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 王鑫摘要304L不锈钢AST所准为奥氏体不锈钢,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,针对品间腐蚀、层间未熔合、引弧火鸨、 收弧缩孔等问题提出了具体的解决方法和考前须知,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绪论3前言 32实验方案及实验方法 42.1 实验材料 42.2 304L

2、不锈钢的特性和焊接工艺参数42.3 304L不锈钢焊接工艺特点 42.3 1 晶间腐蚀及应对举措 42.4 2 层间未熔合的解决方法 42.5 3采用专用氧弧焊机,克服引弧夹鸨和收弧缩孔42.6 4采用单侧连续送丝方式 42.7 5 采用小热量输入、小电流快速焊 52.8 焊接设备 52.9 焊前准备 62.10 考前须知 72.11 力学性能试验 82.12 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开展 ,对耐腐蚀性的设备需求 越来越多,更多的不锈钢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

3、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,由于含有较高的锲 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.只能以提升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温下保存在奥氏体中,从而在常温下获单相奥氏体组织,使钢具有最

4、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 X 6 mm本文主要以D60 mm X 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,并介绍采取的预防举措.2.2 304L不锈钢的特性和焊接工艺参数奥氏体不锈钢304L对应我国白标准是 00Cr19Ni10,其主要化学成分和机 械性能见表1.表1 304L不锈钢的化学成分和机械性能化学成分及含敬%机械性能CCrNi屈腋强度/ MPa抗拉强度/ Mh.硬度HBW0Q301S.O-20 09.0-13.0520187304L不锈钢的热导率较低,约

5、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,其焊接工艺标准也与碳钢有所不同,对于 304L不锈钢钢管(D60 mm X6 mm)我们采用的焊丝为ER308L焊接工艺参数见 表2衣2 304L小穗钢的焊接匚艺琴数焊层厚处直衿国ini电流/A电喝V焊接速.虎根也；埴充表相2.0249095110 1208 -1010 1260 ±560

6、±52.3 304L不锈钢焊接工艺特点2.3 1晶间腐蚀及应对举措品间腐蚀是在腐蚀介质作用下,起源于金属外表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.品间腐蚀是奥氏体不锈钢常见的焊接缺陷:Cr是奥氏体不锈钢中具有耐腐蚀性的根本元素,当Cr含量低于12%寸,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 C ,见图1.当温度到达这一范围时,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,析出的碳和铭形成碳化铭Cr23C6.由于铭在奥氏 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铭,使晶 界处含铭量降低到

7、小于12%,这时晶界就失去了耐腐蚀水平.如果温度低于 450 C,那么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铭, 所以没有晶间腐蚀现象.如果温度高于850 C,这时不仅碳在奥氏体中的扩散速 度极快,而且铭在奥氏体中的扩散速度也很快,故不能造成晶粒边界处贫铭, 因而也不会发生晶间腐蚀.为预防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氮施工,并且保证根焊时充氮浓度到达92%；上.在 填充、盖帽焊时,也要进行充氮,预防焊缝金属在高温时进行氧化反响,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

8、间450 850 C的停留时间,预防品间腐蚀.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450C,预防品间 腐蚀.2.3 2层间未熔合的解决方法相对于碳钢,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, 提升熔敷金属的流动性.2.4 3采用专用氧弧焊机,克服引弧夹鸨和收弧缩孔不锈钢焊接易产生引弧夹鸨和收弧缩孔,需要配备具有高频引弧和电流衰 减特性的专用氧弧焊机,高频引弧可以减少焊接夹鸨,电流衰减

9、可以减少收弧 缩孔.2.5 4采用单侧连续送丝方式不锈钢次I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,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,这样可以预防根焊内部的单侧咬边问题,改善内部成型.850七也险温度上限450七危险温度下限保温时间加热温度和保温时间对18-8铜杭晶间腐独水平的品哂图2 尊霆续送丝方式2.6 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,焊道官 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,有利于预防晶间腐蚀.小热量输入时,焊接应力小

10、,有利于预防应 力腐蚀和热裂纹,而且焊接变形小.2.7 焊接设备不锈钢焊接工艺采用鸨极氮弧焊,它以燃烧于非熔化电极鸨棒与焊件间的电 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氮 气保护,使之与空气隔离.由于氮气是惰性气体,它不与金属起化学作用,也不熔解于金属,因此可以预防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限制,在焊接中采用氧气保护,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.2.8 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

11、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 符合施焊标准的因素.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,对于焊接外表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外表.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,预防在焊件上随便引弧,损伤焊件外表,影响耐腐蚀性.2.9 考前须知(1)焊接前要检查