焊接论文.docx
《焊接论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《焊接论文.docx（10页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
焊接论文
奥氏体不锈钢采用焊条电弧焊的焊接工艺
系别：
材料工程系
学生姓名：
专业班级：
学号：
指导教师：
2011年4月15日
摘要
钢是我们现代社会中不可缺少的一种材料，它可以看作一个国家工业化水平的标志。
钢的产量越高就代表这个国家的工业化水平越高。
不锈钢是钢中非常重要的一种，由于不锈钢具有特殊的使用性能和力学性能，在现在的各行各业中已经被越来越多的使用。
在不锈钢中奥氏体不锈钢又是其中非常重要的一种，在发达国家每年消耗的不锈钢中有70％的是不锈钢，在我过也达到了65％左右。
因此开发和使用好奥氏体不锈钢对我过的工业话来说已经越来越重要了。
0Cr18Ni9奥氏体不锈钢主要用于低温贮罐，它用来储存液N液Ar液态的CO2等低温液体的容器，液态介质的特殊性能就决定了制造材料需要特殊性能，而奥氏体不锈钢0Cr18Ni9就具有这样的性能。
低温贮罐在现在的生活、生产中使用已经越来越广泛，因此对0Cr18Ni9的探讨就显得越来越重要。
在这篇论文中我会着重为大家阐述0Cr18Ni9在低温压力容器制造中的焊接性能和焊接工艺。
在这篇论文中通过探讨0Cr18Ni9在低温压力容器中的各项性能。
论文中0Cr18Ni9板水平对接焊接方法就是手工电弧焊。
针对这个试验做出完整的焊接工艺评定，并且根据评定要求对式样做相应的无损检验和力学性能的检验，从而来判定0Cr18Ni9的各项性能。
关键词：
不锈钢；焊接性；焊接工艺
目录
摘要I
目录II
第1章绪论1
第2章奥氏体不锈钢的焊接性3
2.1CO2不锈钢药芯焊丝电弧焊的分析3
2.20Cr18Ni9的焊接性分析4
第3章0Cr18Ni9焊条电弧焊的工艺6
第4章焊接裂纹实验8
结论9
参考文献10
致谢11
第1章绪论
机械工业是为所有的工业，农业，国防以及交通运输业提供机器和装备的工业。
在实现我国四个现代化的过程中，必须贯彻党的总路线精神，不断解决自行设和制造效能高、寿命长、重量轻、体积小、容量大、成本低的机器和设备的问题。
为了完成这一光荣而艰巨的任务，使机械设计与制造能力在短时间内超世界水平，除了必须解决设计与制造和使用的科学。
而机械制造中的材料问题，一部分是属于金属材料本身的成分与质量问题，另一部分是属于材料的选用是否适当，在加工处理的工艺上是否发挥了材料的最大潜力的问题。
因此，在提高金属材料的产量和质量的同时，还要提高和发挥材料的各种性能，充分挖掘潜力，做到既合实用又节省，只有这样才能达到多，快，好，省建设社会主义的目的。
合金元素多、组织结构复杂且多变给不锈钢及耐蚀耐热合金焊接带来很大的困难。
焊接接头的性能好坏，直接关系着设备使用的安全性。
国内外对不锈钢及耐蚀耐热合金的焊接做了大量的研究工作，其焊接性、焊接材料及焊接工艺的研究几乎与母材的研究同步，促进了不锈钢及耐蚀耐热合金的发展。
有关这方面的研究成果和文献资料虽然很多，但较为系统的还是寥寥无几，在实际工作中，一部分有关的焊接技术人员和焊工，对不锈钢及耐蚀耐热合金的焊接知识了解不多，有的甚至直接照搬低合金钢的工艺和方法。
虽然我国在这几年在不锈钢上的努力有目共睹，但与世界先进国家相比，差距还是很大的。
为了尽快弥补这一差距，需要我们现代化的科技人才而我们也需要付出更多。
随着社会主义革命和现代化建设事业的迅猛发展以及人们对高品质的生活的要求，不锈钢极其相关的技术科学将得到不断地发展和完善。
在世界上45％的钢的连接是用焊接来完成的，手工电弧焊又是我们生活中不可缺少的一部分，目前我用的越来越多的钢就奥氏体不锈钢，所以对于奥氏体钢焊接的研究已经越来越迫在眉睫。
我做这篇论文就是从手工电弧焊方面来研究奥氏体不锈钢的焊接。
主要从材料的力学性能化学成分，和通过焊接性的分析来讨论奥氏体不锈钢的焊接性能。
最能直观表现奥氏体不锈钢焊接性能的就是焊接工艺知道书，我们通过焊接工艺指导书的编制来反应奥氏体不锈钢的焊接性能。
第2章奥氏体不锈钢的焊接性
焊接奥氏体不锈钢的方法有很多，国内在中厚板奥氏体不锈钢的焊接中，主要采用埋弧焊（SAW）。
手工电弧焊由于其操作灵活、方便，设备投资少，因而被广泛用于奥氏体不锈钢结构的生产中这也是一种典型的、传统焊接方法。
在手工电弧焊中起关键作用的不锈钢焊条经过我国焊接工作者多年努力，已取得了较大的进展。
品种基本上覆盖了各种常规不锈钢钢种，如308、316、309、347、317等等，通常包括酸性、碱性两个渣系。
对于超低C不锈钢焊条，如308L、316L、309L国内也能生产，所以从品种上基本可满足工业部门的使用。
质量对于常规不锈钢焊条而言，从不锈钢焊条的发红、电弧稳定性、飞溅大小、焊缝成型、颜色、波纹细腻程度、全位置焊接适应性、焊工施焊的舒适性、焊接力学性能、抗腐蚀性等方面，国产不锈钢焊条质量参差不齐。
但基本可以满足国内用户的要求。
对于一些特殊品种如310MoL、347L、309L仍有许多工厂愿意使用进口焊材。
这也表明我国整体不锈钢焊条的工艺质量与国外还有差距，在一些特殊品种上差距较大。
不锈钢埋弧焊大多使用在不锈钢筒体的环缝和纵缝。
通常是开X型坡口，先焊内焊缝，然后反面砂轮打磨（甚至气刨）。
随后焊正面，现行工艺是标准中要求和认可的。
存在问题有：
对母材损伤较大，对腐蚀性能不利、影响美观。
埋弧不锈钢焊丝品种少，质量较差，配用的260、431和350焊剂，往往使焊后缝残留有横向熔渣，焊工需要用砂轮打磨[1]。
因而不锈钢埋弧焊接效率低、成本高、质量粗糙。
2.1CO2不锈钢药芯焊丝电弧焊的分析
采用CO2气保护不锈钢药芯焊丝焊接不锈钢是近二三十年的事。
该方法使用常规CO2焊机或MIG焊机，采用100%CO2或80%Ar+20%O2作为保护气体，和普通结构钢实心焊丝焊接相似，即可得到美观的焊缝。
在3种方法中，CO2保护不锈钢药芯焊丝有取代前两种焊接方法的趋势。
这三种焊接方法的对比，见表2.1。
表2.1不锈钢手工电弧焊、MIG实心焊丝和CO2气保护不锈钢药芯焊丝电弧焊的对比[2]
对比项目
不锈钢手工电弧焊
MIG实心焊丝
CO2不锈钢药芯焊丝
效率
低
高
高
成本
高
较高
低
操作工艺性
好
较高
好
焊缝美观
好
较好
好
焊缝性能
好
好
好
全位置适应性
好
一般
好
对焊工技术要求
较多
高
一般
焊丝品种
多
少
多
从上面的数据分析手工电弧焊接将会渐渐被CO2气体保护焊接所替代，但是目前这个阶段手工电弧焊接应用还是很普遍的！
奥氏体不锈钢已具备建筑、化工设备材料所要求的许多理想性能，它在金属中可以说是独一无二的，而其发展仍在继续。
为使不锈钢在传统的应用中性能更好，一直在改进现有的类型，而且，为了满足高级建筑应用的严格要求，正在开发新的不锈钢。
由于生产效率不断提高，质量不断改进，不锈钢已成为建筑师们选择的最具有成本效益的材料之一。
上面的分析可以看出目前不锈钢的焊接性是很好的[3]，使用也是越来越广泛的。
对于这种不锈钢的焊接技术也越来越成熟起来，但在目前这个阶段我们应用最广泛的还是手工电弧焊。
在这样的背景下我选择做这样的课题，既有利于了解目前0Cr18Ni9焊接，又有利于了解0Cr18Ni9焊接的发展方向。
2.20Cr18Ni9的焊接性分析
对于什么是焊接性，GB/T3375-94《焊接术语》中注明：
“材料在限定的施工条件下，焊接成按规定设计要求的构件，并满足预定服役要求的能力”。
它包括两方面的内容：
其一是焊成的构件符合设计要求；其二是满足预定的使用条件，能够安全运行[4]。
根据讨论问题的着眼点不同，焊接性可分为：
工艺焊接性和使用焊接性。
影响焊接性的因素主要有以下几点：
材料因素，焊接方法，构件类型及使用要求。
金属的焊接性与材料成分、焊接方法、构件类型、使用要求都有密切的关系，所以不应脱离这些因素而单纯的从材料本身的性能来评价焊接性。
从上述分析可以看出，很难找出一项技术指标可以概括焊接性，只有通过综合多方面的因素才能分析焊接性问题。
分析金属的焊接性我们在不要求做非常准确的情况下我们可以根据碳当量、材料的化学性能、材料的物理性能来判断，如果要求需要很准确的话我们可以通过焊接性试验来判定。
0cr18ni9的焊接性能我们就从这方面来判定：
0Cr18Ni9的焊接要求。
0Cr18Ni9属于奥氏体不锈钢，其组织为奥氏体（A）加3~5％铁素体（F）。
它具有良好的塑性和高温、低温性能。
它在焊接热循环的作用下，焊接过程中采用小的线能量输入，减小热影响区范围，加快焊缝及热影响区的冷却速度对不锈钢的焊接是有益的。
用0Cr18Ni9焊接时导热系数小，存在过热区，也容易造成热影响区的晶粒长大。
焊缝高温停留时间过长，在高温状态下Cr和C形成化合物，在高温区就形成了贫铬层，也会导致焊缝的枝晶倾向加剧。
因此要求尽量选择线能觉输入较小的焊接方法。
由于导热系数小而线膨胀系数大，自由焊态下焊接易产生较大的变形，选用能量集中，热影响区窄的焊接方法能在一定程度上减少焊接变形[5]。
另外，0Cr18Ni9的含碳量很小，在加上它属于高合金钢碳当量法对它焊接性能的估算是不怎么准确的。
因此我们不用碳当量对它的焊接性进行分析。
0Cr18Ni9属于奥氏体不锈钢，这类钢有具有交高的变形能力并不可淬硬，而且它的含碳量又很底，所以总的来说焊接性还是不错的。
但是由于热导率低，热膨胀系数大，局部加热时温度分布不均匀，收缩量大等都将使接头在焊接过程中产生交大的内应力[6]。
在焊接的时候应该注意这方面的问题，焊接时尽量避免或减少这种受热不均显现的发生，焊接的速度也应该适当的快点。
第3章0Cr18Ni9焊条电弧焊的工艺
由于奥氏体不锈钢具有优良的焊接性，几乎所有的熔焊方法和部分压焊方法都可以焊接。
但从经济适用和技术性能方面考虑最好采用焊条电弧焊、惰性气体保护焊、埋弧焊和等离子焊等。
而焊条电弧焊是最常用的焊接方法之一，它使用的设备简单呢、操作方便灵活，适应在各种条件下的焊接，其广泛应用于低碳钢、低合金结构钢的焊接。
特别适合于形状复杂的焊接结构的焊接。
这也是论文实验采用焊条电弧焊工艺的目的。
在2mm以上的不锈钢板焊接中，主要以焊条电弧焊为主，这是因为焊条电弧焊热量比较集中，热影响区小，焊接变形小[7]；能适应各种焊接位置与不同板厚的要求。
所用设备简单，但焊条电弧焊对清渣要求较高，易产生夹渣和气孔等缺陷。
另外焊条的合金元素过度系数较小，与氧亲和力强的元素，如钛等元素易烧损。
焊接时为了保证焊接质量，必须选择合理的工艺参数，所选定的焊接工艺参数总称为焊接工艺规范。
手工焊条电弧焊的焊接工艺规范包括：
焊接电流、焊条直径、焊接速度、电弧长度和多层焊焊接层数，其中电弧长度和焊接速度一般由操作者在操作中视实际情况自行掌握。
如表3.1所示。
表3.1焊条直径直径的选择（mm）[8]
工件厚度
2
3
4~7
8~12
≥13
焊条直径
1.6~2.0
2.5~3.2
3.2~4.0
4.0~5.0
5.0~5.8
焊接电流是影响焊接接头质量和生产率的主要因素。
电流过大，金属熔化快，熔深大、金属飞溅大，同时易产生烧穿、咬边等缺馅；电流过小，易产生未焊透、加渣等缺陷，而且生产率低[9]。
确定焊接电流时，应考虑到焊接直径、焊件厚度、接头型式、焊接位置等因素，其中主要的是焊条直径。
一般，细焊条选小电流，粗焊条选大电流。
焊接低碳钢时，焊接电流和焊条直径的关系可由下列经验公式3.1[10]确定：
I=（30~60）d（式3.1）
式中I为焊接电流（A），d为焊条直径（mm）。
焊接速度是指焊条沿焊缝长度方向单位时间移动的距离，它对焊接质量影响很大。
焊速过快易产生焊缝的溶深浅、熔宽小及未焊透等缺陷；焊速过慢，焊缝熔深、熔宽增加，特别是薄件易烧穿。
确定焊接电流和焊接速度的一般原则是：
在保证焊接质量的前提下，尽量采用较大的焊接电流值，在保证焊透且焊缝成形良好的前提下尽可能快速施焊，以提高生产率[11]。
在焊件厚度较大时，往往需要多层焊。
对于低碳钢和强度等级低的普低钢的多层焊时，每层焊缝厚度过大时，对焊缝金属的塑性（主要表现在冷弯角上）稍有不利的影响。
因此对质量要求较高的焊缝，每层厚度最好不大于4~5mm。
根据实际经验：
每层厚度约等于焊条直径的0.8~1.2倍时，生产率较高，并且比较容易操作[12]。
第4章焊接裂纹实验
上面我们已经从它的化学成分和物理性能对0cr18ni9的焊接性能进行了分析，但是根据这些判断出的焊接性是不够准确的，我们需要准确的判断它的焊接性我们就必须通过焊接性试验来完成。
焊接性的试验是很多的，在论文里就用斜Y型坡口焊接裂纹试验方法。
焊接试样板材的规格是6×150×200mm，选用的焊接方法是手工电弧焊，焊材型号A132，规格¢3.2mm，采用坡口形式是斜Y型，焊接参数是电流：
90-120A，电压20-24V，速度15-20cm/min。
焊完的试件需要经过48H时效后再作裂纹的检测和解剖。
裂纹可以分为表面裂纹、跟部裂纹、断面裂纹三种形式。
首先用放大镜目测或莹光粉检查焊缝表面裂纹，然后用机械方法切开六个等长度横向试片，检查五个片面上的裂纹情况。
一般用裂纹率作为评定标准[12]。
根部裂纹率=∑LR/L×100％
表面裂纹率=∑Lf/L×100％
端面裂纹率=∑h/5H×100％
试验焊缝的总长度是80mm而我们焊接裂纹的总长度通过试验测得为9.8mm试件的裂纹率小于20％因此在实际生产中如果按要求来做的话是不会产生裂纹的，此种钢的焊接性能还是可以的。
综上所述0cr18ni9钢是具有良好的焊接性能的，在生产中按标准来做的话是应该可以生产出合格的产品，它的使用性能还是可以的。
结论
我国解放前合金钢的科学和生产几乎完全是空白点。
解放后，我国机械工业的发展速度是世界上前所罕见的。
在近20~30年间，不锈钢的出现和大量的使用，推动了不锈钢工业的进程。
不锈钢由于具有优良的耐蚀性、耐磨性、强韧性和良好的可加工性，外观的精美性，以及无毒无害性，广泛地应用与宇航、海洋、军工、化工、能源等方面，以及日用家具、建筑装潢、交通车辆的装饰上。
由于奥氏体不锈钢的特殊的焊接性能，在现代社会中越来越多的地方使用到这种钢，现在奥氏体不锈钢也是我们发展研究的一个方向。
未来的时间里对奥氏体不锈钢的开发研究也越来越引起专家们的注意，我们对奥氏体不锈钢焊接的了解也应该越来越重视。
参考文献
[1]雷世明.焊接方法于设备.北京：
机械工业出版社，1988
[2]王震激.气体保护焊工艺和设备.西安：
西北工业大学出版社，1991
[3]姜焕中.电弧焊及电渣焊.北京：
机械工业出版社，1988
[4]周玉生.电弧焊.北京：
机械工业出版社，1994
[5]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册第一卷，焊接方法与设备（第二版）.北京：
机械工业出版社，2001
[6]俞尚知.焊接工艺人员手册.上海：
上海科学技术出版社，1991
[7]北京市技术协作委员会编.实用焊接手册.北京：
水利电力出版社，1988
[8]曾乐.现代焊接技术手册.上海：
上海科学技术出版社，1993
[9]美国焊接协会.焊接手册.黄静文等译.北京：
机械工业出版社，1989
[10]吴志强.现代焊接方法与设备.北京:
机械工程师进修大学出版，1989
[11]殷树言.气体保护焊工艺.哈尔滨：
哈尔滨工业大学出版社，1989
[12]周兴中.焊接方法于设备.北京：
机械工业出版社，1990
致谢
本课题在选题及研究过程中得到张老师的悉心指导，张老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。
张老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，虽历时三载，却终生受益。
对张老师的感激之情是无法用言语表达的。
感谢老师等对我的教育培养。
他们细心指导我的学习与研究，在此，我要向诸位老师深深地鞠上一躬。
同时也感谢我的所有老师三年来对我学习、生活得关心和帮助。
升级会员 