焊接毕业设计答辩

1、*单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级低碳钢与奥氏体不锈钢的焊接工艺研究学生：马维军指导老师：陈文静 目 录目 录.1摘要.3第一章 引 言.5 1.1课题研究意义.5 1.2 异金属的焊接性.5第二章 .碳素钢与不锈钢的焊接.82.1碳素钢与不锈钢焊接容易出现的问题.82.2碳素钢与奥氏体不锈钢焊接时应采取的措施.92.3碳素钢与奥氏体不锈钢的焊接工艺因注意问题.10第三章.Q235与1Cr18Ni9Ti平板对接焊接工艺参数确实定.123.1坡口形式的选择.123.2 焊接方法的选择.123.3电焊条的选用原那么.133.4 焊条直径的选择.163.5电源

2、和极性的选择.163.6焊接层数.183.7焊接速度.193.8焊前准备.203.9焊接操作.20第四章焊接试样组织观察和硬度测试.214.1金相试样的制备.214.2 金相显微组织的观察.224.3 显微硬度测试.23第五章 材料的不同工艺金相分析5.1 母材预热与没预热的显微组织分析.245.2 经过300度.600度.900度退火的金相显微组织.25结论37总结与体会38致谢39参考.40摘 要 本次低碳钢与奥氏体不锈钢的焊接工艺研究采用A307焊条对10mm厚的奥氏体不锈钢和6mm厚的低碳钢进行手工焊条电弧焊对接焊，首先对异种金属的焊接性进行分析，包括其结合性能与使用性能，分析影响异种

3、金属焊接性的因素，对焊接过程中可能遇到的困难进行预测分析，以便制定相应的工艺来防止问题的出现，然后根据所研究的材料选择适宜的焊接方法，制定相应的焊接工艺分预热与不预热2种，进行焊接，焊完后首先对不同工艺的焊后焊件显微组织进行分析比较，得出预热可以防止因导热率不同而产生的裂纹，改善C的化合物在晶界得析出情况，并起到改善接头性能的作用。其次分别在300，600，900下对焊接件进行退火处理，并对其硬度进行测定和分别比较，分析其组织差异，然后得出在在退火温度升高后，奥氏体不锈钢与低碳钢集体组织晶粒度有着显著的长大的效果。而在相同区域位置，奥氏体不锈钢的硬度也有着适当的提高，这可能的原因是奥氏体不锈钢

4、有着高温硬化的特性。同时比对300摄氏度与600摄氏度的显微组织可以看到，奥氏体不锈钢有比较明显的晶界腐蚀。而900摄氏度退火后根本没有出现晶界腐蚀的效果。说明，焊后900度以上对焊件进行热处理可以提高焊件的质量【关键词】： 手工焊条电弧焊 不同工艺 预热 晶间腐蚀 Digest for the access technology of welding between The low carbon steel and austenitic stainless steel ,we used zhe SMAW to weld the two Materials.First. analyzed th

5、e welding of dissimilar metals . its Including the combination and use performance.Analysis of the factors that welding dissimilar metals. analyze the difficulties of The welding process and also to prevent its occurrence thenchose the best way to do it its contains two condition warm or not worm th

6、en to do it to analysis the Microscopic organization of Welding joints after welding and we can known that to be Preheatedcan prevent zhe Cracks becuse of the Crack And to improve the performance of the joints. Secondly, lets the Workpiece to be annealed at 300 , 600 , 900 .And to determined its har

7、dness were and compared.to Analysis the differences in their organization then we can known after the raise of Annealing the Microstructure of zhe two Different materials were all Grow up in the same area. The hardness of austenitic stainless steel also has the right to improved. may be its due to t

8、he hardening of austenitic stainless steel with high temperature characteristics.Meanwhile Analysis 300 degrees and 600 degrees on the microstructure we can see Austenitic stainless steel has the obvious intergranular corrosion. After annealing at 900 degrees there is no Intergranular corrosion.This

9、 shows that Austenitic stainless steel heat treatment temperature should be normal or above 900 degrees Celsius will be better.Keywords: Manual arc welding electrode Different process Preheat Intergranular corrosion第一章 引 言 1.1 课题研究的意义 随着新材料、新工艺、新设备的不断出现，对各类工程构建的性能如硬度.耐磨性、耐蚀性、低温性能等提出了更高的要求，但是在工程技术中任何

10、一种材料都不可能完全满足使用性能的要求，由不同材料组成的结构不仅能充分利用各 组成材料的优异性能，到达工程中的使用上的要求，而且还能节约贵重金属，降 低整体本钱，提高经济效益，在某些情况下异种材料结构的综合性能甚至超 过单一金属结构。因此异种金属连接技术在机械、石油、化工等行业得到越来越 多的运用和日益受到人们的重视。但由于异种金属在化学成分、显微组织和理化 机械性能等方面存在较大的差异，采用通常的焊接工艺方法进行焊接会遇到相当 大的困难，难以满足工程实际的需要。此外，异种金属结构一般在复杂的工况 下工作，如高温、高压、腐蚀环境等。因此，如何保证异种金属焊接接头的可靠性就成为保证结构平安运行的

11、关键。所以，研究不同材料之间的连接具有现实的 工程实用意义。近年来，国内外屡次发生异种金属焊接结构的早期失效事故。如因腐蚀造成 的生产事故约占全部事故的13以上，而高温腐蚀事故占腐蚀事故总数的78左 ，应力集中造成的材料的开裂而引起的平安事故也比比皆是如某制糖厂的储存容器因疲劳断裂而造成的蔗糖倾泻，造成严重的损失，因此对焊接工艺和接头性能的研究尤为重要1.2 异种金属的焊接性异种金属的焊接性分析 所谓异种金属焊接性是指不同化学成分，不同组织性能的两种或两种以上金属，在限定的施工条件下焊接成按设计规定要求的构件，并满足预期服役要求的能力，异种金属的焊接性受到材料，焊接方法，构件类型和使用要求等因

12、素的影响。 异种金属的焊接性是一个相对概念。通常异种金属并不存在完全不可焊或可焊的情况，只是在实现优质焊接接头上存在难易问题。因此国际上推荐使用焊接性这一术语，而不采用“可焊性的说法一 异种金属焊接性内容异种金属焊接性内容包括异种金属的结合性能和异种金属的使用性能两方面。1异种金属的结合性能工艺焊接性。它是指在给定的焊接工艺条件下，形成致密结合焊接接头的能力。在焊接生产中，通常用接合性来评定异种金属的焊接接头对缺陷的敏感性，以便采取防止焊接缺陷措施。2焊接金属的使用性能使用焊接性它是指焊接后焊接接头在长期的使用条件下适应使用要求的程度。在焊接生产中，通常使用异种金属焊接接头能否满足技术条件的要

13、求，以便提出改进技术条件的方案。 工艺焊接性和使用焊接性两方面不一定是一致。有时工艺焊接性能满足要求，但使用焊接性未必满足要求，反之亦然。也就是说，不能认为异种金属焊接不产生裂纹等缺陷就是焊接性好，还因该考虑使用寿命和可靠性等问题。1.2.2 影响异种金属焊接性的因素 1 异种金属的化学成分2异种金属供货状态和外表状态3填充材料种类和化学成分。4接头尺寸及其焊接位置5焊接工艺参数6焊前预热，焊后缓冷7焊后进行热处理工艺8焊接操作技术水平9焊接方法10焊接周围环境条件 对以上因素全面了解和分析，在于查明各种金属在给定的焊接工艺条件下，可能产生的缺陷以及原因，以便正确地修订焊接工艺，操作规程和提出

14、改进金属材质的方案。异种金属焊接的主要困难由于异种金属之间的物理性能化学性能及化学成分有着显著的差异，异种金属焊接无论从焊接原理和操作技术上都比同种金属焊接复杂的多。异种金属焊接的主要困难有：1焊接金属熔点相差愈大愈难进行焊接 由于熔点低的金属到达熔化状态时，而熔点高的金属仍为固体状态，以熔化的金属容易渗入过热区得晶界，使过热区得力学性能降低，而当熔点高的金属熔化时，熔点低的金属会流失，合金元素易烧损和蒸发，使得焊接接头难以焊合。2异种金属的线膨胀系数相差愈大愈难进行焊接 由于线膨胀系数大的金属热膨胀率打，冷却时收缩程度也大，因而在熔池结晶时会产生很大的焊接应力。这样造成焊缝两侧金属承受的应力

15、状态不同，所以易使焊缝和热影响区产生裂纹，甚至导致焊缝金属和母材剥离。3异种金属的热导率和比热容相差愈大愈难进行焊接 金属的热导率和比热容相差大会使焊缝金属结晶条件变坏，造成晶粒粗化严重，并会影响难容金属的润湿性能。因此应选用强力热源进行焊接，而在焊接时热源位置应偏向导热性能好的一侧。4异种金属的氧化性能越强愈难进行焊接 如用熔焊方法焊接铜和铝时，熔池中极易形成铜和铝的氧化物冷却结晶时，存在与晶粒间界的氧化物使晶间的结合力降低。氧化铜和二氧化铜均能与铜形成低熔点共晶体Cu+CuO使焊缝产生夹渣和裂纹。铜和铝形成CuAl2和Cu9Al4脆性化合物，能显著降低焊缝的强度和塑性。因此采用熔焊的方法焊

16、接铜和铝是相当困难的。第二章 碳素钢与奥氏体不锈钢的焊接2.1 碳素钢与奥氏体不锈钢焊接时易出现的问题2.1 碳素钢与奥氏体不锈钢焊接时易出现的问题2.1.1.焊缝金属容易产生裂纹 碳素钢与奥氏体不锈钢焊接时，生裂纹的主要原因是由于稀释作用，即碳素钢成。分熔入焊缝,使焊缝的合金成分被冲淡,这种现象,称为母材金属对焊缝的稀释作用，稀释作用使焊缝中的奥氏体形成元素含量减少,出现脆硬的马形成淬火区 使焊接接头焊后冷却到相氏体组织 .变温度以下产生裂纹 2.1.2.焊接接头的塑性和韧性降低。碳素钢与奥氏体不锈钢焊接时焊接接头的塑性和韧性降低的主要原因是熔合区出现脆性层，其原因有：1焊接时，在焊接热源作

17、用下熔池内部与焊接时，在焊接热源作用下，熔池内部与熔池边缘的液态金属温度，机械搅拌作用，液态金属停留时间均不同 ，使得熔池边缘的液态金属温度较低，流动性较差，且液态金属停留时间较短，机械搅拌作用较弱，导致熔化的母材金属不能与填充材料充分混合，其结果是这局部焊缝中母材金属所占的比例较大!在碳素钢母材金属一侧母材合区的焊缝金属中! 形成一层与内部焊缝金属成分不同的过渡层。过渡层中的高硬度马氏体组织会使脆性增加! 塑性显著降低! 从而降低了焊接结构的可靠性降低。 (2)碳素钢母材金属的稀释作用大，由于碳素钢含碳量比不锈钢多! 碳素钢对焊缝的稀释作用较强! 使熔合区的脆性层中的铬,镍量减小。 其组织成

18、为高硬度的马氏体,所以脆性增加2.3熔合区产生软化，脱碳层和硬化增碳层现象。碳素钢与奥氏体不锈钢焊接时接头处于热处理或高温下存在碳的迁移，其原因是：碳在液态铁中的溶解度比固态铁中大；碳在奥氏体中的溶解度比在铁素体中大。5异种金属之间形成金属化合物愈多愈难进行焊接 由于金属间的化合物均具有很大脆性，容易使焊缝产生裂纹，甚至折断。6异种金属的电磁性相差愈大愈难进行焊接 由于金属的电磁性相差较大，使焊接电弧不稳定，造成焊缝成形不良，如在20钢与纯铜的焊接过程中,假设将电子鼠指向纯铜母材金属时，会出现电子束向钢母材一侧偏移的现象，这是由于两种母材金属存在磁性差异缩造成的。7异种金属合金成分含量相差愈大

19、愈难进行焊接如低碳钢与奥氏体不锈钢焊接时，焊缝金属两侧的含Cr量不同，加热到一定温度后，碳原子就从含Cr量低的碳素钢一侧向含Cr高的不锈钢一侧迁移，这种现象叫做碳迁移。这样在焊缝熔合区含Cr量低的碳素钢一侧就会形成脱碳层，而含Cr量高的不锈钢一侧就会形成渗碳层。碳迁移的程度与相近刚刚含Cr量的浓度差，加热温度和加热时间等有关。由于碳迁移的结果，造成脱碳层软化，渗碳层硬化，致使接头的塑性和冲击韧性降低。8异种金属焊缝和两种母材金属不易到达等强度由于焊接时熔点低的金属元素容易烧损，蒸发，从而使得焊缝成分发生变化，力学性能降低，尤其是焊接有色金属，这种现象就更为明显。2.1.2.焊接接头的塑性和韧性

20、降低。碳素钢与奥氏体不锈钢焊接时焊接接头的塑性和韧性降低的主要原因是熔合区出现脆性层，其原因有： 1焊接时，在焊接热源作用下熔池内部与焊接时，在焊接热源作用下，熔池内部与熔池边缘的液态金属温度，机械搅拌作用，液态金属停留时间均不同 ，使得熔池边缘的液态金属温度较低，流动性较差，且液态金属停留时间较短，机械搅拌作用较弱，导致熔化的母材金属不能与填充材料充分混合，其结果是这局部焊缝中母材金属所占的比例较大!在碳素钢母材金属一侧母材合区的焊缝金属中! 形成一层与内部焊缝金属成分不同的过渡层。过渡层中的高硬度马氏体组织会使脆性增加! 塑性显著降低! 从而降低了焊接结构的可靠性降低。 (2)碳素钢母材金

21、属的稀释作用大，由于碳素钢含碳量比不锈钢多! 碳素钢对焊缝的稀释作用较强! 使熔合区的脆性层中的铬,镍量减小。 其组织成为高硬度的马氏体,所以脆性增加2.3熔合区产生软化，脱碳层和硬化增碳层现象。碳素钢与奥氏体不锈钢焊接时接头处于热处理或高温下存在碳的迁移，其原因是：碳在液态铁中的溶解度比固态铁中大；碳在奥氏体中的溶解度比在铁素体中大。 碳素钢与奥氏体不锈钢中碳化物形成元素种类和含量不同，尤其含铬量不同。在高温条件下，铬作为强烈形成碳化物元素。促使含铬量低的钢碳素钢中的碳向含铬量高奥氏体不锈钢的焊缝金属中扩散迁移，结果在低铬钢中产生脱碳层，而在相邻的高铬钢中产生增碳层，在高温下长时间加热时，脱

22、碳层母材由于碳元素减少， 珠光体组织将变成铁素体组织而软化，同时促使脱碳层处的晶粒长大，沿熔合线产生一层粗晶粒的结晶层，增碳层中的碳除熔入母材外，剩余的碳元素那么以铬的碳化物形态析出而使组织硬化，碳的扩散迁移对焊缝的常温和高温瞬时强度的不良影响较小，但对持久强度影响较大，而且断裂大局部发生在熔合区脱碳层上随着碳扩散的开展，接头在熔合区发生脆性断裂的倾向增大，长期在高温下运行，在脱碳层上还容易产生晶间腐。2.1.3.焊缝金属容易剥离焊接碳素钢与奥氏体不锈钢时，因为两者的物理性能和化学成分相差很大，其中不锈钢的热膨胀系数比碳素钢大40导热系数却只有碳素钢的13这两种材质的接头，在焊后冷却，热处理以

23、及使用中都会在熔合区产生热应力，热应力是影响焊缝强度和产生热疲劳的重要因素，当应力值超过焊缝金属的强度极限时，就会沿熔合线产生裂纹，最后导致焊缝金属与母材金属剥离2.2碳素钢与奥氏体不锈钢焊接时应采取的措施防止母材金属对焊缝的稀释作用使焊缝不产生裂纹的措施1严格控制焊缝的稀释率，实践说明，焊缝的稀释率控制在30以下能有效地控制母材金属对焊缝的稀释作用主要通过选择适当的焊接方法.焊接参数与焊接材料来解决。 焊接参数采用小电流.高电压. 快焊速，可以减小焊缝金属的稀释；焊接材料选用高铬镍焊接材料，也能显著提高焊缝金属的抗裂性能，用焊条电弧焊焊接碳素钢与奥氏体不锈钢时， 选用E1-23-13-15(

24、A307)焊条,焊缝的稀释率可控制在30以下.其焊缝组织为 5的铁素体+奥氏体双相组织.焊缝金属的抗裂性能和耐晶间腐蚀性能显著提高。2 采用过渡层“ 焊接碳素钢与奥氏体不锈钢时，可先在碳素钢的坡口外表上用含铬镍量高的焊条堆焊一层奥氏体过渡层厚度通常为5-6mm然后将过渡层再与不锈钢焊接.这种措施不但能防止碳素钢母材金属对焊缝稀释作用, 增加焊缝金属的抗裂性能, 而且焊接时不易产生其它缺陷, 焊缝质量容易保证。2.2.2 熔合区脆性层的宽度与焊接方法,焊接电流和填充材料的关系生产实践说明, 熔合区脆性层的宽度与焊缝中的含镍量成反比。如焊20#+1Cr18Ni9钢时,填充材料为E0-19-10-1

25、5(A107)脆性层的宽度达100m；使用E6-26-15-(A307)或E1-16-25-Mo6N-15(A307)焊条时,脆性层宽度显著减小;中选择使用高镍合金焊材焊接, 其脆性层可完全消失,是防止焊接接头塑性和韧性降低的有效措施。1采用过渡层，在碳素钢母材金属侧用含碳化物强烈元素钒.铌和钛等的焊条或镍基焊条堆焊一层过渡层，既防止碳素钢中的碳向熔合区迁移，又可以在焊接时省去预热和减少裂纹的产生，然后再用奥氏体填充材料将过渡层与奥氏体不锈钢焊接起来。2采用含镍量高的填充材料。由于镍合金对碳的溶解度低，能有效地防止碳迁移，所以选用镍基焊条或含镍量高的焊丝焊接碳素钢与奥氏体不锈钢均可获得优质焊接

26、接头。工作温度愈高，焊缝金属中的含镍量也应提高。防止焊缝金属与母材金属剥离的措施1合理改善焊接接头的应力分布。 如选用填充材料的线胀系数与奥氏体不锈钢的母材金属接近，那么高温应力将集中在碳素钢母材金属侧熔合区内；如选用填充材料的线胀系数与碳素钢的母材金属接近， 那么高温应力将集中在奥氏体不锈钢金属侧熔合区内。由于碳素钢通过塑性变形降低应力的能力较弱，所以应选用线胀系数接近碳素钢母材金属的镍基填充材料。2严格控制冷却速度。焊接异种钢时，冷却速度快，焊接变形大，在热影响区会产生很大的焊接应力，导致焊缝金属的开裂甚至脱裂。因此焊后使焊接应力在缓慢冷却过程中能充分消要缓冷消除。 2.2.3 防止碳素钢

27、与奥氏体不锈钢焊接接头熔合区碳迁移的有效措施2.3碳素钢与奥氏体不锈钢的焊接工艺因注意问题 由于碳素钢与奥氏体不锈钢的焊接性较差 ，焊接时为了降低熔合比，减少焊缝金属被稀释，应采用焊后缓冷.大坡口.小电流.高电压.快速焊和多层焊及小直径焊条的焊接工艺 。选择适宜的预热温度 由于碳素钢的导热系数比不锈钢大得多，所以预热温度应按碳素钢来选 ，比单独焊接同类碳素钢的预热温度稍低一些即可，预热温度通常选100150。严格控制母材金属的稀释率异种金属焊接时，影响母材金属稀释率的因素有以下几方面： 1接头形式对接接头的散热条件不好，因此对接接头的母材金属稀释率比T型接头和角接接头的大。压力管道一般为对接接

28、头，是无法改变的。 2坡口类型 V型坡口的母材金属稀释率比U型坡口大,型坡口加工难度大。因此对于压力管道在壁厚较厚时，其焊接的坡口型式应尽量采用 U型坡口。 3焊缝层数 焊缝层数多，焊缝的显微组织较细，热影响区较窄，以及填充材料的增加，可使母材的金属稀释率降低 4 焊接方法 当采用熔化极气体保护焊和带极埋弧堆焊时，母材金属的稀释率最小；当采用母材金属的稀释率也小，当采用钛型碱性药皮焊条。焊接时，母材金属的稀释率也小；而采用埋弧焊和钨极惰性气体保护焊时，母材金属的稀释率变化范围变大，如不采用填充材料焊接时其母材金属的稀释率可达100%2.3.3 正确制订焊接工艺标准 碳素钢与奥氏体不锈钢的焊接工

29、艺标准，主要根据两种母材金属的厚度，选用的焊接方法及施工条件来确定。通常按奥氏体不锈钢进行选择。第三章 Q235与1Cr18Ni9Ti平板对接焊接工艺参数确实定焊接材料.Q235规格：6x50 x150 1Cr18Ni9Ti规格:10 x50 x1503.1坡口形式的选择 国家标准?气焊.手工电弧焊及气体保护焊焊缝破口的根本形式与尺寸?(GB985-88)对不同厚度钢板的对接焊，全熔透焊缝，焊缝外形尺寸做出以下规定： 不同厚度的钢板对接接头的厚度差-1不超过下表1规定时，那么焊缝坡口的根本形式与尺寸按较厚板得尺寸数据来选取；否那么因在厚板上进行单面或双面削薄，其削薄长度L3(-1) 表1 两板

30、厚度允许的厚度差 较薄板厚度1255991212允许的厚度差-1)1234 对接接头为了到达全熔透的目的，允许焊缝焊缝清根焊接，对于本标准GB985-88所列非全熔透焊缝，熔透深度S0.7即可，否那么因注明熔透深度的具体数据关于焊缝外形尺寸的要求有两点：一是在承受动载荷情况下，焊接接头的焊缝增高量h因趋向0值，在其他工作条件下，h值可在03mm范围内选取；而是对焊缝宽度C单道焊缝横截面中，两焊趾之间的距离不做具体规定，但焊缝在焊接接头每边覆盖宽度不小于24mm。根据以上，Q235与1Cr18Ni9Ti平板对接焊接工艺选择将不锈钢进行削薄使其与低碳钢到达相同厚度，开V型坡口，具体形式见焊接准备工

31、作中结构图3.2焊接方法的选择焊条电弧焊是以外部涂有涂料的焊条作为电极和填充金属，电弧在焊条的部和被焊接工件外表之间燃烧。涂料在电弧热的作用下一方面可以产生气体来保护电弧，一方面可以产生熔渣覆盖在熔池外表，防止融化金属与周围气体的相互作用。熔渣更重要的作用是与融化金属产生物理化学反响或添加合金元素，改善焊缝金属的性能。焊条电弧焊配用相应的焊条可以使用大多数的工业用碳钢.不锈钢.铸铁.铜.铝.镍及其合金的焊接。焊条电弧焊具有工艺灵活.适应性强的特点，适用与各种厚度.各种形状及位置的焊接。可以应用于维修及装配中的短缝焊接，特别是用于难以到达的部位进行焊接。焊条电弧焊对焊接接头的装配要求较低。由于焊

32、接过程那中用手工操作控制电弧长度，焊条角度，焊接速度等，因此对焊接接头的装配尺寸要求可相对降低。同时还易于通过改变工艺来控制罕见变形和改善焊接接头应力状况。焊条电弧焊设备简单.轻便，操作灵活，维修方便。与气体保护焊，埋弧焊等电弧焊接方法比较，生产本钱较低。考虑到焊缝短及低碳钢与奥氏体不锈钢焊接时碳迁移稀释率等问题，选择融合比，稀释率小的焊条电弧焊。3.3 电焊条的选用原那么考虑因素为焊件物理、化学性能和化学成分选择原那么:1.根据等强度观点,选择满足母材力学性能的焊条,或结合母材力学性能的焊条,或强合母材的可焊性,改用非强度而焊接性好的焊条,但考虑焊缝结构型式,以满足等强度等刚度要求2便其合金

33、成分符合或接近母材。3母材含碳、硫、磷有害杂质较高时，应选择抗裂性和抗气孔性能较好的焊条。建议选用氧化钛钙型,、钛铁矿型焊条.如果尚不能解决,可选用低氢型焊条。考虑因素为焊件的工作条件和使用性能时选择原那么:1.在承受动载荷和冲击载荷情况下,除保证强度外,对冲击韧性、延伸率匀有较高的要求,应依次选用低氢型、钛钙型和氧化铁型焊条。2.接触腐蚀介质的,必须根据介质种类、浓度、工作温度以及区分是一般腐蚀还是晶间腐蚀等,选择适宜的不锈钢焊条。3在磨损条件下工作时,应区分是一般还是受冲击磨损,是常温还是百高温下磨损。(4) 非常温条件下工作时,应选择相应的保证低温或高温力学性能的焊条。考虑因素:焊件几何

34、开头的复杂程度、刚度大小,焊接坡口的制备情况和焊接位置时选择原那么:(1).形状复杂或大厚度的焊件,焊缝金属在冷却时收缩应力大,容易产生裂缝,必须选用抗裂性强的焊条,如低氢型焊条高韧性焊条或氧化铁型焊条。(2).受条件限制不能翻转的焊件,须选用能全位置焊接的焊条。(3).焊接部位难以清理的焊件,选用氧化性强、对氧化皮和油垢不敏感的酸性焊条，以免产生气孔等缺陷 考虑因素为施焊工地设备时选择原那么:在没有直流焊机的地方,不宜选用限用直流电源的焊条,而应选用交直流电源的焊条.某些钢材(如珠光体耐热钢)需焊后消除热处理,但受设备条件限制(或本身结构限制)不能进行热处理时,应改用非母体金属材料焊条(如奥

35、氏体不锈钢焊条),可不必焊后热处理考虑因素为改善焊接工艺和保护工人身体健康时选择原那么:在酸性焊条和碱性焊条都可以满足要求的地方,就尽量采用酸性焊条考虑因素:劳动生产率和经济合理性时选择原那么:在使用性能相同的情况下,应尽量选择价格较低的酸性焊条,而不用碱性焊条,在酸性焊条中又以钛型、钛钙型为贵,根据我国矿藏资源情况,应大力推广低碳钢与奥氏体不锈钢焊接填充材料的选择 异种钢焊接时，由于坡口出的母材融入焊缝金属，使得焊缝金属的化学成分和组织变得与母材及填充材料的成分和组织不相同。焊缝金属的组织取决于焊缝金属的化学成分，儿焊缝金属的的成分取决于熔合比即熔化的母材在焊缝金属中所占的百分比。在选择填充

36、材料时可根据舍夫勒不锈钢熔敷金属组织图来判定焊缝金属的化学成份和组织图：舍夫勒不锈钢熔敷金属组织图中横坐标为鉻当量CrE即把金属材料中某些合金元素的含量折算成相当鉻的含量其计算公式： W(Cr)当量=W(Cr)+W(Mo)+1.5W(Si)+0.5W(Nb) =17.8+0+1.5x0.6+0.5x0 18.7图中纵坐标为镍当量，其计算公式为： W(Ni)当量=W(Ni)+30W(C)+0.5W(Mn)Q235与1Cr18Ni9Ti的鉻，镍当量值及图上位置因为母材为平板对接1Cr18Ni9Ti和Q235熔合比范围在3040,在采用A307焊条时在f-d线上熔合比3040的区段在A+5%F组织，

37、此种焊缝为奥氏体+铁素体双相组织，抗裂性较好，所以选择A307焊条为填充材料。3.4 焊条直径的选择 焊条直径对焊缝质量有明显的影响，同时与提高生产率有密切关系。使用过粗的焊条焊接，会造成未熔透和焊缝成形不良；使用过细的焊条降低生产效率。焊条直径的选取一般依据焊件的厚度，焊接位置和焊接接头形式。 首先应根据焊件厚度参照表选取焊条直径如下表：其次，在选取焊条直径时还应考虑不同的焊接位置。在平焊时，可选用直径较大的焊条，甚至可选直径5mm以上的焊条.立焊一般选取直径小于5mm的焊条，横焊，立焊，仰焊与立焊焊条直径的选择根本一致。在较厚的焊件开坡口时，即在多层焊中，对于根部要求焊透的角焊缝和不清跟要

38、求焊透的对接焊缝来说，第一层所用焊缝所用焊条直径一般不超过3.2mm，只是因为用粗焊条焊接开坡口的焊件时会使电弧拉长，容易产生未熔透现象。在焊接后几层焊缝时，可用较粗的焊条，但是立焊直径不大于5mm，横焊和仰焊用焊条直径不大于4mm，这是为了形成较小的熔池，减少熔化金属下淌的可能性和便于操作。对于重要的焊接结构因根据规定的焊接电流范围。 据此焊条直径选择3.2mm和2.5mm,直径小的作打底焊，直径大的作端面焊。3.5 电源种类和极性的选择焊接电流的选择焊接电流的大小对焊接质量有较大的影响。当焊接电流过小时，不仅引弧困难而且电弧也不稳定，会造成未焊透和夹渣等缺陷。由于焊接电流过小使热量不够，还

39、会造成焊条的熔滴堆积在外表，使焊缝成形不美观。焊接电流较大时，使得熔深较大。如果焊接电流过大，不但容易产生烧穿和咬边等缺陷，而且还会使合金元素烧损过多，并使焊缝过热，造成接头热影响区晶粒粗大，影响焊缝机械性能。焊接电流太大时还会造成焊条末端过早发红，使药批脱落和失效，从而导致产生气孔。焊接电流的大小，与焊条的类型，焊条直径，焊件厚度，焊接接头形式，焊缝位置以及焊接层次等有关，但其中关系最大的是焊条直径和焊接位置 焊接时应根据焊条直径，参照下表选取电流强度通常焊接电流与焊条直径有如下关系：I=kXd公式中 I-焊接电流A D-焊条直径mm K-经验系数当焊条直径为12mm时，k=2530;k=3

40、040;d=46mm时，k=4060根据上式计算出焊接电流值I=120利用上述公式计算出焊接电流值，在实际生产中还应考虑其他因素最后确定。当当焊缝位置不同时，所用得焊接电流大小也不同。如平焊时，由于运条和控制熔池中的熔化金属比较容易，可选用较大的焊接电流进行焊接。立焊时，所用的焊接电流比平焊时减少10%15%；而横焊仰焊时，焊接电流比平时要减少15%20%。当使用碱性焊条时，比酸性焊条的焊接电流减少10%。当焊接厚板时，焊接电流宜选用上限值。对于不锈钢焊芯，因为他的电阻大，易发红，要用较小的焊接电流。中选用较大的焊接电流时，焊接速度要适当增加，否那么有可能产生烧穿现象。选择焊接电流初步选定后，

41、要经过试焊，检查焊缝成形和缺陷，才能确定。对于锅炉，压力容器等重要结构，要经过焊接工艺评定合格后，才能最后确定焊接电流等工艺参数。3.5.2 焊接电压确实定 电弧电压即电弧两端之间电压，当焊条和木材一定时，主要由弧长来决定。电弧长那么电压高。电弧短那么电压低。在焊接过程中，焊条端头至工件间的距离称为弧长。电弧的长短对焊接质量由很大影响。通常弧长可按下述经验公式确定： L=(0.51.0)d式中 L-电弧长度mm D-焊条直径mm 当电弧长度大于焊条直径时称为长弧，小于焊条直径的称为短弧。使用酸性焊条时，一般采用长弧，这样电弧能稳定燃烧，并能得到良好的焊接接头。由于碱性焊条药皮中含有较多的CaO

42、和CaF2等高电离物质，假设采用长弧那么电弧不易稳定，容易出现各种焊接缺陷，因此凡碱性焊条均应采用短弧。 在焊接时电弧不易过长，否那么电弧燃烧不稳定，所获得的焊接质量也较差，而且焊缝外表鱼鳞纹不均匀。弧长过长时，电弧容易左右摆动，使电弧的热量不集中作用在焊缝上，而散失在空气中，并使焊缝的熔深较浅，而熔宽较宽。同时电弧过长时 ，还会由于空气中的氧，氮侵入电弧区，引起严重飞溅，使焊缝产生气孔，但弧长过短也会造成操作困难。电弧长还和坡口形式等因素有关。V型坡口对接，角接的第一层因使电弧短些，以保证焊透，且不致于发生咬边现象第二层可使电弧长些，以填满焊缝。焊缝间隙小时用短弧，间隙大时可稍长，并使焊接速

43、度加快。薄钢板焊接时，为了防止烧穿，电弧长度不宜过长。仰焊时电弧应最短，以防止金属下淌；立焊横焊时，为了控制熔池温度，也应用小电流，短弧施焊。在运条过程中，不管使用哪类的焊条，都咬始终保持电弧长度根本不变，只有这样才能保证焊缝和熔深一致，获得高质量焊缝。3.6 焊接层数多层焊和多道焊的接头显微组织较细，热热影响区较窄，因此有利于提高焊接接头的塑性和韧性，特别对于一淬火钢，厚道焊对前道焊有回火作用，可改善接头组织和性能。低碳钢及16Mn等普通低合金钢的焊接层数对接头质量影响不大，但如果层数过少每层焊缝厚度过大时，对焊缝金属塑性有一定影响。其他钢种都因采用多层多道焊，一般每层焊缝的厚度不应大于4m

44、m。由于Q235与1Cr18Ni9Ti的平板对接焊考虑板厚限制采用多层单道焊的方式进行焊接，即先是小电流的打底焊，再是稍大电流的盖面焊。3.7焊接速度焊接速度可由电焊工根据情况灵活掌握，原那么是：保证焊缝具有要求的外形尺寸，保证熔合良好，焊接对那些焊接线能量有严格要求的材料时，焊接速度要根据工艺文件规定掌握。在焊接过程中，焊工因随时调整焊接速度，以保证焊缝的上下和宽窄一致性。如果焊接速度过慢，那么焊缝会过高或过宽，外形不整齐，焊接薄板时甚至会烧穿：如果焊接速度太快，焊缝较窄，那么会发生未焊透的缺陷。3.8焊前准备焊接前必须做好准备工作，包括焊件的坡口加工、待焊部位的外表清理、焊件的装配以及焊丝

45、外表的清理、焊剂的烘干、焊前预热等。(1)坡口的加工坡口加工要求按GB 9861988执行，以保证焊缝根部不出现未焊透或夹渣，并减少填充金属量。坡口的加工可使用刨边机、机械化或半机械化气割机、碳弧 气刨等。本次试样焊接坡口及具体参数如以下图所示：(2) 待焊部位的清理焊件清理主要是去除锈蚀、油污及水分，防止气孔的产生。一般用喷砂、喷丸方法或手工去除，必要时用火焰烘烤待焊部位。在焊前应将坡口及坡口两侧各20mm区域内及待焊部位的外表铁锈、氧化皮、油污等清理干净。焊接母材仔细打磨，严格去处坡口及其附近的铁锈、油污等杂质，尤其注意坡口上不得有夹砂、气孔、裂纹等铸造缺陷。(3)焊件的装配装配焊件时要保

46、证间隙均匀，上下平整，错边量小，定位焊缝长度一般大于30mm，并且定位焊缝质量与主焊缝质量要求一致。必要时采用专用工装、卡具。对直缝焊件的装配，在焊缝两端要加装引弧板和引出板，待焊后再割掉，其目的是使焊接接头的始端和末端获得正常尺寸的焊缝截面，而且还可除去引弧和收尾容易出现的缺陷。此次焊接，始端装配间隙3mm，终端间隙4mm，预置反变形量45，试件错变量1mm，采用A307，2.5的焊条进行定位焊，定位焊位于焊缝坡口反面两端，焊点长度10mm,并将试样垂直固定于焊接架上。(4)焊接材料的烘干取出A(307)焊条在烘干炉内烘干，温度为200并保温2h，以充分除去水分，降低焊缝含氢量，冷却到100

47、时，取出置于保温桶内保存，随用随取。3.9 焊接操作过程焊接参数：1操作本卷须知，为了不使接头焊缝内出现脆硬马氏体，应采用小电流短弧焊，横向摆动幅度不宜过大，以使熔合比控制在40一下，分单道三层焊。2打底焊 在下部定位焊缝上面1015mm处引弧，并迅速向下拉至定位焊缝上，预热12s开始摆动向上运动，道下部定位焊缝上端时，稍加大焊条角度，并向前送焊条压低电弧，当听到击穿声形成熔孔后，做锯齿形横向摆动，连续向上焊接，施焊时，电弧在两侧稍作停留，已到达母材和焊缝融合良好。为使反面成型良好，电弧应短，运条速度要均匀，间距不宜过大，应使电弧的13对着坡口间隙，23覆盖于熔池上，形成熔孔。焊接过程电弧尽可

48、能短，以防产生气孔，跟换焊条时，电弧应向左下或右下拉回1015mm并将电弧迅速拉长至熄灭，以防止出现弧坑缩孔。3填充焊 分一层单道进行施焊。填充焊前因去除焊渣于飞溅，将凹凸不平处修磨平整。施焊时的焊条角度因比打底焊时小1015，以防止熔化金属下淌，另外焊条的摆动幅度应当随着坡口的增宽而稍加增大。整个填充焊应当低于母材外表11.5mm并使其外表平整或呈凹型，以利于盖面焊。4盖面焊 盖面焊的关键是要保证焊缝外表成型尺寸和熔合情况，防止咬边和接头不良。施焊时的焊条角度，运条方法均同填充层，但摆动幅度应宽，在两侧应将电弧进一步压低，并稍作停留，摆动的中间速度应稍快，以防止产生焊瘤。(备注：第一次焊接完

49、成后，在任何工艺参数不变的情况下再对原材料进行120度预热焊接，完了进行金像分析观察预热与没预热焊接组织有什么不同)焊接试样及金相制作所需的设备第四章 焊接试样组织观察和硬度测试4.1金相试样的制备(1)下料 在这两种焊种工艺参数所得到的焊接接头中，利用数控电火花线切割机把试样切割成试样块，其步骤为：将样品放在切割机的载物台上，并用专用夹具将母材固定好。在计算机上进行编程，将线切割的行程程序转送至工作台。通过载物台摇杆手工调整钼丝的切割起始位置。先启动马达机，再启动线切割程序，开始切割样品。切割完样品后，先关闭线切割程序，等到卷丝机运动到行程最左边时，关闭马达机。(2)磨金相 选择不同晶粒度的

50、砂纸，由粗到细，从120180240280320400500600800。磨的方法是：先在120#砂纸沿一个方向进行打磨，当观察到打磨面上所有划痕方向都是沿打磨方向时停止，接下来换180砂纸沿与刚刚打磨方向呈九十度的方向重新打磨，当观察到打磨面上所有新的划痕都时沿新的方向时停止，以此类推直到800打磨完毕。在打磨的时候力度要适中，砂纸越细力度越小，划痕就越来越浅。(3)抛光 把毛呢布放在200r/min的抛光机上，倒入少量的碳化硅液，翻开开关，把磨好的试样放在上面进行抛光。抛光后用水冲洗。再用无水乙醇清洗，用电吹风吹干，可得到光亮、无划痕的试样。注：假设有划痕，那么需要返回到步骤2重新磨，直到

51、看不到滑痕。抛光机性能参数如下表：抛光机性能参数4试样的腐蚀将抛光完成的试样用清水洗干净，再用无水乙醇清洗干净再吹干。先用肉眼看下试样是不是很光洁。假设是光洁度很好，就在显微镜下去看看有没有抛光痕。经过显微镜确定试样外表干净且没有抛光痕就可以开始腐蚀了。由于本次试样是焊接件，得到的样品两种母材抗腐蚀性能不一致。假设是用单一的腐蚀剂效果不会好。所以选择单侧腐蚀的方法。首先用4%的硝酸酒精溶液对低碳钢一侧进行腐蚀。将腐蚀剂滴在低碳钢一侧后等待10秒钟左右，能够看见试样外表的光洁度明显下降后就用水清洗，清洗的同时用棉花擦拭。然后用无水乙醇清洗，吹干。就可以到显微镜下看金相组织了。照相完毕后再重复之前

52、的动作，只是将腐蚀剂换成王水酒精溶液来腐蚀奥氏体不锈钢一侧，然后再去照相。至此，金相制样的过程就根本结束。4.2 金相显微组织的观察将腐蚀好的试样放在金相显微镜上。调好显微镜的倍数就开始观察。观察的顺序是奥氏体不锈钢母材区奥氏体不锈钢热影响区奥氏体不锈钢与焊缝融合区焊缝区低碳钢与焊缝熔合区低碳钢热影响区低碳钢母材区。分别在这些区域内选择制样好的来找几张金相照片，用以日后分析之用。4.3 显微硬度测试利用显微硬度计HVS-1000对金相试样进行硬度测试，每个试样的每个区域测3点，包括奥氏体不锈钢母材、奥氏体不锈钢热影响区、焊缝区、低碳钢与焊缝熔合区、低碳钢热影响区、低碳钢母材。其具体步骤如下：1

53、转动实验力手轮，使实验力符合要求，旋转实验力手轮应小心，防止过快而产生冲击。2翻开电源开关，转动物镜，压头转换开关手柄使物镜处于前方。3将试样安放在试样台上，转动旋转轮使试样上升。眼睛接近测目镜观察，当试样离物镜23mm时，在目镜的视场中心明亮光斑，说明聚集面即将到来，这时就缓慢微量上升直到目镜中观察到外表清晰成像，这时的聚焦过程完成。4按下操作面板上的Start键，此时加试验力Loading灯亮。试验力加载完毕延时Dwell灯亮，此时LCD灯按选时间逆时针记数，延时时间到，实验力卸除。试验力Unloading灯亮，在Unloading灯未灭之前，不准转动物镜压头转换手柄，否那么会造成仪器破坏

54、。5将转换手柄顺时针转动，使物镜处于主体前方。这时压头测微目镜中测量对角线长度。转动左右鼓轮，使目镜内两刻线的内侧与压痕的对角线相切，然后按下测目镜下的按钮确定。转动测微目镜，用相同的方法测量前一个对角线的另一对角线长相交，然后按下测微目镜下方确实定按钮。那么LED屏幕上显示出硬度值。记录数值6改变区域重复1-5步。焊接接头的显微组织的观察是指在100倍200倍或400倍的放大倍数下进行的，主要包括焊缝和焊接热影响区的组织类型、形态、尺寸、分布等。接头分为焊缝金属区、熔合区和热影响区和母材。下面就焊接试样在不同热处理环境，不同工艺下的金相显微组织做出定性的分析第五章 材料的不同工艺金相分析5.

55、1 母材预热与没预热的显微组织分析图5.1未预热奥氏体不锈钢熔合区400 x 图5.1b 预热奥氏体不锈钢熔合区400 X 分析：左侧为母材奥氏体不朽钢，其组织为奥氏体比较粗大 ，熔合区C的聚集形成C的化合物，右侧为焊缝组织，奥氏体和少量铁素体呈枝晶分布，并且观察到裂纹，相比照预热的母材熔合区因受到预热的原因，冷却速度小些，所以晶粒显得细小写些，而且通过预热防止了因导热率不同而导致的裂纹，也使熔合区C的聚集情况有所改善图5.1e 未预热焊缝400X 5.1d 预热焊缝400X未预热焊缝C的化合物聚集在晶界上使焊缝的韧性严重下降，通过预热使C与的化合物减少，并均匀分布，离开晶界使其韧性等有所提高

56、5.2 经过300度.600度.900度退火的金相显微组织5.2.1 300度退火 图 图 显微组织分析：材料：奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti与低碳钢Q235加工工艺：采用A307焊条进行的手工电弧对接焊热处理工艺：300度退火半小时后冷水速冷腐蚀方法：采用4%的硝酸酒精和王水酒精溶液分侧腐蚀放大倍数均为200倍组织说明图：该图是奥氏体不锈钢单侧母材的显微组织。图：该图是奥氏体不锈钢靠近焊缝的热影响区的显微组织。组织形貌是孪晶奥氏体和一些黑色带状分布的铁素体，有典型魏氏组织的特点。图：该图是奥氏体不锈钢一侧与焊缝相交的融合区域的显微组织。左左侧为焊缝显微组织，奥氏体和铁素体，呈枝晶状分布；右

57、侧为母材热影响区的显微组织，奥氏体、铁素体和碳化物，呈带状分布。图：该图是焊缝区。组织形貌主要是奥氏体和树枝晶。图：该图是低碳钢一侧与焊缝相交的融合区域。左侧为低碳钢热影响区的显微组织。母材比较粗大；右侧为焊缝显微组织，奥氏体和铁素体，呈树枝晶分布。图：该图是低碳钢热影响区显微组织，母材组织较粗大，除了有珠光体铁素体外还有魏氏组织。图：该图是低碳钢一侧显微组织。组织为珠光体和铁素体。硬度：奥氏体母材区域硬度值在215227HV之间奥氏体热影响区硬度值在227231HV之间奥氏体不锈钢与焊缝融合区域硬度值在225231HV之间焊缝区硬度值在225231HV之间低碳钢母材区域硬度值在115125H

58、V之间低碳钢热影响区硬度值在110125HV之间低碳钢与焊缝融合区域硬度值在113130HV之间通过分析组织和上面数据，我们可以看出：经过300度退火后的奥氏体不锈钢晶粒有一定的长大的趋势，晶粒度比之未退火之前好稍大些。从晶界上也能看到一些晶界腐蚀的现象。这是由于奥氏体不锈钢在低温的时候，由于碳含量的不均匀所导致的晶界腐蚀。这是一个缺陷。对于焊缝组织来说，变化不是很大。对于Q235一侧，晶粒同样是经过300度退火的晶粒有长大的趋势。晶粒比原始组织要稍大些如上图所示，比对300度退火的奥氏体不锈钢母材区与热影响区的两幅图的组织形貌，在热影响区的奥氏体晶粒比母材区的晶粒大。这是由于靠近焊缝的地方温

59、度很高，导致了晶粒的粗大。对于Q235一侧的热影响区与母材区，也是同样存在这个问题。也是靠近焊缝的位置晶粒比母材位置的晶粒粗大。同样是由于靠近焊缝温度较高，晶粒长大了。经过600度退火的金相显微组织经过600度退火的金相显微组织显微组织分析材料：奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti与低碳钢Q235加工工艺：采用A307焊条进行的手工电弧对接焊热处理工艺：600度退火半小时后冷水速冷腐蚀方法：采用4%的硝酸酒精和王水酒精溶液分侧腐蚀放大倍数均为200倍组织说明图：该图是奥氏体不锈钢单侧母材的显微组织。图：该图是奥氏体不锈钢靠近焊缝的热影响区的显微组织。组织形貌是孪晶奥氏体和一些黑色带状分布的铁素体，

60、有典型魏氏组织的特点。图：该图是奥氏体不锈钢一侧与焊缝相交的融合区域的显微组织。左左侧为焊缝显微组织，奥氏体和铁素体，呈枝晶状分布；右侧为母材热影响区的显微组织，奥氏体、铁素体和碳化物，呈带状分布。图：该图是焊缝区。组织形貌主要是奥氏体和树枝晶。图：该图是低碳钢一侧与焊缝相交的融合区域。左侧为低碳钢热影响区的显微组织。母材比较粗大；右侧为焊缝显微组织，奥氏体和铁素体，呈树枝晶分布。图：该图是低碳钢热影响区显微组织，母材组织较粗大。图：该图是低碳钢一侧显微组织。硬度：奥氏体不锈钢母材区域硬度值在220231HV之间奥氏体不锈钢热影响区硬度值在231237HV之间奥氏体不锈钢与焊缝融合区域硬度值在