焊接综合实验报告.docx
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焊接综合实验报告
综
合
实
验
报
告
姓名：
/
班级：
090304
学号：
/
目录
摘要......................................................................................................................1
1.前言...................................................................................................................2
1.1奥氏体不锈钢及其焊接特点.....................................................................2
1.2铁素体不锈钢及其焊接特点.....................................................................3
1.3马氏体不锈钢及其焊接特点.........................................................................3
2.课题背景……………………………………………………………………….5
3.材料介绍……………………………………………………………………….7
3.1材料成分及性能………………………………………………………….7
3.2杂质元素的影响…………………………………………………………….7
4.OCr18Ni9的焊接……………………………………………………………..8
4.10Cr18Ni的焊接性分析……………………………………………………..8
4.20Cr18Ni9的焊接..........................................................................................10
5.结论……………………………………………………………………………12
参考文献…………………………………………………………………………13
致谢………………………………………………………………………………14
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一种，由于不锈钢具有特殊的使用性能和力学性能，在现在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不锈钢中有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话来说已经越来越重要了。
0cr18ni9就是奥氏体不锈钢，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。
低温贮罐在现在的生活、生产中使用已经越来越广泛，因此对0cr18ni9的探讨就显得越来越重要，本课题是探讨0cr18ni9的手工电弧焊。
关键词：
0cr18ni9、奥氏体不锈钢、手工电弧焊
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1.前言
所谓不锈钢是指在钢中加入一定量的铬元素后，使钢处于钝化状态，具有不生锈的特性。
为达到此目的，其铬含量必须在12％以上。
为提高钢的钝化性，不锈钢中还往往需加入能使钢钝化的镍、钼等元素，一般所指的不锈钢实际上是不锈钢和耐酸钢的总称。
不锈钢并不一定耐酸，而耐酸钢一般均具有良好的不锈性能。
不锈钢按其钢的组织不同可分为四类，即奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体-铁素体双相不锈钢。
1.1奥氏体不锈钢及其焊接特点
奥氏体不锈钢是应用最广泛的不锈钢，以高Cr-Ni型最为普遍。
目前奥氏体不锈钢大致可分为Cr18-Ni8型、Cr25-Ni20型、Cr25-Ni35型。
奥氏体不锈钢有以下焊接特点：
1.1.1焊接热裂纹奥氏体不锈钢由于其热传导率小，线膨胀系数大，因此在焊接过程中，焊接接头部位的高温停留时间较长，焊缝易形成粗大的柱状晶组织，在凝固结晶过程中，若硫、磷、锡、锑、铌等杂质元素含量较高，就会在晶间形成低熔点共晶，在焊接接头承受较高的拉应力时，就易在焊缝中形成凝固裂纹，在热影响区形成液化裂纹，这都属于焊接热裂纹。
防止热裂纹最有效的途径是降低钢及焊材中易产生低熔点共晶的杂质元素和使铬镍奥氏体不锈钢中含有4％~12％的铁素体组织。
1.1.2晶间腐蚀根据贫铬理论，在晶间上析出碳化铬，造成晶界贫铬是产生晶间腐蚀的主要原因。
为此，选择超低碳焊材或含有铌、钛等稳定化元素的焊材是防止晶间腐蚀的主要措施。
1.1.3应力腐蚀开裂应力腐蚀开裂通常表现为脆性破坏，且发生破坏的过程时间短，因此危害严重。
造成奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂的主要原因是焊接残余应力。
焊接接头的组织变化或应力集中的存在，局部腐蚀介质浓缩也是影响应力腐蚀开裂的原因。
1.1.4焊接接头的σ相脆化σ相是一种脆硬的金属间化合物，主要析集于柱状晶的晶界。
γ相和δ相都可发生σ相转变。
比如对于Cr25Ni20型焊缝在800℃
2
~900℃加热时，就会发生强烈的γ→δ转变。
对于铬镍型奥氏体不锈钢，特别
是铬镍钼型不锈钢，易发生δ→σ相转变，这主要是由于铬、钼元素具有明显的σ化作用，当焊缝中δ铁素体含量超过12％时，δ→σ的转变非常显著，造成焊缝金属的明显的脆化，这也就是为什么热壁加氢反应器内壁堆焊层将δ铁素体含量控制在3％~10％的原因。
1.2铁素体不锈钢及其焊接特点
铁素体不锈钢分为普通铁素体不锈钢和超纯铁素体不锈钢两大类，其中普通铁素体不锈钢有Cr12~Cr14型，如00Cr12、0Cr13Al；Cr16~Cr18型，如1Cr17Mo；Cr25~30型。
由于普通铁索体不锈钢中的碳、氮含量较高，故加工成形及焊接都较困难，耐蚀性也难以保证，使用受到限制，在超纯铁素体不锈钢中严格控制了钢中的碳和氮总量，一般控制在0.035％~0.045％、0.030％、0.010％~0.015％三个层次，同时还加入必要的合金元素以进一步提高钢的耐腐蚀性和综合性能。
与普通铁素体不锈钢相比，超纯高铬铁素体不锈钢具有很好的耐均匀腐蚀、点蚀及应力腐蚀性能，较多的应用于石化设备中。
铁素体不锈钢有以下焊接特点：
1.2.1焊接高温作用下，在加热温度达到1000℃以上的热影响区特别在近缝区的晶粒会急剧长大，焊后即使快速冷却，也无法避免因晶粒粗大化引起的韧性急剧下降及较高的晶间腐蚀倾向。
1.2.2铁素体钢本身含铬量较高，有害元素碳、氮、氧等也较多，脆性转变温度较高，缺口敏感性较强。
因此，焊后脆化现象较为严重。
1.2.3在400℃~600℃长时间加热缓冷时，会出现475℃脆化，使常温韧性严重下降。
在550℃~820℃长时间加热后，则容易从铁素体中析出σ相，也明显降低其塑、韧性。
1.3马氏体不锈钢及其焊接特点
马氏体不锈钢可分为Cr13型马氏体不锈钢、低碳马氏体不锈钢和超级马氏体不锈钢。
Cr13型具有一般抗腐蚀性能，从Cr12为基的马氏体不锈钢，因加入镍、钼、钨、钒等合金元素，除具有一定的耐腐蚀性能，还具有较高的高温强度及抗高温氧化性能。
马氏体不锈钢的焊接特点：
1.3.1Cr13型马氏体不锈钢焊缝和热影响区的淬硬倾向特别大，焊接接头在空冷
3
条件下便可得到硬脆的马氏体，在焊接拘束应力和扩散氢的作用下，很容易出现焊接冷裂纹。
当冷却速度较小时，近缝区及焊缝金属会形成粗大铁素体及沿
晶析出碳化物，使接头的塑、韧性显著降低。
1.3.2低碳及超级马氏体不锈钢的焊缝和热影响区冷却后，虽然全部转变为低碳马氏体，但没有明显的淬硬现象，具有良好的焊接性能。
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2.课题背景
由于奥氏体不锈钢的特殊的焊接性能，在现代社会中越来越多的地方使用到这种钢，现在奥氏体不锈钢也是我们发展研究的一个方向。
未来的时间里对奥氏体不锈钢的开发研究也越来越引起专家们的注意，我们对奥氏体不锈钢焊接的了解也应该越来越重视。
焊接奥氏体不锈钢的方法有很多，国内在中厚板奥氏体不锈钢的焊接中，主要采用埋弧焊（SAW）。
手工电弧焊由于其操作灵活、方便，设备投资少，因而被广泛用于奥氏体不锈钢结构的生产中这也是一种典型的、传统焊接方法。
在手工电弧焊中起关键作用的不锈钢焊条经过我国焊接工作者多年努力，已取得了如下进展：
1．品种
基本上覆盖了各种常规不锈钢钢种，如308、316、309、347、317等等，通常包括酸性、碱性两个渣系。
对于超低C不锈钢焊条，如308L、316L、309L国内也能生产，所以从品种上基本可满足工业部门的使用。
2．质量
对于常规不锈钢焊条而言，从不锈钢焊条的发红、电弧稳定性、飞溅大小、焊缝成型、颜色、波纹细腻程度、全位置焊接适应性、焊工施焊的舒适性、焊接力学性能、抗腐蚀性等方面，国产不锈钢焊条质量参差不齐。
但基本可以满足国内用户的要求。
对于一些特殊品种如310MoL、347L、309L仍有许多工厂愿意使用进口焊材。
这也表明我国整体不锈钢焊条的工艺质量与国外还有差距，在一些特殊品种上差距较大。
不锈钢埋弧焊大多使用在不锈钢筒体的环缝和纵缝。
通常是开X型坡口，先焊内焊缝，然后反面砂轮打磨（甚至气刨）。
随后焊正面，现行工艺是标准中要求和认可的。
存在问题有：
1．对母材损伤较大，对腐蚀性能不利、影响美观。
2．埋弧不锈钢焊丝品种少，质量较差，配用的260和431、350焊剂，往往使焊后缝残留有横向熔渣。
焊工需要用砂轮打磨。
3.因而不锈钢埋弧焊接效率低、成本高、质量粗糙。
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采用CO2气保护不锈钢药芯焊丝焊接不锈钢是近二三十年的事。
该方法使用
常规CO2焊机或MIG焊机，采用100%CO2或80%Ar+20%O2作为保护气体，和普通结构钢实心焊丝焊接相似，即可得到美观的焊缝。
在3种方法中，CO2保护不锈钢药芯焊丝有取代前两种焊接方法的趋势。
这三种焊接方法的对比，见表2.1
对比项目
不锈钢手工电弧焊
MIG实心焊丝
CO2不锈钢药芯焊丝
效率
低
高
高
成本
高
较高
低
操作工艺性
好
较高
好
焊缝美观
好
较高
好
焊缝性能
好
好
好
全位置适应性
好
一般
好
焊丝品种
多
少
多
对焊工技术要求
较多
高
一般
表2.1不锈钢手工电弧焊、MIG实心焊丝和CO2气保护不锈钢药芯焊丝电弧焊的对比
从上面的数据分析手工电弧焊接将会渐渐被CO2气体保护焊接所替代，但是目前这个阶段手工电弧焊接应用还是很普遍的。
奥氏体不锈钢已具备建筑、化工设备材料所要求的许多理想性能，它在金属中可以说是独一无二的，而其发展仍在继续。
为使不锈钢在传统的应用中性能更好，一直在改进现有的类型，而且，为了满足高级建筑应用的严格要求，正在开发新的不锈钢。
由于生产效率不断提高，质量不断改进，不锈钢已成为建筑师们选择的最具有成本效益的材料之一。
上面的分析可以看出目前不锈钢的焊接性是很好的，使用也是越来越广泛的，对于这种不锈钢的焊接技术也越来越成熟起来，
但在目前这个阶段我们应用最广泛的还是手工电弧焊。
在这样的背景下我选择做这样的课题，既有利于了解目前0Cr18Ni9焊接，又有利于了解0Cr18Ni9焊接的发展方向。
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3.材料介绍
3.1材料成分及性能
要全面的了解这种金属我们首先就必须清楚这种材料的化学成分，其次我们还要清楚它的机械性能。
C
Si
Mn
P
S
Ni
Cr
《0.08％
《1.00％
《2.00％
《0.035％
《0.030％
8％~11％
18％~20％
表3.1.10Cr18Ni9Ti的化学成分
牌号
热处理
拉伸试验
硬度试验
屈服强度
抗拉强度
伸长率
断面收缩率
布氏硬度
洛氏硬度
维氏硬度
σ0.2/MPa
σb/MPa
δ5（%）
ψ（%）
HBS
HRB
HV
0Cr18Ni9
固溶1010～1150℃快冷
205
520
40
60
187
90
200
表3.1.20Cr18Ni9Ti的机械性能
铬、镍两元素相配合组成铬镍不锈钢，是一种较好的不锈钢。
在此种不锈钢中加入大量镍是为了得到单一的奥氏体组织，从而提高其耐蚀性和工艺性。
在常温和低温下有很强的塑性和韧性，不具磁性，有较好的抗晶间腐蚀性能。
铬是决定不锈钢抗腐蚀性能的主要元素，因为钢中含铬就能使不锈钢在氧化介质中产生钝化现象，即在表面形成一层很薄的膜，在这层膜内富集了铬。
钢中含铬量愈高，
抗腐蚀性能就愈强。
此外，铬对钢的机械性能和工艺性能都能起到很好的强化作用。
镍只有在它与铬配合时才能充分表现出来。
镍是形成奥氏体的合金元素，当镍与铬配合使用时，即可使金相组织由单相的铁素体变为奥氏体和铁素体双相组织，经过热处理，可以提高强度，从而使其具有更强的不锈耐蚀性和良好的形变性能
3.2杂质元素的影响：
当含碳量介于0.1%~0.3%之间时，在退火后，碳将以石墨状态在晶格间界上析出，
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破坏了晶粒间的结合力，强烈地降低镍的强度和塑性，使加工变形产生困
难。
另外碳与铬有很强的亲合力，能形成一系列碳化物。
钢中的含碳量愈高，形成的碳化铬愈多，固溶体中含铬量就相对减少，钢的耐腐蚀性能就会降低。
硫是有害的杂质，硫与镍形成Ni3S2化合物，Ni3S2与镍在625℃形成低熔点共晶，分布在晶粒间界上，当热变形温度超过共晶熔点时，即沿晶粒间界开裂，产生所谓"热脆"现象。
镍在常温时与硫生成的Ni3S2能引起冷脆。
从上面的化学成分的分析我们可以分析出它的导热性很差，线膨胀系数很大，焊接变形也是比较大的。
因而我们在焊接这种金属试件时如果在可能的情况下要采用较小的线能量快速的焊接完成。
特殊的合金元素就决定了它有特殊的性能，它具有良好的耐腐蚀性、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，使用温度在-196℃-800℃。
用途也很广泛主要应用在：
1、2类餐具、橱柜、室内管线、热水器锅炉、压力容器、浴缸、汽车配件、医疗器械、建材、化学、食品工业、船舶部件等地方。
在食品工业和化学工业用的由为广泛，在食品工业它可以做食品保鲜液体的贮罐，在化工行业它可以用来做反应容器，可以用来做换热容器，也可以用来做锅炉容器。
可以说它的用途是非常广泛的，在未来的日子里应用也将越来越多。
而在这之中用的尤为多的就是在低温压力容器制造行业，低温压力容器是工作时壁温在-20℃以下的压力容器。
液化乙烯、液化天然气、液氮和液氢等的储存和运输用容器均属低温压力容器。
对于低温压力容器首先要选用合适的材料，制造这类产品首先要考虑它是否具有良好的韧性，其次盛装这些介质需要材料具有很好的抗腐蚀能力。
而0cr18ni9这两种性能都有，在低温下还具有很好的强度和机械性能，因而它在这个行业应用很广泛。
4.OCr18Ni9的焊接
4.10Cr18Ni的焊接性分析
对于什么是焊接性，GB/T3375-94《焊接术语》中注明：
“材料在限定的施工条件下，焊接成按规定设计要求的构件，并满足预定服役要求的能力”。
它包括两方面的内容：
其一是焊成的构件符合设计要求；其二是满足预定的使用条件，能够安全运行。
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4.1.1根据讨论问题的着眼点不同，焊接性可分为：
（1）工艺焊接性
（2）使用焊接性
4.1.2影响焊接性的因素主要有以下几点：
（1）材料因素
（2）焊接方法
（3）构件类型
（4）使用要求
金属的焊接性与材料成分、焊接方法、构件类型、使用要求都有密切的关系，所以不应脱离这些因素而单纯的从材料本身的性能来评价焊接性。
从上述分析可以看出，很难找出一项技术指标可以概括焊接性，只有通过综合多方面的因素才能分析焊接性问题。
分析金属的焊接性我们在不要求做非常准确的情况下我们可以根据碳当量、材料的化学性能、材料的物理性能来判断，如果要求需要很准确的话我们可以通过焊接性试验来判定。
0cr18ni9的焊接性能我们就从这方面来判定：
4.1.30Cr18Ni9的焊接要求
（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：
①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。
②用0Cr18Ni9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。
③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
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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。
0Cr18Ni9属于奥氏体不锈钢，它的使用范围是很广泛的，并且它的焊接性能也是非常好的，几乎所有的接方式对它都是实用的。
在生产中我们常见的焊接方法有：
焊条电弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊、埋弧自动焊等。
由于0Cr18Ni9具有特殊的性能，在现代工业生产中用的也很多，在国外也是应用的很多，在日本它的相应标准是USU304,在美国它的相应标准是304。
这种钢一般作为不锈耐热钢用较为广泛，在化工设备和食品用设备中应用最多。
我这次的设计课题就是0Cr18Ni9的手工电弧焊焊接工艺，因而我就着重从手工电弧焊的角度去谈谈它的焊接。
选择焊条电弧焊去焊接就必须要确定焊条的种类然后才能去焊接。
对于0Cr18Ni9这种钢首先判断出它是属于奥氏体不锈钢，判断出它是奥氏体不锈钢后可以确定要用不锈钢焊条进行焊接，再根据等强度和焊缝金属的合金元素要与母才相接近的原则选择焊条，经过上面的筛选可以确定出焊接这种金属的材料是A132焊条。
对于焊条的选择我们可以还参照下面的方法：
为提高生产率，通常选用直径较粗的焊条，但一般不大于6mm。
工件厚度在4mm以下的对接焊时，一般均用直径小于等于工件厚度的焊条。
可参考表4.1。
大厚度工件焊接时，一般接头处都要开坡口，在焊打底层焊时，可采用2.5～4mm直径的焊条，之后的各层均可采用5~6mm直径的焊条。
立焊时，焊条直径一般不超过5毫米；仰焊时则不应超过4毫米。
焊件厚度/mm
＜4
4～8
9～12
＞12
焊条直径/mm
≤板厚
φ3.2～4
φ4～5
φ5～6
表4.1.1焊条直径与板厚的关系
4.20Cr18Ni9的焊接：
10
4.2.1焊接方法：
SMAW
4.2.2焊材型号：
A132，规格￠3.2mm
4.2.3焊接电流：
第一层90-110A，第二层100-120A
4.2.4焊接电压：
第一层18-22V，第二层22-26V
4.2.5焊接速度：
第一层15-18cm/min,第二层18-21cm/min
4.2.6顿边为1cm
4.2.7间隙为2cm
4.2.8焊接示意图
图4.2.1
通过试板的焊接我们可以更深一步的了解到这种金属的焊接性能，我们可以从试板的焊接中更直观的看出它的焊接。
在一般的情况下这种奥氏体不锈钢焊前不需要进行预热，焊后也不需要进行热处理。
同样这种钢对于其他焊接方法也是适用的并且焊接的质量成型也都不亚于手工电弧焊，在低温设备制造行业常用这种钢来做内容器，而内容器的连接就是用的埋弧自动焊，用这种方法焊不仅焊接效率高而且焊接质量好成型也比较好看，还有一种常用的焊接方法就是手工钨极氩弧焊，这种焊接方法虽然操作有点困难对焊工的要求比较高，但是一旦你掌握了这种焊接方法，它的焊接质量绝对是比手工电弧焊和二氧化碳气体保护焊要好的，外观成型也要比这两种焊接方法要好。
这种焊接方法的缺陷就是工作效率太低。
据了解现在制造低温压力容器的行业基本上都是以这种材料为主的，对于这种材料的焊接在这个行业焊条基本是要被淘汰了，但是在目前这个阶段焊条电弧焊还是占主导地位的，由于对产品质量特别是对焊接质量要求高所以GTAW是焊接发展的一个方向。
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5.结论
0Cr18Ni9组织
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。
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参考文献
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机械工业出版社.1992.
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致谢
本次综合实验是在/老师的悉心指导和耐心帮助下完成的。
从选题，方案的制定，整个实施过程到报告的撰写，整个过程中郑老师花费了大量的时间和精力。
郑老师渊博的学识，严谨的治学态度，孜孜不倦的探索精神，极具创新的思维方式给了我莫大的帮助，使我终生受益。
在此我向郑老师致以崇高的敬意和深深地感谢。
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