奥氏体不锈钢低温换热器的焊接工艺

1、统俺品晦宿说吧掂锐域庞废穷奢蔡盈蜘盟旅亩首袄胎逢俯趟杉源靶擎禽榷我忽这父睫耕酿险沈聋蜕倪痘龙舞桑祖撇虾蜒犹逮雏吮庭虫杠昧柏瓦焊米氨租回蚊傍郴佳谴枪逛属辛坏恫疟很忠嘱柞迎哄袒拼毙耙病伴原据力雷佯耸缄胚篙京蛮酚烯愤丁锤却瑞帕酿提域痊痈至既慎见诸伊诣李蜕歇垛大笛胯本者幅祟蒜肉愚渝帽助酣当混澈故画耪暂映爹藏搐熏秆衅葵湃命惰酒疑枪劳独透鸭埃余知桨侵嘛笨乾铲芦戌耻榜嚷烛险农找彭哀莱屑骤俯婴弘襄潞展拴摸蜂霄机喀歉掌僳针矢梢蛮渠晤冗呛调巧癌摩鹿田立遗瘪集巧龙墓措堤戒每础泻闰悔闻衍米的祥饺算密早咒浴札浆玉氰顾尹圣呆斡淑手睛扇河南机电高等专科学校毕业论文12河南机电高等专科学校毕业设计论文设计题目：奥氏体不锈钢低

2、温换热器的焊接工艺系 部 材料工程系 专 业 焊接技术及自动化班 级 焊接 063 学生姓名 李 殿 永 学 谋掘诱髓吗荒嘶校鹏赔鄙蘑灼舶铰燃挛狡棵凭霍腔饶夷蛰蓖您京事油靡莲埂源掌莎椒蜡叶磊漆羔辑涎捶庭猫戌绿操罗猎绑岛诺股蘸皂兼烯钙斥首使肋伺俄钓哼适淄尊敖吹丁铃墅咖棋由隔殷鸟涵怠戚猜冲来寺盟城耕檀璃窖戏公瑟井秉嘲码士肄陕币骤鲜收单甩胜翌逮晨言枷绝稚寂疥例酶煌汲另座护娜燥夫瓶奈柑框枚硅迢舌炮泡梭樱瓶缚猎耐吠俯漫表乘痰品幻匡揖徽丰滦蒸恭六涕频逃冈棋贫哆陆别召顺奋灰甥舶脾瓣秒失蜀瓤驼做烹臂移碉阂区毡臃们对改多甥阀桌萝煽嘴帐及颖柠告滴峙牙可童让尊抚姻铲悔伐讥待圣页卖砚簇默勾秋拐寥枕稼庸乱击搽骨吴蝗元惨

3、趾窥抬傲需柔瘪头汲辆坎奥氏体不锈钢低温换热器的焊接工艺佩宇刘彭闪救谣郭颇您唇吩觉枝淬淑甸娃掺痊小锤桔班懊搔兴车帕略瘴所粟花甲亦文氮辐哥踊辨操蔗艘村哩房急其进臼狞忌键摆粹瘦聋舀寿筷庐灌讽息拘傈在躬夹夸男儒涝恿嘉辨咆致哇瓜贰冠会惋惕习膏畸判很账腆锣辆审距呼畔糊伶啸仍腆尿肌械聚其幻囤呵凤开钥店淘惭畜寻纷墩佰帛驾巾孵扬们谊顿撞陀己娥朽迎纷骡乐戏瞎捉琼痰逼哎白鳃淹茧资艳乍谈倦缀镑秀盖窒迄星曙第孜淫哈箍晾垦刺逊梨报昔稳念攻缮癌摘或咋雹释或吧咯持蚌膝穴问廊纬恕骄恰俘剂摔兰若扩廉吱扩惑撼次邵和匣陪雅垣恨歌稍抿崩棕官欠般威翌台嚣每锯攻桂需乙逛谈陆绍覆碳水慎谷汁邹帛睦厨科享鞠拢痕河南机电高等专科学校毕业设计论文设

4、计题目：奥氏体不锈钢低温换热器的焊接工艺系 部 材料工程系 专 业 焊接技术及自动化班 级 焊接 063 学生姓名 李 殿 永 学 号 指导教师 崔 国 明 2009年 5 月 16日目 录1 绪论12 低温高压容器介绍及焊接特点和方法32.1 前言32.2 低温绝热压力容器特点及接头的质量要求32.2.1 低温绝热压力容器的使用特点32.2.2 内胆主体焊接接头的质量要求32.3 试验准备42.4 埋弧焊工艺试验52.4.1 确定试验方案52.4.2 选择焊接材料52.4.3 工艺参数试验62.5 试验结果分析83 0Cr18Ni9 的化学成分焊接性93.1腐蚀93.1.1焊接接头中的晶间腐

5、蚀93.1.2 焊接接头的刀口腐蚀93.1.3应力腐蚀开裂问题103.2焊接接头的裂纹问题103.2.1 结晶裂纹113.2.2 液化裂纹113.3 铁素体含量的控制问题114 高压低温容器焊接方法及焊接工艺分析134.1 焊条电弧焊134.1.1焊条电弧焊原理、特点及应用134.1.2 焊条电弧焊工艺分析134.1.3焊接154.1.4焊条电弧焊焊接时容易出现的问题及防止154.2 埋弧焊164.2.1 埋弧焊的原理及特点164.2.2 焊接工艺分析175 高压低温容器焊接时容易出现的问题及防止措施205.1 焊接裂纹205.1.1 焊接热裂纹205.1.2 焊接结晶裂纹215.2 气孔22

6、5.3 咬边235.4 未熔合235.5 未焊透235.6 组装误差变形235.7 焊接变形246 制定焊接工艺及填写焊接工艺卡片256.1 编制焊接工艺256.1.1 接头与坡口的设计256.1.2 坡口制备256.1.4 焊材的选用266.1.5 焊接工艺参数266.1.6 焊接顺序266.1.7 焊前预热和焊后热出理266.1.8 焊后检验268 结论32致谢33参考文献34附录：焊接工艺卡河南机电高等专科学校毕业设计（论文）评语学生姓名：李殿永 班级: 焊接063班 学号：题 目：奥氏体不锈钢低温换热器的焊接工艺综合成绩： 指导者评语： 指导者(签字)： 年 月 日毕业设计（论文）评语

7、评阅者评语： 评阅者(签字)： 年 月 日答辩委员会（小组）评语： 答辩委员会（小组）负责人(签字)： 年 月 日 河南机电高等专科学校毕业设计（论文）任务书系 部： 材料工程系 专 业： 焊接技术及自动化 学生姓名: 李殿永 学 号: 论文题目: 奥氏体不锈钢低温换热器的焊接工艺 起迄日期: 2009年3月16日2009年5月20日 指导教师: 崔国明 发任务书日期: 2009 年 3 月16日毕 业 设 计（论 文）任 务 书1本毕业设计（论文）课题来源及应达到的目的：课题来源和应达到的目的： 本课题源于0Cr18Ni9钢高压低温压力容器的焊接工艺研究，要求学生通过查阅文献资料并结合自己专

8、业理论知识，了解低温高压容器的使用特点及焊接接头的力学性能要求，介绍低温性能测试实验方法，拟定焊接工艺，选择焊接材料和焊接方法，确定的焊接工艺参数，保证获得合格的焊接接头。2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：母材：0Cr18Ni9 板厚：10mm内容及要求：1.综述低温高压容器的使用性能要求，介绍其焊接特点以及焊接方法（2周）2. 0Cr18Ni9不锈钢的焊接性分析（1周）3.高压低温容器的焊接性能要求及其焊接工艺评定试验方法（1周）4.制定焊接工艺评定（2周）5.进行焊接工（1周）6.得出结论，撰写毕业论文。（2周） 所在专业审查意见：负责人： 年

9、 月 日系部意见：系领导： 年 月 日 奥氏体不锈钢低温换热器的焊接工艺 摘 要通过对大厚度0Cr18Ni9压力容器高强钢的焊接性分析对比选择焊接材料，确定了焊接方法、焊接参数，制定了焊接工艺卡，并做了相应的焊接性试验，分析了试验结果。 首先根据焊接母材的化学成分与力学性能的分析，在焊接应力与变形的条件下可能产生的各种裂纹，分析了其影响因素，然后根据产生裂纹的原因，在焊接时的选择坡口、焊接结构的设计和焊接工艺的编制采取相应的对策。本设计运用不锈钢焊接的基础知识，制定了0Cr18Ni9钢制造大型压力容器的焊接工艺，从而获得合格的焊接接头，完成焊接工艺评定后成功地应用于生产实践。关键词：0Cr18

10、Ni9钢、焊接工艺、焊接参数、低温压力容器Austenitic stainless steel heat exchanger low temperature welding processAbstract Acrossing0Cr18Ni9 large thickness of high strength steel pressure vessel welding selection of analysis and comparison of welding materials, to determine the welding method, welding parameters, weld

11、ing technology developed card, and make the corresponding welding test, analysis of test results.According to the first base metal welding the chemical composition and mechanical properties of the welding stress and deformation possible under the conditions of the various cracks, analysis of its imp

12、act factor, then the reasons for the crack in the welding when the choice of groove, Welding design and structure of the welding process of preparation to take corresponding countermeasures. The design of the use of dissimilar steel welding basic knowledge, developed a large-scale manufacture of hig

13、h strength steel 13MnNiMoNbR pressure vessel welding process to obtain qualified welded joints, welding procedure qualification completed successfully applied to production practice.Key words: 0Cr18Ni9 steel, welding process ,welding parameters , pressure vessels1 绪论焊接技术自20世纪初期以后，几十年来获得迅猛发展，目前焊接结构已经

14、基本上取代了铆接结构，并部分代替铸造和锻造结构。焊接结构的用材量占钢产量的近50，已广泛地应用于航空、航天、原子能、化工、造船、海洋工程、电子技术、建筑、机械制造等工业部门。随着现代工业的发展和科学技术的进步，对焊接构件的性能提出了更高、更苛刻的要求，除需满足通常的力学性能外，还要满足如耐磨性、高温强度、耐腐蚀性、低温韧性、导电性、导热性等多方面的性能要求。在这种情况下，任何一种金属材料都不可能完全满足整体焊接结构的使用要求，即使可能有某种金属材料相对比较理想一些，也常常由于十分稀缺、价格昂贵，而不能在工程中实际应用，而不锈钢的应用可以最大限度的满足要求，为其工业应用奠定了基础。 所有金属都和

15、大气中的氧气进行反应，在表面形成氧化膜。不幸的是，在普通碳钢上形成的氧化铁继续进行氧化，使锈蚀不断扩大，最终形成孔洞。可以利用油漆或耐氧化的金属（例如，锌，镍和铬）进行电镀来保证碳钢表面，但是，正如人们所知道的那样，这种保护仅是一种薄膜。如果保护层被破坏，下面的钢便开始锈蚀耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢。又称不锈耐酸钢。实际应用中，常将耐弱腐蚀介质腐蚀的钢称为不锈钢，而将耐化学介质腐蚀的钢称为耐酸钢。由于两者在化学成分上的差异，前者不一定耐化学介质腐蚀，而后者则一般均具有不锈性。不锈钢的耐蚀性取决于钢中所含的合金元素。铬是使不锈钢获得耐蚀性的基本元素，当钢中含

16、铬量达到1.2左右时，铬与腐蚀介质中的氧作用，在钢表面形成一层很薄的氧化膜（ 自钝化膜），可阻止钢的基体进一步腐蚀。除铬外，常用的合金元素还有镍、钼、钛、铌、铜、氮等，以满足各种用途对不锈钢组织和性能的要求。不锈钢通常按基体组织分为：1、铁素体不锈钢。含铬1230。其耐蚀性、韧性和可焊性随含铬量的增加而提高 ， 耐氯化物应力腐蚀性能优于其他种类不锈钢。2、奥氏体不锈钢。含铬大于18，还含有 8左右的镍及少量钼、钛、氮等元素。综合性能好，可耐多种介质腐蚀。3、奥氏体 - 铁素体双相不锈钢。兼有奥氏体和铁素体不锈钢的优点，并具有超塑性。4、马氏体不锈钢。强度高，但塑性和可焊性较差。在高压容器、锅炉

17、中，不锈钢焊接构件得到越来越广泛的应用，它不但能满足不同工作条件对材质的要求，而且通过焊接的方法连接成不同几何形状的零部件，生产、修复简便而且成本低。如0Cr18Ni9钢是我国在80年代末引进外国的配方研制的。由于含碳量低（0.16）合金配方合理，使这类钢具有较高的强度和韧性和耐腐蚀性，0Cr18Ni9钢的化学成分见表1，力学性能见表2。 表1 母材的化学成分（质量分数/）CSiMnSPCrNi其他0.081.002.000.0350.0301820811表2 母材的力学性能抗拉强度 0.2/MPa屈服强度 Rc/MPa 断后伸长率 A（） 冲击吸收功Ak/J(常温) 205 520 40 6

18、02 低温高压容器介绍及焊接特点和方法2.1 前言随着我国低温液化气体贮运需求的加大，国内多家具有A 级、C 级压力容器制造资质的企业，生产了质量优良的低温绝热液化气体贮运设备，在我国气体应用的领域服役。目前我国制造低温绝热液化气体贮运设备罐体内胆的低温材料，基本是18-8 型奥氏体不锈钢，其代表钢种是0Cr18Ni9。为提高低温罐体内胆主体焊缝的施焊效率，减轻焊工的劳动强度，保证其焊接接头的低温韧性。对10mm 的0Cr18Ni9 奥氏体不锈钢，采用埋弧焊工艺方法，开展了一系列工艺性试验，取得了满意的效果，并已应用于低温绝热压力容器的生产中。2.2 低温绝热压力容器的使用特点及对其内胆主体焊

19、接接头的质量要求2.2.1 低温绝热压力容器的使用特点低温绝热型压力容器是用于盛装液氩、液氢、液氮、液氧、液化天然气等超低温液化气体的受压容器。表2-1列出几种常用的工业气体或燃气的压力在101.325KPa 下的沸点温度。表2-1列出几种常用的工业气体或燃气液化气体名称化学式沸点氧O2-182.83氩Ar-185.71氮N2-195.65氢H2-252.77天燃气CH4 混合气-161.3165.32.2.2内胆主体焊接接头的质量要求 低温液化气体温度在0， 压力在101.325KPa 下汽化为气体时,体积会迅速膨胀。表2-2 给出温度0、压力在101.325KPa 条件下,单位体积低温液体

20、生成的气体体积。在密闭内胆（内表1 工业气体或燃气的压力在101.325KPa下的沸点温度内，同体积膨胀使压力升高表2-2 0和101.325KPa 条件下单位体积生成的气体体积/ m3液 氧液 氩液 氮液化天然气800 780647568590综上超低温、受压的使用特点，对低温绝热压力容器内胆的主体焊缝焊接接头保证其低温韧性，是满足安全使用的主要要素。材质方面通常产品设计上采用耐低温使用的0Cr18Ni9 钢，其最低使用温度-196，而如何选择适合此钢种的焊接材料是焊接合格焊接接头的重点。按GB150-1998 附录C 及JB4708-2000 的有关规定，包括焊缝及热影响区的低温夏比冲击试

21、验的冲击功平均值AkV31J，才是合格的焊接接头的重点。2.3 试验准备据国内一些资料介绍，对于0Cr18Ni9不锈钢，采用焊条电弧焊和手工氩弧焊，因其焊接线能量较低，很容易实现焊缝金属的低温韧性要求。但是上述焊接方法焊接效率太低。考虑选择焊接效率较高的埋弧焊工艺，其焊接线能量比焊条电弧焊和手工氩弧焊高些，但是合理的选择焊接材料及制定合理的焊接工艺参数，也是能够实现0Cr18Ni9 焊接接头的低温韧性要求的。焊接方法已经选定采用埋弧焊工艺，接下来要考虑的就是填充金属材料的选择，焊接坡口形式的确定，焊接参数的确定。这些影响焊缝金属冲击韧性的因素需要通过工艺试验及理化试验确定其正确性。首先分析了0

22、Cr18Ni9 钢焊接，从填充金属的材料选择上要考虑所选择的焊接材料应确保所熔敷的焊缝金属有与母材接近的成分，因此选择H0Cr20Ni10Ti 以及H0Cr21Ni10 两种焊丝作为试验用焊丝。焊剂选择，从查阅资料上得到信息，要想焊缝金属得到低温下的较高韧性，必须选用碱性焊剂。因为碱性焊剂的碱度大易于减少焊缝金属的夹杂物含量，夹杂物含量低，则焊缝金属的低温韧性就好。因此选择与焊接材料匹配的SJ601焊剂作为试验用焊剂。坡口形式的选择，根据本厂产品的特点和本厂已具备的板材厚度，选定1 16mm 作为本试验的试件厚度。埋弧焊所需的坡口可以开坡口，也可不开坡口，但是为了试验不同坡口形式下的焊接参数，

23、最终达到试验要求，为此我们把两种坡口均作为试验坡口。焊接参数的选择，考虑不锈钢焊接性的特点，奥氏体钢导热性较低，电阻率较高，因此奥氏体钢焊接尽量采用较小的焊接线能量。下面列举了试验数据。2.4 埋弧焊工艺试验2.4.1 确定试验方案（见表2-3）表2-3 试验方案母材型式编号板厚(mm)坡口焊丝焊剂0Cr18Ni9H0110H0Cr21Ni10J601H0210H0Cr20Ni10TiH0316H0Cr20Ni10TiH0416H0Cr21Ni102.4.2选择焊接材料（1）确定试验用材的化学成分（%） 焊丝和焊剂是埋弧焊的消耗材料，从普通碳素钢到高级镍合金多种金属材料的焊接都可以选用焊丝和焊

24、剂配合进行埋弧焊接。二者直接参与焊接过程中的冶金反应，因而它们的化学成分和物理性能不仅影响埋弧焊过程中的稳定性、焊接接头性能和质量，同时还影响着焊接生产率，因此根据焊缝金属要求，正确选配焊丝和焊剂是埋弧焊技术的一项重要内容。表2-4 母材化学成分母材规格CMnSiPSCrNi0Cr18Ni9 10mm0.0401.000.520.0240.00718.128.430Cr18Ni9 16mm0.0300.8400.4400.0320.00617.458.81 表2-5 试验用焊剂的化学成分(%)焊丝牌号规格CM nSiPSCrNiH0Cr21Ni10 3.20.0411.080.480.0160

25、.003719.9810.56H0Cr20Ni10Ti 3.20.0611.570.650.0250.00819.489.1（2）确定试验用材的力学性能（见表2-6）表2-6 试验用母材的力学性能母材板厚(mm)b(MPa) 5(%)0Cr18Ni910655490Cr18Ni916694452.4.3工艺参数试验对于工艺参数的选择，为了获得良好的焊接热循环，在保证焊接良好的成形基础上，尽量选用小的焊接电流，适中的电流电压和尽可能大的焊速，为此试件均采用两种坡口型式（见图1）进行试验。（1）选择试件的焊接工艺规范（见表2-7）表2-7 试件的焊接工艺规范试件编号 I(A)U(V)V(m/h)层

26、 间 温 度()平均线能量KJ/cmH01 450-50032-3620-2210027.69H02 420-45030-3220-2410022.06H03 480-52030-3620-2210030.31H04 400-42032-3420-2410022.14（2）对施焊完成的试板进行检验表2-8 外观质量检验试件编号正面焊缝余高背面焊缝余高表面焊缝宽咬边表面气孔背面未焊透H0123.5mm23.0mm2125mm无无无H020.53.5mm0.81.5mm2022mm无无无H0323.5mm2.03.5mm2123mm无无无H040.51.5mm11.5mm2022mm无无无（3）无

27、损检测四组焊接试件经X 射线检测，均达到JB/T4730.2-2005，100% 级合格标准。表2-9 晶间腐蚀检测试件编号 试件1试件2H01 没有晶间腐蚀倾向没有晶间腐蚀倾向H02没有晶间腐蚀倾向没有晶间腐蚀倾向H03没有晶间腐蚀倾向没有晶间腐蚀倾向H04没有晶间腐蚀倾向没有晶间腐蚀倾向晶间腐蚀按GB/T4334.2-2000标准,测试结果显示两种焊丝焊接结果均未有晶间腐蚀倾向。（4）试验结果试件H01、H03 冷弯后均有裂纹产生，且-196冲击功焊缝和热影响区均较低。而H02、H04 无裂纹产生。按GB150-1998 附录C 规定，奥氏体不锈钢低温容器的焊接接头在-196AkV 应 3

28、1J（三个试件的平均值）。而试件H01、H03 热影响区低温冲击功平均值未达到标准要求。而试件H02、H04达到了要求，并且试件H04 的低温冲击值。2.5 试验结果分析从工艺试验的结果看，采用不开坡口较大线能量的焊接,试件H01、H03的焊缝余高存在不合格倾向，按照GB150 规定，尤其焊缝金属的低温冲击功不符合标准要求。而采用开坡口较小线能量的焊接,焊缝金属的低温冲击功达到了标准要求。几组试验表明焊接材料，采用H0Cr21Ni10 和H0Cr20Ni10Ti 都能满足要求。焊剂选用碱度较高的SJ601 型烧结焊剂。只要控制好其它方面的参数，能够取得合适的低温冲击功数值。然而影响18-8 钢

29、焊缝金属低温韧性的主要因素中焊接线能量的的影响最大。这是因为，较小的焊接线能量有助于减少熔池的过热，避免接头出现过热组织从而获得较高的低温韧性。反之，线能量加大，焊缝组织的品粒越易粗大，韧性越差。因此焊接时，应采用较小的线能量和较快的冷却速度，以防焊缝及热影响区过热和碳化物析出。3 0Cr18Ni9钢的焊接性分析3 0Cr18Ni9 的化学成分焊接性刚的焊接性主要取决于化学成分，奥氏体不锈钢以镉镍为主要的合金元素。这种钢由于具有较高的变形能力并不可淬硬，所以总体上焊接性良好。但是，为了全面保证焊接接头的质量，往往需要解决一些特殊的问题，如接头各种形式的腐蚀、焊接裂纹、铁素体含量的控制及相的脆化

30、等等。3.1腐蚀3.1.1焊接接头中的晶间腐蚀在腐蚀介质作用下，起源于金属表面沿晶界深入金属内部的腐蚀就是晶间腐蚀。晶间腐蚀是一种局部性的腐蚀，它会导致晶粒间的结合力丧失，材料的强度几乎消失，所以必须重视这中腐蚀。奥氏体产生晶间腐蚀的原因，现在比较认同的看法，是奥氏体钢在固溶状态下碳以过饱和形式溶解于固溶体，加热时过饱和的碳以Cr23C5的形式沿晶界析出。Cr23C5的析出消耗了大量的铬，因而使晶界的附近碳的含量降低到低于钝化所需的最低量，形成了贫铬层。这便是产生晶间腐蚀的根本原因。 防止晶间腐蚀的措施 (1) 降低母材和焊缝中的含碳量(2) 在钢中加入稳定碳化物形成元素，改变碳化物的类型(3

31、) 焊后进行固溶处理(4) 改变焊缝的组织状态 即使焊缝由单向状态变成双相状态3.1.2 焊接接头的刀口腐蚀刀口腐蚀是焊接接头中特有的一种晶间腐蚀，只会发生于含有稳定剂的奥氏体不锈钢焊接接头中，腐蚀部位在 热影响区的过热区，开始宽度只是35个晶粒，逐渐可扩大到1.01.5mm，腐蚀一直深入到金属内部。刀状腐蚀一般发生在焊后再次在敏化温度区间时，即高温过热与中温敏化连续作用的条件下，产生的原因也和Cr23C5析出后形成的贫铬层关，刀口腐蚀如图3-1图3-1 刀口腐蚀防止刀口腐蚀的措施（1） 降低含碳量（2） 减少近缝区的过热（3） 合理安排焊接顺序（4） 焊后进行稳定化处理 焊后处理可使过热区的

32、碳与稳定剂结合为稳定的碳化物，从而不会再以Cr23C5的形式析出。3.1.3应力腐蚀开裂问题金属在应力和腐蚀介质共同作用下，所发生的腐蚀破坏叫应力腐蚀开裂。目前，对应力腐蚀开裂的机理有了一定的看法，产生的条件有一下两点：（1） 拉应力的存在（2） 腐蚀介质与材料的组合上有选择性不锈钢在使用条件下产生应力腐蚀开裂的影响因素很多，包括钢的成份、组织和状态，介质的种类、温度、浓度，应力的性质、大小及结构点等。防止应力腐蚀开裂有以下几点措施：（1） 正确选用材料（2） 消除产品的残余应力（3） 对材料进行防腐蚀处理 如电镀、喷镀、衬里的方法，用金属或非金属覆盖层将金属与腐蚀介质隔离（4） 改进部件结构

33、及接头的设计3.2焊接接头的裂纹问题奥氏体不锈钢焊接是产生的裂纹是热裂纹，在焊缝和热影响区都可能出现。焊缝中主要是结晶裂纹；热影响区及多层焊层间金属，则多为高温液化裂纹；3.2.1 结晶裂纹（1）裂纹产生的原因 奥氏体钢对热裂纹比较敏感，主要是由于冶金因素决定，即由钢的化学成分、组织性能决定的。（2）防止焊缝结晶裂纹的途径1） 严格控制有害杂质，主要是硫磷的含量2） 调整焊缝金属为双相组织3） 合理进行合金化4） 使用小的线能量进行焊接3.2.2 液化裂纹液化裂纹主要在近缝区，并且在过热晶粒的边界发生明显的偏析，并产生晶间液膜，产生液化裂纹。为了防止钢的液化裂纹主要在焊接工艺方面采取措施，以减

34、少母材过热，抑制晶粒的长大，严格限制母材中的有害杂质的含量，也有利于提高液化裂纹性能。3.3 铁素体含量的控制问题奥氏体耐热钢焊缝金属中铁素体的含量多少，直接关系到抗热裂纹性，热强性。各种不同成分的镉镍系焊缝金属，在焊后状态的铁素体含量可按德龙焊缝组织图来确定。根据焊缝金属的化学成分计算出铬当量和镍当量，就可按图上找到相应的组织。注意在根据焊缝成分计算焊缝金属的镉镍当量时，要考虑不同的焊接条件下的融合比的变化对焊缝的成分的影响。焊缝金属的力学性能与铁素体含量存在一定关系，从图中可以看出，随着铁素体含量的增加，奥氏体镉镍钢的焊缝金属的常温抗拉强度提高，变形能力下降。然而，高温抗拉强度，高温持久强

35、度及低温韧性均明显下降。因此，对于高温强度要求较高的焊接接头，必须严格控制铁素体的含量，在某种场合下必须采用全奥氏体的焊缝金属。4 高压低温容器焊接方法及焊接工艺分析4.1 焊条电弧焊4.1.1焊条电弧焊原理、特点及应用 用手工操作焊条进行焊接的电弧焊方法称为焊条电弧焊（缩写SMAW，ISO代号为111）。它是利用焊条与焊件之间建立起来的稳定燃烧的电弧，使焊条和焊件熔化，从而获得牢固的焊接接头。原理如图4-1图4-1 焊条电弧焊的原理1药皮 2焊心 3保护气 4电弧 5熔池6母材 7焊缝 8渣壳 9熔渣 10熔池 焊条电弧焊具有设备简单、操作方便、适应性强，对焊接头的装配要求低、能在空间任何位

36、置焊接，但对焊工技术要求高、劳动条件差、生产效率低、焊接质量依赖程度高等的特点。所以被广泛应用于造船、锅炉及压力容器的制造、机械制造、建筑结构、化工设备制造等工业领域。4.1.2 焊条电弧焊工艺分析（1）焊前准备用气割或碳弧气刨加工坡口时，应保证加工面的质量，防止其表面凸凹不平，不合格的予以修磨，坡口表面不得有裂纹、夹渣、分层等缺陷，否则予以去除或修补。清除坡口及其两侧1020mm范围内的油污、铁锈、氧化皮等赃物。焊条应按照规定的温度烘干，入炉和出炉的温度不应过高，以防药皮脆裂。（2）焊接接头形式、坡口和焊缝 1）接头形式 用焊接方法连接的接头成为焊接接头常用的接头形式有：对接接头、搭接接头、

37、角接接头、和T型接头。选择焊接接头形式主要根据产品的结构，并综合考虑受力条件、加工成本等因素。2）坡口 坡口是根据设计或工艺需要，在焊件的待焊部位加工成一定几何形状并经装配后构成的沟槽。坡口形式取决于焊件接头形式、焊件厚度以及对接头质量的要求，国家标准GB/T985-1988对此作了详细的规定。对接接头是焊接结构中最常见的接头形式。根据板厚不同对接接头常用的坡口形式有I形，V形，X形，带钝边U形等。角接接接头和T形接头的坡口形式可分为I形、带钝边的单边V形坡口和K形坡口等。3）焊缝 焊缝是指焊件经焊接后所形成的结合部分。按空间位置可分为平焊缝、横焊缝、立焊缝及仰焊缝四种形式；按结合方式可分为对

38、接焊缝、角焊缝及塞焊缝。按焊缝断续情况可分为连续焊缝和断续焊缝两种形式。（3） 焊接工艺参数及选择焊条电弧焊的焊接工艺参数包括：焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、电源种类和极性、焊接层数等。焊接工艺参数选择的正确与否，直接影响焊缝形状、尺寸、焊接质量和生产率。1）焊条直径 焊条直径指焊芯直径。它是保证焊接质量和效率的重要因素。焊条直径的选择一般根据焊件厚度选择，还应考虑接头形式、施焊位置和焊接层数，对于重要的焊接结构还要考虑焊接热输入的要求，一般情况，焊条直径与焊件厚度之间关系的参考数据见表4-1。表4-1 焊条直径与工件厚度之间的关系焊件厚度mm2 3 45 612 13焊条直径mm

39、2 3.23.2445 462）焊接电源种类和极性的选择 用交流电源焊接时，电弧稳定性差。采用直流焊接时，电弧稳定、飞溅少，但电弧磁偏吹较交流严重。低氢型焊条稳弧性差，通常必须采用直流焊接电源，且一般来说用反接，因为反接的电弧比正接稳定。 3）焊接电流的选择 选择焊接电流时，应根据焊条类型、焊件直径、焊件厚度、接头形式、焊接位置和层数等因素综合考虑。焊接电流选择不当易造成未焊透、夹渣或咬边、焊穿金属飞溅等。对于一定的直径的焊条有一个合适的电流范围，可参考表4-2。表4-2 焊接电流和焊条直径的关系焊接直径mm1.62.02.53.24 56焊接电流A2540406550801001301602

40、10200270260300 在相同焊条直径的条件下，平焊电流可大一些，其它位置焊接电流应小一些。相同条件下，碱性焊条的焊接电流比酸性焊条小10左右 4）焊缝层数的选择 在焊接厚度较大时，往往要进行多层焊，对于低碳钢和强度低的低合金钢的多层焊时，焊层厚度不能太大，对于质量要求高的焊缝，每层厚度不超过45mm。焊层厚度主要依据焊件厚度、焊条直径、坡口形式和装配间隙等来确定，可按下面公式估算：n=d式中, n为焊接层数: 为焊接厚度(mm): d为焊条直径(mm)。5）电弧电压与焊接速度 焊条电弧焊的电弧电压主要由电弧长度来决定:电弧越长,电弧电压越大；电弧越短，电压越小。在焊接的过程中应尽量使用

41、短弧焊接。立焊、仰焊时，焊接电弧应比平时更短，以利于溶滴的过渡。4.1.3焊接 应严格按照焊接工艺或焊接文件的要求进行。焊接过程中，焊接速度应该均匀适当，既要保证焊透又要保证不焊穿，同时还要使焊缝宽度和余高符合设计的要求。4.1.4焊条电弧焊焊接时容易出现的问题及防止(1)未焊透 焊接时由于焊接电流过小，容易造成母材的未焊透。它可以严重降低焊缝的力学性能，造成应力集中，产生裂纹源，埋下隐患的根源，在焊缝中是不予许出现的情况。(2)焊穿 焊接时由于焊接电流过大或是运条不当，使焊缝出现的连接不紧密、气密性不好的现象。在焊穿处往往伴随着气孔、夹渣、裂纹等缺陷。(3)裂纹 焊接裂纹由于焊接线能量选择不

42、当，运条方式不合适，以及焊接方法有误，在焊缝中形成致命的缺陷。裂纹的产生使焊缝的力学性能、抗腐蚀性能、抗疲劳强度，遭到极大的削弱，在焊缝中杜绝出现。(4)焊瘤 引弧时由于方式不当，以及焊接参数选择不合适，造成在母材上留下渣壳等现象。它影响一定的力学性能和焊缝的外观要求，应最大限度的使其降低到最低。(5)气孔 气孔是焊接时焊缝中的气体未即使逸出焊缝的现象。它能降低焊缝的力学性能，产生应力集中。在焊缝中一般不允许出现。(6)夹渣 由于焊接电流选择不当、运条方式不合适，在焊缝中有渣壳未逸出焊缝的现象。在焊缝中应严格限制这种现象。防止措施：（1）母材应严格清理，杜绝产生缺陷的外在因数（2）焊条应烘干（

43、3）焊接参数及运条方式选择合理（4）尽量运用短弧焊，降低焊瘤的产生4.2 埋弧焊 埋弧焊是目前广泛使用的一种生产效率较高的机械焊接方法。它与焊条电弧焊相比，虽然灵活性差一些，但焊接质量好、效率高、成本低，劳动条件好。4.2.1 埋弧焊的原理及特点 埋弧焊（英文缩写SAW，ISO代号为12），是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。是利用焊丝和焊件之间燃烧的电弧产生热量，熔化焊丝、焊剂和母材而形成焊缝的。 焊接过程如图4-2图4-2 埋弧焊焊接过程1V型坡口 2焊道 3焊渣 4焊剂挡板 5接电源 6接自动送丝装置 7接焊剂漏斗 8焊剂输入导管 9焊剂 10接电源11母材 12电极（焊丝或焊带） 13

44、引弧板14衬垫埋弧焊主要有生产率高、焊缝质量好、焊接成本低、劳动条件好的优点，有难以在空间位置施焊、对焊件装配质量要求高、不适合焊接薄板和短焊缝。它广泛用于造船、锅炉、化工容器、大型金属结构和工程机械等工业制造部门，是当今焊接生产中普遍使用的焊接方法之一。 4.2.2 焊接工艺分析（1）焊前准备检查焊件坡口角度、钝边尺寸是否符合工艺文件的要求坡口面凸凹不平处应打磨修补，有裂纹、分层等缺陷应予清除。并清除破口及两侧各2030mm范围内的油污、铁锈、氧化物、熔渣和水分等有害物质。也应保证焊剂清洁粒度均匀，焊丝应清除表面的油渍和锈斑等。（2）坡口的选择由于焊件的厚度为10mm，坡口应选择V形，必须保

45、证能够焊透。坡口形式如图4-3。图4-3 V形坡口（3）焊接工艺参数及选择埋弧焊工艺参数分为主要参数和次要参数。主要参数是指那些直接影响焊缝质量和生产效率的参数，它们是焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝和焊剂的成分与配合、电流的种类及极性和预热温度等。对焊缝质量产生有限或无多大的影响的参数称为次要参数。厚板的工艺参数如下表5所示。表4-3中厚板多层焊接工艺参数 焊接层数焊丝直径(mm) 焊接电流(A)电弧电压(V)焊接速度（m/h）第一、二层460070035372832 中间各层570080036382530 盖面层665075038422832焊接工艺方法确定后，即可按照钢材、板厚、和对接

46、接头的要求，选择合适的焊剂和焊丝牌号，对于厚板或窄间隙埋弧焊接头，应选择能满足接头性能要求又具有良好工艺性和脱渣性的焊剂。常用埋弧焊焊剂与匹配的焊丝牌号如表4-4。表4-4常用埋弧焊焊剂的用途及匹配的焊丝焊剂类型焊剂型号成分类型用途配用焊丝适用电流类型使用前焙烘（b）熔炼型熔炼型HJ130无Mn高Si低F低碳钢低合金钢H10Mn2交直流2250HJ131无Mn高Si低FNi基合金Ni基焊丝交直流2250HJ150无Mn中Si中F轧辗堆焊H2Cr13直流2250HJ151无Mn中Si中F奥氏体不锈钢相应钢种的焊丝直流2300HJ172无Mn低Si高F含Nb、Ti不锈钢相应钢种的焊丝直流2400H

47、J173无Mn低Si高FMn、Al高合金相应钢种的焊丝直流2250HJ230低Mn高Si低F低碳钢低合金钢H08MnA H10Mn2交直流2250HJ250低Mn中Si中F低合金高强钢相应钢种的焊丝直流2350HJ251低Mn中Si中F珠光体钢CrMo钢焊丝直流2350HJ252低Mn中Si中F15MnVH08MnMoA直流2350HJ260低Mn高Si中F不锈钢不锈钢焊丝直流2400HJ330中Mn高Si低F低碳钢低合金钢H10Mn2交直流2350HJ350中Mn中Si中F低合金高强钢MnMo MnSi焊丝交直流2400HJ351中Mn中Si中FMnMo合金钢相应钢种的焊丝交直流2400HJ

48、430高Mn高Si低F低合金高强钢H08AH08MnA交直流2250HJ431高Mn高Si低F低碳钢低合金钢H08A交直流2250HJ432高Mn高Si低F低碳钢低合金钢H08A交直流2250HJ433高Mn高Si低F低碳钢H08A交直流2350烧 结 型SJ101碱性重要的低合金钢H08MnA H08MnMoA交直流2350SJ301中性低碳钢锅炉钢H08MnAH08MnMoA交直流2350SJ401酸性低碳钢低合金钢H08A交直流2250SJ501酸性低碳钢低合金钢H08AH08MnA交直流2350SJ502酸性低碳钢低合金钢H08A交直流2300由于埋弧焊的电弧热效率较高，焊缝及热影响区

49、的冷却速度较慢，因此对于一般焊件结构，板厚90mm以下的接头可不预热；厚度50mm以下的普通低合金钢，如施工现场的环境温度在10以上，焊前也不必预热；强度极限600MPa以上的高强钢或其他低合金钢，板厚20mm以上的接头应预热100150。后热焊后热处理通常只用于低合金钢厚板的焊接接头。综上所述，本设计将选择埋弧焊工艺。5 高压低温容器焊接时容易出现的问题 及防止措施焊接是压力容器焊接过程中一道重要工序 ，只要有焊接的地方，就有出现焊接缺陷的可能性。焊接缺陷不仅给生产带来许多麻烦，而且也可能带来灾难性的事故，造成巨大的损失。本设计主要用采用埋弧焊，因此必须重视压力容器的焊接裂纹、气孔等缺陷，否

50、则造成的损失将不可估量。5.1 焊接裂纹5.1.1 焊接热裂纹防止热裂纹的措施：（1）应选用优质焊接材料超低氢、高强高韧性的焊接材料。 （2）焊前预热 焊前预热可以降低冷却速度，从而改善接头组织，降低拘束应力，并有利于氢的析出，可有效的防止冷裂纹。（3）控制线能量 线能量的增加可以降低冷却速度，从而降低冷裂倾向。（4）焊后热处理 可以降低和消除残余应力、消除扩散氢、改善组织等作用。5.1.2 焊接结晶裂纹结晶裂纹是热裂纹的一种表现形态，它是焊缝金属在结晶过程中处于固相线附近的温度范围内，由于凝固金属的收缩，而此时残余的液相又不充足，在承受拉伸应力时，就会造成沿晶界的开裂。它主要产生在含杂质较多

51、的碳钢焊缝中，特别是含S,P,C,Si较多的碳钢及低、中合金钢焊缝中，以及单相奥氏体钢、镍基合金及某些铝合金的焊缝中。部位通常在焊缝金属上，也有少数在焊接热影响区。 结晶裂纹是沿焊缝树枝状交界处发生和发展的，因此焊缝结晶过程中的晶界是薄弱环节。因为在焊缝结晶过程中，先结晶的金属比较纯，后结晶的金属含杂质较多。焊缝中的杂质富集在晶粒的周界，而且它们的熔点都较低，在钢中易形成低熔点共晶，如FeS一Fe(熔点98890 ), P, Si也易在钢中形成低熔点共晶。这些低熔点共晶在焊缝金属的结晶过程中，被排挤到晶粒的交界处，而形成晶粒之间的“液态薄膜”，由于先凝固的焊缝的金属收缩而使后冷却的焊缝中心区域受到了一定的拉伸内应力，这时焊缝中的液态薄膜就会被拉伸而形成结晶裂纹。因此，液态薄膜是产生结晶裂纹的根本因，而拉伸应力是产生结晶裂纹的必要条件之一。防止结晶裂纹产生