焊接综合实验报告.资料

1、合实验报告姓名：/班级：090304学号：/ TOC o 1-5 h z 摘要11前言21.1奥氏体不锈钢及其焊接特点21.2铁素体不锈钢及其焊接特点 31.3马氏体不锈钢及其焊接特点 3 HYPERLINK l bookmark0 o Current Document 2课题背景 .5 HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 3材料介绍 .73.1材料成分及性能 .73.2杂质元素的影响.7 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 4.0Cr18Ni9 的焊接 .80Cr18Ni的焊接性分析 .80Cr18N

2、i9 的焊接105结论 12参考文献 13致谢 14摘要: 钢是我们现代社会中不可缺少的一种材料， 它可以看作一个国家工业化水平 的标志。钢的产量越高就代表这个国家的工业化水平越高。不锈钢是钢中非常重要的一种，由于不锈钢具有特殊的使用性能和力学性能，在现在的各行各业中已经被越来越多的使用。在不锈钢中奥氏体不锈钢又是其中非常重要的一种，在发达国家每年消耗的不锈钢中有 70%的是不锈钢，在我国也达到了 65%左右。因 此开发和使用好奥氏体不锈钢对我国的工业话来说已经越来越重要了。0cr18ni9就是奥氏体不锈钢，0cr18ni9在低温贮罐制造中的性能。低温贮 罐是用来储存液N液Ar液态的CO2等低

3、温液体的容器，液态介质的特殊性能就 决定了制造材料需要特殊性能，而奥氏体不锈钢0cr18ni9就具有这样的性能。低温贮罐在现在的生活、生产中使用已经越来越广泛，因此对0cr18ni9的探讨就显得越来越重要，本课题是探讨 0cr18ni9的手工电弧焊。关键词：0cr18 ni9、奥氏体不锈钢、手工电弧焊1.前言所谓不锈钢是指在钢中加入一定量的铬元素后，使钢处于钝化状态，具有不生锈的特性。为达到此目的，其铬含量必须在12%以上。为提高钢的钝化性，不锈钢中还往往需加入能使钢钝化的镍、钼等元素，一般所指的不锈钢实际上是 不锈钢和耐酸钢的总称。不锈钢并不一定耐酸，而耐酸钢一般均具有良好的不锈 性能。不锈

4、钢按其钢的组织不同可分为四类，即奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体-铁素体双相不锈钢。1.1奥氏体不锈钢及其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：1.1.1焊接热裂纹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

5、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。1.1.2晶间腐蚀根据贫铬理论，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。1.1.3应力腐蚀开裂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。1.1.4焊接接头的（T相脆化（

6、T相是一种脆硬的金属间化合物，主要析集于柱状 晶的晶界。丫相和S相都可发生（T相转变。比如对于Cr25Ni20型焊缝在800C2900C加热时，就会发生强烈的 y-S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（相转变，这主要是由于铬、钼元素具有明显的c化作用，当焊缝中S铁素体含量超过12%时，的转变非常显著，造成焊缝金属的明显的脆化，这也就是为什么热壁加氢反应器内壁堆焊层将S铁素体含量控制在3%10%的原因。1.2铁素体不锈钢及其焊接特点铁素体不锈钢分为普通铁素体不锈钢和超纯铁素体不锈钢两大类，其中普通铁素体不锈钢有 Cr12Cr14 型，如 00Cr12、0Cr13AI; C

7、r16Cr18 型，如 1Cr17Mo; Cr2530型。由于普通铁索体不锈钢中的碳、氮含量较高，故加工成形及焊接都 较困难，耐蚀性也难以保证，使用受到限制，在超纯铁素体不锈钢中严格控制了 钢中的碳和氮总量，一般控制在 0.035% 0.045%、0.030%、0.010% 0.015%三 个层次，同时还加入必要的合金元素以进一步提高钢的耐腐蚀性和综合性能。与普通铁素体不锈钢相比，超纯高铬铁素体不锈钢具有很好的耐均匀腐蚀、点蚀及应力腐蚀性能，较多的应用于石化设备中。铁素体不锈钢有以下焊接特点： 1.2.1焊接高温作用下，在加热温度达到 1000 r以上的热影响区特别在近缝区 的晶粒会急剧长大，

8、焊后即使快速冷却，也无法避免因晶粒粗大化引起的韧性急 剧下降及较高的晶间腐蚀倾向。1.2.2铁素体钢本身含铬量较高，有害元素碳、氮、氧等也较多，脆性转变温度 较高，缺口敏感性较强。因此，焊后脆化现象较为严重。1.2.3在400E600C长时间加热缓冷时，会出现 475C脆化，使常温韧性严重 下降。在550E 820E长时间加热后，则容易从铁素体中析出 c相，也明显降低 其塑、韧性。1.3马氏体不锈钢及其焊接特点马氏体不锈钢可分为Cr13型马氏体不锈钢、低碳马氏体不锈钢和超级马氏 体不锈钢。Cr13型具有一般抗腐蚀性能，从 Cr12为基的马氏体不锈钢，因加入 镍、钼、钨、钒等合金元素，除具有一定

9、的耐腐蚀性能，还具有较高的高温强度 及抗高温氧化性能。马氏体不锈钢的焊接特点：1.3.1 Cr13型马氏体不锈钢焊缝和热影响区的淬硬倾向特别大，焊接接头在空冷3条件下便可得到硬脆的马氏体，在焊接拘束应力和扩散氢的作用下，很容易出现 焊接冷裂纹。当冷却速度较小时，近缝区及焊缝金属会形成粗大铁素体及沿 晶析出碳化物，使接头的塑、韧性显著降低。1.3.2低碳及超级马氏体不锈钢的焊缝和热影响区冷却后，虽然全部转变为低碳 马氏体，但没有明显的淬硬现象，具有良好的焊接性能。课题背景由于奥氏体不锈钢的特殊的焊接性能，在现代社会中越来越多的地方使用到 这种钢，现在奥氏体不锈钢也是我们发展研究的一个方向。 未来

10、的时间里对奥氏 体不锈钢的开发研究也越来越引起专家们的注意， 我们对奥氏体不锈钢焊接的了 解也应该越来越重视。焊接奥氏体不锈钢的方法有很多，国内在中厚板奥氏体不锈钢的焊接中， 主 要采用埋弧焊（SAW。手工电弧焊由于其操作灵活、方便，设备投资少，因而被 广泛用于奥氏体不锈钢结构的生产中这也是一种典型的、传统焊接方法。在手工电弧焊中起关键作用的不锈钢焊条经过我国焊接工作者多年努力，已取得了如下进展：1 .品种基本上覆盖了各种常规不锈钢钢种，如 308、316、309、347、317等等，通 常包括酸性、碱性两个渣系。对于超低 C不锈钢焊条，如308L、316L、309L国 内也能生产，所以从品种

11、上基本可满足工业部门的使用。质量对于常规不锈钢焊条而言，从不锈钢焊条的发红、电弧稳定性、飞溅大小、 焊缝成型、颜色、波纹细腻程度、全位置焊接适应性、焊工施焊的舒适性、焊接 力学性能、抗腐蚀性等方面，国产不锈钢焊条质量参差不齐。 但基本可以满足国 内用户的要求。对于一些特殊品种如 310MoL 347L、309L仍有许多工厂愿意使 用进口焊材。这也表明我国整体不锈钢焊条的工艺质量与国外还有差距，在一些特殊品种上差距较大。不锈钢埋弧焊大多使用在不锈钢筒体的环缝和纵缝。通常是开X型坡口，先 焊内焊缝，然后反面砂轮打磨（甚至气刨）。随后焊正面，现行工艺是标准中要 求和认可的。存在问题有：对母材损伤较大

12、，对腐蚀性能不利、影响美观。埋弧不锈钢焊丝品种少，质量较差，配用的 260和431、350焊剂，往往使焊 后缝残留有横向熔渣。焊工需要用砂轮打磨。因而不锈钢埋弧焊接效率低、成本咼、质量粗糙。 采用CO2气保护不锈钢药芯焊丝焊接不锈钢是近二三十年的事。 该方法使用 常规C02焊机或MIG焊机，采用100%CO或80%A叶20%O作为保护气体，和普通 结构钢实心焊丝焊接相似，即可得到美观的焊缝。在 3种方法中，C02保护不锈 钢药芯焊丝有取代前两种焊接方法的趋势。这三种焊接方法的对比，见表 2.1对比项目不锈钢手工电弧焊MIG实心焊丝C02不锈钢药芯焊丝效率低高高成本高较高低操作工艺性好较高好焊缝

13、美观好较高好焊缝性能好好好全位置适应性好一般好焊丝品种多少多对焊工技术要求较多高一般表2.1不锈钢手工电弧焊、MIG实心焊丝和C02气保护不锈钢药芯焊丝电弧焊的对比从上面的数据分析手工电弧焊接将会渐渐被 C02气体保护焊接所替代，但是 目前这个阶段手工电弧焊接应用还是很普遍的。奥氏体不锈钢已具备建筑、化工设备材料所要求的许多理想性能，它在金属 中可以说是独一无二的，而其发展仍在继续。为使不锈钢在传统的应用中性能更 好，一直在改进现有的类型，而且，为了满足高级建筑应用的严格要求，正在开 发新的不锈钢。由于生产效率不断提高，质量不断改进，不锈钢已成为建筑师们 选择的最具有成本效益的材料之一。上面的

14、分析可以看出目前不锈钢的焊接性是 很好的，使用也是越来越广泛的，对于这种不锈钢的焊接技术也越来越成熟起来， 但在目前这个阶段我们应用最广泛的还是手工电弧焊。在这样的背景下我选择做这样的课题，既有利于了解目前0Cr18Ni9焊接，又有利于了解0Cr18Ni9焊接的 发展方向。材料介绍3.1材料成分及性能要全面的了解这种金属我们首先就必须清楚这种材料的化学成分，其次我们还要清楚它的机械性能。CSiMnPSNiCr0.08 %1.00 %2.00 %0.035 %0.030 %8% 11 %18% 20 %表3.1.1 0Cr18Ni9Ti 的化学成分牌号热处理拉伸试验硬度试验屈服强度抗拉强度伸长率

15、断面收缩率布氏硬度洛氏硬度维氏硬度(T 0.2/MPa(T b/MPaS 5(%)(%)HBSHRBHV0Cr18Ni9固溶1010 1150 C快冷205520406018790200表3.1.2 0Cr18Ni9Ti的机械性能铬、镍两元素相配合组成铬镍不锈钢，是一种较好的不锈钢。在此种不锈钢 中加入大量镍是为了得到单一的奥氏体组织，从而提高其耐蚀性和工艺性。在常 温和低温下有很强的塑性和韧性， 不具磁性，有较好的抗晶间腐蚀性能。铬是决 定不锈钢抗腐蚀性能的主要元素，因为钢中含铬就能使不锈钢在氧化介质中产生 钝化现象，即在表面形成一层很薄的膜，在这层膜内富集了铬。钢中含铬量愈高， 抗腐蚀性能

16、就愈强。此外，铬对钢的机械性能和工艺性能都能起到很好的强化作 用。镍只有在它与铬配合时才能充分表现出来。 镍是形成奥氏体的合金元素，当 镍与铬配合使用时，即可使金相组织由单相的铁素体变为奥氏体和铁素体双相组 织，经过热处理，可以提高强度，从而使其具有更强的不锈耐蚀性和良好的形变 性能3.2杂质元素的影响：当含碳量介于0.1%0.3%之间时，在退火后，碳将以石墨状态在晶格间界上析出， 破坏了晶粒间的结合力，强烈地降低镍的强度和塑性，使加工变形产生困 难。另外碳与铬有很强的亲合力，能形成一系列碳化物。钢中的含碳量愈高，形 成的碳化铬愈多，固溶体中含铬量就相对减少，钢的耐腐蚀性能就会降低。硫是 有害

17、的杂质，硫与镍形成 Ni3S2化合物，Ni3S2与镍在625C形成低熔点共晶， 分布在晶粒间界上，当热变形温度超过共晶熔点时，即沿晶粒间界开裂，产生所 谓热脆现象。镍在常温时与硫生成的 Ni3S2能引起冷脆。从上面的化学成分的分析我们可以分析出它的导热性很差，线膨胀系数很 大，焊接变形也是比较大的。因而我们在焊接这种金属试件时如果在可能的情况 下要采用较小的线能量快速的焊接完成。特殊的合金元素就决定了它有特殊的性能，它具有良好的耐腐蚀性、耐热性、 低温强度和机械性能，冲压、弯曲等热加工性好，无热处理硬化现象，无磁性， 使用温度在-196 C -800 C。用途也很广泛主要应用在：1、2类餐具、

18、橱柜、室 内管线、热水器锅炉、压力容器、浴缸、汽车配件、医疗器械、建材、化学、食 品工业、船舶部件等地方。在食品工业和化学工业用的由为广泛，在食品工业它可以做食品保鲜液体的贮罐，在化工行业它可以用来做反应容器，可以用来做 换热容器，也可以用来做锅炉容器。可以说它的用途是非常广泛的，在未来的日 子里应用也将越来越多。而在这之中用的尤为多的就是在低温压力容器制造行 业，低温压力容器是工作时壁温在-20 C以下的压力容器。液化乙烯、液化天然 气、液氮和液氢等的储存和运输用容器均属低温压力容器。对于低温压力容器首 先要选用合适的材料，制造这类产品首先要考虑它是否具有良好的韧性，其次盛装这些介质需要材料

19、具有很好的抗腐蚀能力。而0cr18ni9这两种性能都有，在低温下还具有很好的强度和机械性能，因而它在这个行业应用很广泛。4.OCr18Ni9 的焊接4.1 0Cr18Ni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。4.1.1根据讨论问题的着眼点不同，焊接性可分为：（1）工艺焊接性（2）使用焊接性4.1.2影响焊接性的因素主要有以下几点：（1）材料因素（2）焊接方法（3）构件类型（4）使用要求金属的焊

20、接性与材料成分、焊接方法、构件类型、使用要求都有密切的关系，所以不应脱离这些因素而单纯的从材料本身的性能来评价焊接性。从上述分析可以看出，很难找出一项技术指标可以概括焊接性， 只有通过综合多方面的因素才 能分析焊接性问题。分析金属的焊接性我们在不要求做非常准确的情况下我们可以根据碳当量、 材料的化学性能、材料的物理性能来判断，如果要求需要很准确的话我们可以通 过焊接性试验来判定。0cr18ni9的焊接性能我们就从这方面来判定：4.1.3 0Cr18Ni9 的焊接要求（1）0Cr18Ni9属于奥氏体不锈钢，其组织为奥氏体（A）加3-5%铁素体（F）。它具有良好的塑性和高温、低温性能。它在焊接热循

21、环的作用下，主要显示出以 下基本要求：焊接过程中采用小的线能量输入， 减小热影响区范围，加快焊缝及热影响区的 冷却速度对不锈钢的焊接是有益的。用0Cr18Ni9焊接时导热系数小，存在过热区，也容易造成热影响区的晶粒长大。焊缝高温停留时间过长，在高温状态下Cr和C形成化合物，在高温区就形成了贫铬层，也会导致焊缝的枝晶倾向加剧。因此要求尽量选择线能觉输入较小 的焊接方法。由于导热系数小而线膨胀系数大，自由焊态下焊接易产生较大的变形， 选用能 量集中，热影响区窄的焊接方法能在一定程度上减少焊接变形。（2）0cr18ni9的含碳量很小，在加上它属于高合金钢碳当量法对它焊接性能的 估算是不怎么准确的。因

22、此我们不用碳当量对它的焊接性进行分析。0cr18ni9属于奥氏体不锈钢，这类钢有具有交高的变形能力并不可淬硬， 而且它的含碳量又很底，所以总的来说焊接性还是不错的。但是由于热导率低， 热膨胀系数大，局部加热时温度分布不均匀，收缩量大等都将使接头在焊接过程 中产生交大的内应力。在焊接的时候应该注意这方面的问题， 焊接时尽量避免或 减少这种受热不均显现的发生，焊接的速度也应该适当的快点。0Cr18Ni9属于奥氏体不锈钢，它的使用范围是很广泛的，并且它的焊接性 能也是非常好的，几乎所有的接方式对它都是实用的。在生产中我们常见的焊接 方法有：焊条电弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊、埋弧自动焊等。由于

23、 0Cr18Ni9具有特殊的性能，在现代工业生产中用的也很多，在国外也是应用的 很多，在日本它的相应标准是USU304,在美国它的相应标准是304。这种钢一般 作为不锈耐热钢用较为广泛，在化工设备和食品用设备中应用最多。我这次的设计课题就是0Cr18Ni9的手工电弧焊焊接工艺，因而我就着重从 手工电弧焊的角度去谈谈它的焊接。选择焊条电弧焊去焊接就必须要确定焊条的 种类然后才能去焊接。对于0Cr18Ni9这种钢首先判断出它是属于奥氏体不锈钢， 判断出它是奥氏体不锈钢后可以确定要用不锈钢焊条进行焊接，再根据等强度和焊缝金属的合金元素要与母才相接近的原则选择焊条，经过上面的筛选可以确定 出焊接这种金

24、属的材料是 A132焊条。对于焊条的选择我们可以还参照下面的方 法：为提高生产率，通常选用直径较粗的焊条，但一般不大于6mm工件厚度在4 mm以下的对接焊时，一般均用直径小于等于工件厚度的焊条。可参考表4.1。大厚度工件焊接时，一般接头处都要开坡口，在焊打底层焊时，可采用2.54mm 直径的焊条，之后的各层均可采用 56 mm直径的焊条。立焊时，焊条直径一般 不超过5毫米；仰焊时则不应超过4毫米。|焊件厚度/mm1 12焊条直径/mmw板厚 3.2 4 45 56表4.1.1焊条直径与板厚的关系0Cr18Ni9 的焊接:421 焊接方法：SMAW4.2.2焊材型号：A132,规格C 3.2mm

25、423焊接电流：第一层90-110A，第二层 100-120A4.2.4焊接电压：第一层18-22V，第二层 22-26V425焊接速度：第一层15-18 cm/min,第二层 18-21cm/min4.2.6顿边为1cm4.2.7间隙为2cm4.2.8焊接示意图通过试板的焊接我们可以更深一步的了解到这种金属的焊接性能，我们可以从试板的焊接中更直观的看出它的焊接。在一般的情况下这种奥氏体不锈钢焊前 不需要进行预热，焊后也不需要进行热处理。同样这种钢对于其他焊接方法也是适用的并且焊接的质量成型也都不亚于 手工电弧焊，在低温设备制造行业常用这种钢来做内容器， 而内容器的连接就是 用的埋弧自动焊，用这种方法焊不仅焊接效率高而且焊接质量好成型也比较好 看，还有一种常用的焊接方法就是手工钨极氩弧焊， 这种焊接方法虽然操作有点 困难对焊工的要求比较高，但是一旦你掌握了这种焊接方法，它的焊接质量绝对 是比手工电弧焊和二氧化碳气体保护焊要好的， 外观成型也要比这两种焊