焊接方法及设备课程设计

1、焊接方法与设备课程设计任务书（2）题目：试制定尺寸为（p 45mmX 3.5mm，材质为0Cr18Ni9,不锈钢管对接的焊接工艺。（TIG）任务：根据设计题目中产品的结构特点和材料性能，选择焊接方法，确定焊接设备 型号；根据所确定焊接方法及设备，选择焊接材料，确定焊接规范；焊前准备和焊后处理、焊接辅助设备等；焊接操作要点及相关注意事项；焊接检验方法及合格标准；编写设计说明书一份，内容包括上述产品的结构特点和材料焊接性能分析， 所选择的焊接方法，确定的焊接设备，选择的焊接材料，确定的焊接规范；焊前 准备和焊后处理、焊接辅助设备及焊接操作要点等。焊接方法及设备2.1产品结构及材质性能分析本课程设计

2、所用的0Cr18Ni9属于奥氏体不锈钢，因此，它具有奥氏体不锈钢的 一些一般性能。奥氏体不锈钢材质的特性：奥氏体不锈钢是指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。钢中含Cr约18%、 Ni 8%-10%、含C约0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。奥氏体铭竦不锈钢包括著 名的18-8钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素 发展起来的高Cr-Ni系列钢。奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，但强 度较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化，如加入S，Ca， Se，Te等元素，则具有良好的易切削性。0Cr18Ni9奥氏体不锈钢材质性能分析：特性：0Cr18Ni9

3、具有良好的耐蚀性、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。优良的冷加工冲压性能， 比较好的抗晶间腐蚀性能，对酸也有很强的抗腐蚀性。化学成份：碳 C : 0.07硅 Si：1.00锰 Mn：2.00硫 S : 0.030磷 P : 0.035铭 Cr： 17.00 19.00竦 Ni： 8.0011.00热处理工艺：（热处理规范：固溶10101150 。快冷。）由于含有较高的竦且在室温下呈奥氏体单相组织，所以它与Cr13不锈钢相比具有高的耐蚀性，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，品间腐蚀及应力腐 蚀倾

4、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。只能以提高钢的耐腐蚀性能进行热处理：1）固溶处理：其目的是使碳化物充分溶解并在常温下保留在奥氏体中， 从而在常温下获单相奥氏体组织，使钢具有最高的耐腐蚀性能。2）除应力退火：为了消除冷加工后的残余应力，处理在较低的温度下 进行。一般加热至250-425 C，经常采用的是300-350 C。对于不含钛或 铌的钢不应超过450C，以免析出碳化铭而引起晶间腐蚀。3）稳定化处理：为了防止钛和铌的奥氏体不锈钢在焊接或固溶处理时， 由于TiC和NbC减少而引起耐晶间腐蚀性能降低，需将这种不锈钢加热到一 定温度后再缓冷。力学性能：（如表2

5、1所示）表2-1 0Cr18Ni9的力学性能力学性能 材质抗拉强度 O b （MPa）条件 屈服强度 O 0 2 （MPa）硬度HRC断面伸缩 率甲（%）伸长率6 5（%）0Cr18Ni9520205906040用途：0Cr18Ni9广泛应用于家庭用品、橱柜、室内管线、热水器、锅炉、浴 缸、汽车配件、医疗器具、建材、化学、食品工业、农业、船舶部件。2.2焊接方法及设备型号对于板厚为3.5mm的奥氏体不锈钢板，宜采用直流钨极氩弧焊进行焊接，它 具有以下优缺点：1）氩气具有极好的保护作用，能有效的隔绝周围空气；它本身既不 与金属起化学反应，也不溶于金属，使得焊接过程中的冶金反应简单易控 制，因此为

6、获得较高质量的焊缝提供良好条件。2）钨极电弧非常稳定，即使在很小电流情况下（10A）仍可稳定燃烧， 特别适用于薄板材料焊接。3）热源和填充焊丝可分别控制，因而热输入容易调整所以这种焊接方 法可进行全方位焊接，也是实现单面焊双面成型的理想方法。以下是所选用焊机的主要技术参数：表2-2交直流两用TIG焊机主要技术数据交直流两用氩弧焊机型号WSE-315电流调节范围/A20-315额定焊接电流/A315额定负载持续率（%）60脉冲频率/Hz0.5-20正负半波宽度比（%）20-80空载电压/V90引弧方式高频电源类型IGBT逆变质量/kg35焊丝均与不锈钢管中心线偏移1530mm的距离，环焊缝为下坡

7、焊。如图3所示。166焊接材料与焊接规范参数3.1焊接材料焊接材料是指焊接时所消耗材料的通称，例如焊条、焊丝、金属粉末、焊剂、 气体等。氩弧焊主要用的焊接材料有：保护气体，钨极，填充实芯焊丝或药芯 焊丝。保护气体最常用的惰性气体是氩气。它是一种无色无味的气体，在空气的含量为 0.935% （按体积计算），氩的沸点为一186C，介于氧和氦的沸点之间。氩气是氧 气厂分馏液态空气制取氧气时的副产品。我国均采用瓶装氩气用于焊接，在室温时，其充装压力为15MPa。钢瓶涂灰 色漆，并标有“氩气”字样。纯氩的化学成分要求为：ArN99.99%；He0.01%； O 0.0015%； H 0.0005%；总碳

8、量0.001%；水分30mg/m3o2氩气是一种比较理想的保护气体，比空气密度大25%，在平焊时有利于对 焊接电弧进行保护，降低了保护气体的消耗。氩气是一种化学性质非常不活泼的 气体，即使在高温下也不和金属发生化学反应，从而没有了合金元素氧化烧损及 由此带来的一系列问题。氩气也不溶于液态的金属，因而不会引起气孔。氩是一 种单原子气体，以原子状态存在，在高温下没有分子分解或原子吸热的现象。氩 气的比热容和热传导能力小，即本身吸收量小，向外传热也少，电弧中的热量不 易散失，使焊接电弧燃烧稳定，热量集中，有利于焊接的进行。钨极对于非熔化极氩弧焊焊来说，电极材料应具备两个基本条件：一是耐高温， 在焊接

9、过程中不熔化；二是具有较高的电子发射能力。在非熔化极氩弧焊中，大 都采用钨合金棒作为电极。对于电子发射能力，由于钨的逸出功较高，所以常加入逸出功较小的稀土元 素，来提高阴极发射能力。最早使用钍钨极，但是由于这种钨极很脆而且钍具有 放射性，所以逐渐被铈钨极替代，使弧束更集中，变细，容易引弧。本课程设计 采用WCe20作为氩弧焊的电极材料。焊丝不锈钢实芯焊丝既可用惰性气体保护焊（TIG，MIG焊）。也可用于埋 弧焊。不锈钢MIG焊既可达到高效焊接，又容易实现焊接自动化，广泛用 于堆焊及薄板接等领域。MIG焊用焊丝化学成分与TIG焊丝一样，但对某些 不锈钢品种，还有一种SI含量较高的MIG焊丝，如与

10、ER308,ER309焊丝对 应的ER308Si,ER309Si等，由于含Si高达0.8%左右，降低了熔滴金属的表 面张力，使熔滴颗粒变细，更容易实现喷射过度，使电弧变得更稳定。同 时还能改善熔滴金属的湿润性，使焊道波纹美观，不易产生未焊透，夹渣， 气孔等缺馅。本课程设计采用的不锈钢焊丝牌号为 H0Cr21Ni10。3.2焊接规范参数 （如表31,表3-2所示）表31焊接接头形状与尺寸及焊接消耗接头形状与尺寸消耗小意图材料厚度 /mm层数焊丝 /kg m-i氩气 /L m-i燃孤时间/min m-i3.520.0746.913.2表32焊接工艺参数焊接工艺参数喷嘴直径 /mm焊丝直径 /mm钨

11、极直径 /mm钨极形状氩气流量/L min-i电孤长度 /mm焊接电流/A焊接速度/m h-i9.52.41.60756一层 120二层9510焊前准备与焊接辅助设备4.1焊前准备焊前清理为了保证焊接质量，焊缝坡口附近和焊丝的表面不应有氧化物，铁锈，水分，油污等。在焊口 2030mm范围内，坡口表面，焊件内外表面均要处理干净，露出金属光泽。不同的材料采用不同的方法清理。一般有机械方法和化学方法两种。坡口加工氩弧焊焊接坡口质量要求，相比电焊，气焊要高，一般采用机械方法加工。 如采用气割或其他热源切割，均要把热处理层用机械方法磨掉。坡口的尺寸和形 式与电焊，气焊相同。表4-1不锈钢TIG焊对接接头

12、的合理坡口形式V形坡四P赢 t板厚0/mm间隙 b/mm钝边卷边 P/mm坡口角度 a /( )3.521.560焊接接头的装配氩弧焊焊接接头的装配质量要比电焊，气焊的要求高。各种材料焊接性能不 同，组装标准也不同，一定要根据各种材料的焊接性能和焊接位置等客观因素确 定组装形式和装配质量。4.2焊接辅助设备在焊接过程中，需要调节工件的相对位置，使焊接熔池处于最佳位置。为满 足焊接工艺要求，一般要有相应的辅助设备和工具来配合。如：滚轮架，焊接夹 具。焊接辅助工具，用具有：焊钳，电缆，胶管，面罩，护目镜片，敲渣锤，钢 丝刷等。焊接操作要点施焊时，从管子顶端12点位置往前1530mm处引弧。运条应采

13、用短弧不摆 动的运条法，将焊条燃烧深入坡口底部并压坡口两侧，随着电弧燃烧自然向焊接 方向移动，焊接时必须注意力集中，在15东安门之间焊接时，电弧指向熔池 中心；在56点之间焊接时，应采用最短电弧，在电弧的推力作用下将融化金 属托起，从而避免根部出现内凹现象，焊接过程中应始终注意熔孔的大小，尽量 使其保持基本一致，熔孔过大，说明焊接速度太快，熔池温度偏高，容易烧穿或 形成焊瘤，熔孔过小容易造成未焊透等缺陷。焊丝送入熔池的方法：手工钨极氩弧焊焊丝加入熔池的方式，根据不同的材质， 不同的焊接位置，焊丝送入的时机，送入熔池的位置，角度，深度及方式方法对 焊接质量极为重要。常用有两种方式：断续送丝法，连

14、续送丝法。本设计采用的两层焊焊缝成形后形状如图（51）所示：图5-1焊缝成形后形状焊接检验焊缝质量检查主要有无损检测和破坏性检测两大类。无损检测包括：目测， 量具测量，焊缝渗透试验（PT），射线探伤试验（RT），超声探伤试验（UT）以及 磁粉探伤（MT）试验；破坏性检测包括：焊缝横截面金相试验，焊缝机械性能试 验（拉伸试验、弯曲试验、冲击试验、硬度试验、腐蚀试验等）。可使用表面着色探伤，重要焊缝可使用射线探伤，超声波探伤进行检测。着色（渗透）探伤的基本原理是利用毛细现象使渗透液渗入缺陷，经清洗使 表面渗透液支除，而缺陷中的渗透残瘤，再利用显像剂的毛细管作用吸附出缺陷 中残瘤渗透液而达到检验缺陷

15、的目的。超声波在介质中传播时，在不同质界面上具有反射的特性，如遇到缺 陷，缺陷的尺寸等于或大于超声波波长时，则超声波在缺陷上反射回来， 探伤仪可将反射波显示出来；如缺陷的尺寸甚至小于波长时，声波将绕过 射线而不能反射；波声的方向性好，频率越高，方向性越好，以很窄的波束向介质中辐 射，易于确定缺陷的位置。超声波的传播能量大，如频率为 1MHZ（ 1兆赫兹）的超生波所传播的 能量，相当于振幅相同而频率为1000HZ （赫兹）的声波的100万倍。超探仪是一种便携式工业无损探伤仪器，它能够快速便捷、无损伤、 精确地进行工件内部多种缺陷（焊缝、裂纹、夹杂、折叠、气孔、砂眼等） 的检测、定位、评估和诊断。既可以用于实验室，也可以用于工程现场。 本仪器能够广泛地应用在制造业、钢铁冶金业、金属加工业、化工业等需 要缺陷检测和质量控制的领域，也广泛应用于航空航天、铁路交通、锅炉压力容器等领域的在役安全检查与寿命评估。参考文献钨极氩弧焊实用技术化学工业出版社于增瑞著氩弧焊辽宁科学技术出版社焊接手册第三卷焊接方法美国焊接学会编机械工业出版社焊接手册第四卷金属及其焊接性 美国焊接协会编 黄静文等译管道焊接技术化学工业出版社顾纪清阳代军等编著实用焊工手册化学工业出版社孙景荣等编著材料成形工艺机械工业