0Cr21Ni32钢板MIG焊焊接工艺设计

目录TOC\o"1-5"\h\z摘要1.…1母材成分与焊接性分析1....化学成分及基本性能1....焊接性分析2.....1.3焊接方法的选择22熔化极氧弧焊工作原理及工艺特点2...2.1工作原理2....2.2工艺特点3....3焊接前准备3坡口准备3....3.2焊件的焊前杂质清理3....4焊接材料的选择3...焊丝3..…保护气体的选择3....5MAG焊接设备.4....焊接电源4......送丝系统4.....5.3焊枪及导丝管4.....5.4供气系统和冷去P系统.4....5.5控制系统5.....5.6焊机的选择5.....6焊接工艺参数5....,TOC\o"1-5"\h\z6.1焊接电流、电弧电压、焊接速度6...6.2焊丝的伸出长度6.6.3保护气体及气体流i6..7焊接实施方法及步骤6..8焊接缺陷及其预防措施.6...9施焊时注意事项.7...10焊后检验7...11结语.7...参考文献.8...

0Cr21Ni32钢板MiG旱焊接工艺设计学生：王亚平指导老师：王燕(三峡大学机械与材料学院)摘要：该说明书主要是分析0Cr21Ni32S钢板的化学成分、力学性能以及相关的焊接性,并以MiG呈的焊接方法来进行工艺设计。整个焊接工艺的设计过程包括焊接材料的选择、焊接材料性能的分性、焊接设备的选用，以及各焊接设备的相关参数的选用。施焊之前还需进行各种焊前准备，焊后处理和焊接检验等。关键字：0Cr21Ni32钢板，MiG呈的焊接方法母材的焊接性能分析1.1母材的成分及性能母材规格：0Cr21Ni32钢板两块，规格：-10*100*300。0Cr21Ni32钢属于奥氏体不锈钢，其成分、力学性能及物理性能如下表1、2、3所示：表1OCr21Ni32的主要化学成分(质虽分数)牌号CSiMnCrNi其他0Cr21Ni32<0.08<1.00<2.0020.0--2230--33表2力学性能屈服强度抗拉强度伸长率类型牌号热处理状态b/MPa(T(TS5/(%)0.2/MPab/MPa奥氏体钢0Cr21Ni32固溶处理20552040表3物理性能类型牌号密度(g/cm3)比热容[J/(g*°C)]热导率[W/(cm*°C)]线膨胀系数(10-6/°C)电阻率(10-6Q*cm)25-20奥氏体钢0Cr21Ni328.030.500.1114.299不锈钢和耐热钢按材料供应状态的组织一般分为铁素体钢、马氏体钢、奥氏体钢、铁素体-奥氏体双相钢和沉淀硬化钢。其中奥氏体钢以Cr-Ni系列钢为典型，多以固溶处理状态供工业使用。1.2焊接性分析相对于其他不锈钢的焊接，奥氏体不锈钢的焊接性较为优良。奥氏体不锈钢具有较好的塑性、冷热加工性能较好。但是由于其导热系数小、熔点低、线膨胀系数较大，焊接时若焊缝金属在高温(450。C-850。C)停留的时间过长易于形成粗大的傍态组织，出现晶间腐蚀。因此应尽虽采用低碳或超低碳的焊材，并减少熔池的过热，宜选用较小的电流和较快的焊接速度，加快冷却时间。必要时可进行焊后的稳定化退火处理。另外，奥氏体钢的焊接接头在经受一定时间的高温(650C-850°C)加热后会在焊缝中析出一种脆性的S相，导致整个接头脆化，塑性和韧性显著下降。因此要减小焊缝金属在高温下的停留时间，并对已析出的C相在条件允许时进行固溶处理。其中0Cr21Ni32型钢属于25-20型奥氏体不锈，它的特点是铭、镣的含虽高，具有很好耐热性、耐腐蚀性，缺陷点是在筒温下有C相的脆化倾向。1.3焊接方法的选择根据奥氏体不锈钢的焊接特性可以选用熔化极氯孤焊。熔化极氯孤焊有多种过渡方式，既可以焊接薄板件也可以焊接较厚的板件，而且它的适应性强，生产效率高，焊接变形小，由于是使用焊丝作为电极，允许使用的电流密度较高，因此母材的熔深大，填充金属熔敷速度快。焊接厚板时多采用较高的电压和较大的电流值，并选用射流的过渡方式。选用熔化极氯孤焊有以下几个优点：1.氯气是一种惰性气体，它不与金属发生化学作用，也不溶丁金属中，对于焊缝的保护起到了良好的作用；2.氯气导热系数小，且是单个原子气体，高温时不会解吸热，使电孤燃烧稳定。熔化极氯孤焊的飞溅小。3熔化极氯孤焊的能虽较为集中且经济。另外熔化极氯孤易于实现自动化，其焊接焊孤是明孤，焊接过程参数稳定，易于检测及控制。熔化极氯弧焊的工作原理及工艺特点2.1工作原理熔化极的氯孤焊采用A叶O2或是CQ作为保护气体时也叫MAG呈。焊接时保护气体从焊枪喷嘴中喷出，起到保护电孤及焊接区的作用；焊丝由送丝机构向待处送进；焊接电孤在焊丝与焊件之间燃烧，焊丝被电孤加热熔化形成熔滴过渡到熔池中。冷却时，由焊丝和母材金属共同组成的熔池凝固结品，形成焊缝。2.2工艺特点熔化极氯孤焊的气体保护效果较一般的焊接方法的要优良很多，其焊接时电孤燃烧稳定，焊接飞溅小，焊缝成型美观。并且焊丝和电流的密度大，熔丝速度快，熔敷效率高，母材熔深大，焊接变形小，焊接生产率高。其不足点主要是氯气及其混合气体比较昂贵，因此成本相对来说较大。另外，熔化极氯孤焊对工件、焊丝的要求较高，焊前需进行除油污、锈等的清理。焊前准备3.1坡口制备mlv型坡口焊接示意图1由于给出的0Cr21Ni32钢板的板厚为10mn故需要开坡口，开V型坡口如上图1所示,坡口的角度为60°,钝边为2mm对口间隙为2mm由于奥氏体不锈钢焊接时熔池较大，在液态停留时间较长，为了保证缝的背面成形和防止烧穿，故在焊接时需要加衬垫。3.2焊件的清理由于MAG呈对焊件的表面杂质较为敏感，因此焊前必需进行清理处理。处理可以采用机械清理，钢丝刷抛光，细吵纸清理等清理焊缝周围30mn范围内的没法、氧化皮等。焊接材料的选择4.1焊丝的选择铭镣不锈钢的焊接时一般应使焊丝与被焊接的母材成分基本一致。可以采用的焊丝有H0Cr14H1Cr13H1Cr17等。又低碳或超低碳型的焊丝可以抑制焊缝的品间腐蚀的出现，故可选用超低碳焊丝H00Cr19Ni9作为焊接用的焊丝最为合适。4.2保护气体的选择一般焊接不锈钢时若是用纯Ar作为保护气体会出现以下两个问题：液体金属的粘度及表面张力较大，易产生气孔。焊缝金属润湿性差，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。然而在Ar气体中加入体积分数为1%勺C2不仅可以克服阴极漂现象，还有利于金属熔滴的细化，降低射流过渡的临界电流值。因此保护气体选用99%Ar+1%C的混合气体。MAG焊设备熔化极氯弧焊设备组成包括有弧焊电源、送丝系统、焊枪、行走台车（自动焊）、供气系统、水冷系统、控制系统等部分。5.1焊接电源熔化极氯弧焊通常采用的是直流弧焊电源。根据奥氏体不锈钢对接焊缝熔化极氯弧焊焊接工艺参数表查得应选用的电流范围为240—280A;电压范围为24—27V。极性的选择一般是直流反接，因为直流反接可以得到稳定的焊接过程和稳定的熔滴过渡过程。在此电源条件下，易于得到射流过渡的熔滴过渡的方式。射流过度有利于电弧燃烧稳定，对保护气流扰动小，金属飞溅小，从而能获得良好的保护效果和焊接质虽。5.2送丝系统送丝系统直接影响焊接过程的稳定性。它通常是由送丝机构（包括电动机、减速器、矫直轮、送丝轮）、送丝软管（导丝管）、焊丝盘等组成。根据送丝的方式一般可以分为推丝式、拉丝式、推拉丝式三种基本方式。其中推丝式应用较广泛，结构简单轻便，但稳定性较差；拉丝式提高了送丝的稳定性，但是结构质虽较大，一般只能应用于直径大于0.8mm的焊丝；推位丝式其送丝效果最佳。5.3焊枪及导丝管熔化极氯弧焊焊枪可分为半自动和全自动焊枪两种，由于所焊接的钢板的长度不大，只有300mm故可以选用半自动焊枪即可。半自动焊枪按结构分为鹅颈式和手枪式两种；按冷却方式可以分为气冷和水冷两种。气冷主要是利用保护气体流过焊枪时所起到的冷却作用，它一般只适用于电流小于200A的条件下。当焊接所用的电流大于200A时必须采用水冷的方式利用循环水进行冷却。导丝管部分包括导电部分、导气部分、导丝部分。5.4供气系统和水冷系统供气系统主要是由气源（周压气瓶）、气体减压阀、气体流虽计、电磁气阀和送气软管等组成。体制造公司提供按比例由于要采用富氯混合气体的供气方式故可以两种方式选择：一种是使用由气要求配制的混合气源；另一种方式是使用两不同的气源，调节好焊枪口的气体排放流虽现场配制符合要求的混合气体使用。通常在使用CO气体时，还需焊前对其进行预热，必要时还需要配全干燥器使用以减少CO中的水分含虽。体制造公司提供按比例水冷式焊枪的水冷系统是由水箱、水泵、水管、水流开关等组成。由水泵打压循环流动，实现冷却水的循环应用。当水泵工作时，水流开关合上，在此条件下可以起动焊接电孤；当水泵停止工作时，水流开关断开，不能起动焊接电孤，起到水冷保护的作用。5.5控制系统熔化极氯孤焊设备的控制系统包括焊接过程程序控制电路、送丝驱动电路等。其中焊接过程程序控制是由焊接过程控制电路来实现的。控制系统涉及到对送保护气的控制、送焊丝的控制、孤焊电源的控制等。5.6焊机设备的选择下表4为常见的几种国产的熔化极氯孤焊焊机的型号及技术参数：常见国产熔化极氯孤焊焊机的参数表4型号输入电压N额定输入电流/A额定输入功率/KVA空载电压N焊接电压调节范围N焊接电流调节范围/A负载持续率(%适应焊丝直径/mmNB-2003--3809.45.65515--2640--200600.8、1.0NB--2503--3801586015--3640--250600.8、1.0NB-4003--38023177015--4540--400600.8、1.0、12NB--5003--38034237015--4540--500600.8、1.0、1.2、1.6注：国产熔化极氯孤焊焊机的型号根据GB/T10249-1988的规定命名的。其中字母N表示MIG/MAG呈机，B表示半自动焊机，数字表示焊机的额定功率。为降低残余应力水平，应尽虽采用较小线能虽的焊接方式，即较小的热输入。又采用1.2mm直径的焊丝故应选用NB-400型号的焊机来进行施焊作业。焊接工艺参数熔化极氯弧焊的焊接参数主要有焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝的伸出长度、焊丝倾角、焊丝直径、保护气体的种类及其流虽等。选择合适的焊接工艺参数能够有效的避免品间腐蚀、应力集中变形等缺陷的产生！6.1焊接电流、电弧电压、焊接速度焊接电流和电弧电压通常是根据焊件厚度及焊缝深来选择的。由0Cr21Ni32钢板的板厚为10mm及开V型坡口的方式以及采有MAG?接方法可以初步选定焊接电流为240—280A,电弧电压为24—27V,焊接速度为250—350mm/min6.2焊丝的伸出长度焊丝的伸出长度增加，其电阻热增加，相应的焊丝的熔化速度也增加。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；焊丝长度过短电弧易烧导电嘴，金属飞溅易堵塞喷嘴。采用射流过渡，且最好使用短电弧焊接，故其合适的伸出长度为13—25mm选用15mn!勺伸出焊丝伸出长度。6.3保护气体及气体流量熔化极氯弧焊的主要保护气体为氯气，但是对于不锈钢的焊接若采用纯的氯气作为保护气体会引起咬边等缺陷且燃烧的电弧也不稳定。通常对于不锈钢的焊接采用体积分数为99%A叶1%□的富氯气混合气体能够有效的克服阴极漂移现象稳定电弧，并且1%O的加入有利于金属熔滴的细化，降低射流过渡的临界电流值。若是混合气体中O2的体积含虽超过2%时，在焊缝表面会产生明显的氧化，降低了焊缝接头的质虽。根据所开的V型坡口方式，及板厚10mm可以选用氯气流虽为14---18L/min的气体流虽。焊接实施方法及步骤首先对待焊工件进行焊前清理处理。一般对于奥氏体不锈钢是不需要预热的。检查焊机设备及电路的通畅性。使用同种类型的焊件进行焊前试焊，并根据试焊的工件变形程度，采用反变形法合理布对接焊件的位置。焊接进采用导热性能较好的铜块作为焊接的垫板，有利于焊件的散热，可以减少焊件在局温的停留时间。为防止焊缝S相的析出，应在焊后进行固溶化热处理，其主要的措施是对焊件加热到1050C-1100C后迅速冷却，稳定奥氏件组织，防止品间腐蚀。也可以通过火焰矫正来矫正焊接的变形与应力集中。焊接缺陷及其预防措施0Cr21Ni32型不奥氏体不锈钢的主要焊接缺陷及其预防措施有：I.易于产生热裂纹，其产生热裂纹的原因主要是因为a.奥氏体不锈钢的线膨胀系数较大，导热系数又较小，从而延长了焊缝金属在高温区的停留时间，提高了焊缝金属在高温时经受的拉伸应变；b.奥氏体不锈钢焊缝结品，液相线与固相线之间的距离较大，凝固过程的温度范围大，使低熔点的杂质偏析严里，并且在晶界聚集；c.纯奥氏体焊缝的柱状品间存在低熔点夹层薄膜，在凝固结品后期以液态膜形式存在于奥氏体柱状晶粒之间，在一定的拉应力作用下起裂、扩展形成晶间开裂。其热裂纹的主要形式有横向裂纹、纵向裂纹、孤坑裂纹、显微裂纹、根部裂纹和热影响区裂纹等。通常影响热裂纹的产生的因素有焊缝金属组织和焊缝的化学成分。其中单相奥氏体焊缝对热裂纹较为敏感，单向奥氏体的合金化程度高，奥氏体很稳定，焊接时易产生方向很强的粗大柱状品组织，同时高合金化增大了液固相线的间距，加剧偏析，而且硫、磷等杂质元素与镣形成低熔点共晶体，在晶界形成易熔夹层等都会增加对热裂纹的敏感性。另外常见的合金元素对奥氏体焊缝热裂纹的倾向的影响如下表5所示：常见无素对奥氏体焊缝热裂纹彳®向表5无素S单相组织S+丫双相组织奥氏体化—\元条Ni显著增大热裂倾向显著增大热裂倾向Cr形成Cr-Ni高熔点共晶细化品粒，减少热裂倾向当Cr/Ni>1.92.3时，提局抗裂性C含虽为0.3%--0.5%,同时有NbTi善儿素进减小减小热裂倾向，但若使S消失，则增大热裂纹倾向Si灭、?*1织IKISi>0.3%--0.7%时，显著增加热裂倾向通过焊丝加入Si<1.5%--3.5%减小热裂倾向Ti显著增大热裂倾向，但当Ti/C约为6时，减小热裂倾向Ti<1.0%影响不大，Ti>1.0%时细化品粒，减小热裂倾向由上表可在选材时应该控制C的含虽，采用低碳或是超低碳型的焊丝，按照等成分匹配原则选材并尽虽其他杂质元素的含虽。采用焊缝金属呈c+丫双相组织，铁素休的含虽控制在3—5冲下,还应限制焊缝金属中致热裂纹元素SP等的含虽可以有效的降低热裂纹的产生；II晶间腐蚀，主要是焊缝和热影响区在加热到450°C—850°C敏化温度区时在晶界上析出的碳化铭，造成贫铭的晶界，不足以抵抗腐蚀的程度。品间腐蚀可分为三种：焊缝的品间腐蚀、热影响区的敏化区的晶间腐蚀以及热影响区过热区的“刀蚀”。对于第一种可以选择超低碳(C<0.03%)或是添加钛和锯等稳定元素的不锈钢焊条；或是采用奥氏体-铁素体双相钢，它不仅具有良好的耐品间腐蚀性，还具有很高的抗应力腐蚀能力；或是通过减少危险温度范围停留时间；还可以进行焊后固溶处理。对于第二种的品间腐蚀可以通过采用含Ti或Nb的稳定化奥氏体不锈钢、或是在焊接工艺上选用小线能虽，快速冷却的焊接工艺等。第三种品间腐蚀可以采用超低碳稳定化奥氏体不锈钢母材。综上对于品间腐蚀应采用低碳或超低碳的焊材，另外可以减少熔池过热，选用较小的焊接电流和较快的焊接速度，加快冷却速度。若是对耐品间腐蚀性能要求很高的焊件则可进行焊后稳定化退火处理；应力腐蚀开裂，可以进行焊后热处理，消除应力，也可以进行机械消除内应力处理。焊缝金属的低温脆化，可以选用较为纯的焊奥氏体焊材，减少熔池的高温停留时间形成单一的稳定的奥氏体组织。V焊接接头的S相的脆化，主要是由于熔池在650。C-850。C停留时间过长，使得S相组织的的析出。可采取的措施，可以减小焊缝金属在高温下的停留时间，在多层焊时使用强制冷却，还可以在焊后进行固溶处理，使S相溶入奥氏体。施焊时注意事项施焊过程中应注意的事项有：由于不锈钢接对焊件表面的杂质非常敏感故焊前必需对焊件及焊材进行焊前杂质清理处理。由于采用的是Ar+O2的混合气体的保护焊，因而要注意焊接场所的通风性能良好，但空气的流动性不能太大影响焊接电弧的稳定。焊前注意栓查焊机设备及送气电路等通畅。4.焊接时为防止背面