不锈钢开题报告.doc

一、课题题目和课题研究现状不锈钢钨极氩弧焊缺陷分析及解决措施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，由于具有优良的耐蚀性、耐磨性、强韧性和良好的可加工性，广泛的应用于宇航、海洋、军工、化工、能源等方面，以及日用家具、建筑装潢、交通车辆的装饰上，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。因此开发和使用好不锈钢对我国的工业来说已经越来越重要了。我国不锈钢产业发展进步较晚，建国以来到改革开放前，我国不锈钢的需求主要是以工业和国防尖端使用为主。改革开放后，国民经济的快速发展，人民生活水平的显著提高，拉动了不锈钢的需求。进入上世纪90年代后，我国不锈钢产业进入快速发展期，不锈钢需求的增速远高于全球水平。1990年以来，全球不锈钢表观消费量以年均6%的速度增长，而90年代的10年间，我国不锈钢表观消费量是世界年均增长率的2.9倍。进入21世纪，我国不锈钢产业高速增长。 不锈钢是当今世界上应用最广泛、性能价格比最优的钢材表面处理方法。随着西部大开发战略的实施，西电东送、西气东输、南水北调、三峡工程、农网及城市电网二网改造等项目的深入展开，我国热镀锌行业已进入新一轮的高速发展阶段。我国不锈钢行业原材料中的铬镍在国外是供大于求，而在我国是供不应求的状况；不锈钢则是产能过剩，供大于求，盈利空间波动频繁。随着不锈钢行业竞争的不断加剧，大型不锈钢生产企业间并购整合与资本运作日趋频繁，国内优秀的不锈钢生产企业愈来愈重视对行业市场的研究，特别是对企业发展环境和客户需求趋势变化的深入研究。正因为如此，一大批国内优秀的不锈钢品牌迅速崛起，逐渐成为不锈钢行业中的翘楚。国外关于不锈钢的研究开展较早，欧洲、美国和日本等国已制订了不锈钢材料和结构设计规范。设计规范的逐渐完善与相应研究的开展促进了不锈钢在建筑结构中的应用。AISI在1968年出版。AISI经过广泛的研究，加深了对不锈钢结构的理解，结合新的试验结果在1974年对规范进行了修订。美国土木工程师协会(ASCE)于1991年和2002年对规范进行了扩展和更新，取代了AISI标准。澳大利亚、新西兰和南非基于美国规范制订了大体相同的不锈钢结构设计规范。1995年日本不锈钢建筑协会出版了不锈钢建筑设计与建造标准卿。该标准基于极限状态设计，即考虑了正常使用极限状态和承载力极限状态，包括构件截面设计、抗震设计和不锈钢构件的加工等规定。欧洲钢结构学会(SCI)在1 989-1992年间对不锈钢在建筑结构中应用进行了研究，研究涉及到材料选择范围、构件加工和维护保养。研究结果包括材料力学性能、构件和节点试验、数据分析以及设计建议、应用范例等，由欧洲不锈钢协会(Euro In-ox)在1994年出版为不锈钢结构设计手册，并分别于2002年和2006年修订成第二版和第三版山随后欧洲标准规范草案1.4节(ENV 1993-1-4)主要根据这个设计手册提出了不锈钢结构的设计准则，并于1996年出版，这个部分作为钢结构设计规范欧洲规范3的1.4节(包括不锈钢的补充设计规定)。在2006年，EN 1993-1-4作为正式的欧洲规范出版卿，其主要内容与不锈钢结构设计手册的修订保持一致，二者的区别在于EN 1993-1-4关于防火设计的规定比设计手册上偏于安全和保守。随着工业革命的发展，在石油、化工、医药、食品 各个领域，应用耐腐蚀的不锈钢管道，使不锈钢管道的用量每年大幅度增长，同时它的品种和规格也在不断扩张。不锈钢的焊接方式也是千姿万态，当今社会可以实现机械化、焊接时无粉尘、无飞溅的有钨极氩弧焊（TIG）、熔化极氩弧焊（MIG）、等离子弧焊（PAW）等。 钨极氩弧焊(TIG)在实际生产中应用已十分广泛，它的优点是机械保护效果好，焊缝金属纯净，焊接质量优良,一般用于精密焊接及高质量的焊接；在小电流时电弧很稳定；焊缝区没有熔渣，工人可以清楚地看到熔池和焊缝的成形过程；采用气体保护电焊，易于自动控制；适于薄板焊接、全位置焊接以及不加衬垫的单面焊双面成形工艺。但是其单道焊缝熔深浅、熔敷率低.对于不锈钢而言，TIG焊在平板对接不开坡口时只能焊接3 mm以下的钢板，这使其应用仅限于薄壁件的焊接，而对于厚度较大的板材或管材则需开坡口采取多层焊接，增加了工艺的复杂性，降低了生产效率。由于焊接缺陷的产生原因十分复杂，根据生产实践，我们发现焊接缺陷有时候归咎于冶金或者工艺方面，甚至有时候也受环境因素影响很大。在这种复杂而综合的条件下，焊接的检测人员要掌握一定的焊接知识，时刻警惕，才能及时发现焊接缺陷。 究其本质，每一项方法都一定有他的优点和不足，而焊接方式的不足就会造成焊接缺陷。实际上，焊接生产中焊接质量始终与焊接缺陷相关联。这些缺陷直接影响着工程质量，一旦发生就有可能导致严重的后果。20 世纪60、70 年代，苏联把一层很薄的活性焊剂涂在母材待焊表面上，进行钨极氩弧焊（TIG），此时的熔深是传统钨极氩弧焊（TIG）的 23 倍，也可单面焊双面成形，生产率高，成本低。到了90 年代，美、 英等国家研制出锰钢、低合金刚、不锈钢等不同材料的活性焊剂，形成焊接的新方法 A-TIG 焊。在20 世纪末，我国也研发出使碳钢、不锈钢和铝合金的钨极氩弧焊（TIG）熔深增加 12 倍活性焊剂。二、选题的目的和意义希望通过本课题确定不锈钢钨极氩弧焊的焊接工艺参数及其调节范围，分析焊接参数对焊接缺陷的影响。熟练掌握设备操作技能与试验方法，为高新技术设备向实验教学转化提供实验数据；在得到稳定结论的基础上，利用其结论，开发出创新实验项目，为进一步推动我院教学改革作出应有的贡献。通过此毕业设计，学生将了解不锈钢的焊接方法，TIG焊的操作方法，不锈钢钨极氩弧焊常出现的缺陷有哪些，不同的因素对不锈钢的缺陷有什么影响。通过对比实验来证实缺陷的影响因素及影响方式。根据任务书制定总体实验方案制定，学会数据的分析方法。3、 课题的基本内容 本文主要研究内容是不锈钢在钨极氩弧焊下各个参数对焊接缺陷的影响，具体内容包括以下几个方面：1、 首先熟悉不锈钢的钢种极其焊接性，熟悉不锈钢的焊接方式钨极氩弧焊（TIG）、熔化极氩弧焊（MIG）、等离子弧焊 （PAW）等。2、 采用钨极氩弧焊设备，采用不同的氩弧焊工艺参数对不锈钢表面进行堆焊用以实验不同工艺参数可能产生的缺陷。3、 观察焊接表面形貌及产生的缺陷，通过焊接检验的方式对焊接的质量验证试验。4、 以对比分析的方式来探究不锈钢钨极氩弧焊的缺陷及解决措施，分析不锈钢钨极氩弧焊产生缺陷的原因并制定可行的解决措施。四、研究方案及预期达到的目标本实验采用的是交直流两用机钨极氩弧焊焊接电源，为使氩气很好地保护焊接熔池，和便于施焊操作，钨极中心线与焊接处工件应保持8085角,填充焊丝与工件表面夹角应尽可能地小，一般为10左右采用直流正接法在1.5mm不锈钢板上进行堆焊一条8cm长的焊缝，使用锥形和圆台形两种不同的钨极形状进行一组实验。通过改变电流，改变焊接速度，进行两组焊接实验，观察实验中产生缺陷，通过对比不同焊接参数所得到不同的焊接试板。通过外观检验的和无损探伤的方式对试板进行检验。分析不同参数情况下焊接所产生的缺陷。对比分析确定可行的焊接参数，避免焊接产生缺陷的解决措施。焊接电流（A）气体流量(L/min)钨极直径（mm）焊接速度（mm/min）钨极伸出长度（mm）3061.625026061.625029061.6250212061.6250215061.62502焊接电流（A）气体流量(L/min)钨极直径（mm）焊接速度（mm/min）钨极伸出长度（mm）9061.615029061.620029061.625029061.630029061.63502外观检验：以目测观察为主，并可以借助低倍放大镜观察。通过观察焊缝外形尺寸及形状的缺陷、焊接接头几何尺寸的缺陷、是否出现裂纹、气孔、焊瘤、弧坑、咬边、夹渣、未焊透等缺陷。一、裂纹裂纹端部形状尖锐，应力集中严重，对承受交变和冲击载荷、静拉力影响较大，是焊接过程中最危险的缺陷。按其产生的原因可分冷裂纹、热裂纹和再热裂纹等。裂纹分冷裂纹、热裂纹、再热裂纹 a、冷裂纹指在200以下产生的裂纹，它与氢有密切关系，其产生的主要原因是： 1、对大厚工件选用预热温度和焊后缓冷措施不合适。 2、焊材选用不合适。 3、焊接接头刚性大、工艺不合理。 4、焊缝及其附近产生硬脆组织。 5、焊接规范选择不当。 B、热裂纹指在300以上产生的裂纹(主要是凝固裂纹)，其产生的主要原因是： 1、成份的影响。焊接纯奥氏体钢、某些高镍合金钢和有色金属时易出现。 2、焊缝中含有较多的硫等有害杂质元素。 3、焊接条件及接头状选择不当。 C、再热裂纹即消除应力退火裂纹。指在高强度钢的焊接区，由于焊后热处理或在高温下使用，在热影响区产生的晶界裂纹，其产生的主要原因是： 1、消除应力退火的热处理条件不当。 2、合金成分的影响。如铬、钼、钒、铌、硼等元素具有增大再热裂纹的倾向。 3、焊材、焊接规范选择不当。 4、结构设计不合理造成大的应力集中。二、气孔 在焊接过程中，因气体来不及及时逸出而在焊缝金属内部或表面所形成的空穴。其产生的原因是： 1、焊条、焊剂烘干不够。 2、焊接工艺不够稳定，电弧电压偏高，电弧过长，焊速过快和电流过小。 3、填充金属和母材表面油、锈等未清除干净。 4、未采用后退法熔化引弧点。 5、预热温度过低。 6、未将引弧和熄弧的位置错开。 7、焊接区保护不良，熔他面积过大。 8、交流电源易出现气孔，直流反接的气孔倾向最小。 三、焊瘤 在焊接过程中，熔化金属流到焊缝外未熔化的母材上所形成的金属瘤，它改变了焊缝的横截面，对动载不利。其产生的原因是： 1、电弧过长、底层施焊电流过大。 2、立焊时电流过大、运条摆不当。 3、焊缝装配间隙过大。四、弧坑 焊缝在收尾处有明显的缺肉和凹陷。其产生的原因是： 1、焊接收弧时操作不当，熄弧时间过短。 2、自动焊时送丝与电源同时切断，没有先停丝再断电。五、咬边 电弧将焊缝边缘的母材焙化后，没有得到焊缝金属的补充而留下缺口。咬边削弱了接头的受力截面，使接头强度降低，造成应力集中，使可能在咬边处导致破坏。其产生的原因是： 1、电流过大，电弧过长、运条速度不当、电弧热量过高。 2、埋弧焊的电压过低、焊速过高。 3、焊条、焊丝的倾斜角度不正确。六、夹渣 在焊缝金属内部或熔合线部位存在的非金属夹杂物。夹渣对力学性能有影响，影响程度与夹渣的数量和形状有关。其产生的原因是： 1、多层焊时每层焊渣未清除干净。 2、焊件上留有厚锈。 3、焊条药皮的物理性能不当。 4、焊层形状不良、坡口角度设计不当。 5、焊缝的熔宽与熔深之比过小、咬边过深。 6、电流过小，焊速过快，焊渣来不及浮起。七、未焊透 母材之间或母材与熔敷金属之间存在局部未熔合现象。它一般存在于单面焊的焊缝根部，对应力集中很敏感，对强度、疲劳等性能影响较大。其产生的原因是： 1、坡口设计不良，角度小、钝边大、间隙小。 2、焊条、焊丝角度不正确。 3、电流过小、电压过低、焊速过快、电弧过长、有磁偏吹等。 4、焊件有厚锈，未清除干净。 5、埋弧自动焊时的焊偏。 通过实验及其检测的方式得出缺陷的产生原因，各参数对焊接缺陷的影响，进而可以通过控制焊接工艺的方式预防焊接缺陷的产生。五、为完成课题已具备和所需的条件 为完成课题，已经查阅了大部分资料，对钨极氩弧焊和不锈钢的焊接的可行性的研究和学习，了解了大部分的易出现焊接缺陷，阅读了最近关于不锈钢氩弧焊的论文和其它资料，已具备了研究本课题的知识。 已具备有实验的材料，实验时所需要的焊机、焊材、游标卡尺、砂纸、裁料机、检验工具等等六、预计研究过程中可能遇到的困难和问题，以及解决的措施可能出现的难点： 1、在研究过程中面临着参数的选取，可能出现由于参数设置异常而导致的机器报警或发出异常的情况，此时需要立即停止焊接，查阅相关资料及时向导师和同学求解，及时地解决，寻找最简单合适的参数。 2、在钨极头的使用过程中，若出现电流或受热过大，有烧损或发生大面积的粘贴时需要及时的替换，以免对试验数据的准确性造成误差。 3、焊接过程中容易出现飞溅，此时需要注意的就是试样的清洁问题，表面的油污氧化物的残留很容易引起飞溅的发生，故在焊接的过程前必须用砂纸进行认真的打磨焊接区，并用丙酮溶液对其进行擦拭。 七、进度安排8.24 布置毕业设计事项；8.259.17 查阅技术文件，提出开题报告；9.18 开题