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第十章 施工安装 压力管道的现场安装及施工一般涉及到管子及其元件的安装前抽检、管道的预制及机加工、管道的焊接及检查、管道的吹扫及试验、工程验收等内容，除此之外，它还包括现场施工程序编制、现场施工组织、现场施工管理等方面的内容。这些问题是施工技术人员研究的问题。本书仍按既定原则，即仅从设计人员的角度来介绍有关的问题。 在压力管道的现场施工中，焊接占去了大部分的施工工作量，而且它也是全部施工工作中最关键的一个内容，同时也是技术最复杂的工作内容，焊接质量的好坏直接影响到压力管道的安全。因此本章将首先介绍一些有关的焊接基本知识，然后介绍几个常用的施工规范及其应用注意事项，最后介绍设计技术人员应如何配合管道的现场施工。第一节 金属焊接的基本知识（一） 焊接是使两个分离的金属构件借助于原子间的联系和扩散，形成永久结合接头的过程。焊接是实现管道连接最常用的方法之一，它与法兰、螺纹连接相比，具有下列一些特点： a、接头重量轻，可以节省大量的金属材料； b、接头价格便宜。因为采用法兰或螺纹连接时，需要采用经过精密机加工的专用管道元件，成本较高； c、接头强度高，密封性能好； d、为不可拆卸接头； e、现场劳动强度大，且因为焊接过程可能会产生强光或有害气体，需要加强劳动保护。 正因上述原因，管道的连接接头约有90%为焊接，除非管道结构或工艺要求必须为可拆卸或者不能焊接的接头才采用法兰和螺纹连接。 由于这部分的内容较多，考虑章节的均衡问题，故将它分为两节介绍。 一、金属焊接的分类 焊接的分类方法很多，常见的分类方法有以下三种。 （一）按接头型式和用途分类 按接头型式可分为角焊、对焊、点焊、断续焊、塞焊、密封焊等，见图10-1所示。a、角焊 b、对焊 c、点焊 d、断续焊 e、密封焊图10-1 焊接接头型式分类 在压力管道中，小口径薄壁管子及管件常用角焊，详见第五章所述。除小口径管道外，它还经常用于平焊法兰接管、开口补强接头、支吊架连接接头的焊接。根据元件的厚度不同，它又可分为单面焊和双面焊两种。角焊不能采用射线探伤，故其接头强度和焊接质量不易检查。 对焊是管道器材元件连接中应用最多的一种焊接。根据管道元件的厚度不同可分为单面焊、双面焊、带垫板和不带垫板焊接等多种型式。 点焊是在整个接头中仅就几个点进行焊接，常用于装配定位或正式焊接前的定位。 断续焊是在整个接头中分段进行焊接。它常用于某些管道支吊架的焊接，此时只需要强度满足要求即可，而不需要严密性。断续焊可以减少焊缝长度，从而减少焊接工作量，又不容易引起过大的焊接变形。管道及其元件间的焊接是不允许采用断续焊的。 塞焊常用于衬里层与基层的焊接，压力管道中不常用。 密封焊是对管道元件其它连接接头的补充焊接，起二次密封作用。例如，螺纹接头的焊接、阀盖法兰的焊接等。密封焊常采用低熔点材料进行焊接，容易清除掉，不影响原接头的可拆性。 （二）按接头位置分类 按焊接接头与焊接材料（焊条）的相对空间位置不同可分为平焊、立焊、横焊和仰焊等类型。见图图10-2所示。a、平焊 b、立焊 c、横焊 d、仰焊图10-2 焊接接头与焊条的相对空间位置分类 平焊使得焊接人员以比较舒适的姿式工作，因此焊接速度快，生产率高。由于重力的作用，焊缝容易成形，外观好，出现咬边、末焊透、焊瘤等缺陷的机会少，故焊接质量较好。但是，如果焊缝材料分渣不好，易产生夹渣。由于它可以有较多的熔池金属存在，故可以采用较大的焊条直径和焊接电流，故可提高生产率。总起来讲，平焊的焊接质量较好，故在焊接质量评定和现场施工检查中，对平焊和其它型式的焊接要求是不一样的。例如一些施工规范规定，固定焊比转动焊的无损探伤比例大，就是因为转动焊可以均为平焊，而固定焊可能不得不部分采用立焊、横焊或仰焊。 就对焊接人员的姿式影响来说，立焊劣于平焊，但优于仰焊，故焊接人员的工作效率和工作质量介于平焊和仰焊之间。由于重力的作用，熔渣容易从熔池金属中分离出去，不易使焊缝产生夹渣，但此时若熔池金属太多，容易下流而产生焊瘤、咬边等缺陷，焊缝外观质量也不如平焊，故立焊时常采用小直径焊条和小电流焊接。 横焊与立焊的特点基本相似，仅仅是其咬边和焊瘤易出现的位置不同。横焊的咬边容易出现在焊缝的下边沿。 仰焊将使焊接人员以极不舒适的姿式焊接，劳动强度大，劳动条件差，焊接质量也较差，故施工时应尽量减少仰焊的数量。 （三）按焊接方法分类 自从工业焊接方法问世以来，得到了迅猛发展，到目前为止，焊接方法已有近百种之多。在这里仅就压力管道中可能用到焊接方法进行介绍。 压力管道中可能遇到的焊接方法如图103所示。手工电弧焊电弧焊自动埋弧焊半自动埋弧焊气焊二氧化碳气体保护焊熔化焊气体保护焊 惰性气体保护焊压力管道焊接等离子焊锻焊压力焊接触焊高频焊图103 按焊接方法分类 1、熔化焊 利用外部加热使构件连接处熔化，从而实现构件的原子间结合的焊接方法称为熔化焊。它的特点是焊接接头达到完全的冶金结合，接头的机械性能接近或完全达到甚至超过母材，因此它是目前应用较多的一种焊接方法。 常用的熔化焊焊接方法有电弧焊、气体保护焊、等离子焊、气焊等。 a、电弧焊 电弧焊是在电极（通常为与电源连接的焊条或焊丝）和焊件之间造成电弧，并利用电弧产生的热量，将接头处的金属及填充金属熔化，形成永久性接头的焊接方法。它是目前应用最广泛的一种焊接方法。电弧焊具有焊接质量可靠，热影响区小，焊接速度快的特点。 根据操作方式的不同，常用的电弧焊有手工电弧焊、自动埋弧焊、半自动埋弧焊之分。其中，手工电弧焊与自动埋弧焊相比，它们的优缺点见表10-1所示。表10-1 手工电弧焊和自动埋弧焊的特点比较项目手工电弧焊自动埋弧焊操作方式人工夹持填充材料，并沿焊缝接头移动而完成焊接。焊接填充材料通常为带药皮的焊条专用机械夹持焊接填充材料，并通过机械自动运送焊接填充材料，焊接接头也自动前进，焊接填充物通常为焊丝，并通过机械自动输送保护材料生产效率生产效率低，劳动强度大，生产环境差可以采用较大的焊接参数，故生产效率高。由于机械操作，人员只需操作机器，故劳动强度低焊接质量受焊接人员的技术水平、环境等影响，质量不稳定受人为的影响较小，焊接质量稳定，焊缝表面质量较好。由于焊接电流大，不易产生未焊透等缺陷。不存在换焊条问题，为连续完成，故减少了由于这个原因而引起的焊接质量问题焊料及电能的利用较厚件需要开坡口，焊缝金属填充量较大。每根焊条均要留下一截夹持段，造成浪费由于焊接电流大，熔深大，较厚件也可以不开坡口。由于焊缝金属的烧损和飞溅少，故金属损失也较少生产设备设备简单，一次投资低设备复杂，为专用的焊接设备，一次投资高焊接位置不受位置限制，操作比较灵活限用于焊缝形状简单、能实现自动成形的水平焊缝或螺旋焊缝。当焊接构件的尺寸、接头型式等发生变化时，需重新调整机器的有关参数适用场合适用于小批量、接头型式多变的场合，故施工现场一般均采用该方法适用于大批量同一类型接头型式的焊接，常用于钢管厂制造焊接钢管 半自动埋弧焊的特点介于手工和全自动埋弧焊之间。 b、气体保护焊 气体保护焊实际上是电弧焊的一种。对手工电弧焊来说，其熔池金属是通过焊条药皮产生的熔渣来覆盖，以避免与空气的接触。对于自动埋弧焊，它是通过大量的焊剂材料将电弧及熔池金属均覆盖起来以达到隔绝空气的目的。而气体保护焊则是通过非氧化性气体或惰性气体将电弧及溶池金属与空气隔绝，从而达到保护焊缝金属的目的。气体保护焊与前二者相比，具有下列特点：由于没有熔剂，整个焊接过程和熔池情况可见性好，便于操作控制，焊缝表面成形好。而且由于没有熔剂的存在，焊缝的夹渣已不存在。由于保护气体的气流对弧柱有压缩作用，使电弧热量更集中，因此焊缝热影响区减小，焊缝质量较好，构件变形也较小，同时也可节省能源。但焊接过程要消耗大量气体，尤其是制取费用较高的惰性气体（如氩气、氦气），焊接费用较高。压力管道的焊接常用它作为单面焊双面成形的打底焊和盖面焊。 根据所采用的保护气体不同，气体保护焊可分为二氧化碳气体保护焊、氩气气体保护焊（通常也称它为氩弧焊）和氦气气体保护焊等。二氧化碳气体保护焊与氩气、氦气保护焊相比，其最大特点是气体较廉价。但由于二氧化碳在电弧的作用下会被电离而分解出氧和一氧化碳，前者对熔池金属易产生氧化作用，而后者易使焊缝产生气孔等缺陷，故其焊缝质量不如惰性气体保护焊好。 c、等离子焊 等离子焊是利用等离子弧作为热源，将焊接接头的局部金属和填充金属熔化而进行焊接的一种方法。作为等离子焊热源的等离子弧，与一般电弧相比具有以下特点：温度高，通常可达16000K33000K；速度高，可达300m/s100m/s；能量密度大，可达480kw/cm2。这些特点使得等离子焊具有焊缝热影响区小、焊接构件变形小、焊接接头质量好及焊接速度快等优点，它常用来焊接高熔点金属或合金。但等离子焊的设备控制较复杂，设备昂贵，而且由于电离产生的金属气体对人身有害，焊接时需要良好的通风和劳动保护，故它在工程上的应用并不太广泛。 等离子焊不如等离子切割应用广泛。由于等离子弧具有上述特点，故几乎没有不能被它切割的金属，并且其热量集中，具有切割速度快、质量好、热影响区小及构件变形小等优点，故压力管道器材元件的制造和施工中，常用它来切割钢板（尤其是合金钢板）和开设焊接坡口。 d、气焊 气焊是利用可燃气体和助燃气体混合燃烧形成的火焰，将被焊构件的接头局部溶化，并另外填充焊接金属而进行焊接的一种方法。与电弧焊相比，由于火焰的热强度较低，金属加热时间较长，而且加热范围较大，故焊后构件的变形较大。气焊的火焰对熔池金属的保护较差，容易造成熔池金属的氧化，而且易出现气孔、夹渣等缺陷，故其焊缝质量较差。因此，在压力管道现场施工中，这种焊接方法实际上已很少用。但气焊不需要电流，设备简单，适合于野外的施工及修理工作。由于气焊的温度低，不象电弧焊那样容易将较薄构件烧穿，故它以前常用于较薄构件的焊接。但随着氩弧焊等焊接方法的应用，在较薄构件的焊接中，气焊也逐渐被采用细焊丝的氩弧焊所代替。 2、压力焊 利用外部加热，使构件连接处的金属呈塑性或表面熔化状态，同时对构件施加压力，从而实现构件间原子结合的焊接方法称为压力焊。与熔化焊相比，它具有下列特点：焊接时一般不需要太高的温度，故对母材的损伤小。不需要焊条和保护剂或保护气，可以减小焊接成本。但其焊接接头一般情况下冶金结合不完全，焊缝质量较差，尤其是综合机械性能较低，故常用于压力和温度不高尤其温度不高的使用场合。 常用的压力焊接方法有锻焊（炉焊）、接触焊（电阻焊）、高频焊等。 a、锻焊（炉焊） 连续炉焊（锻焊）是在加热炉内对构件进行加热，然后对已成型的边缘采用机械加压方法并使其焊接在一起而形成具有一条直缝的焊接方法。其特点是生产效率高，生产成本低，但焊接接头冶金结合不完全，焊缝质量差，综合机械性能差。石化装置中的水、汽、风管道常为采用该焊接方法制造的焊接钢管。 b、接触焊（电阻焊） 电阻焊是利用强大的电流在通过焊接件的接头处时，利用接头处的电阻产生热量，将接头金属迅速加热到高温，同时施加压力使之焊合。其特点是生产效率高，自动化程度高，焊接时不需要焊条和焊剂，对母材损伤小，焊接变形和残余应力较小。但其焊接设备复杂，价格高，对焊接接头的表面质量要求也比较高。由于接头处难免有杂质存在，所以接头处的塑性和冲击韧性较低，不宜用于高温情况下和重要的场合。 c、高频焊 通过高频感应电流发热，对焊接接头局部加热使表面熔化，然后加压，使构件焊接在一起。其特点与电阻焊近似，常用于制造焊接钢管。 二、电弧焊接过程的金属理论 压力管道及其元件在制造和现场施工过程中，基本上都是采用电弧焊，故下面就以电弧焊为例来介绍有关的焊接理论和焊接技术。 （一）焊接金属及其填充金属的加热特性 一般情况下，将电焊机、焊条和焊接件连接构成一个闭合电路。电路的电压较低，一般为24V左右，而焊接电流较大，一般为50A250A。当焊条与构件接触时，由于接触点的电阻较大，由此产生较大的热量，使接触金属温度升高。如果将焊条离开构件一较小的距离，在电压和高温的作用下，会使焊条与构件间的气体发生电离，从而产生连续而强烈的放电现象。这种因气体介质的电离而产生的连续放电现象就是电弧。 电弧是由一组高温的正负离子和电子组成的。就焊条与构件之间的电弧来说，其各部分的温度是不相同的。以直流电弧为例，阴极区的温度约为2400，长度约为10-4mm，阳极区的温度约为2600，长度约为10-2mm10-3mm，阴极与阳极之间的弧柱区的温度约为60007000。由此可见，对直流电来说，正接（焊条接电源负极，焊件接电源正极）与反接（与正接相反）对焊件的熔化温度是不一样的，对于高强度钢，采用正接可以得到较大的熔深。对于交流电来说，由于其正、负极为交替出现，故不存在正接、反接之说。总起来说，高温的电弧形成了电弧焊的热源。 电弧燃烧时，弧柱便成为高度电离的气体导体，而电弧的两端加有焊接电流和焊接电压，电弧本身又具有电阻。根据电学原理可知，当电阻不变时，电弧发出的热量与其电阻和电流成正比，也就是说，焊接电流越大，电弧产生的热量越多，对焊件金属的熔化就越快，熔深越深。而焊接电压不宜太高，这是因为焊件本身是作为焊接回路的一部分，它又直接暴露于人们可接触的地方，故如果电压太高，会导致人员触电。 由于电弧是被电离的高温气体，又是导体，故在焊接中常出现电弧的偏吹问题，它主要是受环境气流（如大风）或电流磁场的影响所至。电弧的偏吹会使电弧的燃烧不稳定，焊缝成型不规则，或因弧长增长而增加了有害气体侵入的机会，从而导致焊缝质量下降等问题。许多施工规范中都对焊接施工环境的风速进行了规定正是源于这个原因。 （二）焊缝金属的冶金过程 焊件与焊条在电弧的作用下熔化，电弧离开后，熔化的液态金属将结晶凝固。这个熔化凝固过程具有加热温度高，时间短，液态金属少，冷却速度快，并直接与空气接触发生一系列反应等特点。为此，为了补充可能被烧损的金属，常通过焊条或药皮（焊剂）加入一些相应的金属，以保证焊缝金属的性能。由此可以说，焊接的过程，存在着一个冶金反应过程。 焊接过程包括的冶金反应基本上有以下两个方面的反应：其一是液态金属与气体间的反应；其二是液态金属与焊条药皮或焊剂的反应。 1、液态金属与气体间的反应 焊接时，熔池周围充满了各种成分的气体，这些气体主要来自于周围的空气，焊件或焊条中的湿气（水分），焊件表面的铁锈、油脂和油漆受热后蒸发出的气体等。在这些气体中，以氧、氮、氢对焊缝质量的影响最大。 在第九章中已经讲到，氧的存在会造成许多金属元素的烧损。氧与铁形成的氧化铁，不仅使铁元素的量减少，还容易溶入焊缝中形成非金属物夹杂，从而造成焊缝金属性能的下降。氧还能与碳生成一氧化碳气体，使焊缝中出现气孔。为了减少氧的存在，应尽量采用较短的电弧，以避免大量的空气接触熔池金属。焊前应对焊条进行烘干，潮湿或雨雪天不能户外焊接，以避免大量的湿气（H2O）因电离而分解出对焊缝金属有害的氢气和氧气。在焊条药皮或焊剂中加入脱氧剂可以有效地脱除焊缝金属中的氧。 氮的存在会使焊缝的塑性和韧性下降，故对它的存在也应加以控制。焊缝中的氮主要来自于焊缝周围的空气，故焊接时一方面要采用较短的弧长，另一方面要加强溶池熔化金属的保护。 氢的存在会给焊缝带来一系列不利的影响。由于氢在液态金属和固态金属中的溶解度差别较大，故焊缝金属冷却后，过饱和的氢会在晶格缺陷中聚集而还原为氢分子，从而造成局部高压，这个高压会导致晶格缺陷扩展成微裂纹，进而扩展为宏观裂纹。氢是众多合金钢焊缝冷裂纹产生的主要诱因，氢在逸出过程中容易产生气孔，氢分散存在于金属内部时容易造成金属的脆性，等等。由此可见，焊缝金属中的氢必须严加控制。氢的主要来源是潮湿的焊接环境、焊条和焊剂中的水蒸汽，焊件上的油污及油漆在高温下也会析出氢，因此焊接时应严格控制这些影响因素。除此之外，在焊条药皮或焊剂中加入CaF2(即莹石)，它可与氢生成HF而逸出。凡是加入CaF2的焊条称为低氢型焊条。 2、液态金属与焊条药皮或焊剂的反应 在介绍这个反应之前，首先介绍一下焊条药皮或焊剂的作用。总起来讲，焊条药皮或焊剂主要有以下作用：a、焊条药皮或焊剂随金属填充物熔化后（对焊剂是部分熔化），将以熔渣的形式覆盖在焊缝金属表面上，从而保护高温的焊缝金属免遭空气的侵害；b、由于熔渣中存在金属钠、钾、钙等元素的化合物等易电离介质，可以使电弧中的电离条件得到改善，使电弧容易点燃，并稳定燃烧，减少飞溅，保证焊缝成形良好；c、在焊条药皮或焊剂中加入一些特定的物质，可以达到对焊缝金属进行脱氧、脱硫、脱磷的冶金目的；d、通过在焊条药皮或焊剂中有意加入一些特定金属元素，可以补偿焊接过程中的金属烧损。 根据焊条药皮或焊剂的组成不同，可分为碱性焊条（焊剂）、酸性焊条（焊剂）和中性焊条（焊剂）三种。碱性焊条（焊剂）中的主要成分为Na2O、K2O、CaO、MgO、FeO、MnO等；酸性焊条（焊剂）中的主要成分为SiO2、Ti2O、P2O5等；中性焊条（焊剂）的主要成分为Al2O3、Fe2O3、V2O5等。酸性焊条的焊渣呈玻璃状结构，外表发亮，容易形成光滑的焊缝。碱性焊条（焊剂）一般呈结晶状，焊缝成形较差。 不同药皮的焊条或焊剂，在焊缝的冶金反应中的作用是不同的。下面将结合冶金反应的目的来介绍它们的作用。 前面已经讲过，氧的存在会造成许多有用合金元素的烧损，或者易形成夹杂物，故焊条的药皮或焊剂中常加入一些与氧亲合力更高的元素如硅、锰、钛、铝等，并生成不溶于焊缝液态金属的焊渣而排出。从这个角度来说，酸性、碱性、中性焊条或焊剂均能达到该目的。 第三章中已经讲过，硫的存在能与铁生成FeS，并以低熔点的FeS-Fe（熔点为985）或FeS-FeO(熔点为940)共晶存在于晶界上。在高温下，这些共晶物容易引起材料的红脆，降低材料的耐蚀性和材料的强度及塑性，在焊缝中它还容易导致结晶裂纹（热裂纹）的出现。在焊接冶金反应中，往往在焊条药皮或焊剂中加入比铁对硫亲合力更大的锰、钙等元素，焊接时生成难溶于金属溶液而容易溶于熔渣的MnS、CaS，从而达到脱硫的目的。从脱硫的目的来讲，碱性焊条或焊剂更好些。磷在钢中可全部溶于铁素体中，使铁素体难以变形，从而使钢材呈现脆性。它也可能以Fe3P的形式存在，并与铁形成低熔点共晶物分布于晶界上，但Fe3P与FeS不同，前者强度较高，会阻碍晶界的常温变形，故总起来说，磷主要是导致金属材料冷脆的有害元素。焊接冶金反应中脱磷的方法是靠FeO将磷氧化，然后再与CaO、MgO、MnO等生成复杂的磷酸盐，从而达到脱磷目的。脱磷的反应式为： 2P + 5FeO P2O5 + Fe 2Fe3P + 5FeO P2O5 + 11Fe P2O5 + 4CaO 4CaOP2O5 CaOP2O5易溶于熔渣而排走。由此可见，只有碱性焊条才能脱磷，酸性焊条是不能脱磷的。 在焊接过程中，由于蒸发、氧化等原因，会损失一部分有用的合金元素，使焊缝的组织和性能受到影响。为了补偿损失的合金元素，或者为了有意识地去改善焊缝金属的组织和性能，可以在焊条药皮或焊剂中加入相应的元素，使它们在焊缝冶金反应过程中熔入到焊缝金属中，使焊缝的合金成分达到希望的要求。当然，在焊接材料中直接提高可能被烧损的合金元素含量或者有意识加入某些特定的合金元素也能达到该目的。对于气体保护电弧焊，因为不存在焊条药皮或焊剂，故只有通过改善焊接材料（焊丝）的成分来达到这个目的。 （三）焊接接头的组织与性能 焊接接头在经历了一个从熔化到凝固的结晶过程之后，其组织和性能相对于原材料金属已发生了一系列变化，这个变化又直接影响到压力管道的使用性和可靠性。为了便于理解，在介绍焊接接头的组织和性能之前，先介绍几个基本定义。 a、母材：被焊接的管子、管件等原构件称为母材； b、焊接材料：焊丝、裸焊条等填充金属与焊剂和焊条药皮统称为焊接材料； c、熔池：焊接时，被加热熔化的母材和焊接材料处于一个池形固态金属中，这一由固态金属所形成的包围液态金属的池子称为熔池； d、熔合线：熔池与母材的边界线称为熔合线。它实质上也是焊接接头的液态金属与未被熔化的母材金属的交界线。 e、焊缝：熔池内的液态金属凝固后所形成的区域称为焊缝。显而易见，焊缝是被熔合线所包络的一个区域； f、热影响区：熔合线外侧的母材金属，由于受到加热的影响，在靠近熔合线的一段区域内，将经历一次不同程度的热处理，从而使其组织和性能也发生了不同于母材的变化。这样的区域称为热影响区； g、焊接接头：焊缝和其热影响区总称为焊接接头。 由上述的各名词定义中不难看出，焊接接头相对于母材来说，其组织和性能的变化可以分为两部分讨论：其一是发生在焊缝区域内的熔化结晶变化；其二是发生在焊缝热影响区内的热处理变化。 1、焊缝金属的组织和性能 焊缝金属在经历了一次熔化结晶过程之后，其组织和性能已完全不同于母材，此时的组织为铸造组织，即为粗大的柱状组织，铸造组织中存在的缺陷它也可能存在（在下面的焊接缺陷部分中将详细介绍）。但有别于铸造组织的地方是，它可以通过焊接材料加入较母材金属更多的合金元素，因此焊接接头的机械性能要比铸造材料高，有时焊缝金属的机械性能能达到甚至超过母材金属。通过改变焊接工艺，可以改变焊缝金属的组织。例如，减少焊接电流，即减少加热热量和熔池体积，使焊缝金属结晶速度加快，获得的焊缝组织就比较细。工程上对厚壁管子、管件的焊接，常采用小电流多层焊的方法，就是基于这样的道理；增大焊接速度，也能使结晶速度加快，获得的组织也比较细；在焊接材料中，有意识地加入一些熔点较高的合金元素，可增加结晶时的晶核数量，从而达到细化晶粒的目的；焊接前的预热会降低结晶速度，对改善组织是不利的，但它有助于防止某些合金焊接时的开裂问题。该问题将在下面讲到。 2、焊缝热影响区金属的组织和性能 焊缝热影响区的金属由于经历了一次热处理过程，故其组织和性能也将发生一系列变化。不难理解，由焊缝到母材的远处，温度是呈梯度分布的。焊缝金属温度最高，从焊缝到母材远处，温度逐渐降低。焊缝热影响区内，由于距焊缝的距离不同，发生的热处理并由此造成的金属组织是不一样的。根据所发生的热处理和金属的组织不同，可将热影响区划分为半熔化区、过热区、正火区、部分相变区、再结晶区和蓝脆区等六个部分。见图10-4所示。 a、半熔化区：它位于焊缝金属与母材的交界处。在焊接过程中，该区域的金属被加热到半熔化状态，金属组织为铸造组织和粗晶组织共存，组织的化学成分和机械性能有较大的不均匀性。因此，该区域金属的机械性能较差，常常是产生裂纹和局部脆性的多发区。该区域较窄（约为0.1mm1mm），有时很难分出，但它对焊接接头性能的影响却是比较大的。 b、过热区：该区域的金属处在AC3以上100200至固相线的温度区间内。即金属处于过热状态，得到的组织相对于母材来说比较粗大，常出现过热组织。该区域金属的性能特点是冲击韧性显著降低，一般可降低25%30%。它也是焊接接头开裂的多发区。影响过热区组织和性能的因素有焊 图104 焊缝热影响区接电流、高温停留时间等。焊接电流过大，过热现象越严重；气焊加热温度虽然较低，但其加热时间较长，故它比电弧焊更容易使焊接接头的过热区恶化。 c、正火区 该区域的金属处于AC3以上100200温度区间内，而且冷却过程中一般为自然冷却，故具有正火热处理的过程特征和条件，得到的组织也为细晶粒的正火组织，其机械性能一般优于母材性能。当然，如果母材原来就为正火组织，此时该区域的组织和性能则基本上不发生变化，或者由于再次被加热而稍有一点负面影响。 d、部分相变区 该区域的金属处于AC1至AC3温度之间。温度接近于AC3的部分，其珠光体和铁素体能全部发生奥氏体转变，冷却时可得到晶粒较细的铁素体和珠光体组织。温度稍高于AC1的部分，一般只能发生珠光体向奥氏体的转变，而由于温度较低，铁素体没能发生奥氏体转变，或者没能完全转变。没能转变的铁素体会长大。因此，部分相变区的组织是一个不均匀的组织，其机械性能较差。同样道理，如果母材本身就是正火组织，则此时只有晶粒长大的机会，故机械性能也会变差。 e、再结晶区 该区域的金属被加热到450至AC1温度区间，处于再结晶的温度范围。当母材有加工变形时，会发生金属的再结晶。当母材为正火组织（即不存在加工变形等问题时）时，不会发生再结晶，并且也没有奥氏体的转变，一般也不会发生晶粒长大现象（因为温度较低，时间又短），故此时该区域的组织没有变化，金属性能也没有改变。 f、兰脆区 该区域的金属被加热到200500温度区间，此时原母材中的少量残余奥氏体可能发生转变而出现马氏体，且有少量的渗碳体从铁素体中析出，并以细小的微粒存在于铁素体中，使材料的强度和硬度略有升高，而塑性和韧性下降，有时甚至在焊接应力的作用下产生裂纹。兰脆区的显微组织基本上同母材组织。 由此可见，上述的六个区都会对母材的组织和（或）性能带来一些变化，而且大多数带来的都是不利影响，因此在焊接过程中，应尽量减少热影响区的宽度，并通过适当的热处理和焊接规范来消除其不利影响。 热影响区的宽度一般是比较窄的，而且一般情况下，显微镜下只能看到过热区、正火区、部分相变区三个区域。以低碳钢为例，在不同焊接方法中各区域的宽度见表10-2所示。表10-2 不同焊接方法的热影响区宽度各焊接热影响区的平均尺寸，mm热影响区总宽，焊接方法过热区正火区部分相变区mm手工电弧焊2.21.62.26.0气焊21.04.02.027埋弧自动焊0.81.20.81.70.72.5 三、焊接接头缺陷 前面已经讲过，焊接接头包括焊缝及其热影响区两部分，热影响区的组织和性能特点已作了详细介绍，也提到了焊缝本身的组织为铸造组织，那么铸造组织常出现的缺陷也容易出现在焊缝中。但焊缝与铸件两者也有不同之处，焊缝本身液态金属少，结晶速度快，故它出现偏析和缩松的可能性和严重性不如铸件。压力管道中的焊缝由于受结构的影响，其焊接变形较难发生，从而容易产生较大的焊接残余应力（结晶速度快同样也是导致焊接应力产生的一个重要原因，下面将详细介绍）。较大的焊接残余应力容易使焊接接头产生裂纹，还容易使材料的耐腐蚀性降低。由于这些差别，有必要将焊缝中经常出现的缺陷及防止方法进行介绍。 （一）焊接残余应力及焊接变形1、焊接残余应力及焊接变形的产生被熔化的焊缝金属，在冷却过程中将会收缩。就压力管道的焊缝来说，焊缝金属的收缩可能以三种型式出现：其一是横向（即沿管道长度方向）收缩，它使管道的结构长度趋于变短，使熔合线金属处于拉应力状态；其二是纵向（即径向）收缩，它使焊缝金属与母材处于受剪应力的状态；其三是角向收缩。当焊缝坡口尺寸上下不一致时，焊缝金属上下的收缩量也不同，从而使焊缝金属承受一个弯曲应力。这些应力的存在都使得压力管道的结构形状趋于发生变化，如果压力管道受结构的限制而不能发生形状或尺寸的变化，那么这些应力便以残余应力的形式存在于焊缝金属中，通常称之为焊接残余应力。由此可见，焊缝的残余应力与焊件的变形是互为影响的，其产生的原因都是由于焊缝的不均匀收缩或收缩受阻引起的。就压力管道的焊缝来说，其横向收缩产生的应力有时是可以避免的，如预制过程中的焊接接头即如此。有些是不可避免的，如已装配和固定好的一条管道的最后一道焊缝即如此；其纵向收缩产生的应力是不可避免的，尤其是当焊缝金属与母材金属的热胀系数差别较大时，产生的应力会很大；其角向收缩产生的应力可以通过改变坡口形状来缓解，尤其是当管子及管件的壁厚较厚时，通过采用X型或U型坡口，可以缓解较大的角向收缩产生的应力。 从微观上来讲，焊接残余应力由以下三部分组成： a、热应力 这是由于焊缝本身各部分收缩量不同或者是由于加热不均匀（局部加热）而产生的应力。前者如焊缝的角向收缩、纵向收缩而产生的应力；后者如由于焊接是移动的，沿焊缝方向的金属先后加热和冷却而造成的应力。它们都是由于焊缝金属各部分的不均匀收缩而产生的，故称为热应力。 b、结晶应力 结晶应力是熔池金属自液态向固态转变时，体积收缩受阻引起的应力。如前面所提到的横向整体收缩受阻引起的应力就是结晶应力。在一般的情况下，当熔池金属结晶时，其周围的固态母材金属还处于高温状态，此时其塑性较好，可以通过它的塑性变形来补偿熔池金属的收缩，因此不会在母材中引起裂纹。如果母材金属塑性较差（如铸铁、铜等），或者母材有严重的偏析，在较大的结晶应力作用下就会引起裂纹。在焊件刚性比较大的情况下也容易引起裂纹。 c、组织应力 组织应力是固态金属发生相变时，体积改变受阻而引起的应力。例如，马氏体的比容比较大，由奥氏体转变成马氏体时，其体积要膨胀。而马氏体的转变温度较低（一般在200左右），此时材料的塑性很低，很难通过塑性变形对其体积膨胀进行补偿，因此将产生较大的组织应力。对于淬硬性较强的金属材料，如果焊后冷却速度较快，很容易出现这样的组织应力。由于马氏体组织性能较脆，在组织应力作用下会引起冷裂纹。 2、焊接残余应力对焊接接头的影响 焊接残余应力的存在会对焊件带来一系列不良影响。前面已经提到，它会使焊件发生变形。因此对于焊后需要进行机加工的管道元件，或者对焊接变形比较敏感的管道元件，均应在机加工前或装配前进行热处理，或者从结构上采取措施。例如，对于DN40的焊接连接合金钢阀门，由于其结构尺寸较小，焊接变形和焊后热处理会影响到其阀座的密封性，故一般要在它的两端各加装150mm长的短管，该短管在制造厂焊好，这样就使得现场的焊缝离阀门较远，从而不致于因焊接或热处理变形而影响到阀门的密封性；焊接残余应力的存在还影响到焊接接头金属的耐腐蚀性能，因为金属在应力的作用下处于不稳定的状态，甚至处于晶格畸变的高能状态，此时更容易遭受腐蚀，特别是应力腐蚀。事实上也证明，大多数应力腐蚀的开裂都是由焊接残余应力或加工残余应力引起的。因此，对于有应力腐蚀破坏潜在危险的压力管道，应进行焊后热处理；对于淬硬性较强的高强度管道元件，或者是大壁厚元件，因前者会产生较大的组织应力，后者会产生较大的热应力（因参于凝固结晶的金属较多），容易导致冷裂纹或热裂纹的产生，故也应进行焊后热处理。 3、焊接残余应力的消除前面已多次提到，进行焊后热处理是消除或缓解焊接残余应力影响的最好途径。根据热处理进行的方式不同，可以分为两种：其一是采用整体高温回火热处理，即将整个焊件（包括焊缝和母材）置于加热炉中进行焊接残余应力的消除。这种方法仅适用于焊件结构尺寸较小的情况，在压力管道中则常用于管道元件在制造过程中的焊接和焊补修理热处理；其二是采用局部高温回火热处理，即仅对焊缝及其附近的母材金属加热到600650左右进行热处理。它是施工现场应用最多的热处理，因为此时进行整体热处理是不现实的。无论是采用整体热处理还是局部热处理，都不能将焊接残余应力全部消除，因为焊后热处理不能改变热应力的大小，而仅对消除组织应力最有效，但它对热应力和结晶应力能起到平衡缓解的作用，即通过金属的再结晶使应力重新分布，降低其峰值。一般情况下，焊后热处理可以消除60%80%的焊接残余应力。除此之外，采用合理的施焊顺序，采用较小的焊接电流和较大的焊接速度，采用焊前预热等措施都有助于减少焊接残余应力。 （二）焊接裂纹 裂纹是最严重的焊接缺陷，对焊接结构的危害性也最大，它不仅会使产品报废，有时甚至会使焊接结构破裂而造成严重的事故。因此，焊接裂纹的产生与否是评定焊缝质量的一个重要指标，也是工程上严格控制的一个缺陷。 按裂纹产生的机理和时间不同，可将焊接裂纹分为热裂纹和冷裂纹两种。 1、热裂纹 热裂纹是在熔池金属结晶过程中产生的，因此又称它为结晶裂纹。因为它发生在高温下，裂纹断面有明显地氧化颜色，故由此可以判别某焊接裂纹是热裂纹还是冷裂纹。热裂纹在金属凝固之后的冷却过程中，在焊接应力的作用下可进一步扩展，乃至危害焊接接头的金属强度。 热裂纹一般发生在结晶过程中金属冷却到固相线附近的温度，此时金属的结晶即将完成，而晶粒之间尚存在着少量的低熔点共晶体的液态薄层尚未凝固。当这些低熔点液态薄层凝固时，因得不到液体金属的补偿，会形成强度很低的疏松组织。由于此时有热应力的存在，疏松组织在热应力的作用下就很容易产生裂纹。由此可见，焊缝中存在低熔点的共晶体是产生热裂纹的内因，而焊接应力则是产生热裂纹的外因。同样道理，如果母材本身也存在低熔点的共晶物，那么在靠近焊缝的高温区，母材中低熔物的强度因受热而急剧降低，在焊接应力的作用下，低熔物会发生断裂而导致母材中的热裂纹产生。 实践证明，碳与硫的含量多少是影响热裂纹产生的主要因素。前文已讲过，硫常与铁形成低熔点共晶物，故它是直接导致热裂纹产生的主要根源。一般情况下，焊接材料中的硫含量应控制在0.03%0.04%以下。采用碱性焊条，对焊缝进行较好的脱硫也是降低热裂纹产生倾向的途径之一。碳含量的增加，将减小硫在金属中的熔解度，使更多的硫集中分布在晶界上，从而促使硫与铁的低熔点共晶物的形成。因此，含碳量越高，焊接接头出现热裂纹的危险性越大。采用焊前预热和合理的焊接顺序等焊接工艺，可缓解热裂纹产生的倾向。 2、冷裂纹 冷裂纹一般发生在组织转变过程中，并具有延迟出现的特点。 导致冷裂纹产生的原因主要有以下两个方面： a、淬火作用引起的冷裂纹 对于容易淬硬的材料，焊接冷却条件下容易产生马氏体组织。从第三章中已经知道，马氏体硬而脆，而且伴随着较大的组织应力，使金属组织处于极不稳定的状态，在复杂焊接应力的作用下，很容易产生冷裂纹。对碳素钢来说，含碳量越大，材料的淬硬性就越大，产生的马氏量就越多，故出现冷裂的危险性就越大。由此可见，含碳量的增加，同时会增加材料焊接冷裂和热裂的危险性，故压力管道的焊接元件中，对于碳素钢材料，一般限制其含碳量不超过0.25%。对于高合金（奥氏体不锈钢除外）来说，由于合金元素的存在，使材料的淬硬性增加，从而导致其产生冷裂纹的危险性增加。对于合金钢，常用碳当量的多少来衡量其产生冷裂纹倾向的大小，详见第三章所述。 b、氢作用引起的冷裂纹 在焊接高温下，一些含氢的化合物会分解出原子氢，使得大量的原子氢溶入熔池金属中。不同的组织，氢溶解量是不同的，奥氏体溶解量较大，铁素体溶解量较小，前者一般是后者的45倍。在焊缝冷却过程中，金属组织将发生由奥氏体向铁素体的转变，同时释放出大量的氢。由于焊缝冷却速度较快，以致大量的氢来不及逸出而残留在焊缝金属中。当材料由奥氏体向铁素体转变时，由于焊缝中心的金属含碳量较低，而焊缝边沿金属含碳量较高，故中心金属首先发生奥氏体转变，此时它的过饱和氢将向母材侧迁移。由于焊缝冷却速度极快，当过饱和的氢迁移的焊缝的熔合线附近时，已没有扩散到母材内的温度能量，故它将在熔合线周围的马氏体组织或材料的微观孔隙内聚集。聚集到马氏体组织内的氢使马氏体更加脆化，在焊接应力的作用下会导致裂纹的产生。聚集到材料微观孔隙内的氢会结合成氢分子，造成局部高压，这个高压产生的应力与焊接应力交互作用的结果也将使金属产生裂纹。这也就说明了为什么冷裂纹容易出现在焊缝边沿的道理。注：焊缝中心的金属多为填充金属，而填充金属一般具有比母材更高的质量，包括其含碳量低，含有害杂质元素 低等。 由此可见，氢的存在是金属材料焊接时产生冷裂的主要根源之一。氢在金属中的扩散速度受温度的影响比较大，也与金属的组织有关。一般情况下，氢在高温下的扩散速度较快，低温下的扩散速度则较慢。氢在铁素体中的扩散速度较快而在珠光体或奥氏体中的扩散速度较慢。对低碳钢来说，由于氢的扩散速度较快（因为它的铁素体含量较高），氢原子很容易逸出金属而跑到大气中，故不易产生冷裂纹。对奥氏体钢来说，由于它溶氢量较大，虽然扩散速度较慢，也不会发生局部聚集而导致冷裂纹的产生。只有在高碳钢或合金钢中，由于它溶氢的能力较小，氢的扩散速度又比较慢，以致它不能在焊缝冷却过程中逸出，故它们很容易产生冷裂纹。由于冷裂纹的产生与氢的扩散有关，而氢的扩散又与时间有关，故冷裂纹往往在焊后一定时间内发生，故又称冷裂纹为延迟裂纹。 减少氢的来源，使氢有机会逸出焊缝金属，避免出现淬硬组织等，都可防止或减少焊接冷裂纹的出现。从减少氢的来源考虑，应采用低氢型焊接材料，焊前严格烘干焊接材料，不要在湿度较大的雨雪天焊接等都可减少焊缝金属中的氢含量；控制焊后冷却速度和多层焊的层间温度，使其不发生或少发生马氏体的转变，既可防止组织脆化，又利于氢的逸出，故有利于防止冷裂纹的出现；焊后进行热处理，可以起到除氢、消脆和消除焊接应力的作用，因此可以防止冷裂纹的产生。工程中进行焊后热处理是防止焊后产生冷裂纹的常用方法。 （三）焊缝的气孔和夹渣 焊缝的气孔和夹渣也是常见的焊接缺陷。它们的存在会降低焊缝金属的致密性，削弱焊缝金属的强度，增加焊缝金属的脆性，降低其耐蚀性。因此，它们也是评定焊缝质量的重要指标。 1、气孔 气孔的产生是多方面的，大致可以归纳为以下几个方面： a、冶金反应方面 前面已经讲到，在焊接冶金反应中，可能会产生多种气体，在这些气体中，除了外界带来的氢、氮等气体外，还有冶金反应生成的一氧化碳，它们都是产生气孔的主要气体。 溶池中的氧和金属中的碳在焊接高温下结合生成一氧化碳，一氧化碳不溶于金属，可以从焊缝金属中逸出。结晶过程中生成的一氧化碳可能来不及逸出金属外，而在晶界处形成气孔。母材或焊接材料的含碳量越高，或焊接过程中脱氧不完全时，容易产生一氧化碳气孔。 前文已讲过，氢气若在焊缝冷却时聚集在材料的微观孔隙内，可还原为氢气。高压的氢气可扩展原来的微观孔隙而成为气孔。氢气形成的气孔与一氧化碳等其它气体形成的气孔性质不同，它可使气孔进一步扩展而成为裂纹。 氮气的影响与氢相似，但焊接过程中由于严格控制了焊缝金属与空气的接触，故焊缝出现氮气气孔的现象较少。 b、药皮和焊剂的物理性能影响 药皮和焊剂在焊接过程中所形成的熔渣覆盖在焊缝金属表面上，以保护高温的焊缝金属不与空气接触而发生化学反应。如果熔渣透气性不好，不利于焊缝中的气体逸出，则容易造成焊缝中气孔的产生。但如果熔渣的透气性太大，容易造成空气的侵入，使熔渣起不到应有的保护作用。 c、焊接工艺方面的影响 如果焊接速度较快，金属的冷却速度也较快，不利于气体的逸出，容易产生气孔。焊接电弧较长时，容易使空气侵入，产生气孔的可能性就越大。焊前对焊条严格烘干，焊件进行预热，清除干净焊件表面的油物、油漆等，都可以减少气孔的生成。 2、夹渣 夹渣是指焊接过程中因来不及浮出而夹在焊缝金属内的熔渣等非金属化合物。一般情况下，它呈块状或条状存在于焊缝金属中。 夹渣产生的原因主要有以下几个方面： a、焊接电流过小，或者焊接速度太快，使焊缝金属冷却速度太快，以致熔渣来不及浮出焊缝金属； b、手工焊接时由于运条不当，以致熔化金属和熔渣混淆在一起； c、多道焊接时，前道焊接时的熔渣清除不干净。 工程上，焊缝的内部夹渣是严格控制的缺陷，常通过无损探伤检验并进行评级。对于高压管道，一般不允许有条状夹渣存在。 （四）其它焊接缺陷 除了上述的几种主要的、也是影响比较大的缺陷之外，焊接中还经常出现下列一些缺陷。这些缺陷对焊接接头的性能都会带来一些不利的影响，因此一般的焊接施工规范中对它们都有具体的限制。 1、外部缺陷 外部缺陷除了前面提到的裂纹、气孔和夹渣外，常见的还有咬边、焊瘤、未焊满、烧穿、焊缝尺寸超差等缺陷。 a、咬边 它是焊件母材沿焊缝边缘在焊接过程中被熔去的沟槽。咬边的存在会减少焊缝金属的有效受力面积，并产生应力集中，对焊缝的强度不利。一般咬边的深度不应超过0.5mm，如果存在较大的咬边，可采用补焊（如果允许的话）进行修理。 b、焊瘤 它是熔化金属流敷在未熔化的母材表面，形成的未熔合的瘤状物。焊瘤的存在容易引起夹渣、未焊透和焊接接头应力集中等问题，使接头强度降低。焊瘤可进行铲除修理。 c、弧坑或未焊满 它是在焊缝边缘或焊缝收尾处因熔化金属未填满焊缝而留下的沟槽或凹坑。弧坑或未焊满对焊接接头性能的影响类似咬边，可采用补焊修理。 d、烧穿或焊漏 它是指熔化金属从焊缝的另一面漏出，甚至烧穿成洞。烧穿或焊漏会严重影响焊接接头的强度和严密性，是不允许存在的缺陷。产生烧穿或焊漏的原因可能是焊接电流过大，电弧停留时间太长或者焊缝装配间隙过大等。e、焊缝尺寸超差它是指焊缝尺寸的过宽或过窄，过高或过低，角焊缝的焊脚高不一致等问题。焊缝尺寸的过大或过小，都会引起应力集中。焊缝过低时还会削弱焊接接头强度，过高时容易增加焊接应力，且浪费焊接材料，故均应进行控制。 2、内部缺陷 内部缺陷除上面提到的裂纹、气孔和夹渣外，经常见到的还有末焊透。末焊透是指焊件母材与熔化金属之间或多层焊的焊层之间存在的局部未熔化。它的存在会削弱焊接接头的强度，并造成应力集中，它是断裂裂纹产生的根源，因此它也是不允许存在的缺陷。产生未焊透的原因可能是焊件表面有油污、锈蚀等污物未除干净，或者焊接电流过小、焊接速度过高，以致热量不够所至。 四、焊接接头的检查与试验 前文已经讲到，焊接接头相对于母材金属来说，发生了一系列组织和性能的变化，而且常常出现各种缺陷。正因为如此，工程中有必要对焊接接头进行相应的检查和试验，以确定它是否满足工程使用要求。 对焊缝采用的检查试验方法有外观检验、无损检验、压力及密封试验、机械性能试验、化学成分分析和金相组织分析等。 1、外观检验 焊缝的外观检查一般以肉眼观察为主，有时也可利用（520）倍的放大镜进行观查。观查的内容主要有焊缝的外部缺陷，如焊缝的尺寸超差、咬边、焊瘤、弧坑、未焊满、烧穿、焊漏、外部气孔和外部裂纹等。在检查之前，应清除掉焊缝表面的熔渣、飞溅等物。值得注意的是，在清除熔渣之前，应观查熔渣的覆盖情况。一般情况下，根据熔渣覆盖的特征，可以粗略地估计该处可能出现的焊缝缺陷。例如，熔渣中有裂纹时，往往预示着焊缝金属也有裂纹存在。另外，在检查外部缺陷时，也可以推测其内部可能存在的缺陷。如焊缝表面出现咬边或焊瘤时，往往预示着焊缝内部可能存在着未焊透或未熔化；焊缝表面有气孔和夹渣时，焊缝内部也可能存在着气孔和夹渣。 当外观检查不能立即判定某些缺陷是不是裂纹时，应作标记，以便用无损探伤方法（如磁粉探伤或渗透探伤）进一步检查确认。 2、无损检查 对于重要的焊接接头，可以采用无损探伤方法对其焊缝的表面缺陷和内部缺陷进行检查。无损检验的应用往往标志着施工费用的增加，故应用时应结合必要性和经济性综合考虑。常用的无损检验方法有射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤、液体渗透探伤等。前两者常用于内部缺陷的检查，后两者则用于外部缺陷的检查。关于各种无损检验方法的特点、应用标准、评定方法已在第九章中做过介绍，有关它们的应用将在本章第三节中结合常用的施工规范进行介绍。 3、压力及密封试验 常用的压力试验为水压强度试验，它可以综合考查焊缝的强度和严密封。一般情况下，试验的压力比较高，对压力管道来说，约为设计压力的1.5倍。 密封性试验的方法很多，常用的有煤油渗透试验、气密试验等方法。 针对焊缝的水压试验和密封性试验在工程上很少单独去做，而常常是与系统的水压试验和气密试验一起做。有关这方面的内容将在本章第三节中介绍。 4、机械性能试验 在现场施工过程中，很少针对焊缝进行机械性能试验（硬度检验除外），也不便进行机械性能试验（因为它是破坏性试验），它常常用在焊接工艺评定上。施工现场一般仅检查焊接接头的硬度，用于判断焊后热处理的效果。 对于新材料、新工艺，在没有获得成熟的焊接工艺和焊接参数之前，都要进行焊接工艺评定。SHJ509石油化工工程焊接工艺评定标准给出了有关焊接工艺评定的具体要求。机械性能检验是工艺评定中的检验项目之一，它包括的内容有拉伸试验、弯曲试验（包括面弯、背弯和侧弯三种）和冲击试验（包括焊缝区冲击试验和热影响区冲击试验两种）。有关的试验方法和试验要求见标准SHJ509和本书第九章。 5、化学成分分析 化学成分分析常于焊接材料的研究中，对于成熟的母材和焊接材料，工程上或焊接工艺评定中是很少进行化学成分分析的，有时偶尔在事故分析中用到，故在此不再进一步介绍。 6、金相组织分析 通过金相组织分析，可以了解焊缝金属中各种夹杂物的数量和分布情况、晶粒的大小及热影区的组织状况等。根据检验分析的结果，可以改进焊接工艺，制定合理的热处理工艺，选择合适的焊接材料等，以期获得较好的焊接接头。事实上，焊接接头的金相分析在工程施工中也很少用，工艺评定中也不包括该项内容。只有对重要的场合，或作为事故分析，当设计技术人员或用户提出时，才做该项分析。思考题：1、什么叫焊接？焊接与其它管道连接方式相比，有什么特点？2、什么叫熔化焊？常用的熔化焊焊接方法有哪些？3、什么叫气焊？什么叫电弧焊？二者相比，各有何优缺点？4、什么叫压力焊？常用的压力焊焊接方法有哪些？各有何特点？5、试述电弧焊接的加热特性？6、金属电弧焊接时有哪些冶金反应？7、什么叫母材？什么叫熔池？什么叫熔合线？什么叫焊缝？什么叫焊缝热影响区？什么叫焊接接头？8、试述电弧焊焊缝的组织和性能特点？9、试述电弧焊焊接热影响区