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(guó)外公司負(fù)責(zé)，其余兩項(xiàng)由國(guó)內(nèi)制造商和施工單位承包，閘門制造多由國(guó)內(nèi)知名船廠承擔(dān)，具焊接工藝比較成熟，相對(duì)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(jí)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)，如何提高效率，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（最厚達(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(duì)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(duì)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(jí)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)用最多的鋼種，一般焊縫按等強(qiáng)設(shè)計(jì)，此鋼種國(guó)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(duì)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(cè)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(duì)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最好的。

　　對(duì)這二種鋼特別是610U2應(yīng)首選氣保焊，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，而氣保焊最大的特點(diǎn)是低H焊、易控制熱輸入，例如測(cè)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，C02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(duì)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�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(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、高效，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(guó)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。

　　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(guó)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首選方法。這不僅因?yàn)樗�比手工焊的效率最少高一倍以上，而且它最易保證高強(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(duì)這樣一項(xiàng)跨世紀(jì)工程來說，仍需作到萬無一失。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（最多的針狀鐵素體，最少的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。

　　低C調(diào)質(zhì)鋼特別是CP鋼，含C量極低，熱影響區(qū)只能形成低C馬氏體、巳由于Ms點(diǎn)較高，能產(chǎn)生自回火，所以冷裂傾向不大，又由于含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(shí)心或藥芯氣保焊均可保證焊接質(zhì)量�？梢钥闯觯�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(yīng)該說是最合適的方法，因?yàn)樗鼰崃考�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于手工焊，焊接變形小，不易引起應(yīng)力集中和矯正工時(shí)，但是為什么至今在部分單位得不到認(rèn)同呢？其原因首先是方法本身的局限性：氣保焊有惰性氣體非熔化極（T1G）、CO2氣體實(shí)心焊絲和藥芯焊絲、氧化性混合氣體實(shí)心和藥芯焊絲幾種。除TIG外均可用于此二種鋼，與手工焊和埋弧焊相比，實(shí)心焊絲保護(hù)焊不是氣渣聯(lián)合保護(hù)，在調(diào)整成分方面主要通過焊絲。在冶金反應(yīng)方面單—，所以為保證質(zhì)量，冶煉專用配套焊絲很重要；另外，由于氣體起保護(hù)作用并參與熱反應(yīng)，有許多優(yōu)點(diǎn)（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(diǎn)（如增C，形成氣孔），所以，在焊接碳素結(jié)構(gòu)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性能，特別是韌性。除氣保焊本身局限性外，我國(guó)配套焊絲極不完善（H08Mn2Si和H08Ma2SiA），這就是許多部門采用氣保焊后不能達(dá)到希望的焊縫性能的原因。特別是在焊接低C調(diào)質(zhì)鋼時(shí)，需要針對(duì)鋼種選用合適的焊絲。加之選擇工藝程序不合理，設(shè)備使用不當(dāng)，氣體選用處理不當(dāng)，工人又都是手工焊轉(zhuǎn)行，自然推廣氣保焊就有一定阻力。

　　5關(guān)于韌性

　　對(duì)韌性的擔(dān)心源于焊接接頭的低應(yīng)力破壞，而低應(yīng)力破壞的原因，是材料在一定溫度下的塑脆轉(zhuǎn)變和接頭存在的缺陷擴(kuò)張?jiān)斐傻�，因此從質(zhì)量保證體系上分別用沖擊韌性和斷裂韌性指標(biāo)來控制以上兩種原因所引起的脆性破壞。

　　雖然過去發(fā)生的脆斷實(shí)例均是在有缺陷的情況下產(chǎn)生的，但是接頭中微小缺陷難于檢測(cè)，而且斷裂韌性的實(shí)驗(yàn)過于復(fù)雜，所以一般結(jié)構(gòu)均以控制沖擊韌性指標(biāo)為主，但沖擊韌性指標(biāo)是材料塑性和強(qiáng)度的綜合指標(biāo)，塑脆轉(zhuǎn)變溫度又是一個(gè)范例，所以它不能單一成比例的反映其塑性。

　　材料沖擊韌性指標(biāo)的確定過程（例如碳素鋼的常溫為27J，低合金鋼-20℃及-30℃為47J），是以分析過去脆斷實(shí)例和有關(guān)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)且有一定裕量，所以在滿足指標(biāo)要求又不存在可檢缺陷時(shí)，一般不會(huì)發(fā)生脆斷事件，對(duì)重要結(jié)構(gòu)還應(yīng)做斷裂韌性實(shí)驗(yàn)。

　　焊接接頭的韌性包括焊縫及近縫區(qū)韌性，近縫區(qū)的韌性主要與近縫區(qū)的脆化有關(guān)，近縫區(qū)脆化原因與晶粒數(shù)、析出相、灰雜物偏析、組織及其變化有關(guān)。所以提高接頭韌性，對(duì)應(yīng)控制焊縫合金化和熱循環(huán)；而對(duì)近縫區(qū)只能合理選擇母材、控制線能量和熱循環(huán)。

　　關(guān)于三峽工程所用兩種鋼的韌性控制問題，16MR焊接在我國(guó)已很有經(jīng)驗(yàn)；對(duì)于610U2鋼，制造廠成分匹配合理和煉鋼技術(shù)高超，CEQ和PCM很低，綜合性能很好，其沖擊韌性在-20℃時(shí)均達(dá)200J以上；在選擇焊材和焊接方法上，三峽的實(shí)踐證明手工焊沖擊韌性最高；但不能因此則認(rèn)為只能用手工焊。

　　根據(jù)以上分析，提高焊縫韌性決定于合金化和冷卻速度（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?yàn)樵趪?guó)內(nèi)手工焊條配套最全，兩者均是氣渣聯(lián)合保護(hù)，但其它方法也都可以保證控制焊縫成分；對(duì)近縫區(qū)，由于母材已定，應(yīng)從焊接工藝上控制線能量及預(yù)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(duì)韌性指標(biāo)的要求應(yīng)科學(xué)而適當(dāng)。

　　從青云和葛洲壩集團(tuán)提供的材料看，實(shí)驗(yàn)雖還不完善，但數(shù)據(jù)也完全說明此結(jié)論（見6.1，6.2內(nèi)容）。無限制提高沖擊韌度裕量不但在經(jīng)濟(jì)上不可取，在保證質(zhì)量方面也無大好處，因?yàn)闆_擊韌度是代表塑性和強(qiáng)度的綜合指標(biāo)，沖擊韌度很高時(shí)，σs會(huì)相應(yīng)提高，斷裂韌性的指標(biāo)-裂紋容限尺寸就會(huì)減小，所以接頭沖擊韌度數(shù)值應(yīng)保證其最低平均值達(dá)到母材的設(shè)計(jì)保證值且有一定裕量即可，不應(yīng)以母材實(shí)測(cè)值為標(biāo)準(zhǔn)。

　　6關(guān)于C02實(shí)心焊絲和藥芯焊絲焊接

　　6.1關(guān)于實(shí)心焊絲的焊接

　　實(shí)心焊絲氣保護(hù)焊應(yīng)是這兩種鋼的首選工藝方法，不僅可在廠房?jī)?nèi)預(yù)制，還應(yīng)用到工地安裝上，但要在工地風(fēng)力允許或解決防風(fēng)措施情況下，上面已闡述了此方法的優(yōu)點(diǎn)，效率是手工焊的2～3倍，低H，特別是脈沖焊，在平均電流較低的情況下達(dá)到大熔深，并能控制熱輸入和全位置焊的成形。

　�、俅朔椒ǖ捻g性不但被過去的實(shí)踐證明，本次葛洲壩集團(tuán)的實(shí)驗(yàn)也證明了接頭具有良好的沖擊韌性。

　　②過去，實(shí)心焊絲CO2保護(hù)焊不被人歡迎的的另一個(gè)原因是這種方法飛濺大，焊縫成型不美觀，設(shè)備復(fù)雜等，但隨著技術(shù)進(jìn)步，隨著對(duì)工藝方法本質(zhì)的認(rèn)識(shí)和設(shè)備不斷改進(jìn)，利用氣保焊工藝方法的特點(diǎn)和設(shè)備配合，可取得更大效益。

　　由于氣保焊的特點(diǎn)，熔滴過渡有短路、大滴、噴射三種方式初期，三種過渡方式只決定于電弧電壓和電流參數(shù)，在短路和大滴過渡時(shí)，熔滴是非軸向過渡，顆粒又大，所以焊接飛濺很大。而對(duì)于CO₂氣體又很難得到細(xì)滴噴射。后來采用了富氬的混合氣體保護(hù)（Ar+20%～25%CO₂或Ar+2%～5à₂），使產(chǎn)生噴射過渡的臨界電流大大下降，焊接時(shí)飛濺極少，無噪音，全位置焊時(shí)易成形。

　　氣保焊的另一個(gè)技術(shù)進(jìn)步就是脈沖焊的應(yīng)用，脈沖焊采用峰值電流和維持電流間斷改變，這對(duì)特殊（橫立仰全位置）焊接有很大好處，而且對(duì)需控制熱輸入的材料以小的熱輸入（小的平均電流）達(dá)到高效高質(zhì)量焊接。初期要得到脈沖焊較難，因?yàn)闅獗：傅碾娏鞔笮�決定于送絲速度，小規(guī)范時(shí)，送絲速度低，為短路過渡，電弧不穩(wěn)，飛濺大，而現(xiàn)在設(shè)備先進(jìn)，特別是逆變技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，使脈沖焊不必以脈動(dòng)送絲取得，且可在任意電流下得到噴射過渡，也可得到頻率范圍很寬的脈沖焊接——即現(xiàn)在幾種混合氣體不必單獨(dú)輸送，氣體廠已混合好，另外焊把已把氣絲電合一，送絲機(jī)經(jīng)中間裝置可長(zhǎng)距離送絲。所以，根據(jù)其效率高，質(zhì)量好，特別是脈沖焊的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)該盡量在工地安裝中應(yīng)用。

　　6.2關(guān)于藥芯焊絲的焊接

　　藥芯焊絲有氣保護(hù)和自保護(hù)兩大類，白保護(hù)主要用于工地安裝和用氣不方便的地方，防風(fēng)能力可達(dá)四級(jí)（21%；Ak-200℃，美國(guó)平均108J、98J、日本平均85J）；南韓焊絲其δ5一般為16%～19%，Ak-20℃平均值TWE811Nil42-49J，TWE911Ni2平均52-67J，但δb（δs）高，δ低，剛滿足要求值也不理想。其實(shí)，葛洲壩集團(tuán)自己的藥芯焊絲的實(shí)驗(yàn)也否認(rèn)了上述資料的結(jié)論。

　　從以上實(shí)驗(yàn)可以得到這樣的結(jié)論：

　　①只要焊材選擇適當(dāng)，氣保護(hù)藥芯焊接完全可以滿足母材的性能要求；

　　②藥芯焊絲制造水平影響焊絲穩(wěn)定性；

　　③接頭的塑性不僅取決于焊材和氣體，而且還取決于線能量和預(yù)熱等工藝參數(shù)。上述試驗(yàn)均為特殊位置，如經(jīng)仔細(xì)研究后確定工藝參數(shù)，其接頭性能可能比上述試驗(yàn)還好。

　　關(guān)于自保護(hù)藥性焊絲能否采用，首先看為什么采用，如果焊低合金高強(qiáng)鋼的重要結(jié)構(gòu)，為保證質(zhì)量必須采用堿性或鈦鈣加Ni的焊絲，其價(jià)格為普通藥芯焊絲的2～3倍，其優(yōu)點(diǎn)僅是防風(fēng)、簡(jiǎn)單，這需要根據(jù)具體情況來定。在我國(guó)大量應(yīng)用自保護(hù)焊絲的石油管道系統(tǒng)，他們?cè)谄�遠(yuǎn)地區(qū)野外施工，用此方法可以保證質(zhì)量（大部分選用美國(guó)林肯203Ni1，其AKV保證值是-30℃達(dá)39-150J）。美國(guó)產(chǎn)品提高韌性的方法是采用鈦鈣渣系加Ni，由于其熔化速度可提高50%以上，價(jià)格雖貴但綜合效益不低于手工焊。

　　目前國(guó)外有多家公司產(chǎn)品，可根據(jù)不同母材、不同焊接位置的不同性能要求進(jìn)行選擇。

　　6.3關(guān)于垂直立縫的氣電焊。

　　厚板的垂直立縫用強(qiáng)迫成型自動(dòng)焊接，效率是手工焊的10倍以上。開始用熔咀電渣焊，后來用實(shí)心焊絲氣保焊，由這兩種方法熱輸入很大，焊縫及熱影響區(qū)晶粒粗大，最后采用專用藥芯焊絲氣保焊，可以氣渣聯(lián)合保護(hù)且用大量滲合金細(xì)化晶粒，使接頭性能大大提高，滿足工作要求，目前研制的自保護(hù)藥芯焊絲亦可滿足要求，例如林肯NR431，熔化效率達(dá)18～30kg/h，焊縫AKV在-20℃達(dá)60-74J。氣電立焊在造船和油罐上大量應(yīng)用，是可選擇的方法之一。

　　7結(jié)論

　　綜上所述，我們認(rèn)為不但在預(yù)制廠應(yīng)推廣實(shí)心焊絲保護(hù)焊，而且在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上推廣藥芯焊絲氣保焊，推廣氣電立焊，在工地安裝立足手工焊的基礎(chǔ)上，推廣氣保護(hù)焊，因?yàn)槿龒{工程時(shí)間還長(zhǎng)，推廣這些方法必將帶來巨大效益，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是：上述觀點(diǎn)僅為現(xiàn)有資料基礎(chǔ)上的一些分析，如果為了某種焊接方法的實(shí)施推廣，必須針對(duì)三峽的具體情況，用充分的實(shí)驗(yàn)作為基礎(chǔ)，別人的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是不能作為基礎(chǔ)的。