奥氏体不锈钢的焊接(可编辑)

1、奥氏体不锈钢的焊接（文档可以直接使用，也可根据实际需要修改使用，可编辑推荐下载）毕业论文题目奥氏体不锈钢的焊接系（部）机械工程系专业焊接技术及自动化指导教师翟爱霞作者许昌陈佐龙完成日期毕业设计（论文）任务书学生姓名许昌陈佐龙专业班级焊接及自动化09.1班指导教师翟爱霞题 目奥氏体不锈钢的焊接研究的 目标、 内容及 方法目标：通过对造成焊接缺陷原因的分析，逐步改善和提高奥氏体不锈钢的焊 接质量。奥氏体不锈钢的焊接质量受到焊接设备、焊接材料、工艺流程、操 作技术水平等诸多方面的影响，通过对这些影响的分析研究，提出相应的防 止扌日施，就可以奥氏体不锈钢焊接技术进 步的提高、完善。内容：1焊接成性的特

2、点2、奥氏体不锈钢的焊接性3、奥氏体不锈钢的焊接问题4、奥氏体不锈钢的焊接问题的原因及防止措施5、奥氏体不锈钢的焊接工艺方法：实践及查资料。分阶段 完成的 工作6.15日确定毕业设计（论文）的选题，收集资料，整理资料，完成设计 （论 文）的任务书和开题报告；6.25日撰写设计（论文），完成第1稿，并交指导教师；6.27日指导教师阅改设计（论文）第1稿；6.30日修改设计（论文），完成第2稿，并交指导教师；7.3日扌曰导教师阅改设计（论文）第2稿；7.6日修改设计（论文），完成第3稿，并交指导教师修改；7.8日指导教师阅改设计（论文）第3稿，并交学生修改；7.12日指导教师评阅并打分，准备毕业论

3、文答辩； 日前毕业论文答辩，评定学生最终设计（论文）成绩，评出系内 优秀设计（论文）。系（部） 主任 意见毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目：奥氏体不锈钢的焊接学生姓名：许昌 陈佐龙专业：焊接及自动化指导教师：翟爱霞2021年06月 日：一、本课题的研究意义1、奥氏体不锈钢是一种非常重要的工程材料，被广泛的应用到各种工业与环 中，奥氏体不锈钢的焊接问题也日益的突显出来。2对奥氏体不锈钢的焊接技术进行更深一步的探索3、通过对造成焊接缺陷原因的分析，逐步改善和提高奥氏体不锈钢的焊接质量。4、奥氏体不锈钢的焊接质量受到焊接设备、焊接材料、工艺流程、操作技术水平等诸多方面的影响，通过对这些影响的

4、分析研究，提出相应的防止措施，就可 以奥氏体不锈钢焊接技术进一步的提咼、完善。二、本课题的重点和难点1、奥氏体不锈钢的焊接性2、奥氏体不锈钢的焊接问题3、奥氏体不锈钢的焊接问题的原因及防止措施4、奥氏体不锈钢的焊接工艺三、设计（论文）提纲1、焊接成性的特点2、奥氏体不锈钢的焊接性3、奥氏体不锈钢的焊接问题4、奥氏体不锈钢的焊接问题的原因及防止措施5、奥氏体不锈钢的焊接工艺四、参考文献1刘云龙主编.焊工北京：机械工业出版社,20062凌爱林主编.工程材料及成型技术基础.北京：机械工业出版社,20053英若采主编.熔焊原理及金属材料焊接北京：机械工业出版社,2000柳秉毅主编.材料成型工艺基础北京

5、：机械工业出版社，20055雷世明主编焊接方法与设备.北京：机械工业出版社，2007指导教师意见指导教师（签名）年 月 日系部审查意见：系部负责人：（签名）年 月 日不锈钢指耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等化学浸 蚀性介质腐蚀的钢，是20世纪初材料领域最伟大的发明之一。不锈 钢工业化生产自1912年由克虏伯公司开始至今已有近百年的历史， 是一种重要的工程材料，已经被广泛用于各种工业和环境的结构中 去。近年来，中国不锈钢的生产和消费迅速的发展，不锈钢的表观消 费量由1990年的26万吨增长到2021年近千万吨，成为世界上备受 关注的不锈钢第一消费大国。奥氏体不锈钢，含铬大于18%，还含

6、有8 %左右的镍及少量钼、 钛、氮等元素。综合性能好，可耐多种介质腐蚀。是不锈钢中最为重 要的钢类，其生产量和使用量约占不锈钢总量的70%奥氏体不锈钢的综合焊接性能良好，但在焊接过程中由于设备、 材料、工艺、及操作等原因，会形成一定的焊接缺陷，使焊件质量达 不到要求，影响工作质量及使用寿命。ForewordStai nless steel refers to the resista nee of air, steam, water and other corrosive medium and weak acid, alkali, salt and other chemical attack b

7、y corrosi on of the steel media, is the early 20th century materials, one of the greatest invention in the field.Stai nless steel in dustrialproducti on since 1912started by the Krupp has been nearly a hundred years of history,is an importa nt engin eeri ng material, has bee n widely used in various

8、 in dustrialand en vir onmen tal fabric. I nrece nt years,Chin as sta ini ess steel producti on and con sumpti on of rapid developme nt, the appare nt con sumpti on of stai nless steel in 1990 to 26 millio n tons to nearly a thousa nd tons in 2021 to becomethe worlds first concern of stainless steel

9、 consumption coun try.Auste nitic sta ini ess steel, chromium greater tha n 18%, it also contains 8% ni ckel and a small amount of molybde num, tita nium,n itroge nand other eleme nts. Comprehe nsiveperforma nee,and can be resista ntto a variety of mediacorrosion. Is the most important steel stainle

10、ss steel type, its producti on and use of sta ini ess steel acco unts for about 70% of the total.In tegrated sta in less steel weldi ng performa nee is good,but in the welding process because of the equipment, materials, tech no logy, and operatio nal and other reas ons, the formatio n of some weldi

11、 ng defects, the quality of the welds meet the requirements, affect the quality of work and life.目录1. 焊接成型特点 32. 奥氏体不锈钢的焊接性 33. 奥氏体不锈钢的焊接问题 43.1焊接接头的晶间腐蚀 43.2焊接接头的刀口腐蚀 43.3应力腐蚀开裂问题 53.4焊接接头的热裂纹问题 54. 奥氏体不锈钢焊接问题的原因及防止措施 54.1焊接接头的晶间腐蚀 54.2焊接接头的刀口腐蚀 64.3应力腐蚀开裂问题 74.4焊接接头的热裂纹问题 75. 奥氏体不锈钢的焊接工艺 85.1焊前准备

12、85.2奥氏体不锈钢焊接方法 8 8 10 106. 结论 117. 致谢 12138. 参考文献不锈钢概述一、不锈钢分类不锈钢中的主要合金元素是 Cr，当3(Cr) 12%寸，Cr比Fe优 先与氧化合并在钢的表面形成一层致密的氧化膜， 可以提高钢的抗氧 化性和耐腐蚀性能。只在空气、水及蒸汽中具有不腐蚀、不生锈性能 的是普通不锈钢；不锈钢中加入 Ni、Mn等元素，能抵抗某些强介质 侵蚀的钢是耐蚀不锈钢； 不锈钢中加入一定量的 Si、 Al 等合金元素， 提高高温下的抗氧化性能和高温强度的钢是耐热不锈钢。1. 按化学成分分类(1) 铬不锈钢 1Cr13 、 1Cr17 等。(2) 铬镍不锈钢 1

13、Cr18Ni9 、 1Cr18Ni9Ti 等。2. 按室温金相组织分类(1) 奥氏体型不锈钢 在钢中加入3 (Cr)为18% 3 (Ni)为8%10%时，钢中便有了稳定的奥氏体组织，这种钢就是奥实体型不锈钢。该 钢无磁性，具有良好的耐蚀性、塑性、高温性能和焊接性，焊接时一 般不需要采取特殊的焊接工艺措施， 虽然经淬火也不会硬化， 但经冷 加工后，钢材表面有加工硬化性。属于这类钢的牌号有1Cr17Ni8、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、0Cr19Ni20 等，实际应用最多的是 1Cr17Ni8、 1Cr18Ni9、 1Cr18Ni9Ti 。(2) 马氏体型不锈钢 这种钢除了含有较高的铬外

14、，3( Cr)为 11.5%18%还含有较高的碳，3( C)为0.1%0.5%室温下钢的金 相组织是马氏体，具有淬硬性，提高了钢的强度和硬度。属于这类钢的牌号有 2Cr13、3Cr13、 1Cr17Ni2 等，实际应用最多的是 2Cr13、 1Cr17Ni2。(3) 铁素体型不锈钢室温下的金相组织为铁素体，3(Cr )为13%30%含碳量很低，3( C)为0.15%以下，经过淬火也不会硬化， 具有良好的热加工性和冷加工性。 属于这类钢的牌号有 1Cr17、 0Cr13AI、1Cr17Mo 等，实际应用最多的是 1Cr17、1Cr17Mo(4) 奥氏体 +铁素体型不锈钢这种刚在室温下的金相组织为

15、奥氏体+铁素体，铁素体的体积分素小于10%，是在奥氏体钢的基础上发展的钢种， 与含碳量相同的奥氏体型不锈钢相比， 它具有较小的晶间 腐蚀倾向和较高的力学性能， 并且韧性比铁素体型不锈钢好。 当铁素 体的体积分素为 30%60%时，该类钢具有特殊抗点蚀、抗应力腐蚀性 能，从金相组织上分类，属于典型的双相不锈钢。属于这类钢的牌号有 1Cr18Ni11Si4AITi、1Cr21Ni5Ti、0Cr26Ni5Mo等。(5) 沉淀硬化型不锈钢这种钢有很好的成形性能和良好的焊接 性，属于这类钢的牌号有 0Cr17Ni7A、 0Cr15Ni7Mo2AI、 0Cr17Ni4Cu4Nb 等。3. 按用途分类( 1

16、)不锈钢 包括高铬钢( Cr13 之类)、铬镍钢( 1Cr18Ni9Ti 、1Cr17Ni8之类)、铬锰氮钢(Cr17Mn13Mo2)等。用于具有浸湿性的 化学介质(主要是各类酸) ，要求能耐腐蚀，对强度要求不高。(2) 热稳定钢 主要用于高温下要求抗氧化或耐气体介质腐蚀的一 类钢，也称为抗氧化不起皮钢，对高温强度并无特殊要求。常用的钢有铬镍钢如Cr25Ni20、高铬钢如Cr17等。（3）热强钢 在高温下既要能抗氧化或耐气体介质腐蚀、又必须具 有一定的高温强度。常用的钢有高铬镍钢如 1Cr18Ni9Ti ，多元化合 金的以 Cr12 为基的马氏体型钢也用来做热强钢。二、不锈钢的物理性能（1）

17、奥氏体型不锈钢的线膨胀系数比碳钢大50%，只有马氏体型不 锈钢和铁素体型不锈钢的线膨胀系数与碳钢大体相当。（2） 不锈钢的电阻率高，奥氏体型不锈钢的电阻率是碳钢的5 倍。（3）不锈钢的热导率低于碳钢，马氏体型不锈钢的热导率约为碳钢的 1/3 。（4）奥氏体型不锈钢的密度大于碳钢，马氏体型不锈钢和铁素体型 不锈钢的密度比碳钢稍小。（5）奥氏体型不锈钢没有磁性，马氏体型不锈钢和铁素体型不锈钢 有磁性。（6）奥氏体型不锈钢、马氏体型不锈钢比热容与碳钢相差不大，只 有铁素体型不锈钢的比热容比碳钢要小一些。1. 焊接成型特点焊接是通过加热或加压， 或者两者并用，并且用或不用填充材料， 使焊件达到原子结合

18、的一种加工方法， 其实质是使两个分离金属通过 原子或分子间的相互扩散与结合而形成一个不可拆卸的整体的过程。 其特点包括：1. 减轻了结构重量，节省金属材料与工时。在金属结构制造当中， 用焊接代替传统的连接方法铆接，一般可节省金属材料的 15%20%， 由于节省了材料，因此可减轻自重。2. 能化大为小，拼小成大，降低生产成本。在制造大型结构或复杂 的及其零部件时，可以用化大为小，化复杂为简单的办法来准备坯料， 然后用逐次装配焊接的方法拼小成大3. 可制造双金属结构。采用焊接方法可对不同材料零件进行对焊、 摩擦焊等，还可制造复合层容器，从而满足高温、高压设备、化工设 备和切削刀具等的特殊性能要求，

19、节省贵重金属材料。4. 焊接接头组织性能不均匀。 焊接的过程其实是一个不均匀的加热 和冷却的过程，焊接接头组织性能的不均匀程度大大超过了铸件和锻 件，从而影响焊接结构的精度和承载能力。此外，焊接形成的焊缝具有良好密封性的优点，还具有不能拆卸、 不便于更换零部件等的缺点。2. 奥氏体不锈钢的焊接性金属材料的焊接性， 是指金属材料对焊接加工的适应性， 主要指 在一定的焊接工艺条件下， 获得优质焊接接头的难易程度。 它与金属 铸造性、机械加工性一样，同属于金属材料的工艺性能。金属材料的焊接性不仅取决于金属本身的成分与组织， 同时与焊 接的热作用直接相关。 焊接性并不是金属材料的固有性能， 而是随焊

20、接技术的发展而变化的。 金属材料的焊接性可分为工艺焊接性和使用 焊接性：1）工艺焊接性 是指金属材料对各种焊接方法的适应能力。它不仅取决于金属本身的成分与性能，而且与焊接热源的性质、保护方 式、预热及后热等工艺措施有关。（2）使用焊接性 是指焊接接头或整体结构，满足技术条件中所 规定的使用性能的能力。显然，使用焊接性与产品的工作条件有密切 关系。（3）奥氏体不锈钢的焊接性工艺焊接性方面，很容易获得无缺陷的焊接接头，也不需要采用 特殊的工艺措施即结合性能良好。使用焊接性方面，如果处在腐蚀的介质中，焊接接头常常沿晶界 被腐蚀，即使用性能不好。奥氏体不锈钢由于具有较高的变形能力并不可淬硬，所以总的来

21、说焊接性能良好。3. 奥氏体不锈钢的焊接问题3.1焊接接头的晶间腐蚀在腐蚀介质作用下，起源于金属表面沿晶界深入到金属内部的腐 蚀就是晶间腐蚀。晶间腐蚀是一种局部性的腐蚀，它会导致晶粒间的 结合力丧失，材料强度几乎消失，是一种必须重视的危险的腐蚀现象。 如图1-1、1-2所示。3.2焊接接头的刀口腐蚀刀口腐蚀是焊接接头中特有的一种晶间腐蚀， 只发生于含有稳定 剂钛、铌的奥氏体钢的焊接接头上。腐蚀的部位在热影响区的过热区， 腐蚀一直深入到金属内部，因形状似刀刃而得名。3.3应力腐蚀开裂问题金属在应力和腐蚀性介质共同的作用下， 所发生的腐蚀破坏叫做 应力腐蚀开裂。该种开裂问题几乎涉及所有的耐蚀材料，

22、 开裂时没有 任何变形，因而事故往往是突发性的，后果严重。如图 1-3示。图1-3应力腐蚀开裂形貌3.4焊接接头的热裂纹问题奥氏体不锈钢焊接时产生的裂纹是热裂纹，在焊缝和热影响区都可能出现。焊缝中主要是结晶裂纹；热影响区及多层焊层间金属，则 多为高温液化裂纹。二者都与由于偏析而导致的晶间液化有关。4. 奥氏体不锈钢焊接问题的原因及防止措施4.1焊接接头的晶间腐蚀问题产生原因:奥氏体钢在固溶状态下碳以过饱和的形式溶解于丫固溶体，加热时过饱和的碳以碳化铬的形式沿晶界析出。 碳化铬的析出消耗了大量 的铬，因而使晶界附近铬的含量降到低于钝化所需要的最低量 （12%）， 形成贫铬层。 贫铬层的电极电位比

23、晶粒内低得多。 当金属与腐蚀介质 接触时，就形成了微电池。 电极电位低的晶界成为阳极，被腐蚀溶解 形成晶间腐蚀。防止措施：（1）降低母材和焊缝中的含碳量，将钢中的碳降低到小于或等于 其室温时在丫相中的溶解度，这样在加热时就不会有或很少有碳化铬 析出，从而从根本上避免贫铬层的形成。（2）在钢中加入稳定的碳化物形成元素，改变碳化物的类型，如 向钢中加入与碳亲和力大于铬的钛、铌、钽等，这些元素将优先与碳 结合而避免形成碳化铬，从而避免了碳化铬的产生。（3）焊后进行固溶处理，固溶处理可使已经析出的碳化铬重新溶 于奥氏体中， 但对大型复杂零部件则有一定的困难。 且在加热时会反 复形成碳化铬。（4）改变焊

24、缝的组织状态，使焊缝由单一的丫相改变为丫 + 3双相。 当焊缝中存在一定数量的初析铁素体3相时， 可以打乱粗大的柱状树 枝晶，使面积较小而直的晶界变为曲折的晶界，破坏了腐蚀通道。4.2 焊接接头刀口腐蚀产生原因：刀口腐蚀一般发生在焊后再次在敏化温度区间加热时， 即高温过热与中温敏化连续作用的条件下， 产生原因也和碳化铬析出后形成贫 铬层有关。防止措施：（1）降低含碳量，最好采用超低碳不锈钢。对于稳定化不锈钢， 要求碳含量小于等于 0.06%（2）减少近缝区过热，尽量选用较小的线能量，以减少过热区在 高温停留的时间。（3）合理安排焊接顺序，刀口腐蚀不仅产生于焊后在敏化温度再 热时，而在多层焊与双

25、面焊时后一条焊缝的热作用， 有可能对先焊焊 缝的过热区起到敏化温度再加热的作用， 在与腐蚀介质接触时， 也会 产生刀口腐蚀。（4）焊后进行稳定化处理，对于可能在敏化温度区工作的产品， 焊后进行稳定化处理可使过热区的碳与稳定剂结合为稳定的碳化物， 从而在工作中不会再以碳化铬形式析出。4.3 应力腐蚀开裂问题产生原因：纯金属一般没有应力腐蚀开裂的倾向， 而在不锈钢中， 奥氏体钢 比铁素体钢或马氏体钢对应力腐蚀更为敏感。 奥氏体钢在焊接应力和 腐蚀介质的共同作用下就会有应力腐蚀开裂的倾向。防止措施：（1）正确选用材料，根据介质特性，选用对应力腐蚀开裂敏感性 低的材料是防止应力腐蚀开裂最根本的措施。2

26、）消除产品的残余应力， 消除或减少结构或部件中的残余应力， 是降低奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂敏感性的重要措施。（3）对材料进行防蚀处理，通过电镀、喷镀、衬里等方法，用金 属或非金属覆盖层将金属与腐蚀介质隔离。（4）改进部件结构及接头设计，由于设计的不合理，往往会形成 较大的应力集中或在制造中产生较大的残余应力。4.4 焊接接头的热裂纹问题产生原因：奥氏体不锈钢对热裂纹比较敏感， 主要是由冶金因素决定的， 即 由钢的化学成分、 组织与性能决定的。由于奥氏体钢是单相组织，焊 缝从凝固冷却到室温不发生相变， 很容易形成方向性很强的粗大柱状 晶组织，为低熔点物质的偏析与集中创造了条件； 且奥氏体钢中合金

27、 元素的品种多，数量大，不仅硫、磷等杂质会与铁形成低熔点共晶， 合金元素之间或与杂质之间作用也会形成低熔点化合物或共晶； 奥氏 体钢的热物理性能对裂纹敏感性亦有着直接的影响。防止措施：（1）严格控制有害杂志，主要是硫、磷的数量。（2）调整焊缝金属为双相组织，因为纯奥氏体组织的焊缝很容易 产生结晶裂纹。（3）合理进行合金化。（4）工艺上，为降低焊缝的热裂倾向，应尽可能减少熔池过热和 接头的残余应力。5. 奥氏体不锈钢焊接工艺5.1 焊前准备为了保证焊接接头的耐蚀性， 防止焊接缺陷， 在焊前准备中对下 列问题应予以特别注意。(1)下料方法的选择。奥氏体钢中铬含量较高，用一般的氧乙炔 火焰切割有困难

28、， 可用机械切割、 等离子切割或碳弧气刨等方法进行 下料或坡口加工。(2) 焊前清理。为了保证焊接质量，焊前应将坡口及其两侧2030伽范围内的焊件表面清理干净。( 3)表面保护。在搬运、坡口制备、装配及点焊过程中，应注意 避免损伤钢材表面，以免使产品的耐蚀性能降低。5.2 奥氏体不锈钢焊接方法(1)焊条的选择。 正确选用焊条是保证焊接接头使用性能的关键， 选用焊条的一般原则是，应使焊缝金属与母材具有相同的使用性能， 通常遵循的是“等强度原则”和“同成分原则” 。(等强度原则主要适 用于结构钢的焊接，即焊接低、中碳钢或低合金钢的结构件时，应选 择与母材强度级别相等或稍高的结构钢焊条。 同成分原则

29、主要适用于 特殊性能钢的焊接，如不锈钢。焊接此类钢时，为保证接头的特殊性 能，应选择与母材化学成分相同或相近的焊条。 )所以焊条电弧焊奥氏体不锈钢时应选用奥氏体不锈钢焊条。(2)焊接工艺要点。奥氏体不锈钢焊接环境温度一般不应低于 0C, 否则，熔化情况不好，也容易产生裂纹，但不得对工件预热。为防止产生晶间腐蚀和热裂纹，应采用快速焊、窄焊道。为防止药 皮发红及母材过热，焊接电流不宜过大，一般比相同直径的碳钢焊条 小20噓右。焊条电弧焊焊接参数如下表：焊件厚度焊条直径焊接电流AmmV 2mm2.04平焊04立焊04仰焊022.52.5508050705070353.27012070957090584.01301901301451301408125.0160210焊接时尽量采用平焊位置，焊条角度要正确，运条要稳，电弧不宜 过长，焊条最好不作或稍作横向摆动。一次焊成的焊缝不宜过宽，一 般不应超过焊条直径的3倍。多层焊时，每焊一层后应彻底清渣，并 仔细检查有无缺陷，在确定无缺陷时才能焊下一层。为防止晶间腐蚀, 应严格控制层间温度，待上一层焊道冷却至60C以下时再焊下一层焊道。奥氏体不锈钢一般不进行焊后热处理，且焊后变形不能用火焰加 热矫正，只能用其他方法防止和消除变形。(3) 焊缝接头形式