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安小龙0Cr18Ni9Ti奥氏体钢焊接性研究


陕西航空职业技术学院

毕业设计(论文) 毕业设计(论文)说明书 材料工程 系 焊接技术及自动化专业 毕业设计(论文)题目 0Cr18Ni9Ti 奥氏 体钢的焊接性及焊接工艺研究

学生姓名 指导教师

学号 职称 助教

2011



9

/>月

28 日

毕业设计(论文)任务书 毕业设计(论文)任务书

材料工程 系 焊接技术及自动化 专业 学生姓名
一、毕业设计(论文)题目:

学号

0Cr18Ni9Ti 奥氏体钢的焊接性及焊接工艺研究
二、毕业设计(论文)时间 2011 年 9 月 23 日至 2011 三、毕业设计(论文)地点: 陕西航空职业技术学院 四、毕业设计(论文)的内容要求: 年 9 月 28 日

1. 明确奥氏体不锈钢的类别、应用及焊接特点。 2. 明确 0Cr18Ni9Ti 奥氏体钢化学成分、基本性能、应用。 3. 分析 0Cr18Ni9Ti 奥氏体钢的焊接性。 4. 分析 0Cr18Ni9Ti 奥氏体钢的焊接工艺性。 5. 论述防止 0Cr18Ni9Ti 奥氏体钢焊接裂纹的基本措施。 6. 分析 0Cr18Ni9Ti 奥氏体钢焊接质量检验方法。

指导教师 批 准

2011 年 9 月 28 日 年 月 日

毕业设计(论文) 毕业设计(论文)评定表
姓名 毕业设计(论文)题目 评 阅 意 见 答辩组成员 答辩时间 本 人 陈 述 答 辩 过 程 要 点 答 辩 组 评 语 成 绩 答辩委员会主任签字 年 月 日 答辩组提问 回答问题情况 答辩地点 评阅教师: 年 月 日 学号 专业 焊接技术及自动化

0Cr18Ni9Ti 奥氏体钢的焊接性及焊接工艺研究

焊接性是指材料在限定的 施工条件下焊接成按规定设计 什么是焊接性? 要求的构件,并满足预定服役 要求的能力。

目录
前言 ···································································································· - 1 1.奥氏体不锈钢的类别、应用及焊接特点 ······································ - 2 1.1 奥氏体不锈钢的类别 ····························································· - 2 1.2 奥氏体不锈钢的应用 ····························································· - 3 1.3 奥氏体不锈钢的焊接特点 ····················································· - 4 2.0Cr18Ni9Ti 奥氏体钢化学成份、基本性能、应用······················· - 6 2.1 0Cr18Ni9Ti 奥氏体钢的化学成份 ········································· - 6 2.2 0Cr18Ni9Ti 奥氏体钢的基本性能 ········································· - 6 2.3 0Cr18Ni9Ti 奥氏体钢的应用 ················································· - 9 3. 0Cr18Ni9Ti 奥氏体钢的焊接性 ···················································· - 9 3.1 0Cr18Ni9Ti 的焊接性分析····················································· - 9 4.0Cr18Ni9Ti 奥氏体钢焊接工艺性 ················································ - 14 5.防止 0Cr18Ni9Ti 奥氏体钢焊接裂纹的措施 ······························· - 16 5.1 可能的原因及解决办法 ······················································· - 17 5.2 主要(热裂纹)影响因素及解决方法································ - 18 6.防止 0Cr18Ni9Ti 奥氏体钢焊接质量检验方法 ··························· - 19 毕业设计总结 ·················································································· - 21 致谢 ·································································································· - 22 参考文献 ·························································································· - 23 -

前言 由于奥氏体钢特殊的焊接性能,在现代社会中越来越多地方使用 到这种钢,现在奥氏体钢也是我们发展研究的一个方向,未来的时间 里对奥氏体钢的开发研究也越来越引起专家们的重视。 因此,学院毕业设计老师,为我精心安排了题目为《0Cr18Ni9Ti 奥氏体钢的焊接性及焊接工艺研究》的毕业设计。我通过对题目的梳 理和实习阶段对奥氏体钢焊接的了解,按照老师的要求在安排上立足 于国内目前焊接生产的水平,重点放在与焊接质量有关的问题上,精 心的已不锈钢门窗的制作工艺进行设计。 此设计在体系上也改变了过 去高校教材的系统做法,根据职业技术教育的安排作了较大的调整。 通过第一章对奥氏体不锈钢的类别、应用及特点说明;还有 0Cr18Ni9Ti 奥氏体钢化学成份、基本性能、应用以及焊接性、工艺 性进行了分析;最后对其焊接裂纹的防治措施和质量检验进行了论 述。总共通过六章内容进行了必要的理论分析和图表解说,清楚地知 道了本书写作的目的及意义。 在编写过程中,参阅了高等学校有关教材及国内出版的资料,并 得到各位老师和同学的帮助,在此一并致谢。 由于编者水平有限,书中缺点错误在所难免,恳请广大读者批评 指正。 编者

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1.奥氏体不锈钢的类别、应用及焊接特点 奥氏体不锈钢的类别、 奥氏体不锈钢的类别 奥氏体不锈钢是在常温下具有奥氏体组织的不锈钢奥氏体组织, 钢中含 Cr 约 18%、Ni 8%~10%、C 约 0.1%时,具有稳定的奥氏体组 织。 奥氏体铬镍不锈钢包括著名的 18Cr-8Ni 钢和在此基础上增加 Cr、 Ni 含量并加入 Mo、Cu、Si、Ti 等元素发展起来的高 Cr-Ni 系列钢。 奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性,但强度较低,不可能通 过相变使之强化,仅能通过冷加工进行强化。 1.1 奥氏体不锈钢的类别 由于奥氏体不锈钢具有全面的和良好的综合性能, 在各行各业中 获得了广泛的应用,种类也较多。 1、按照牌号可分为 (1)1Cr17Mn6Ni15N ; (2)1Cr18Mn8Ni5N ; (3)1Cr18Ni9Ti ; (4)1Cr18Ni9Si ; (5)0Cr18Ni9Ti ; (6)0Cr19Ni10 ; (7)0Cr19Ni9N ; (8)0Cr19Ni10NbN;(9)0Cr18Ni10N;(10)1Cr18Ni12;(11) 0Cr23Ni13; (12)0Cr25Ni20 ; (13) 0Cr17Ni12Mo2 ; (14) 00Cr17Ni14Mo2 ; (15) 0Cr17Ni12Mo2N; (16) 00Cr17Ni13Mo2N; (17) 1Cr18Ni12Mo2Ti; (18) 0Cr18Ni12Mo2Ti;(19) 1Cr18Ni12Mo3Ti;(20) 0Cr18Ni12Mo3Ti;(21) 0Cr18Ni12Mo2Cu2;(22) 00Cr18Ni14Mo2Cu2;(23) 0Cr19Ni13Mo3; (24) 00Cr19Ni13Mo3;(25) 0Cr18Ni16Mo5;(26) 1Cr18Ni9Ti;(27) 0Cr18Ni10Ti;(28) 0Cr18Ni11Nb;(29) 0Cr18Ni13Si4 共 29 种。 2、按照用途可分为

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不锈钢:这类钢主要要求耐侵蚀性的化学介质的腐蚀,对强度要 求不高。 抗氧化:这种钢主要要求在高温下抗氧化活耐气体介质的腐蚀。 热强刚: 这类钢主要要求高温下具有较好的抗氧化性和耐腐蚀能 力,并具有较高的强度。 3、按照正火状态的组织可分为 马氏体钢、 铁素体钢、 奥氏体钢 (如 Cr18Ni8 系列中的 0Cr18Ni9、 0Cr19Ni10Ti、0Cr18Ni12Mo3Ti 等,主要用于耐蚀条件下;Cr25Ni20 系列主要用作抗氧化钢,提高含碳量可作为热强钢) 、铁素体—奥氏 体双向钢、沉淀硬化性不锈钢。 1.2 奥氏体不锈钢的应用 根据奥氏体同种类的力学性能、化学性能等方面的特点,这种刚 上应用最广的不锈钢,属于镍铬刚,典型的是 18-8 型不锈钢。这种 刚含碳量很低。 因镍的加入, 扩大了奥氏体区而获得单相奥氏体组织。 故有很好的耐腐蚀性及耐热性,也就具有了很广的应用范围。 主要应用在以下几方面: 1、 石油、石化设备,如石化设备中的波纹管,油罐; 2、 纸浆、造纸漂白设备,如纸浆蒸煮器、漂白设备; 3、 发电厂烟气脱硫装置,主要使用部位有:吸收塔的塔体、烟道、 档门板、内件、喷淋系统等; 4、 海上系统或海水处理,如电厂中用海水冷却的薄壁冷凝管道、海

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水淡化处理设备; 5、 脱盐工业,如制盐或除盐设备; 6、 热交换器,尤其在有氯离子工作环境中的热交换器。 1.3 奥氏体不锈钢的焊接特点 奥氏体不锈钢是应用最广泛的不锈钢,以高 Cr-Ni 型最为普遍。 目前奥氏体不锈钢大致可分为 Cr18-Ni8 型、 Cr25-Ni20 型、 Cr25-Ni35 型。奥氏体不锈钢有以下焊接特点: 1、焊接热裂纹(如图 1-1) 奥氏体不锈钢由于其热传导率小,线

膨胀系数大, 因此在焊接过程中, 焊接接头部位的高温停留时间较长, 焊缝易形成粗大的柱状晶组织,在凝固结晶过程中,若硫、磷、锡、 锑、铌等杂质元素含量较高,就会在晶间形成低熔点共晶,在焊接接 头承受较高的拉应力时,就易在焊缝中形成凝固裂纹,在热影响区形 成液化裂纹,这都属于焊接热裂纹。防止热裂纹最有效的途径是降低 钢及焊材中易产生低熔点共晶的杂质元素和使铬镍奥氏体不锈钢中 含有 4% ~ 12%的铁素体组织。 2、晶间腐蚀(如图 1-2) 根据贫铬理论,在晶间上析出碳化铬,

造成晶界贫铬是产生晶间腐蚀的主要原因。为此,选择超低碳焊材或 含有铌、钛等稳定化元素的焊材是防止晶间腐蚀的主要措施。

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如图 1-1 焊接热裂纹 3、应力腐蚀开裂(如图 1-3)

如图 1-2 晶间腐蚀 应力腐蚀开裂通常表现为脆性破坏,

且发生破坏的过程时间短,因此危害严重。造成奥氏体不锈钢应力腐 蚀开裂的主要原因是焊接残余应力。 焊接接头的组织变化或应力集中 的存在,局部腐蚀介质浓缩也是影响应力腐蚀开裂的原因。

a)腐蚀原理示意图 如图 1-3 应力腐蚀开裂 4、焊接接头的 σ 相脆化

b)腐蚀的外观

σ 相是一种脆硬的金属间化合物,主要析

集于柱状晶的晶界。 相和 δ 相都可发生 σ 相转变。 γ 比如对于 Cr25Ni20 型焊缝在 800℃ ~ 900℃加热时,就会发生强烈的 γ→δ 转变。对于 铬镍型奥氏体不锈钢, 特别是铬镍钼型不锈钢, 易发生 δ→σ 相转变, 这主要是由于铬、钼元素具有明显的 σ 化作用,当焊缝中 δ 铁素体 含量超过 12%时,δ→σ 的转变非常显著,造成焊缝金属的明显的脆

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化, 这也就是为什么热壁加氢反应器内壁堆焊层将 δ 铁素体含量控制 在 3%~10%的原因。 2.0Cr18Ni9Ti 奥氏体钢化学成份、基本性能、应用 奥氏体钢化学成份、基本性能、 2.1 0Cr18Ni9Ti 奥氏体钢的化学成份 碳 C :≤0.07

硅 Si:≤1.00 锰 Mn:≤2.00 硫 S :≤0.030 磷 P :≤0.035 铬 Cr:0.00~3.00 镍 Ni:10.00~20.00 钛 Ti: 5.00~10.00
2.2 0Cr18Ni9Ti 奥氏体钢的基本性能 1、不锈钢的耐蚀性: 1).金属的腐蚀形式按机理可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。 2).提高腐蚀措施,主要针对腐蚀原因入手。 总之 1)使钢的表面形成稳定、致密、牢固均匀的氧化膜。2)使 刚得到单一的固溶体。3)提高固溶体的电极电位。 2、高温性能:

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高温性能包括两个方面,即高温抗氧化性和高温强度。高温抗氧 化性指钢在高温下对各类介质化学腐蚀能力: 高温强度是指钢在高温 下的保持强度性能。 3、焊接性能: 可焊性良好,可采用的焊接方法视壁厚而定,厚度在 2mm 以内的 工作宜采用氩弧焊,中,厚板可用手工电弧焊和埋弧自动焊,焊后不 会出现刀口状腐蚀,焊缝金属力学性能≥510MPa ≥35%。 4、物理性能及力学性能: 物理性能有:热膨胀系数、热导率、电阻率等。 力学性能有:(如表 2-1)镍合金为主要合金元素,含有铬何以 提高其对酸的耐腐蚀性,还可以通过加入钛或铌,把含碳量降低达到 碳的稳定化,以防止出现晶间腐蚀。
表 2-1 奥氏体、铁素体、奥氏体和双相不锈钢的室温力学性能

钢号 2Cr18Ni9

热处理制度 1100-1150oC 水冷 1100-1150oC 水冷

σbMpa 568 539 540-70

σsMpa 216 196 201-38

δ(%) 40 45

ψ(%) 55 50

1Cr18Ni9 1100oC 水冷

48.8-69 6 2 196 205 196-51 40-81 0 0 196 40 45 40

59.5-81

0Cr18Ni9(304)

1080-1130oC 水冷 920-1150oC 水冷

490 540 541-79

60 45

1Cr18Ni9Ti 1100oC 水冷

55-79.5

0Cr18Ni9Ti(321)

950-1050oC 水冷

541

55

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554-65 1100oC 水冷 3 1050-1100oC 水冷 00Cr18Ni10 1100oC 水冷 5 900-1100oC 水冷 0Cr18Ni11Nb 1100oC 水冷 2 1Cr18Ni12Mo2Ti 1000-1100oC 水冷 530 539-76 00Cr18Ni17Mo2Ti 1000-1100oC 水冷 7 1010-1150oC 水冷 00Cr17Ni4Mo2Ti 1050oC 水冷 1010-1050oC 水冷 0Cr17Ni14Mo2(316L ) 1100oC 水冷 5 00Cr26Ni7Mo2Ti 1080oC 水冷 1000-1050oC 淬火 (油、水冷) 1Cr13(410) 700-790oC 回火 (油、水、空冷) 1000-1050oC 淬火 (油、水冷) 2Cr13(420) 660-770oC 回火 (油、水、空冷) 750-800oC 空冷 1Cr17(430) 750-800oC 空冷 412-63 450 647 588 674 1050oC 水冷 260 480 265 230-22 480 520 539-63 480 510-74

245-32 46-62 8 177 196-49 45-68.5 0 205 235-30 40-57 4 205 216-41 41.2-67 4 177 578 177 578 505-55 56-63.5 4 544 29.6 66.8 76-81 40 54 40 54 60 60 60 76 55-77.5 40 55 63.5-75.5 40 50 68-81.5 40 60 57.2-78.3

412

20

60

441

16

55

205 245-48

22 20-57

50 50-80.5

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2

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2.3 0Cr18Ni9Ti 奥氏体钢的应用 0Cr18Ni9Ti 奥氏体钢主要应用在家庭用品、橱柜、室内管线、 热水器、锅炉、油罐、浴缸、汽车配件、医疗器具、建材、化学、 食品工业、农业、船舶等部件上。 3. 0Cr18Ni9Ti 奥氏体钢的焊接性 3.1 0Cr18Ni9Ti 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。 奥氏体不锈钢和奥氏体耐热钢具有基本相似的焊接性.这类钢具 有较高的变形能力,所以总的来说焊接性良好。 0Cr18Ni9Ti 奥氏体钢常用于要求耐腐蚀及低温容器的制造,其 焊接性问题主要有以下几个方面。 1、焊接接头晶间腐蚀 18-8 奥氏体不锈钢焊接接头在三个部位有可能发生晶间腐蚀现 象:焊缝区、热影响区敏化区以及熔合区(如图 3-1 所示) ,但在同 一个接头中并不能同时看到这三种晶间腐蚀的出现, 这取决于钢和焊 缝的成分。
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图 3-1 晶间腐蚀通常用贫铬理论来加以解释, 即当奥氏体不锈钢加热至 450~850℃的敏化温度区是地,沿晶界沉淀析出 Cr23C6 致使晶界边界 层含 Cr 量低于 12%,造成该局部区域电极电位下降。当钢材置于腐 蚀介质中则发生电化学反应产生晶间腐蚀。 很显然,焊缝区的晶间腐蚀主要与焊接材料有关。采用超低碳的 焊接材料或通过焊接材料向焊缝过渡足够的稳定化元素(如 Nb)可 有效地避免焊缝晶间腐蚀。此外,通过调整焊缝成分以获得一定数量 的铁素体(δ相) ,也可在一定程度上避免焊缝晶间腐蚀。 热影响区敏化区晶间腐蚀是指焊接热影响区加热峰值温度处于 敏化加热区间的部位所发生的晶间腐蚀。 不过须注意的是在焊接快速 加热冷却条件下,热影响区敏化温度区间并非平衡加热时的 450~ 850℃,而是有一个过热度的 600~1000℃温度区间。含 Ti 或 Nb 的 18-8Ti 或 18-8Nb, 以及超低碳 18-8 钢具有较小的敏化区晶间腐蚀倾 向。为防止 18-8 奥氏体不锈钢敏化区腐蚀,在焊接工艺上应采取快
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速过程,以减少处于敏化加热的时间。 刀口腐蚀是在熔合区产生的晶间腐蚀,有如刀削切口形式,故称 “刀口腐蚀” (Knife-line corrosion) 。腐蚀区宽度初期不超过 3~ 5 个晶粒,逐步扩展到 1.0~1.5mm(一般电弧焊) 。刀口腐蚀只发生 在含 Nb 或 Ti 的 18-8Nb 和 18-8Ti 钢的熔合区, 一般认为是由于熔合 区经历了 1200℃以上的高温过热作用,使得奥氏体内形成的 TiC 固 溶,其分离出来的碳原子占据奥氏体占阵节点空缺位置,而随后的激 冷过程,活泼的碳原子趋向奥氏体晶粒周边运动,进一步冷至 450~ 850℃中温敏化区则析出 Cr23C6 造成晶界贫 Cr。显然,高温过热和中 温敏化相续作用,是刀口腐蚀的必要条件,但不含 Ti 或 Nb 的 18-8 钢不应有刀口腐蚀发生。 2、焊接接头热裂纹 0Cr18Ni9Ti 奥氏体钢焊接时在焊缝及近缝区都可能产生热裂纹, 最常见的是焊缝凝固裂纹,有时也可以出现近缝区液化裂纹。奥氏体 不锈钢易于产生热裂纹的原因主要有以下几个方面。 ① 0Cr18Ni9Ti 奥氏体钢导热系数小,而线膨胀系数大,在焊接 局部加热和冷却过程中可形成较大的拉应力。 焊缝金属凝固期间存在 较大的拉应力是产生热裂纹的必要条件。 ② 0Cr18Ni9Ti 奥氏体钢易于联生结晶形成方向性强的柱状晶的 焊缝组织,有利于有害杂质偏析,而促使形成晶间液膜,显然易于促 使产生凝固裂纹。 ③ 0Cr18Ni9Ti 奥氏体钢及焊缝的合金组成较复杂,可形成多种
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低熔点共晶。 通过调整奥氏体焊缝金属成分, 使其形成适量的铁素体组织在一 定程度上可改善奥氏体焊缝的热裂倾向。 这是因为少量铁素体组织可 以有效地消除单项奥氏体组织柱状晶的方向性;同时 S、P 等这些有 害杂质元素在铁素体中的溶解度又比在奥氏体中更大, 因而能避免其 在奥氏体晶界形成低熔点的共晶物质。 这些都是有利于提高奥氏体焊 缝抗裂性的。 3、焊接拉头的应力腐蚀开裂 应力腐蚀是在应力与腐蚀介质双重因素作用下产生的一种腐蚀 破坏。由于 0Cr18Ni9Ti 奥氏体钢的导热率小,线膨胀系数大,在约 束焊接变形时必然残留较大的焊接应力, 而拉应力的存在是应力腐蚀 开裂的一重要条件。 许多实验已证实焊接接头过热区对应力腐蚀开裂 最为敏感。 4、奥氏体焊缝的脆化 经常发现有的 0Cr18Ni9Ti 奥氏体钢焊接接头的强度并不低,然 而在工作几个月后就发生沿近缝区的脆断。其原因就是接头的塑性、 韧性没有达到要求,尤其当材料在低温下工作时,最重要的要求是保 证低温韧性,这样才能防止发生低温脆性破坏。0Cr18Ni9Ti 奥氏体 钢焊缝的脆化有以下两种。 (1)低温脆化 奥氏体焊缝的低温脆化与组织中的铁素体(δ

相)有关,因此为了满足低温韧性的要求,最好控制组织避免形成奥 氏体+铁素体的双相组织。
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(2)高温脆化

高温下进行短时拉伸试验或进行持久强度试验

表明,当奥氏体焊缝中含有较多的铁素体形成元素或较多的δ相时, 都会发生显著的脆化现象。为了保证焊缝有必要的塑性和韧性,长期 工作在高温的焊缝中所含的δ相数量应当小于 5%,否则,多量的δ 相将会导致脆化现象的发生,通常认为这是δ相转变为σ相的结果。 5、0Cr18Ni9Ti 奥氏体钢的焊接工艺特点 由于奥氏体钢的物理性能特点以及对耐腐蚀性、 抗裂性等的具体 要求,故奥氏体钢焊接的特点如下。 (1)焊接变形大 由于奥氏体钢热导率小、线膨胀系数较大,

在自由状态焊接时易于产生较大的变形,因此,应选用能量集中的焊 接方法,以机械化快速焊接为好(如采用 MIG 或 TIG 焊) 。 (2)对焊接材料要求严 选择焊接材料时,应当考虑焊缝成分

的要求,以保证耐晶间腐蚀和抗热裂性能。例如,含 SiO2 含量的焊条 或焊剂就不能用于含镍量高的奥氏体钢, 而应采用碱性焊条或低硅焊 剂。 (3)焊条尾部发红 奥氏体钢的热导率小,电阻率大,使得奥

氏体钢焊丝的熔化系数比结构钢大得多。为避免焊条尾部发红,奥氏 体钢焊条的长度要比结构钢焊条短些。 自动埋弧焊时的焊丝伸出长度 也应短一些。当焊丝直径为 2~3mm 时,伸出长度应小于 20~30mm。 (4)焊接时熔深大 在同样的焊接电流下,奥氏体钢的熔深比

结构钢大。为防止过热及得到一定尺寸的焊缝,焊接奥氏体钢时焊接 电流应比焊接低合金结构钢时小 10%~20%,并且尽量用细直径焊
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丝。手工电弧焊是地,平焊的焊接电流 I(A)与焊芯直径 d(mm)的关系 为 I=(25~35)d (5)宜快速焊接 焊接奥氏钢时,一般采用同质填充金属。为

避免铬的碳化物相沉淀, 通常不应预热, 并且层间温度应低于 250℃。 焊接时应尽可能使焊接接头的冷却速度加快。 (6)短弧、直线焊接 焊丝或焊芯中所含的 Ti、Nb、Cr、Al 等

合金元素与氧有较大的亲和力, 为防止合金元素的烧损必须采用短弧 焊、不摆动的工艺方法。 (7)宜保持稳定的焊接工艺 为了获得稳定的焊缝成分,必须

在焊接时保持熔合比的稳定,因此,焊接工艺参数应当保持稳定。 (8)保护焊件的耐腐蚀性能,避免破坏焊件表面的氧化膜保护 层。 4.0Cr18Ni9Ti 奥氏体钢焊接工艺性 按照工厂实习所学知识,根据焊接工艺规程,对我所设计的不锈 钢门窗的焊接进行编写。 1.领料:领取 0Cr18Ni9Ti 奥氏体钢(外径 20mm、内径 15mm)20 米。 2.焊机准备:准备 NSA4—300 型手工钨极氩弧焊机(氩气瓶及氩 气流下料:根据图纸 1 的尺寸进行下料,保留余量 2mm。 3.量调节器,氩气纯度≥99.5%) ,钨极(直径 2.5mm) 4.焊接装配: (1)开坡口:开 Y 型坡口。
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(2)焊件清理:清除坡口内及管子坡口端面、外边面 20mm 范 围内的油、锈及其他污物,至露出金属光泽,再用丙酮清洗该区。 (3)定位焊:一点定位,焊点长度为 10-15mm,定位焊缝外的 间隙为 2mm,与他相隔 180 度处间隙为 1.5mm,焊接材料和焊接焊件 相同。定位焊接两端应预先打磨成斜坡。 5.焊接工艺参数的选用(如表 4-1) 如表 4-1 焊接工艺参数的选用 焊接 参次 焊接 电流 氩气 流量 钨极 直径 焊丝 直径 喷嘴 直径 喷嘴至 焊件距 离 打底焊 90-100 盖面焊 6.焊接: 焊道分布是两层两道,焊前将定位焊缝放在 6 点钟处,保证 0 点钟处 间隙为 1.5mm。然后依次打底焊、盖面焊。 7.焊接中容易出现缺陷及防治措施(如表 4-2) 如表 4-2 焊接中容易出现缺陷及防治措施 缺陷名称 错边 产生原因 装配不规范 排除方法 按照技术要求控制 6-8 2.5 2.5 8 ≤10 10-12 电弧 电压

1)熔 化 金 属 受 重 力 1)调整焊枪角度,短 咬边、焊瘤 作用下淌 2)操作技术不正确 弧焊接 2)按规范操作
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1)未 完 全 熔 透 就 添 1)观 察 熔 池 变 化 确 未焊透 加焊丝 2)焊接电流太小 保焊透 2)调整焊枪角度,短 弧焊接 8.管子对接焊缝质量检测项目及标准(如表 4-3) 如表 4-3 管子对接焊缝质量检测项目及标准 检验项目 焊缝余高/mm 焊 缝 外 观 检 验 焊缝余高差/mm 焊缝每侧增宽/mm 焊缝宽度差/mm 咬 边 深度/mm 0-3 0-2 0.5-2.5 0-2 ≤0.5 标准

长度/mm(累计计算) ≤10

气孔、夹渣、未熔合、焊瘤 无 焊后角变形(管内径 85%) 弯曲试验 通过 按 GB/T2653-2008 《焊接接头弯曲 试验方法》规定

5.防止 0Cr18Ni9Ti 奥氏体钢焊接裂纹的措施 防止

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出现裂纹的原因很多,常见的以热裂纹为主要,根据裂纹特性来 具体分析是什么原因,还有你采用的焊接方法是什么? 5.1 可能的原因及解决办法(如表 5-1 所示): 可能的原因及解决办法 及解决办法( 所示) 如表 5-1 可能出现焊接裂纹的原因及解决办法 出现焊接裂纹的原因及措施 产生裂纹原因 线能量过大 防治措施 采用小直径焊条,小电流,利用多层 多道焊减小热输入量 焊接材料没有清理干净 利用物理的方面,对焊件表面进行清 洗 焊接顺序有问题,在长纵焊缝 在过长的纵焊缝中为了确保焊接焊接 装配时焊缝中后段没有预留 间隙 氩弧焊时没有保护或保护有 严重问题 质量,始终要留一定的间隙,确保焊 渣及气体逸出 焊接前确保氩气充足,焊接时不要倾 斜角度过大,要注意外界环境的影响

电阻焊接时:压力过大、电流 在正式焊接前要对压力、电流电极进 过大、电极对中不好、电极磨 行试样焊接,焊接进行清洗,电极在 损严重、零件间有夹杂等 焊接过程重要打磨确保不粘捻杂物

原因很多,有可能的话,可以分析裂纹断口,或反复多做试验。 不锈钢的焊接裂纹一般都是热裂纹比较常见, 焊缝中的低熔点共晶物

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所形成的。 5.2 主要(热裂纹)影响因素及解决方法: 主要(热裂纹)影响因素及解决方法: 1、 冶金措施首先选用具有γ+δ双相组织的焊接材料,必须控制铬镍 当量比以保证获得“先δ铁素体”凝固模式。其次要限制焊缝中的有 害杂质,如 S、P 等的含量。 2、工艺措施 ①限制过热。可以采用小的焊接电流和小的焊接速度,降低焊接热输 入量。 ②控制成形系数。成形系数的控制与焊接参数相关,合理的成形系数 (在不提高焊接速度前提下,采用减小焊接电流工艺所获的)对控制热 裂纹有一定作用。 ③减小熔合比。 在减小母材对焊缝稀释率时, 同样要求降低焊接电流。 ④降低拘束度。 ⑤控制装配间隙、改进装配质量等。 3、接头低温和高温韧性的控制措施 (1)焊缝成分的调整调整焊缝中γ相和δ相形成元素含量及其比值, 扶得单相γ组织焊缝(尽量不出现δ相),添加适量稀土元素,以改善 接头低温韧性。 对于高温丁作的奥氏体接头, 防止γ→σ转变是前提, 添加抑制该项转变的元素(含稀土元素)并控制含量,以抑制接头的高 温脆化。 (2)焊接工艺措施 采用不预热,限制热输入量,尽可能快速冷却的

工艺,有利控制接头晚化。
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4、焊缝中气孔的防止措施 (1)消除气体来源首先焊前对工件及焊丝表面的铁锈、油污以及氧化 膜进行清理,以防有害气体进入电弧区。同时对焊接材料必须防潮, 使用前按照说明书要求进行烘干并保温,随用随取;其次还要加强焊 接过程中的防护措施,如气保护焊接时必须防风,保护气流量及纯度 也需控制等。 (2)正确选用焊接材料 着重考虑焊接时带进熔池的水气数量以及熔

池中气体逸出难易程度。 (3)控制焊接工艺条件 选择焊接方法和焊接工艺参数时,总体原则

是使电弧中带进的气体总量较少,而熔池中气体的逸出条件较好;同 时要兼顾奥氏体不锈钢接头其他性能要求,如耐蚀性、抗裂性等。 6.防止 0Cr18Ni9Ti 奥氏体钢焊接质量检验方法 防止 焊接质量检验项目一般包括外观检验、 无损探伤、 力学性能试验、 压力试验、应按产品设计图样和技术条件的规定执行。 1.外观检验 (1)焊缝成形良好,尺寸应符合设计要求。 (2)焊缝及热影响区表面不得有气孔、夹渣、裂纹、弧坑等缺陷。 (3)当产品设计图样及技术条件无明确规定时,基层侧焊缝的咬边 深度不得大于 0.5mm, 咬边长度不得大于该焊缝全长的 10%, 且不得 大于 100mm。复层一侧不得有咬边缺陷。 2. 当产品技术条件要求进行焊接工艺评定,或要求提供产品焊接试 板的性能以及技术条件规定时,还要进行力学性能试验、焊缝的无损
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探伤、金相检验等。

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毕业设计总结 毕业设计是大学专科教育培养目标实现的重要阶段, 是毕业前的 综合学习阶段,是深化、拓宽、综合教和学的重要过程,是对大学期间 所学专业知识的全面总结。在学院老师的精心安排下,我设计的题目 为《0Cr18Ni9Ti 奥氏体钢的焊接性及焊接工艺研究》 。 在毕业设计前期,我温习了所学知识,大概掌握了有关奥氏体钢 的焊接性及工艺。在毕业设计中期,我们通过所学的基本理论、专业 知识和基本技能进行设计。在毕业设计后期,主要进行设计手稿的电 子排版整理, 并得到老师的审批和指正, 使我圆满地完成了设计任务, 在此我表示衷心的感谢。 毕业设计的一周里,在指导老师的帮助下,经过资料查阅、设计 计算,使我加深了对新规范、规程、手册等相关内容的理解,巩固了 专业知识,提高了综合分析、解决问题的能力。在绘图时熟练掌握了 各种制图软件,以及多种结构设计软件。 以上所有这些从不同方面达到了毕业设计的目的与要求, 由于自 己水平有限,难免有不妥和疏漏之处,敬请各位老师批评指正。

编者
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致谢 我的毕业设计是在我的指导老师的亲切关怀和细心指导下完成 的。她严肃的科学态度,严谨的治学精神,精益求精的工作作风,深 深地感染和激励着我。从课题的给定到各项的最终完成,薛老师都始 终给予我细心的指导和不懈的支持。 一个月来,我的老师和同学不仅在学业上给我以精心指导,同时 还在思想、生活上给我以无微不至的关怀,在此谨向大家致以诚挚的 谢意和崇高的敬意。在此,我还要感谢在一起愉快的度过毕业设计的 各位舍友,正是由于你们的帮助和支持,我才能克服一个一个的困难 和疑惑,直至毕业设计的顺利完成。特别感谢我的舍友,他们在工作 之余对我做了不少工作,给予我很多帮助。 在论文即将完成之际,我的心情无法平静,从开始进入课题到设 计的顺利完成,有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助, 在这里请接受我诚挚的谢意!谢谢你们!

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参考文献 1.焊接方法与设备:雷世明主编,机械工业出版社,1999 2.熔焊原理及金属材料焊接:应若菜主编,机械工业出版社,2000 3.弧焊电源:郑宜庭等编,机械工业出版社,1990 4.焊接实训:杨兵兵主编,高等教育出版社,2009 5.焊接材料简明选用手册:张子荣等编著,机械工业出版社,1999 6.焊接工艺人员手册:俞尚知主编,上海科学技术出版社,1991 7.电弧焊:周玉生主编,机械工业出版社,1994 8.焊接手册:美国焊接学会编,机械工业出版社,1988 9.焊接自动控制基础:赵家瑞等编,机械工业出版社,1990 10.金属结构的电弧焊:天津大学编,机械工业出版社,1993

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