0Cr18Ni9304奥氏体不锈钢焊接性分析及焊接工艺评定毕业论文.docx
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0Cr18Ni9304奥氏体不锈钢焊接性分析及焊接工艺评定毕业论文
兰州工业学院
毕业设计（论文）
题目0Cr18Ni9（304）奥氏体不锈钢焊接性分析及焊接工艺评定
系别材料工程系
专业焊接技术及自动化
班级焊接技术及自动化11-2
姓名何旺
学号************
指导教师（职称）胡春霞讲师
日期2014年3月
兰州工业学院
毕业设计（论文）任务书
材料工程系2014届焊接技术及自动化专业
毕业设计（论文）任务书
毕业设计（论文）题目
金属材料焊接工艺评定
课题内容性质
科学研究
课题来源性质
教师收集的结合生产实际的课题
实验
校内（外）指导教师
职称
工作单位及部门
联系方式
胡春霞
讲师
材料工程院
2867483
一、题目说明（目的和意义）：
毕业设计是本专业教学过程的最后一个重要环节，也是培养学生分析问题和解决问题能力的主要方法，通过毕业设计，要求学生全面综合运用所学基本理论，基本技能和生产实践知识；学习系统地综合运用所学的知识和技能解决实际工程问题的本领，巩固和加深对所学知识的理解，并且通过毕业设计的实践扩大和补充知识，使认识提高到一个新的水平。
通过毕业设计的实践，培养调查研究的习惯和工作能力，练习查阅资料和有关标准，查阅工具书或参考书，合理选择实验方法、实验设备，正确操作、分析，并能以实验分析过程和毕业论文表达设计的思想和结果。
通过毕业设计，不但要提高解决具体问题的独立工作能力，而且应建立正确的设计和科研思想，加强思想性，牢固树立实事求是和严肃认真的工作态度。
二、设计（论文）要求（工作量、内容）：
1、总要求：
要求每个学生根据给定的毕业设计题目独立完成焊材制备，焊接材料、方法及设备的选择，焊接操作，金相试样的制备、腐蚀、观察与图片收集，焊缝形状、质量、力学性能的测试等实验工作量，根据文献及相关的理论知识对实验结果进行分析总结，并得出结论,根据结论可进行相应的补充实验，完成毕业设计论文一份，毕业设计完成后进行答辩。
2、给定的条件和要求：
实验设备类型、种类齐全；实验药品齐全；查阅文献，明确毕业设计的意义及目的；严格按照标准及操作规程进行实验。
3、确定总体方案：
分析国内外金属材料焊接的发展和趋势，了解毕业设计任务书给定的条件和用途，可到工厂进行调研、了解焊接结构制造的经验，进行毕业设计可行性分析和论证，最后确定总体方案，并编制技术路线图。
注：
技术路线图在论文中要以图表形式出现。
4、具体要求：
（1）明确所用金属材料的分类及应用。
（2）明确所用金属材料的化学成分、力学性能、显微组织等。
（3）分析所用金属材料的焊接性。
各种裂纹、脆化及软化产生的可能性，
（4）明确所用金属材料的焊接工艺要点。
1）焊接方法及设备
确定与母材相对应的焊接方法种类及选择依据
根据母材的种类（碳钢、合金钢、不锈钢、有色金属等）选择相应的焊接方法（焊条电弧焊、埋弧焊、CO2气体保护焊、熔化极氩弧焊、TIG焊等）。
明确所选焊接方法的原理、特点及应用
明确与焊接方法对应的焊接设备的特点、设备组成及作用
根据焊接方法选择相应型号的焊接设备并记录设备型号，并对焊接设备能进行较熟练的操作，对同一种类的焊接设备可采用不同型号进行试焊，对焊缝成形的结果进行比较以确定最佳的焊接设备。
2）焊接参数的选择
明确焊接参数对该材料焊接后形成的焊缝的影响，焊接参数主要包括焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊接电流的种类及极性、焊条及焊丝直径、焊丝伸出长度等。
明确焊接参数的选择方法及依据
a.接头的钢材种类与板厚。
b.焊缝的种类（纵缝、环缝）和焊缝的位置（平焊、横焊、立焊）。
c.接头的形式（对接、角接、搭接）和坡口的形式（Y形X形U形坡口等）。
d.焊条或焊丝的种类、型号及直径
e.保护气体（CO2、Ar等）
焊接热输入（选择依据）
预热和焊后热处理（如何选择）
3）焊接材料的选择
阐述焊接材料的选择原则
该题目中对应焊接材料的组成、性质及要求
根据题目中规定母材的种类（碳钢、合金钢、不锈钢、有色金属等）选择相应的焊接材料（焊条、焊丝、焊剂、保护气体等）。
4）阐述可能出现的缺陷及防止措施
焊接缺陷如气孔、裂纹、咬边、未熔合等
（5）根据选择的焊接工艺参数施焊
1）材料准备：
母材及焊接材料的采购
母材的尺寸确定、坡口设计、画线、下料等（参考国标）
母材的焊前清理、打磨
焊缝位置的选择（尽可能平焊）
焊接材料的处理
焊条要进行烘干等。
2）做好安全防护工作，严格按照操作规程施焊。
3）待焊缝冷却后对焊缝的成形做出相应的评价，并对焊接参数值及对应的结果进行记录。
4）变化焊接参数，继续施焊、记录，直到焊缝形状达到要求为止。
（6）通过实验，将几次的焊接参数进行对比
1）金相试样的制备及观察
待试样完全冷却后选择焊缝的相应位置截取试样，将毛边磨去做好金相试样制备的准备；
熟练掌握金相制备的方法，能够熟练操作金相磨制设备，配置相应的腐蚀液，掌握金相腐蚀的技巧；
熟练操作金相显微镜，能够借助金相显微镜判断金相试样的磨制、腐蚀程度，并能运用金相显微镜
拍摄金相照片，并能进行相应的分析。
2）力学性能测试
能够根据国家标准制定试样尺寸，可对试样进行硬度测量，其中按同一种方法焊接出来的焊缝的试样数量为3个，取平均值。
（7）实验结果分析
根据以上实验过程结果进行判断、分析，能够判断出金相组织的种类、力学性能的好坏，并分析可能的影响因素，得出最佳的焊接参数
（8）编制焊接工艺设计书（焊前）、焊接工艺评定报告（焊后）、加工工艺过程卡（焊后）
要求按正规的焊接工艺设计书、焊接工艺评定报告及加工工艺过程卡的格式进行编制，共3份，装订在毕业设计论文内容的相应位置。
（9）毕业论文一份，外文翻译一篇，幅面大小为A4，全部由计算机打印。
5、撰写毕业设计论文
包括内容：
封面、任务书、摘要、目录、论文正文、总结论、致谢、参考文献、英文翻译（原文+中文翻译）等。
应阐述整个毕业设计内容，要突出重点和特色，图文并茂，文字通畅。
毕业论文的页数不少于20页（20页内不含英文翻译，幅面大小为A4，全部由计算机打印）。
6、试样的要求：
实验试样要符合相应国家标准。
7、论文撰写格式、装订顺序及要求依毕业设计（论文）规范。
三、进度表
日期
内容
1周
3.5周
1.5周
毕业设计共6周，安排如下：
1、文献查阅及方案论证1周
（1）调查研究、搜集和查阅资料（0.5周）
（2）总体设计方案的拟定和论证（0.5周）
2、实验过程3.5周
（1）实验前期准备（0.5周）
（2）试样制备（0.5周）
（3）实验操作、实验记录（2周）
（6）结果分析并得出结论（0.5周）
3、撰写毕业设计论文1.5周
完成日期
2014.1.17
答辩日期
2013.3.3～2013.3.14
四、主要参考文献、资料、设备和实习地点及翻译工作量：
[1]王宗杰.熔焊方法及设备.北京：
机械工业出版社，2007年11月.
[2]英若采.熔焊原理及金属材料焊接.北京：
机械工业出版社，2009年12月.
[3]邓洪军.焊接结构生产.北京：
机械工业出版社，2012年1月.
[4]英若采.熔焊原理及金属材料焊接.北京：
机械工业出版社，2009年12月.
[5]刘世荣.金属学与热处理.北京：
机械工业出版社，1997年6月.
[6]丁德全.金属工艺学.北京：
机械工业出版社，2008年4月.
[7]杨应龙.17MnNiVNbRe钢焊接性能研究.压力容器，1997，4.
[8]胡义祥.金相检验实用技术.北京：
机械工业出版社，2012年6月.
[9]机械工业理化检测人员技术培训和资格鉴定委员会.金相检验.北京：
中国计量出版社，2011年3月.
[10]杨立军.材料连接设备及工艺.北京：
机械工业出版社，2009年1月.
[11]宗培言.焊接结构制造技术与装备.北京：
机械工业出版社，2010年1月.
[12]周浩僧.焊接结构生产及装备.北京：
机械工业出版社，2008年8月.
[13]贾安东.焊接结构与生产.北京：
机械工业出版社，2010年1月.
[14]熊腊森.焊接工程基础.北京：
机械工业出版社，2011年7月.
[15]张文钺.焊接冶金学.北京：
机械工业出版社，2008年6月.
[16]李亚江.焊接冶金学——材料焊接性.北京：
机械工业出版社，2010年10月.
[17]方洪渊.焊接结构.北京：
机械工业出版社，2010年9月.
[18]陈裕川.焊接工艺设计与实例分析.北京：
机械工业出版社，2010年1月.
[19]伍玉娇.金属材料学.北京：
北京大学出版社，2011年8月.
[20]付华，张光磊.材料性能学.北京：
北京大学出版社，2010年9月.
[21]覃耀春.金属学与热处理.北京：
机械工业出版社，2011年6月.
[22]胡义祥.周玉.北京：
机械工业出版社，2011年6月.
指导教师签字
教研室主任签字
主管系领导签字
年月日
年月日
年月日
注：
本任务书要求一式两份，一份系部留存，一份报教务处实践教学科。
摘要
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水平的标志。
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的一种，由于不锈钢具有特殊的使用性能和力学性能，在现代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的钢有70%的是不锈钢，在我国也达到了65%左右。
因此开发和使用好奥氏体不锈钢对我国的工业化来说越来越重要了。
0Cr18Ni9就是奥氏体不锈钢，我做的这个课题就是探讨0Cr18Ni9在低温贮罐制造中的性能。
低温贮罐是用来储存液N液Ar液态的CO2等低温液体的容器，液态介质中的特殊性能就决定了制造材料需要特殊性能，而奥氏体不锈钢0Cr18Ni9就具有这样的性能。
低温贮罐在现代生活、生产中使用已越来越广泛，因此对0Cr18Ni9的探讨就显得越来越重要。
在这篇论文中我会着重为大家阐述0Cr18Ni9在低温压力容器制造中的焊接性能、力学性能、使用性能和焊接工艺。
在这篇论文中我会通过一个焊接性试验来探讨0Cr18Ni9在低温压力容器中的各项性能我的这个实验就是规格为8×50×100mm的两块0Cr18Ni9板水平对接焊接方法就是手工电弧焊。
针对这个实验做出完确的焊接工艺评定，并且根据评定要求对试样做相应的无损检验和力学性能的试验，从而来判定0Cr18Ni9的各项性能。
关键词：
焊接性能;力学性能;使用性能;焊接工艺
Abstract
Steelourmodernsocietyisindispensabletoamaterial,itcanbeseenasasignofthelevelofindustrializedcountries.Thehighertheoutputofsteelonbehalfofthiscountrythehigherthelevelofindustrialization.Stainlesssteelisaveryimportantone,becauseoftheuseofstainlesssteelwithspecialperformanceandmechanicalproperties,inallwalksoflifeinthepresenthavebeenincreasinglyused.Austeniticstainlesssteelinthestainlesssteelisaveryimportantone,inthedevelopedworldconsumptionofstainlessannuallyin70%ofthestainlesssteelis,Ihavealsoreachedaboutpercent.Thusthedevelopmentanduseofausteniticstainlesssteelgoodtomeoverthewordsofthetheindustryhasbecomeincreasinglyimportant.
0Cr18Ni9isausteniticstainlesssteel,Idoonthissubjectis0Cr18Ni9inlow-temperaturestorgetankmanufacturerintheperformance.CryogenicstorgetankisusedtostorgeliquidNliquidArofliquidCO2andotherlow-temperatureliquidcontainers,liquidmediumdecisiononthespecialpropertiesofthematerialneedsofaspecialperformanceandausteniticstainlesssteel0Cr18Ni9onwiththisperformance.Cryogenicstorgetankinthepresentlife,hasbeenusedintheproductionofmoreextensive,therefore0Cr18Ni9ofitisbecomingincreasinglyimportant.InthispaperIwillfocusonaswesetoutinthecold0Cr18Ni9pressurevesselmanufactureofweldingperformance,mechanicalproperties,theuseofperformanceandweldingtechnology.
InthispaperIwillpassaweldingtesttoexplore0Cr18Ni9inlow-temperaturepressurevesselintheperformance.Thisismytestspecificationsforthe8×50×100mmtwo0Cr18Ni9pullthebuttweldingmethodisthelevelofmanualarewelding.Forthepilottocompletetheweldingtechnologyassessmentandassessedinaccordancewiththerequirementsofthedesignaccordinglymechanicalpropertiesofnon-destructivetestingandinspection,todetermine0Cr18Ni9theperformance.
Keyword:
Weldingperformance;Mechanicsperformance;WeldingcraftOperationalperformance
1、绪论
在金属加工工艺领域中，焊接属于连接方法之一。
焊接工艺虽然发展历史不长，但近年来发展十分迅速。
随着科学技术的进步，为焊接的发展提供了理论基础与物质条件。
随着新焊接能源的开发与应用，新的焊接方法不断涌现，推动了焊接技术的应用范围不断扩大。
而一些高、精、大型产品制造的高要求，又有力的推动了焊接技术的发展。
迄今为止，焊接已发展为一门独立的学科，在能源、交通、建筑，特别是在机器制造部门中，已成为不可缺少的工艺方法，并将发挥越来越大的作用。
在工业生产中，焊接技术越来越普遍的使用，焊接母材有许多种，不锈钢就属于其中的一类。
不锈钢是指能耐空气、水、酸、碱、盐及其溶液和其他腐蚀介质的、具有高度化学稳定性的合金钢的总称。
不锈钢具有良好的耐蚀性、耐热性和较好的力学性能，适于制造耐腐蚀、抗氧化、耐高温和超低温的零部件和设备。
奥氏体不锈钢的化学成分
不锈钢按其金相组织可分为铁素体型不锈钢、马氏体型不锈钢、奥氏体型不锈钢、双相不锈钢（包括奥氏体—铁素体型、奥氏体—马氏体型）和沉淀硬化不锈钢等。
1.1奥氏体不锈钢化学成分
奥氏体不锈钢是指铬含量在wCr12%以上，具有面心立方晶格结构，以奥氏体组织为主的不锈钢。
依合金元素含量的不同，奥氏体不锈钢可以分为Cr-Ni奥氏体不锈钢和Cr-Mn-N奥氏体不锈钢。
Cr-Ni奥氏体不锈钢是应用奥氏体不锈钢的主体。
Cr-Ni奥氏体不锈钢具有良好的综合力学性能、优良的冷加工工艺（当然包括焊接）性能、特别是在多种介质中具有良好的耐腐蚀性、非磁性、良好的高温和低温性能。
因此，Cr-Ni奥氏体不锈钢得到了广泛的应用。
但是，它的强度、硬度较低。
由于Cr-Ni奥氏体不锈钢中Cr、Ni含量的变换及其他合金元素的加入，奥氏体不锈钢的组织和性能都会发生不同程度的变化。
如在奥氏体基体上会产生其他相，如铁素体、马氏体、碳化物、氮化物、碳氮化物、各种金属间化合物等。
这些组织都会使性能发生各种不同程度的变化。
铬当量（Cr
）和镍当量（Ni
）决定不锈钢的组织。
铬当量中的诸元素是促进铁素体形成的元素，钢中铁素体形成元素的提高，就可能会增加铁素体含量；镍当量中的诸元素是促进奥氏体形成的元素，钢中奥氏体形成的提高，就可能会增加奥氏体含量。
奥氏体和铁素体含量的变化，会引起钢的性能的变化。
奥氏体不锈钢具有优良的的高、低温性能，它可以工作与－196℃以下及1000℃以上的温度。
奥氏体不锈钢中各主要元素的作用简述如下：
1.碳的主要作用
碳在高温下，在奥氏体中有较高的溶解度，但是，随着温度的降低，碳在奥氏体中的溶解度也降低而处于过饱和状态。
处于过饱和状态的碳，会在适当的条件下（如温度和时间），从奥氏体中析出形成不同的碳化物。
2.铬的主要作用
铬是奥氏体不锈钢中主要的合金元素，但是，它也是形成金属间化合物的主要合金元素。
金属间化合物可以可以是材料变脆。
铬又是较强的促进铁素体形成的元素，在一定条件下（如高温和低温），也能使材料变脆。
3.镍的主要作用
镍也是奥氏体不锈钢中的主要合金元素，又是较强的促进奥氏体形成的元素，能够促进奥氏体组织的稳定，使不锈钢在高温和低温下都能保有稳定的奥氏体组织，于是，也是其性能得以稳定，使之适宜于高温和低温下工作。
并且使钢具有优良的冷热加工工艺（当然包括焊接）性能还能提高在氯化物中耐应力腐蚀性能，及在还原性酸中的耐腐蚀性能。
Ni能改善钢的塑性、韧性，特别是低温韧性。
因此，在低温用钢中，Ni是不可缺少的合金元素。
4.氮的主要作用
氮是非常强的促进奥氏体形成的元素，它可以取代部分昂贵的Ni。
它能够提高奥氏体不锈钢的强度，但是并不会显著降低其塑性、韧性。
氮还能提高奥氏体不锈钢的耐晶间腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀性能。
5.钼的主要作用
钼也是奥氏体不锈钢中经常添加的合金元素，又是较强的促进铁素体形成的元素。
它能够提高奥氏体不锈钢的耐还原性酸腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀性能。
还能强化奥氏体组织。
6.铌的主要作用
铌的原子半径为0.294nm,比常用的任何一个都大，所以，它有最大的固溶强化作用。
7.铌和钒的共同作用
铌和钒的析出强化可提高其蠕变强度[1]。
1.2奥氏体不锈钢的性能
1.2.1奥氏体不锈钢的物理性能
不锈钢与低碳钢的物理性能有很大差别，一般来讲，具有同类组织状态的钢，其物理性能也基本相同。
不同类别不锈钢和低碳钢的物理性能见表1。
由表可以看出，奥氏体不锈钢的线胀系数比低碳钢大将近50％，而热导率仅为低碳钢的1/3左右；铁素体不锈钢和马氏体不锈钢的线胀系数与低碳钢相近，而热导率仅为低碳钢的1/2左右。
由于奥氏体不锈钢的特殊物理性能，在焊接过程中会引起较大的焊接变形，特别是在异种钢焊接时，由于两种材料的热导率和线胀系数有很大差别，会产生很大的残余应力，成为焊接接头产生裂纹的主要原因之一。
奥氏体不锈钢通常是非磁性的，当冷加工硬化产生马氏体相变时，将产生磁性，可用热处理来消除马氏体和磁性[2]。
表1不锈钢的物理性能
物理性能
钢种
低碳钢
奥氏体不锈钢
铁素体不锈钢
马氏体不锈钢
密度/㎏·m-3
7.8
7.8~8.0
7.8
7.8
线胀系数（0~538℃）/10-6℃
11.7
17.0~19.2
11.2~12.1
11.2~12.1
热导率（100℃）/W·（m·K）-1
60
18.7~22.8
24.4~26.3
28.7
比热容（0~100℃）/·（㎏·K）-1
480
460~500
460~500
420~460
电阻率/10-8
·m-1
12
69~102
59~67
55~72
熔点/℃
1538
1400~1450
1480~1530
1480~1530
1.2.2奥氏体不锈钢的化学性能
各类不锈钢的力学性能见表2。
由表可以看出，奥氏体不锈钢的综合性能最好，既有足够的强度，又有极好的塑性，同时硬度也不高，这就是奥氏体不锈钢广泛应用的原因之一。
奥氏体不锈钢同绝大多数的其它金属材料相似，其抗拉强度、屈服点和硬度，随着温度的降低而提高；塑性则随着温度降低而减小；其具有较高的冷加工硬化性。
马氏体不锈钢在退火状态下硬度最低，可通过淬火硬化；正常使用使回火状态的硬度又稍有下降。
表2典型不锈钢的力学性能
类型
牌号
热处理状态
屈服点
s/Mpa
抗拉强度
b/Mpa
伸长率
（％）
硬度HBW
奥氏体型
0Cr18Ni9
固溶处理
≥205
≥520
≥40
≤187
1Cr19Ni9N
≥275
≥550
≥35
≤217
0Cr25Ni20
≥205
≥520
≥40
≤187
1Cr18Ni12Mo2Ti
≥205
≥530
≥35
≤187
1Cr18Ni9Ti
≥205
≥520
≥40
≤187
奥氏体-铁素体型
00Cr18Ni5Mo3Si2
固溶处理
≥390
≥590
≥20
－
1Cr18Ni11Si4AlTi
－
≥715
≥30
－
1Cr25NiTi
－
≥635
≥20
－
0Cr26Ni5Mo2
≥390
≥590
≥18
≤277
铁素体型
0Cr13Al
退火处理
≥175
≥410
≥20
≤183
1Cr15
≥205
≥450
≥22
≤183
00Cr17
≥175
≥365
≥22
≤183
1Cr17Mo
≥245
≥410
≥20
≤217
00Cr18M
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