炉子制造与维修焊接实用参考：七大焊接工艺对比、常用材料（碳钢 / 不锈钢 / 镍基 / 铝 / 铜 / 铸铁 / 钛）焊接参数、焊材与保护气选型、接头设计与焊接位置、碳当量与预热、焊后热处理（PWHT）、常见缺陷诊断与无损检测（NDE）方法。
1. 焊接工艺总览
| 工艺 | AWS 代号 | EN ISO 4063 | 熔敷速度 | 技能要求 | 最适用 |
|---|---|---|---|---|---|
| MIG / MAG | GMAW | 131/135 | 2-8 kg/h | 中 | 车间制造、批量生产 |
| TIG | GTAW | 141 | 0.5-2 kg/h | 高 | 精密件、管道根焊、薄板 |
| 手工焊 | SMAW | 111 | 1-3 kg/h | 中高 | 现场作业、维修、全天候 |
| 气焊 | OAW | 311 | <1 kg/h | 高 | 薄板、钎焊、加热 |
| 药芯焊丝 | FCAW | 136/114 | 3-12 kg/h | 中 | 结构件、造船、现场 |
| 埋弧焊 | SAW | 121 | 10-45 kg/h | 低（自动） | 厚板、压力容器、型材 |
| 激光焊 | LBW | 52 | 不定 | 低（自动） | 汽车、航空、精密 |
2. MIG / MAG（GMAW）
半自动工艺，连续送丝电极 + 保护气。低碳钢、不锈钢与铝结构制造中生产率最高的工艺。
熔滴过渡方式
| 方式 | 电流 | 焊丝 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 短路过渡 | 50-200 A | 0.6-1.0 mm | 低热输入、薄板（1-6mm）、全位置；操作不良有未熔合风险 |
| 粗滴过渡 | 200-280 A | 1.0-1.2 mm | 过渡形态、飞溅大，很少有意使用；仅平/横焊 |
| 喷射过渡 | 250-450 A | 1.0-1.6 mm | 高熔敷、深熔透、飞溅小；仅平/横焊；需富氩气（>80% Ar） |
| 脉冲喷射 | 100-400 A | 0.8-1.6 mm | 热输入受控、全位置、飞溅小；需一元化电源 |
低碳钢典型参数
| 板厚 mm | 焊丝 mm | 电流 A | 电压 V | 送丝 m/min | 焊速 mm/min | 气体 | 过渡方式 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1.0-1.5 | 0.6 | 40-70 | 15-17 | 3-5 | 300-500 | Ar/CO₂ 80/20 | 短路 |
| 1.5-3.0 | 0.8 | 70-120 | 18-21 | 4-7 | 200-400 | Ar/CO₂ 75/25 | 短路 |
| 3.0-6.0 | 1.0 | 120-200 | 22-26 | 6-10 | 150-300 | Ar/CO₂ 75/25 | 短路/喷射 |
| 6.0-12 | 1.0/1.2 | 180-260 | 24-29 | 7-12 | 120-260 | Ar/CO₂ 80/20 | 喷射/脉冲 |
优点：熔敷率高（2-8 kg/h）、易学半自动、短路/脉冲可全位置、低氢（<5 ml/100g）、焊后清理少。局限：室外风敏感、设备比手工焊复杂、窄接头可达性差、现场气瓶物流麻烦。
3. TIG（GTAW）
所有弧焊工艺中质量最高：热控制精确、无飞溅、全位置全材料、管道根焊质量优异。熔敷慢（0.5-2 kg/h）、技能要求高、对污染与风敏感、每米成本高。
钨极类型
| 钨极（色标） | 代号 | 用途 |
|---|---|---|
| 纯钨（绿） | WP | 铝镁交流焊，球端成形好 |
| 铈钨（灰） | WC20 | 直流通用，起弧好、烧损低 |
| 镧钨（黑） | WL10/WL15 | 直流通用，替代钍钨 |
| 钍钨（红） | WT10/WT20 | 直流，传统碳钢/不锈钢首选（有放射性） |
| 锆钨（棕） | WZ8 | 交流铝焊，球端保持好 |
低碳钢典型参数
| 板厚 mm | 焊丝 mm | 电流 A | 电压 V | 焊速 mm/min | 气体 | 极性 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1.0-1.5 | 1.6 | 30-60 | 10-12 | 100-200 | 氩气 | DCEN |
| 1.5-3.0 | 1.6/2.4 | 50-100 | 11-14 | 80-180 | 氩气 | DCEN |
| 3.0-6.0 | 2.4 | 90-160 | 12-16 | 60-130 | 氩气 | DCEN |
| 6.0-12 | 2.4/3.2 | 140-220 | 13-17 | 50-110 | 氩气 | DCEN |
极性：DCEN（直流正接）——碳钢、不锈钢、铜、钛；AC（交流）——铝、镁（阴极清理作用）。
4. 手工焊（SMAW）
现场作业与维修主力，全天候、设备简单、无需气瓶。
常用焊条
| AWS 类别 | 类型 | 说明 |
|---|---|---|
| E6010/E6011 | 纤维素 | 深熔透、管道根焊、全位置；电弧有力、可焊脏钢 |
| E6013 | 金红石 | 薄板通用、易引弧、飞溅小；全位置 |
| E7018 | 低氢钾型 | 结构主力学焊条；低氢（需 350°C/1h 烘干）；平/横/立/仰 |
| E308L-16 | 不锈钢 | 304L 焊接；超低碳抗晶间腐蚀 |
| E309L-16 | 不锈钢异种 | 碳钢-不锈钢过渡焊标准焊条 |
| E9018-B3 / E9018-B9 | Cr-Mo | P91/P9 耐热钢；需预热与层间控制 |
| ENi-CI | 铸铁 | 99% Ni，可机加工熔敷；短段跳焊 |
低碳钢典型参数
| 板厚 mm | 焊条 | 电流 A | 电压 V | 极性 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 3.0-6.0 | 2.5（E7018） | 60-100 | 20-24 | DC+ | 单道角焊或 V 型坡口根焊 |
| 6.0-12 | 3.2（E7018） | 90-140 | 22-26 | DC+ | 多道焊；层间温度控制 |
| >12 | 4.0（E7018） | 140-200 | 24-28 | DC+ | 大厚度、平焊位置 |
5. 药芯焊丝（FCAW）与埋弧焊（SAW）
| 项目 | FCAW-G（气保护） | FCAW-S（自保护） | SAW 埋弧焊 |
|---|---|---|---|
| 焊丝 | E71T-1、E71T-12 | E71T-8、E71T-11 | 实心焊丝 + 焊剂 |
| 保护 | CO₂ 或 Ar/CO₂ | 渣保护 + 自造气 | 焊剂层覆盖 |
| 特点 | 质量好、电弧平稳 | 抗风、适合现场 | 熔敷 10-45 kg/h、深熔透、无飞溅 |
| 适用 | 结构件、现场 | 野外、造船 | 厚板、压力容器、型材、炉壳卷筒 |
| 位置 | 全位置（E71T-1） | 全位置 | 仅平焊 |
气焊（OAW）：中性焰（1:1 O₂:C₂H₂）用于钢、不锈钢、铜、铸铁（最常用）；氧化焰用于黄铜；碳化焰用于铝热与硬质合金。<1 kg/h 熔敷，适合薄板、钎焊与预热。
6. 焊接参数速查（多材料）
P91 耐热钢
| 板厚 mm | 工艺 | 焊材 | 电流 A | 电压 V | 预热 / 层间 |
|---|---|---|---|---|---|
| 3.0-6.0 | TIG | 2.4 ER90S-B9 | 80-140 | 11-15 | 预热 200-250°C；层间 ≤300°C |
| 3.0-6.0 | 手工 | 3.2 E9018-B9 | 80-130 | 22-26 | 预热 200-250°C；层间 ≤300°C |
| 6.0-12 | MIG | 1.0 ER90S-B9 | 180-250 | 24-28 | 脉冲；预热 200-250°C |
P91 焊后必须 PWHT（730-760°C），严格控制层间温度与线能量。
不锈钢（304 / 316L / 310 / 347 / 309）
| 材质 | MIG 焊丝 | TIG 焊丝 | 手工焊条 | 要点 |
|---|---|---|---|---|
| 304L | ER308LSi | ER308L | E308L-16 | 无需预热；层间 <150°C |
| 316L | ER316LSi | ER316L | E316L-16 | 无需预热；层间 <150°C |
| 321 | ER347Si | ER347 | E347-16 | 用 Nb 稳定化焊材（非 321 焊丝） |
| 310 | ER310 | ER310 | E310-16 | 全奥氏体，热裂风险；炉用耐热 |
| 异种（CS-SS） | ER309LSi | ER309L | E309L-16 | 碳钢-不锈钢过渡标准焊材 |
镍基合金
| 母材 | 焊材 | 电流 A | 预热 | 要点 |
|---|---|---|---|---|
| Inconel 600 | ERNiCr-3 / ENiCrFe-3 | 50-170 | 无需 | 层间 <150°C；直通焊道 |
| Inconel 625 | ERNiCrMo-3 | 50-170 | 无需 | 层间 <150°C |
| Hastelloy X | ERNiCrMo-2 | 40-170 | 无需 | 低热输入、直通焊道 |
铝、铜、铸铁、钛
| 材料 | 焊材 | 气体 | 极性 | 要点 |
|---|---|---|---|---|
| 铝 6xxx | ER4043 或 ER5356 | 纯氩 | AC（TIG） | 焊前不锈钢刷+丙酮清洗；预热 <150°C |
| 铜及铜合金 | ERCu / ERCuSi-A | 纯氩或 Ar/He | DCEN（TIG） | 高导热需大电流/预热 |
| 铸铁 | ERNi-CI / ENi-CI | 氩气 | DC+/DC+ | 99% Ni 可机加工；25-50mm 短段跳焊+锤击 |
| 钛 | ERTi-2 / ERTi-5 | 纯氩（正面+拖罩+背面） | DCEN | 丁腈手套、专用不锈钢工具、丙酮清洗；禁指纹污染 |
7. 焊材选型
碳钢与低合金钢实心焊丝
| AWS | EN ISO | 母材 | 抗拉 MPa | 说明 |
|---|---|---|---|---|
| ER70S-6 | G 42 4 M21 3Si1 | S275/S355/A36 | 480-560 | 低碳钢标准 MIG 焊丝 |
| ER80S-D2 | — | 4130/4140 低合金 | 550-640 | 低合金钢 MIG 焊丝 |
| ER90S-B3 / B9 | — | P9/P91 耐热钢 | 620-750 | Cr-Mo 耐热钢焊丝 |
不锈钢焊丝
| AWS | EN ISO | 母材 | 抗拉 MPa | 说明 |
|---|---|---|---|---|
| ER308L | G 19 9 L Si | 304/304L/301/302 | 520-620 | 奥氏体不锈钢标准焊材；超低碳抗晶间腐蚀 |
| ER316L | G 19 12 3 L Si | 316/316L | 520-620 | 含 Mo 耐点蚀 |
| ER309L | G 23 12 L | 异种钢/复合层 | 550-650 | 碳钢-不锈钢过渡焊 |
| ER310 | G 25 20 | 310 耐热 | 550-650 | 炉用耐热不锈钢焊材 |
镍基焊丝
| AWS | EN ISO | 母材 | 抗拉 MPa | 说明 |
|---|---|---|---|---|
| ERNiCr-3 | S Ni 6082 | Inconel 600/601/800 | 550-650 | 通用镍基焊材，异种钢焊接优异 |
| ERNiCrMo-3 | S Ni 6625 | Inconel 625 | 760-830 | 625 配套，耐蚀优异 |
| ERNiCrCoMo-1 | S Ni 6172 | Waspaloy/Haynes | — | 高温合金焊材 |
铝、铜、铸铁、钛焊材
| AWS | EN ISO | 母材 | 抗拉 MPa | 说明 |
|---|---|---|---|---|
| ER4043 | S Al 4043A (AlSi5) | 6061/6063/6082/铸铝 | 165-190 | 6xxx 系列首选；流动性好、热裂倾向低 |
| ER5356 | S Al 5356 (AlMg5) | 5xxx/6xxx 高强结构 | 240-270 | 强度高、韧性好；阳极氧化色差 |
| ERCuSi-A | S Cu 6560 | 铜/黄铜 | 250-320 | 硅青铜焊丝，通用 |
| ERNi-CI | — | 铸铁 | — | 99% Ni，可机加工 |
| ERTi-2 / ERTi-5 | — | CP Ti / Ti-6Al-4V | — | 须正反面+拖罩三重保护 |
8. 保护气选型
| 气体 / 混合 | 工艺 | 适用材料 | 流量 | 说明 |
|---|---|---|---|---|
| 纯氩 Ar | TIG 全材料；MIG（Al/Cu/Ni） | TIG 全材料；MIG 铝、铜、镍 | TIG 8-15 L/min；MIG 15-20 L/min | 最通用；低碳钢 MIG 飞溅大不推荐 |
| Ar/CO₂ 80/20 | MIG | 低碳钢、低合金钢 | 12-18 L/min | 最常用低碳钢混合气；短路过渡首选 |
| Ar/CO₂ 98/2 | MIG | 不锈钢 | 12-18 L/min | 超低碳保合金元素 |
| Ar/O₂ 1-2% | MIG | 不锈钢、碳钢喷射过渡 | 12-18 L/min | 稳定电弧、改善润湿 |
| Ar/He 混合 | TIG/MIG | 铜、厚铝、镍基 | 12-20 L/min | 提高热输入与熔透 |
| N₂（成形气） | 根部保护 | 不锈钢背面 | 5-10 L/min | 背面焊缝保护 |
| CO₂ 100% | MAG/FCAW | 低碳钢 | 15-20 L/min | 成本低；飞溅大、氧化烧损 |
9. 接头类型与坡口
| 接头 | 板厚 | 准备 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 对接 | 1-3 mm | 直边对接，间隙 0-1mm | 无需开坡口，可全熔透 |
| 3-8 mm | 单 V 坡口 60°，根面 1-1.5mm | 间隙 2-3mm；单面焊双面成形需衬垫 | |
| >8 mm | 双 V 或 X 坡口 | 减少焊材与畸变；对称焊 | |
| 角接 | 3-6 mm | 不开坡口，角焊 | 单/双面角焊；焊脚 ≈ 薄板厚度 |
| >6 mm | 单 V 或 K 坡口 | 减少焊脚尺寸、降低成本 | |
| 搭接 | 1-6 mm | 搭接 ≥3× 薄板厚 | 可及则双面角焊；有缝隙腐蚀风险 |
| 角接（L 形） | 1-6 mm | 开/闭角 | 开口外侧角焊；闭口内侧角焊 |
| 卷边接 | 1-3 mm | 折边或方边 | 仅薄板；自熔或轻填充 |
10. 焊接位置
| AWS / EN ISO | 名称 | 描述 | 难度 |
|---|---|---|---|
| 1G / PA | 平焊 | 水平面上焊接 | 最易、熔敷最高 |
| 2G / PC | 横焊 | 垂直面水平焊 | 易 |
| 3G / PF | 立焊（上坡） | 垂直面自下而上 | 中 |
| 4G / PG | 仰焊 | 水平面下方向下焊 | 难 |
| 1F / PB | 平角焊 | 水平角焊 | 易 |
| 2F / PC | 横角焊 | 垂直面角焊 | 中 |
| 3F / PD | 立角焊 | 垂直面角焊 | 较难 |
| 4F / PE | 仰角焊 | 仰面角焊 | 难 |
| 6G / H-L045 | 管道固定全位置 | 45° 固定管 | 难（焊工考试） |
11. 碳当量与冷裂敏感性
碳当量预测钢的淬硬倾向与冷裂敏感性：
IIW 碳当量公式：CE = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15
CE 越高，淬硬倾向与冷裂风险越大。
CE 越高，淬硬倾向与冷裂风险越大。
| CE 范围 | 风险 | 预热指导 |
|---|---|---|
| < 0.35 | 低 | 25mm 以下一般无需预热 |
| 0.35-0.45 | 中 | 预热 50-150°C（视厚度） |
| 0.45-0.60 | 高 | 预热 150-300°C；必须低氢焊材 |
| > 0.60 | 很高 | 预热 250-350°C 以上；需专门工艺 |
12. 预热与层间温度
| 材料 | 预热温度 | 层间温度上限 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 低碳钢（S275/S355，CE<0.35） | 通常无需 | — | 厚板或拘束大时 50-100°C |
| 低合金钢（4130/4140） | 150-250°C | ≤300°C | 按 CE 与厚度确定 |
| P11 / P22（Cr-Mo） | 200-300°C | ≤300°C | 焊后必须 PWHT |
| P91 / P92 | 200-250°C | 200-300°C | 严控线能量；PWHT 730-760°C |
| M2 高速钢（工具） | 250-350°C | ≤350°C | 空淬倾向强 |
| 奥氏体不锈钢 | 无需 | ≤150°C | 防敏化与热裂 |
| 双相不锈钢 | 无需-100°C | ≤150°C | 控制相平衡 |
| 铸铁 | 100-200°C | — | 冷焊可降至 60-100°C |
| 铝、铜 | 铝 ≤150°C；铜 100-300°C | — | 铜高导热需较高预热 |
| 钛 | 无需 | ≤150°C | 重点在气体保护 |
13. 焊后热处理（PWHT）
PWHT 通过受控加热-保温-冷却消除焊接残余应力、软化淬硬区、改善韧性与耐蚀性。
| 材料 | PWHT 温度 | 保温时间 | 冷却 |
|---|---|---|---|
| 低碳钢去应力 | 580-650°C | 1 h/25mm（最少 30 min） | 炉冷至 300°C 以下空冷 |
| P11（1.25Cr-0.5Mo） | 690-750°C | 按壁厚 | 控速炉冷 |
| P22（2.25Cr-1Mo） | 690-750°C | 按壁厚 | 控速炉冷 |
| P91 / P92 | 730-760°C | ≥2 h | 冷却至 200°C 以下 |
| 奥氏体不锈钢 | 固溶 1050-1100°C（仅需要时） | 按厚度 | 快冷 |
| 铸铁（Ni 焊材） | 通常免 PWHT | — | — |
| 铝合金（6xxx） | T6 过时效 160-180°C | 2-6 h | 空冷 |
何时必须 PWHT：规范强制要求（压力容器、P91/P92 耐热钢）；碳当量高或拘束大的厚壁件；淬硬倾向大的 Cr-Mo 钢；应力腐蚀环境（碱液、H₂S）。注意事项：预热温度与 PWHT 温度的均匀性 ±15°C；热电偶布置与数量按壁厚确定；升降温速度 ≤200°C/h（>25mm）；300-200°C 区间控制冷速防再热裂纹。
14. 焊接缺陷诊断
气孔
现象：焊缝金属中圆形或长条形气孔。原因：母材污染（油、漆、水、锈）、保护气流量不足或过大（紊流）、风吹散保护气、焊条受潮、弧长过长、气嘴堵塞。对策：接头两侧 25mm 清至金属光泽；检查气量（MIG 典型 15-20 L/min）；避风；E7018 烘干 350°C/1h；更换气嘴并查漏；压低电弧。
未熔合（LOF / 冷搭）
现象：焊缝金属与母材或前道未熔合。原因：热输入不足、焊速过快、焊枪角度错、焊丝/气体与厚度不匹配、坡口氧化皮、厚板用短路过渡。对策：升电流电压、降焊速、电弧指向根部/侧壁、清理坡口、厚板改喷射过渡、多道焊并清渣。
未焊透（LOP）
现象：要求全熔透处焊缝未贯穿。原因：间隙过小、根面过厚、电流过低、根焊焊丝过粗、错边量过大。对策：间隙加大到 2-3mm、根面减至 1-1.5mm、根焊提高电流、根焊用 1.0-1.6mm 细丝、可及则清根背焊。
咬边
现象：焊趾处母材被熔成沟槽未被焊缝金属填满。原因：热输入过高、焊速过快、弧过长、摆动手法不正确、焊枪角度错。对策：降电流电压、焊趾处停顿、压短电弧、调整角度将热量导入焊缝而非母材、立焊用直通焊道。
裂纹（热裂 / 冷裂）
现象：焊缝或热影响区断裂；热裂在凝固期产生，冷裂在数小时至数天后出现。原因：高碳/高 CE 母材（冷裂）、焊缝氢（冷裂）、预热不足、拘束大、焊材错选、S/P 污染（热裂）、弧坑裂纹（热裂）。对策：低氢焊材（E7018/MIG/TIG）、按 CE 与厚度预热、焊材与母材匹配、优化顺序降拘束、填满弧坑、PWHT 消应力、核对材质证书 S/P <0.035%。
飞溅
原因：电流电压过高、弧过长、气体或混合气错、焊丝/工件污染、极性错。对策：略降电压、压短干伸长/弧长、Ar/CO₂ 替代纯 CO₂、清洁接头与焊丝、核对极性（MIG 为 DC+）。
畸变
原因：热输入过大、焊接顺序错、拘束/夹具不足、焊道过多。对策：降低线能量、对称跳焊（双 V 双面交替）、预留反变形、合理夹具、减少焊道。
15. 无损检测（NDE/NDT）
| 方法 | 英文 | 检测对象 | 优点 | 局限 |
|---|---|---|---|---|
| 目视 | VT | 表面缺陷、尺寸 | 快速、低成本 | 仅表面开口缺陷 |
| 渗透 | PT | 表面开口缺陷 | 简单、适用广 | 仅表面、多孔材料不适用 |
| 磁粉 | MT | 表面/近表面缺陷 | 铁磁材料灵敏 | 仅铁磁材料 |
| 超声 | UT | 内部缺陷、测厚 | 穿透厚件、可测 >6mm | 需耦合剂、形状复杂件难 |
| 射线 | RT | 内部体积缺陷 | 直观、永久记录 | 辐射安全、成本高、方向性 |
| 相控阵/TOFD | PAUT/TOFD | 内部缺陷、定量 | 成像、定量精度高 | 设备贵、需资质人员 |
| 涡流 | ET | 导电材料表面/近表面 | 无需耦合、快速 | 仅导电材料、深度有限 |
选用建议：结构件→VT+MT/PT 抽查；压力容器与管道→RT/UT 按比例 + PT 表面；全焊透关键焊缝→UT/PAUT 100%；现场维修复检→MT/PT 复查裂纹。
16. 焊接标准与规范
| 标准 | 名称 | 适用范围 |
|---|---|---|
| AWS D1.1 | 结构焊接规范——钢 | 美国结构钢焊接；WPS/PQR/焊工认证 |
| EN 1011 | 金属材料焊接推荐规程 | 欧标：弧焊、工艺、预热、PWHT |
| EN ISO 15614 | 金属材料焊接工艺评定 | 焊接工艺与焊工认可 |
| ASME IX | 焊接与钎焊评定 | 压力容器与管道（美标） |
| BS EN ISO 5817 | 焊接接头质量等级 | 缺欠分级（B/C/D 级） |
| BS EN 287 / ISO 9606 | 焊工考试 | 焊工资格认证 |
| PD CEN ISO/TR 15608 | 材料分类 | 钢种分组指导 |
17. 实操要点与安全
材料准备
- 接头两侧 25mm 内清除漆、油、锈、氧化皮
- 不锈钢必须用专用不锈钢刷——严禁碳钢刷污染
- 最终清洗用丙酮或异丙醇（禁用白电油——残留膜）
- 机加工剪切边去除锐边与硬化层（防未熔合）
- 铝：焊前立即不锈钢刷 + 丙酮清洗
- 钛：丁腈手套、专用不锈钢工具、丙酮清洗；禁指纹污染
点固焊
- 点固长度：≥2× 板厚或 15mm（取大者）
- 点固间距：薄料 100-150mm，厚料 200-300mm
- 点固与主焊缝同预热——裂纹常起源于点固
- 点固头尾打磨成斜坡再焊主焊缝
- 点固开裂：彻底磨除重焊——严禁在开裂点固上直接焊
- 点固用与主焊缝相同或兼容焊材
畸变控制
- 预留反变形量补偿角畸变
- 双 V / 双角焊缝对称交替焊
- 分段退焊（短段反向焊）
- 刚性夹具 + 焊后去除拘束时机
安全与 PPE
焊接安全：电弧 UV/IR 辐射——自动变光面罩 + 皮围裙；烟尘——局部排风 + RPE（ respirator ）；密闭空间——气体检测 + 许可作业 + 监护人（详见 安全合规）；火灾——作业区 10m 内可燃物清除 + 灭火器 + 焊后 30 分钟监护；气瓶——固定、防回火、分类存放。