3奥氏体不锈钢钨发极氩弧焊.doc

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1、机电及自动化学院焊接课程设计说明书设计题目：G-3奥氏体不锈钢钨极氩弧焊 专业：车辆工程 姓名：* 学号：* 指导教师：周广涛 2012年 6月27日 13前 言 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2009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，还含有 8左右的镍

2、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。目 录一、 题目31. 焊接接头及材料尺寸32. 设计数据3二、 材料的成分表3三、 钨极氩弧焊特点4四、 奥氏体不锈钢的焊接特点4五、 课题设计主体51 奥氏体不锈钢焊接方法选择钨极氩弧焊5 1）手工焊5 2）金属极气体保护焊6 3）钨极惰性气体保护焊62 选择保护气体类型73 确定电极类型74 确定焊接工艺参数85 焊接工

3、艺流程91) 焊前准备9 （1）下料方法的选择9 （2）焊前清理9 （3）表面保护92) 奥氏体不锈钢焊接方法9a. 焊条电弧焊9（1） 焊条的选择9（2） 焊接工艺要点11（3） 焊缝接头形式11b. 钨极氩弧焊11结论12参考文献13一、题目:奥氏体不锈钢（0Cr18Ni9）钨极氩弧焊 1.焊接接头及材料尺寸：接头采用对接接头型式、试件为150mm80mm4mm薄板。2.设计数据题号坡口型式层数焊丝直径焊接位置坡口尺寸G-313.5平焊b=0.8 p=1二、材料的成分表；表1奥氏体不锈钢（0Cr18Ni9）的材料化学成分钢号化学成分CSiMnSPCrMoVNi0Cr18Ni90.071.0

4、02.000.0300.03517.0019.00_8.0011.00三、钨极氩弧焊特点；钨极氩弧焊主要有以下特点：l、氩气是惰性气体，高温下不分解，与焊缝金属不发生反应，不溶解于液态金属，故保护效果最佳，能有效的保护熔池金属，是一种高质量的焊接方法。2、氩气是单原子气体，高温无二次吸放热分解反应，导电能力差， 以及氩气流产生的压缩效应和冷却作用，使电弧热集中，温度高， 电弧稳定性好，即使在低电流下电弧还能稳定燃烧。3、氩弧焊热量集中，从喷嘴中喷出的氩气有冷却作用，因此焊缝热影响区窄，焊件变形小。4、用氩气保护无熔渣，提高了工作效率，而且焊缝成形美观，质量好。5、氩弧焊明弧操作，熔池可观性好，

5、便于观察和操作，技术容易 掌握，适合各种位置焊接。6、除黑色金属外，可用于焊接不锈钢、铝、铜等有色金属及合金 钢。但氩弧焊成本高；而且氩气电离势高，引弧困难；氩弧焊产 生紫外线强度高于手工焊条电弧焊530倍；另外，钨极有一定放射性，对焊工也有一定的危害，目前推广使用的铈钨极对焊工的危害较小。四、奥氏体不锈钢的焊接特点；1.0Cr18Ni9属于奥氏体不锈钢，其组织为奥氏体（A)加3-5 铁素体（F ）。它具有良好的塑性和高温、低温性能。它在焊接热循环的作用下，主要显示出以下基本要求： 焊接过程中采用小的线能量输入，减小热影响区范围，加快焊缝及热影响区的冷却速度对不锈钢的焊接是有益的。 用0Cr1

6、8Ni9焊接时导热系数小，存在过热区，也容易造成热影响区的晶粒长大。焊缝高温停留时间过长，在高温状态下Cr和C形成化合物，在高温区就形成了贫铬层，也会导致焊缝的枝晶倾向加剧。因此要求尽量选择线能觉输入较小的焊接方法。 由于导热系数小而线膨胀系数大，自由焊态下焊接易产生较大的变形，选用能量集中，热影响区窄的焊接方法能在一定程度上减少焊接变形。 2.0cr18ni9的含碳量很小，在加上它属于高合金钢碳当量法对它焊接性能的估算是不怎么准确的。因此我们不用碳当量对它的焊接性进行分析。 3. 0cr18ni9属于奥氏体不锈钢，这类钢有具有交高的变形能力并不可淬硬，而且它的含碳量又很底，所以总的来说焊接性

7、还是不错的。但是由于热导率低，热膨胀系数大，局部加热时温度分布不均匀，收缩量大等都将使接头在焊接过程中产生交大的内应力。在焊接的时候应该注意这方面的问题，焊接时尽量避免或减少这种受热不均显现的发生，焊接的速度也应该适当的快点。五、课题设计主体：1.奥氏体不锈钢焊接方法选择钨极氩弧焊 不锈钢最常用的焊接方法有：手工焊、金属极气体保护焊、和钨极惰性气体保护焊。各种方法的特点和使用情况对比如下： 1）手工焊 手工焊是一种非常普遍的、易于使用的焊接方法.电弧的长度靠人的手进行调节，它决定于电焊条和工件之间缝隙的大小.同时，当作为电弧载体时，电焊条也是焊缝填充材料。 这种焊接方法很简单，可以用来焊接几乎

8、所有材料.对于室外使用，它有很好的适应性，即使在水下使用也没问题.大多数电焊机可以TIG焊接.在电极焊中，电弧长度决定于人的手：当你改变电极与工件的缝隙时，你也改变了电弧的长度.在大多数情况下，焊接采用直流电，电极既作为电弧载体，同时也作为焊缝填充材料.电极由合金或非合金金属芯丝和焊条药皮组成.这层药皮保护焊缝不受空气的侵害，同时稳定电弧.它还引起渣层的形成，保护焊缝使它成型.电焊条即可是钛型焊条，也可是缄性的，这决定于药皮的厚度和成分.钛型焊条易于焊接，焊缝扁平美观.此外，焊渣易于去除.如果焊条贮存时间长，必须重新烘烤.因为来自空气的潮气会很快在焊条中积聚。 2）金属极气体保护焊 这是一种自

9、动气体保护电弧焊接方法.在这种方法中，电弧在保护气体屏蔽下在电流载体金属丝和工件之间烧接.机器送入的金属丝作为焊条，在自身电弧下融化.由于MIG/MAG焊接法的通用性和特殊性的优点，至今她仍然是世界上最为广泛的焊接方法.它使用于钢、非合金钢、低合金钢和高合金为基的材料.这使得它成为理想的生产和修复的焊接方法.当焊接钢时，MAG可以满足只有0.6mm厚的薄规格钢板的要求.这里使用的保护气体是活性气体，如二氧化碳或混合气体.唯一的限制是当进行室外焊接时，必须保护工件不受潮，以保持气体的效果。 3）钨极惰性气体保护焊电弧在难熔的钨电焊丝和工件之间产生.这里使用的保护气体是纯氩气，送入的焊丝不带电.焊

10、丝既可以手送，也可以机械送.也有一些特定用途不需要送入焊丝.被焊接的材料决定了是采用直流电还是交流电.采用直流电时，钨电焊丝设定为负极.因为它有很深的焊透能力，对于不同种类的钢是很合适的，但对焊缝熔池没有任何“清洁作用”。2. 选择保护气体类型；保护气体：氩气或氩-氦气，纯度=99.7%，保护气的选择与使用：使用正确的保护气体种类和数量是进行奥氏体不锈钢焊接时的关键因素。它们也是避免碳析出的重要方法。通常，氩气是焊接不锈钢，特别是焊接薄尺寸材料时的首选保护气体。对于比较厚的材料，可再氩气中添加少量的氢气可以增加移动速度。当某种使用场合需要将焊件完全焊透时，通常会使用背吹法（用保护气体覆盖焊缝的

11、背面）。在进行奥氏体不锈钢的钨极气体保护焊时需要考虑是否使用气体透镜。在进行6.4mm或更薄材料的焊接时更要考虑这一点。气体透镜能更加平稳的在钨极、电弧和熔池周围分布保护气体，以实施良好的冷却作用。若使用了气体透镜，维持适当的保护气体延后气流可以保护焊缝免受杂质的玷污。在焊接时，每10A的焊接电流应使用1S的延后气流。保护气的使用应该在引弧前送气，焊接结束时应该在熄弧后才停止送气。3. 确定电极类型；电极：铈钨极，钨极直径4.0mm；电源种类及极性的选择：直流正接，即焊件接焊接电源的正极，钨极接负极，是TIG焊中应用最为广泛的一种形式。4. 确定焊接工艺参数； 焊丝直径：3.5mm 电极直径：

12、4.0mm 电极极性： 直流正接 焊接电流：300400A 电弧电压 ：68V 焊接位置 ：平焊 焊接层数：1 焊接速度 ：25cm/min 氩气流量、口径 氩气流量9-12L/min；喷嘴尺寸：喷嘴直径14mm。 热输入计算:焊接热输入是焊接工艺的一项技术指标。热输入过大，将增加无谓的功率消耗，同时也易产生“咬边”等焊接缺陷。热输入过小，也将产生“未熔透”等焊接缺陷，影响了焊接点的强度，这是不允许的。 计算方法：焊接二次电源的电流乘以电压及系数再除以焊接速度。 其中：系数按焊接方法分类。氩弧焊-0.5，气保焊-0.6-0.7，埋弧焊-0.8-0.9. 电压以V计。电流以A计。焊接速度按mm/

13、min计。 E=P/V=(xUxI)/V=(0.5x68x(300400)/250=40.854.4 检验方法： 目前尚无仪器进行检测。一般用无损探伤进行焊接质量的检验，如X射线、超声波等观察焊接内部质量。目测时（以平焊为例）焊缝平整、无咬边，不凸起则热输入合适。焊缝下凹并有咬边现象，一般为热输入过大。如焊缝中间凸起，工件与焊缝的过渡不规则不圆滑则是热输入太小，象这种情况下在探伤时内部一般也会有缺陷的。 电焊机的选择:自动交直流钨极氩弧焊机 型号：W2E5005. 焊接工艺流程（下料、焊前准备、组装、进行焊接等）；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

14、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，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。2) 奥氏体不锈钢焊接方法a. 焊条电弧焊:（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

15、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0，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%左右。焊条电弧焊焊接参数如下表：22.040704060405022.52.5508050705070353.2

16、7012070957090584.01301901301451301408125.0160210焊件厚度焊条直径焊接电流A平焊立焊仰焊 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60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 这次选择的焊接接头的形式：对接。接头的形式如

17、图所示 对接接头b. 钨极氩弧焊:钨极氩弧焊焊接线能量很低，特别适合焊接对过热敏感的各种奥氏体钢。这种方法的主要缺点是生产率较低且成本高，一般只适用于焊接6以下的薄板。结 论 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境中，奥氏体不锈钢的焊接问题也日益的突显出来。优质的奥氏体不锈钢焊接质量可以满足设计要求，保证正常的使用寿命。而一旦出现焊接缺陷，就会影响焊件的使用寿命，甚至带来安全威胁，引发安全事故。为了防止这些缺陷的产生，对奥氏体不锈钢的焊接技术进行更深一步的探索。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

18、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，提出相应的防止措施，就可以奥氏体不锈钢焊接技术进一步的提高、完善。 参考文献【1】杨文杰主编.电弧焊方法及设备.哈尔滨工业大学出版社.2007年8月.【2】朱玉义主编.焊工实用技术手册（修订版）.江苏科学技术出版社.2004年5月. 【3】中国机械工程学会焊接分会、哈尔滨焊接研究所、上海通用电焊机股份有限公司编，陈裕川主编.焊工手册（第二版）.机械工业出版社.2007年1月. 【4】美国Brent Williams.焊接不锈钢用的钨极氩弧焊焊接奥氏体不锈钢的实际问题解答.生产技术期刊.2010年10月. 【5】王嘉玲编著.焊接质量与焊条使用.国防工业出版社.【6】李亚江主编.焊接材料的选用.化学工业出版社.