊接裝置控制焊接質量等，具有這些能力的焊接方法是最好的。
對這二種鋼特別是610u2應首選氣保焊，因為低合金高強鋼焊接質量的主要問題是焊接裂紋和熱影響區的脆化和軟化，而氣保焊最大的特點是低h焊、易控制熱輸入，例如測擴散h含量平均值為：手工電弧焊的酸性焊條21.9，鹼性焊條3.
15；co2保護焊1，mag焊0.03，埋弧焊2.17，單位：
ml/100g。
焊接的抗鏽能力實驗：埋弧焊當0.3g/10mm時產生氣孔，而co2焊1g/10mm才產生氣孔。
所以，c02焊是一種低h焊接。另外氣保焊能量密度大，在正常規範下，其熱輸入僅為手工焊的1/2～1/3(特別是脈衝mag焊)而且變形小，這對具有一定熱敏感性的高強鋼極為重要。氣保焊的優點是效率高成本低，因為它的熔化效率高，不用清渣換焊條，坡口小，熔敷金屬少，坡口加工量少。
(2)氣保焊分實心焊絲和藥芯焊絲，它們有一些共同的特點，如熱量集中、高效，也有不同處(見後)。氣保焊已成為焊接碳鋼和低合金高強鋼的主要工藝方法，我國造船工業所用鋼材與三峽的16mnr和610u2基本類似，其熔化極氣體保護所佔比例已達60%以上(其中藥芯焊絲又佔氣保焊50%以上)，其它行業如石化、電力、機械等也基本相同。說明這種焊接方法是金屬結構製造企業的看家方法。
4關於氣保焊的效率和質量
由於氣保焊特別是co2焊有一定侷限性，另一方面推廣氣保焊是個系統工程，從裝置、焊材配套到焊縫設計等，全都要適應新方法。所以推廣時還需制定規程和獎勵制度。
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，但是由於燃弧率不同，弧區介質不同，所以會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。
燃弧率熔敷速度熔敷效率平均熔深手工焊30% 35～50g/min 55% 3mm co2 45%平均90g/min 90～95% 6mm mig/mag>50% 60～140g/min 96～99% 4～6mm 焊芯焊絲》50% 140～200g/min 83～87% 4～6mm
從表中熔敷速度和熔敷效率看，氣保焊單位時間熔敷到焊縫上的金屬量應該比手工焊多兩倍以上。在推廣氣保焊時，實際效率的提高往往達不到理論資料，很重要的原因是焊件坡口型式沒有做相應的改變；另外就是由於氣保焊裝置材料不配套或使用不當，大大增加了輔助時間，從我國船廠統計看，氣保焊每日消耗焊材10～15kg(日本可到50kg)，手工焊6～7kg。
4.2氣保焊的質量
氣保焊不但可用於低合金高強鋼的焊接，而且可以說是焊接的首選方法。這不僅因為它比手工焊的效率最少高一倍以上，而且它最易保證高強鋼的焊接質量。
如在1中所述，選材很好，碳當量和裂紋敏感係數都很小，可焊性良好，這就不需要很多複雜工藝而能保證質量。當然對這樣一項跨世紀工程來說，仍需作到萬無一失。16mnr屬於c-mn系列的熱軋正火鋼，610u2屬於超低碳多元素調質鋼，一般均在焊態下使用。
這兩類鋼焊接接頭質量的主要問題是保證焊縫的高綜合性能，防止影響區的脆化和軟化，保證熔合區和熱影響區不發生裂紋並有一定韌性。由於610u2屬於熱處理強化鋼在焊態下使用，如何同時保證焊縫的綜合性能及熱影響區的韌性，實踐證明雖不是非常困難，但在選擇焊接材料及工藝時應保證焊縫金屬一定的化學成分，選擇合適的線能量與適當的預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(最多的針狀鐵素體，最少的m-a組元)和品粒度。另外還應控制含h量，進一步防止冷裂的發生。
低c調質鋼特別是cp鋼，含c量極低，熱影響區只能形成低c馬氏體、巳由於ms點較高，能產生自回火，所以冷裂傾向不大，又由於含c，s量都低，mn/s大，所以熱裂傾向很小，只要注意工藝的選用，不管是手工焊、埋弧焊，實心或藥芯氣保焊均可保證焊接質量。可以看出，選擇焊材可以保證焊縫成分，但更重要的是選擇合適的工藝。
選用氣保焊焊接上述兩種鋼，應該說是最合適的方法，因為它熱量集中，容易控制熱輸入，又是一種低h焊接法；在允許的同樣線能量下，其焊接效率又大大高於手工焊，焊接變形小，不易引起應力集中和矯正工時，但是為什麼至今在部分單位得不到認同呢?其原因首先是方法本身的侷限性：氣保焊有惰性氣體非熔化極(t1g)、co2氣體實心焊絲和藥芯焊絲、氧化性混合氣體實心和藥芯焊絲幾種。
除tig外均可用於此二種鋼，與手工焊和埋弧焊相比，實心焊絲保護焊不是氣渣聯合保護，在調整成分方面主要通過焊絲。在冶金反應方面單—，所以為保證質量，冶煉專用配套焊絲很重要；另外，由於氣體起保護作用並參與熱反應，有許多優點(如能形成帶電離子和壓縮電弧，電弧能量密度加大，低h)也有其缺點(如增c，形成氣孔)，所以，在焊接碳素結構鋼和熱軋正火低合金鋼常用的焊絲中，降低含c量，加大mn、si含量以保證焊縫的金屬成分和效能，特別是韌性。除氣保焊本身侷限性外，我國配套焊絲極不完善(h08mn2si和h08ma2sia)，這就是許多部門採用氣保焊後不能達到希望的焊縫效能的原因。
特別是在焊接低c調質鋼時，需要針對鋼種選用合適的焊絲。加之選擇工藝程式不合理，裝置使用不當，氣體選用處理不當，工人又都是手工焊轉行，自然推廣氣保焊就有一定阻力。
5關於韌性
對韌性的擔心源於焊接接頭的低應力破壞，而低應力破壞的原因，是材料在一定溫度下的塑脆轉變和接頭存在的缺陷擴張造成的，因此從質量保證體系上分別用衝擊韌性和斷裂韌性指標來控制以上兩種原因所引起的脆性破壞。
雖然過去發生的脆斷例項均是在有缺陷的情況下產生的，但是接頭中微小缺陷難於檢測，而且斷裂韌性的實驗過於複雜，所以一般結構均以控制衝擊韌性指標為主，但衝擊韌性指標是材料塑性和強度的綜合指標，塑脆轉變溫度又是乙個範例，所以它不能單一成比例的反映其塑性。 材料衝擊韌性指標的確定過程(例如碳素鋼的常溫為27j，低合金鋼-20℃及-30℃為47j)，是以分析過去脆斷例項和有關實驗為基礎且有一定裕量，所以在滿足指標要求又不存在可檢缺陷時，一般不會發生脆斷事件，對重要結構還應做斷裂韌性實驗。
焊接接頭的韌性包括焊縫及近縫區韌性，近縫區的韌性主要與近縫區的脆化有關，近縫區脆化原因與晶粒數、析出相、灰雜物偏析、組織及其變化有關。所以提高接頭韌性，對應控制焊縫合金化和熱迴圈；而對近縫區只能合理選擇母材、控制線能量和熱迴圈。
關於三峽工程所用兩種鋼的韌性控制問題，16mr焊接在我國已很有經驗；對於610u2鋼，製造廠成分匹配合理和煉鋼技術高超，ceq和pcm很低，綜合性能很好，其衝擊韌性在-20℃時均達200j以上；在選擇焊材和焊接方法上，三峽的實踐證明手工焊衝擊韌性最高；但不能因此則認為只能用手工焊。
根據以上分析，提高焊縫韌性決定於合金化和冷卻速度(線能量和子熱等)。而合金化靠選擇焊材和保證過渡，因此，手工焊和氣保焊藥芯絲較有利，因為在國內手工焊條配套最全，兩者均是氣渣聯合保護，但其它方法也都可以保證控制焊縫成分；對近縫區，由於母材已定，應從焊接工藝上控制線能量及預熱手段。所以不管上述的那種焊接方法，只要能選擇合適的焊材和焊接工藝，均可保證韌性要求，但對韌性指標的要求應科學而適當。
碳素結構鋼及低合金高強鋼焊接方法選
2 從焊接設計出發，選擇焊材的原則 16mnr是焊接結構應用最多的鋼種，一般焊縫按等強設計，此鋼種國內的焊接材料 焊接方法配套均非常成熟。關於610u2型別的低碳調質鋼，本來其可焊性也是較好的，但是在焊接時若處理不當，在熔合區的冷裂和影響區的脆化和軟化等缺陷也有發生，在特殊情況下特別是在工地安裝中，...
11 3低合金高強度結構鋼的焊接
課題課堂記事教學目標 11 3低合金高強度結構鋼的焊接 課型講授新課 教具分 課時完成 月日節班級 掌握低合金高強度結構鋼的焊接性及焊接工藝要點了解低合金高強度結構鋼的型別及應用 教學重點 教學難點低合金高強度結構鋼的焊接性及焊接工藝要點時間安排 教學內容及步驟 教學提示 點評 記分 組織教學 複習...
6 3低合金結構鋼
使用說明 1 依據學習目標，全體同學積極主動的根據教材內容認真預習並完成導學案，小組長做好監督與檢查，確保每位同學都能認真及時的預習相關知識。2 結合導學案中的問題提示，認真研讀教材，回答相關問題。3 要求每位同學認真預習 研讀課本，找出不明白的問題，用紅筆做好標記。學習目標 1 知識與技能 掌握低...