不锈钢薄板(件)焊接方法及工艺设计

1、西安工业大学北方信息工程学院综合实验论文题目：不锈钢薄板（件）焊接方法及工艺设计系 别 机电信息系 专 业 金属材料工程 班 级 B070211 姓 名 田鹏 学 号 B07021114 导 师 郑曙阳 王鑫 年 月 日摘要304L 不锈钢(ASTM标准) 为奥氏体不锈钢, 属于超低碳级不锈钢, 具有良好的综合性能, 是目前工业上应用最广泛的不锈钢。文章通过现场实际操作, 研究总结了304L 不锈钢焊接的工艺特点, 针对晶间腐蚀、层间未熔合、引弧夹钨、收弧缩孔等问题提出了具体的解决办法和注意事项, 有效地解决了焊接质量问题。关键词: 奥氏体不锈钢; 晶间腐蚀; 危险温度区; 焊接线能量目录1

2、绪论3 前言32 实验方案及实验方法4 2.1 实验材料4 2.2 304L不锈钢的特性和焊接工艺参数4 2.3 304L不锈钢焊接工艺特点42.3 1 晶间腐蚀及应对措施42.3 2 层间未熔合的解决方法42.3 3 采用专用氩弧焊机, 克服引弧夹钨和收弧缩孔42.3 4 采用单侧连续送丝方式42.3 5 采用小热量输入、小电流快速焊5 2.4 焊接设备5 2.5 焊前准备6 2.6 注意事项7 2.7 力学性能试验8 2.8 金相组织分析93 结果与讨论104 结论11参考文献12致谢13附录1 前言当今随着石油、化工、医药及其它工业的不断发展,对耐腐蚀性的设备需求越来越多, 更多的不锈钢

3、设备在化工企业得以广泛应用, 特别是18- 8 型奥氏体不锈钢以其良好的耐腐蚀性和热稳定性, 在工业应用上呈逐年上升的趋势。输送天然气管道增输工程压缩机(组)中的润滑油系统、干气密封系统和前置加热系统的工艺管道均为不锈钢管,18-8奥氏体不锈钢热处理工艺，由于含有较高的镍且在室温下呈奥氏体单相组织，所以它与Cr13不锈钢相北具有高的耐蚀性，在低温、室温及高温下均有较高的塑归和韧性，以及较好的冷作成型和焊接性。但室温下的强度较低，晶间腐蚀及应力腐蚀倾向较大，切削加工性较差。 奥氏体在加热时无相变,因此不能通过热处理强化。只能以提高钢的耐腐蚀性能进行热处理：固溶处理；其目的是使碳化物充分溶解并在常

4、温下保留在奥氏体中，从而在常温下获单相奥氏体组织，使钢具有最高的耐腐蚀性能。2 实验方案及实验方法2.1 实验材料本实验选用的是材质为304L 不锈钢( 美国ASTM 标准) , 主要管道规格为D60 mm ×6 mm；本文主要以D60 mm ×6 mm 管道为例, 分析奥氏体不锈钢管道焊接中易发生的缺陷, 并介绍采取的预防措施。 2.2 304L 不锈钢的特性和焊接工艺参数奥氏体不锈钢304L 对应我国的标准是00Cr19Ni10, 其主要化学成分和机械性能见表1。304L 不锈钢的热导率较低, 约为碳钢的1/3,电阻率约为碳钢的5 倍, 线膨胀系数比碳钢约大50%, 密

5、度大于碳钢。奥氏体不锈钢焊条大体分为酸性钛钙型和碱性低氢型两大类：低氢型不锈钢焊条的抗热裂性较高, 但成型不如钛钙型焊条, 抗腐蚀性也较差，钛钙型不锈钢焊条具有良好的工艺性能，生产中用得较多。由于不锈钢存在众多与碳钢不同的特性, 其焊接工艺规范也与碳钢有所不同,对于304L 不锈钢钢管( D60 mm ×6 mm) 我们采用的焊丝为ER308L, 焊接工艺参数见表22.3 304L不锈钢焊接工艺特点 2.3 1 晶间腐蚀及应对措施晶间腐蚀是在腐蚀介质作用下, 起源于金属表面的晶界并且沿晶粒边界深入金属内部产生在晶粒之间的一种腐蚀。晶间腐蚀是奥氏体不锈钢常见的焊接缺陷:Cr 是奥氏体不

6、锈钢中具有耐腐蚀性的基本元素, 当Cr 含量低于12%时, 就不再具有耐腐蚀性了。304L 不锈钢在焊接过程中存在焊接危险温度区间( 为450 850 ) , 见图1。当温度达到这一范围时, 奥氏体中过饱和的碳向晶界处迅速扩散并在晶粒边界析出, 析出的碳和铬形成碳化铬( Cr23C6) 。因为铬在奥氏体中的扩散速度很慢, 来不及向晶界扩散, 这样就大量消耗了晶界处的铬,使晶界处含铬量降低到小于12%, 这时晶界就失去了耐腐蚀能力。如果温度低于450 , 则奥氏体中的碳扩散速度不快, 不能在晶界处扩散析出而形成碳化铬, 所以没有晶间腐蚀现象。如果温度高于850 , 这时不仅碳在奥氏体中的扩散速度

7、极快, 而且铬在奥氏体中的扩散速度也很快, 故不能造成晶粒边界处贫铬, 因而也不会发生晶间腐蚀。为防止304L 不锈钢在焊接过程中耐腐蚀性能下降, 可以采取以下几点措施:(1)焊接时在管道内部进行充氩施工, 并且确保根焊时充氩浓度达到92%以上。在填充、盖帽焊时, 也要进行充氩, 防止焊缝金属在高温时进行氧化反应, 造成晶间腐蚀。(2)焊接时采用小电流, 快速焊, 降低焊接线能量, 缩短奥氏体不锈钢在危险温度区间( 450 850 ) 的停留时间, 防止晶间腐蚀。(3)对有条件进行热处理的焊缝, 在焊接后可以进行快速冷却, 使焊缝温度低于450, 防止晶间腐蚀。2.3 2 层间未熔合的解决方法

8、相对于碳钢, 不锈钢在熔化后黏度大, 流动性差, 容易形成层间未熔合等缺陷。为此在焊接时相应地增大焊缝坡口角度, 便于熔敷金属流动,通常坡口角度为75°±5°。另外在根焊中尽量采用小直径焊丝, 小电流, 降低焊接线能量, 提高熔敷金属的流动性。2.3 3 采用专用氩弧焊机, 克服引弧夹钨和收弧缩孔不锈钢焊接易产生引弧夹钨和收弧缩孔, 需要配备具有高频引弧和电流衰减特性的专用氩弧焊机, 高频引弧可以减少焊接夹钨, 电流衰减可以减少收弧缩孔。2.3 4 采用单侧连续送丝方式不锈钢焊接中, 对于焊口组对间隙较大的焊缝, 采用单侧连续送丝方式( 见图2) , 焊枪连续摆动

9、, 焊丝只在一侧徐徐送入, 靠液态金属流动性与另一侧熔化母材结合, 这样可以防止根焊内部的单侧咬边问题, 改善内部成型。2.3 5 采用小热量输入、小电流快速焊不锈钢焊接中采用小热量输入、小电流快速焊。焊丝不做横向摆动, 焊道宜窄不宜宽, 最好不超过焊丝直径的3倍, 这样焊缝冷却速度快,在危险温度区间停留时间短, 有利于防止晶间腐蚀。小热量输入时, 焊接应力小, 有利于防止应力腐蚀和热裂纹, 而且焊接变形小。2.4 焊接设备不锈钢焊接工艺采用钨极氩弧焊，它以燃烧于非熔化电极钨棒与焊件间的电弧作为热源，使不锈钢板自熔形成焊缝。 电板和电弧区及熔化的不锈钢均由氩气保护，使之与空气隔离。由于氩气是惰

10、性气体，它不与金属起化学作用，也不熔解于金属，因此可以避免焊缝金属的氧化及合金元素的烧损。使焊接的过程简单和易控制，在焊接中采用氩气保护，它导热系数低，高温不吸收热，因此热量损失小，其工作电压仅 8-15伏即可。2.5 焊前准备a 焊接坡口。不锈钢的焊接坡口一般与碳钢相同，但坡口间隙不能过小。因为间隙过小，容易引起未焊透。但也不宜过大，过大时容易引起裂纹夹渣等缺陷。因此应执行有关规定而开坡口。b 坡口部位最好采用机械切削。用机械进行切削，在施焊的过程中可以减少阻力，使焊工保持平稳均匀运条。这样既能保证不锈钢焊口的内在质量，又能使外在的焊口质量光洁平整。如果采用氧熔剂切割，等离子切割等方法，对加工后的坡口应仔细地用打磨机打光，去除渗炭面，露出金属光泽面，为下一步扫除不合乎施焊标准的因素。c 焊前清理。首先，将接头和坡口内及两侧的杂质扫清，然后用干净抹布将接头处，坡口处污渍擦去。其次，将接口和坡口处及坡口两侧用丙酮或酒精等进行除油、清洗。再次，对于焊接表面要求高的不锈钢结构，可在坡口的两侧150mm范围内涂白栗粉糊剂，可以减少时的飞溅损伤不锈钢表面。d 装焊引弧和收弧板。在焊接平板对接焊缝时，焊缝两侧在焊接前应装与同质的引弧板和收弧板，防止在焊件上随便引弧，损伤焊件表面，影响耐腐蚀性。2.6 注意事项(1)焊接前要检查氩气浓度。不锈钢氩弧焊