奥氏体不锈钢钢板熔化极氩弧焊工艺设计

0CR19NI10钢板熔化极氩弧焊工艺设计摘要本说明书分析了0CR19NI10钢的化学成分、物理性能、力学性能和它的焊接性，并在此基础上制定了一套熔化极氩弧焊的工艺设计，包括0CR19NI10钢焊接方法的选择和分析、焊前准备、保护气体、焊接材料、焊接工艺要点、焊接工艺参数以及焊后检验。关键词0CR19NI10钢；熔化极氩弧焊；焊接工艺一、0CR19NI10钢的基本数据及性能分析10CR19NI10钢的介绍材料名称奥氏体不锈钢热处理状态固溶处理特性及适用范围奥氏体不锈钢的室温组织为奥氏体，它是在高铬不锈钢中加入适当的NI而形成的。奥氏体不锈钢因含CR和NI较多，在氧化性、中性及弱还原性介质中有良好的耐蚀性，是应用最广泛的不锈钢。20CR19NI10钢的化学成分0CR19NI10钢板两块，规格7100300。0CR19NI10钢化学成分如表1所示。表10CR19NI10钢的化学成分化学成分（质量分数，）牌号CSIMNSPSCRNI0CR19NI100081020003003500351802008012030CR19NI10钢的物理性能和力学性能0CR19NI10钢的物理性能如表2所示表20CR19NI10钢的物理性能物理性能牌号密度/3MKG线膨胀系数0CO538/O610热导率100/O1KMW比热容100/CO1KGJ电阻率/018M熔点/CO0CR19NI10708017019218722846050069102140014500CR19NI10钢的物理性能如表3所示表30CR19NI10钢的力学性能牌号力学性能屈服强度S/MPA抗拉强度B/MPA伸长率/HBHRBHV0CR19NI102055204018790200二、0CR19NI10钢的焊接性奥氏体不锈钢具有良好的弯折、卷曲和冲压成形性，冷加工时不会产生任何的淬火硬化。由于不发生相变，对氢脆不敏感，接头具有良好的塑性和韧性，尽管其线膨胀系数比较大，但焊接过程中极少出现冷裂纹。从这一点上看，其焊接性比铁素体不锈钢和马氏体不锈钢都要好。奥氏体不锈钢焊接时存在的主要问题是接头产生碳化铬沉淀析出，耐蚀性下降焊缝及热影响区热裂纹敏感性大；接头中铁素体含量高时，可能出现475脆化或A相脆化。1焊接接头的晶间腐蚀1）晶间腐蚀1产生晶间腐蚀的原因奥氏体不锈钢焊缝和HAZ敏化区的晶间腐蚀，都与敏化过程使晶界形成贫铬层有关。焊缝产生晶间腐蚀可有两种情况一种是焊态下已有CR23C6析出，如多层焊缝的重复加热区域另一种为接头在焊态下无贫铬层，焊后经过敏化温度区间，因而具有晶间腐蚀倾向。2防止焊接接头产生晶间腐蚀的措施。冶金措施A降低母材和焊缝中的碳含量。B添加、钛等稳定化元素，改变碳化物的类型。C调整焊缝的组织形态。工艺措施A选择合适的焊接方法B焊接参数应在保证焊缝质量的前提下，采用小的焊接电流和最快的焊接速度。C在操作上尽量采用窄焊缝，多道多层焊，并注意每焊完一道焊缝后，要等焊接处冷却至室沮再进行下一道焊缝的焊接在施焊过程中，不允许焊条或焊丝摆动；焊接管子采用氩弧焊打底时，可以不加填充材料进行熔焊，在可能的条件下，管内通氩气保护，保护熔池不被氧化、加快焊缝的冷却速度、有利于背面焊缝的成形。D强制捍接区的快速冷却。E进行固溶处理或稳定化处理。2）熔合区附近的刀状腐蚀1刀状腐蚀产生的原因刀状腐蚀简称刀蚀，它是焊接接头中特有的一种晶间腐蚀，只发生在含有TI、NI等稳定化元素钢焊接接头中。腐蚀部位沿熔合线发展，处于HAZ的过热区，由于区域很窄电弧一般为1015MM，形状犹如刀削切口，称为刀状腐蚀。2防止刀蚀的措施A降低母材的含碳量。B采用合理的焊接工艺。2焊接热裂纹与其他不锈钢相比，单相奥氏体不锈钢焊接时，具有较高的热裂纹敏感性，在焊缝及近缝区都有可能出现热裂纹，最常见的是焊缝结晶裂纹，也可能在HAZ或多层焊道间出现液化裂纹。1）热裂纹产生的原因A有害杂质元素B粗大柱状晶组织C物理性能2）防止焊接热裂纹产生的措施1冶金措施A严格控制焊缝金属中有害杂质元素的含量。B调整焊缝化学成分。C控制焊缝金属中的铬镍比。D在焊缝金属中加入少量的铈、锆等微量元素。2工艺措施焊接时应尽量减小熔池过热程度，以防止形成粗大的柱状晶为此，焊接时宜采用小线能量及小截面的焊道，多层焊时，道间温度不宜过高，以避免焊缝过热，焊接过程中焊条不允许摆动，采用窄焊缝的操作技术。3应力腐蚀开裂应力腐蚀开裂是在拉应力和特定腐蚀介质共同作用下而发生的一种破坏形式。应力腐蚀开裂是奥氏体不锈钢非常敏感且经常发生的腐蚀破坏形市。据有关统计资料表明在化工设备破坏事故中，不锈钢的应力腐蚀开裂引起的事故占整个破坏事故的60以上。防止应力腐蚀开裂的措施A合理设计焊接接头，避免腐蚀介质在焊接接头尖部位聚集，降低或消除焊接接头应力集中。B消除或降低焊接接头的残余应力。C改善焊件表面状态，对敏化侧表面进行喷丸和锤击处理，造成表面压应力，或对敏化表面进行抛光、电镀或喷涂等，提高耐腐蚀性能。D采用合理的焊接工艺，选用热源集中的焊接方法、小线能量及快速冷却等措施。E正确选用材料。4焊接接头的脆化1）焊缝金属的低温脆化在低温使用时为了满足低温韧性的要求，焊缝组织通常希望获得单一的奥氏体组织，避免铁素体的存在。铁素体的存在，总是恶化低温韧性。2）焊接接头的相脆化相是一种脆硬的金属间化合物，主要析集于柱状晶的晶界。在奥氏体焊缝中，相和相可发生相相转变，如CR25一NI20焊缝在800一900加热时，将发生强烈的转变；在奥氏体铁素体双相组织的焊缝中，当铁素体含量较高时12时的转变非常显著，造成焊缝金属的明显脆化。三、0CR19NI10钢焊接方法的选择和分析奥氏体不锈钢可以采用所有的熔焊方法，如焊条电弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊、埋弧焊、等离子弧焊等进行焊接。另外如电阻点焊、缝焊、闪光对焊、激光焊接、电子束焊、钎焊都可以用于奥氏体不锈钢的焊接。但对于组织性能不同的奥氏体不锈钢，应根据具体的焊接性和接头使用性能的要求，合理选择最佳的焊接方法。1焊条电弧焊焊条电弧焊是常用的焊接方法，具有操作灵活、方便等优点。为提高焊缝金属抗热裂纹能力，宜选择碱性药皮的焊条；对于耐蚀性要求高、表面成形要求胡搜的焊缝，宜选用工艺性能良好的钛钙型药皮的焊条。2氩弧焊氩弧焊是焊接奥氏体不锈钢的理想方法，焊接过程中合金元素烧损很小，焊缝表面洁净无渣，焊缝成形好。此外由于焊接线能量较低，特别适宜对过热敏感的奥氏体不锈钢的焊接。3埋弧焊埋弧焊是一种高效的焊接方法，特点是线能量大，熔池尺寸较大，冷却速度和凝固速度慢，因此焊接热裂纹敏感性增大。埋弧焊对母材稀释率变化范围大1075,这就会对焊缝金属成分产生重大影响，关系到焊缝组织中铁素体含量的控制。4CO2气体保护焊CO2气体保护焊不适合焊接奥氏体不锈钢，因为CO2气体保护焊焊接时会使焊缝增碳，当焊丝WC01时，可时焊缝增碳002004，对接头的耐蚀性不利。5等离子弧焊等离子弧焊也属于惰性气体保护的熔化焊方法，由于等离子弧能量集中、焊件加热范围小、焊接速度快、热能利用率高及影响区窄等特点，对提高焊接接头的耐蚀性和改善接头组织非常有利。由以上对能够焊接不锈钢的方法进行详细的分析后，通过对奥氏体不锈钢成分及性能的了解，故可判断出选择熔化极氩弧焊焊接0CR19NI10钢较为合适。四、0CR19NI10钢焊接工艺的制定和论证1焊前准备为了保证焊接接头的耐蚀性，防止焊接缺陷，在焊前准备中，对下列问题应与以特别注意。1下料方法奥氏体不锈钢中有较多的铬，用氧乙炔火焰切割有困难，可用机械切割、等离子弧切割及碳弧气刨等方法进行坡口加工。2焊前清理焊前应将坡口及其两侧2030MM范围内的焊件表面清理干净。对表面质量要求特别高的焊件，应在适当范围内涂上用白粉调制的糊浆，以防止飞溅金属损伤钢材表面。3表面防护在搬运、坡口制备、装配及点焊过程中，应注意避免损伤不锈钢表面，以免使产品的耐蚀性能降低，如不允许在钢材表面随意打弧及用利器划伤钢材表面等。2保护气体用纯AR焊接不锈钢时，存在下面一些问题1液体金属的粘度及表面张力较大，易产生气孔。焊缝金属湿润性差，焊缝两侧易形成咬肉等缺陷。2）电弧阴极斑点不稳定，产生阴极漂移现象。电弧根部这种不稳定会引起焊缝熔深及焊缝成形的不规则。由于上诉原因，用纯AR保护的MIG焊焊接不锈钢等是不合适的。通常在AR中加入一定量的。使上诉问题得以改善。2O实践证明，AR中加入体积分数为1的就可克服阴极斑点漂移现象。另外，加入2O有利于金属熔滴的细化，降低射流过渡的临界电流值。2用AR混合气体焊接的不锈刚，经抗腐蚀试验证明，在AR中加入微量的，对2O2O接头的抗腐蚀能力无明显影响；当含氧的体积分数超过2时，焊缝表面氧化明显，接头质量下降。故焊接0CR19NI10钢时，保护气体可选用AR15。2O3焊接材料奥氏体不锈钢的焊接，通常采用同材质焊接材料。对于工作在高温条件下的奥氏体不锈钢，填充材料选择的原则是在无裂纹的前提下，保证焊缝金属的热强性与母材基本相同，这就要求其合金成分大致与母材成分匹配，同时应当考虑焊缝金属中铁素体含量的控制。对在腐蚀介质下工作的奥氏体不锈钢，主要按腐蚀介质和耐腐蚀性要求来选择焊接材料，一般选用与母材成分相同或相近的焊接材料。由于含碳量对抗腐蚀性有很大影响，因此熔敷金属中碳的质量分数不能高于母材。腐蚀性弱或仅为避免锈蚀污染的设备，可选用含TI或NB等稳定化元素或超低碳焊接材料；对于耐酸腐蚀性能较高的工件，常选用含MO的焊接材料。熔化极氩弧焊焊丝的化学成分应该与母材的化学成分匹配，并且具有良好的焊接工艺性能和焊缝力学性能。综合考虑奥氏体不锈钢对焊接材料的要求和熔化极氩弧焊对焊丝的要求，再考虑母材的化学成分，焊接0CR19NI10钢时，可采用H0CR19NI10焊丝。4焊接工艺要点根据奥氏体不锈钢对抗裂性和耐蚀性的要求，焊接时要注意以下几点1焊前不预热由于奥氏体不锈钢具有较好的塑性，冷裂纹倾向较小，因此焊前不必预热。多层焊时要避免道间温度过高，一般应冷到100以下再焊下一层；否则接头冷却速度慢，CO将产生促使析出铬的碳化物等不利影响。2防止接头过热具体措施有焊接电流比低碳钢时效1020，短弧快速焊，直线运条，减少起弧、收弧次数，尽量避免重复加热，强制冷却焊缝加铜垫板、喷水冷却等。3要保证工件表面完好无损焊件表面损伤是产生腐蚀的根源，避免碰撞损伤，避免在焊件表面进行引弧，造成局部烧伤等。4焊后热处理奥氏体不锈钢焊接后，原则上不进行热处理。只有焊接接头产生了脆化或要进一步提高其耐蚀能力时，才根据需要选择固溶处理、稳定化处理或消除应力处理。5焊接工艺参数熔化极氩弧焊的焊接参数主要有焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝伸出长度、焊丝倾角、焊丝直径、保护气体的种类及其流量等。1焊接电流和电弧电压通常是根据焊件的厚度及焊缝熔深来选择焊接电流及焊丝直径。根据焊接电流来确定送丝速度，在焊丝直径一定的情况，送丝速度增加焊接电流增加。再根据焊接电流匹配合适的电弧电压从而形成合适的熔滴过渡形式及稳定的焊接过程。2焊接速度在焊件厚度、焊接电流及电弧电压等其他条件确定的情况下，焊接速度增加，焊缝熔深及熔宽均减小；焊缝单位长度上的焊丝熔敷量减小，焊缝余高将减小。焊接速度过高可能产生咬边，要根据焊缝成形及焊接电流来确定合适的焊接速度。3焊丝伸出长度焊丝的伸出长度增加，其电阻热增加，焊丝的熔化速度增加。过长的焊丝伸出长度会造成低电弧热熔敷过多的焊缝金属，使焊缝成形不良，熔深减小，电弧不稳定。焊丝伸出长度过短，电弧易烧导电嘴，金属飞溅易堵塞喷嘴。对于短路过渡焊接，合适的伸出长度为613MM其他形式的熔滴过渡焊接，合适的伸出长度为1325MM。4保护气体流量熔化极氢弧焊要求保护气体具有良好的保护效果，如果保护不良，将产生焊接质量问题。保护气体从喷嘴流出时如果能形成较厚的层流，将有较大的保护范围及良好的保护作用。但是如果流量过大或过小，就会造成紊流。保护效果不好。因此，对于一定孔径的喷嘴，都有一个合适的保护气体流量范围。常用的熔化极氩弧焊的喷嘴孔径为20MM左右保护气体流量为1030L/MIN。大电流熔化极氩弧焊时应该用更大直径的喷嘴，需要更大的保护气流量。5焊接层数根据焊接方法、焊件厚度和熔化极氩弧焊的单层最大厚度确定合适的焊接层数。厚板弧焊时，应开坡口并采用多层焊（每层1条焊缝）或多层多道焊（每层有2条以上的焊缝），多层焊和多层道焊接头的显微组织较细，热影响区较窄，因此，接头的塑性和韧性都较好。6坡口形式厚度不大于3MM的碳钢、低合金钢、不锈钢、铝的对接接头及厚度不大于25MM的高镍合金，一般开I形坡口。厚度在312MM的上述材料，可开U形、Y形或J型坡口。厚度大于12MM的上述材料，采用双U形或双Y形坡口。Y形坡口的坡口角度碳钢、低合金钢及不锈钢为60，高镍合金钢为80；当用交流电焊接铝时为90。当进行0CR19NI10钢平板焊接时,其坡口形式如下图1焊缝坡口形式及尺寸根据以上熔化极氩弧焊焊接参数的选定原则，当进行0CR19NI10钢平板焊接时，其焊接参数如下表表40CR19NI10钢熔化极氩弧焊对接焊接工艺参数表坡口尺寸板厚/MM坡口形式焊接位置焊接层数间隙/MM坡口角度/钝边/MM7Y平焊32602焊接焊丝电流/A电压/V速度/MMMIN1直径/MM送进速度/MMIN1保护气流量/LMIN1220260222630050016451418五、0CR19NI10钢的焊后检验焊后检验是对焊接质量的综合评定，尤其是对有特殊性能要求的产品，焊后检验成为决定其质量和能否投入使用的关键。焊后检验的内容主要包括焊缝的外观检验、焊缝密封性性检验和焊缝内部缺陷检验。从对0CR19NI10钢的焊接性进行分析后可知，焊接过程中会出现的问题有焊接接头的晶间腐蚀、焊接热裂纹、应力腐蚀开裂、焊接接头的脆化。针对焊接过程中的问题和焊后使用过程中可能出现的其他问题，需要对焊缝进行详细的外观检验和内部缺陷检验。1外观检测1利用低倍放大镜或肉眼观察焊缝表面是否有咬边、夹渣、气孔、裂纹等表面缺陷。2用焊接检验尺测量焊缝余高、焊瘤、凹陷等。3用可拆卸的应变计测量