焊接课程设计.docx

1、焊接课程设计2Cr13钢板焊接工艺设计姓名：刘鹏兵 2008106120指导老师：王燕三峡大学机械与材料学院摘要：2Cr13是一种普通Cr13马氏体不锈钢，其主要的合金元素是Cr，具备高强度和耐蚀性，但可焊性差，主要用于蒸汽装备的轴和拉杆，以及汽轮机叶片等。为了保证焊接质量，提高生产效率，在相关规程和标准的指导下，结合生产实际，对厚度为6mm的2Cr13板采用手工钨极氩弧焊（手工TIG焊）： 焊前预热 300，层间温度 200 ，焊后在草木灰中缓冷再及时进行调质处理，就能获得与母材有相同性能和组织的焊接接头。关键词：2Cr13；氩弧焊；马氏体不锈钢；焊接概述 2Cr13是一种普通Cr13马氏体

2、不锈钢，其主要的合金元素是Cr，具备高强度和耐蚀性，但可焊性差，主要用于蒸汽装备的轴和拉杆，以及汽轮机叶片等。为了保证焊接质量，提高生产效率，在相关规程和标准的指导下，结合生产实际，对厚度为6mm的2Cr13板采用手工钨极氩弧焊（手工TIG焊）： 焊前预热 300，层间温度 200 ，焊后在草木灰中缓冷再及时进行调质处理，就能获得与母材有相同性能和组织的焊接接头。1、2Cr13的性能及成分分析1.1、本次设计所用材料：2Cr13马氏体不锈钢平板2块，规格：6100300.1.2、2Cr13的化学成分及力学性能 2Cr13主要的合金元素是Cr，具备高强度和耐蚀性，但可焊性差，主要用于蒸汽装备的轴

3、和拉杆，以及汽轮机叶片等2Cr13的物理性能化学成份：碳 C ：0.160.25 硅 Si：1.00 锰 Mn：1.00 硫 S ：0.030 磷 P ：0.035 铬 Cr：12.0014.00 镍 Ni：允许含有0.60 力学性能：抗拉强度 b (MPa)： 淬火回火,635 条件屈服强度 (MPa)： 淬火回火,440 伸长率 5 (%)： 淬火回火,20 断面收缩率 (%)： 淬火回火,50 冲击功 Aku2(J)： 淬火回火,63 硬度 ： 退火,223HB; 淬火回火,192HB 热处理规范及金相组织： 热处理规范：1)退火,800900缓冷或约750快冷;2)淬火,920980油

4、冷;3)回火,600750快冷。 金相组织：组织特征为马氏体型。2、2Cr13的焊接性 2Cr13的焊接性的主要表现马氏体不锈钢如 1Cr13 2Cr13 等，在热处理后具有很好的力学性能，主要应用于受冲击载荷零件和在常温下盛有机酸的水溶液及食品工业的容器 马氏体不锈钢焊接性差，焊后得到马氏体组织，焊接残余应力大，易产生冷裂纹 随着含碳量增加，淬硬倾向增大，冷裂纹敏感性增大 在预热和焊后热处理过程中还容易产生475 脆化现象铬系马氏体不锈钢有：1Cr13、2Cr13、3Cr13、Y3Cr13、3Cr13Mo、4Cr13、3Cr16、7Cr17等钢种，这些钢种是铬从11.518按其耐蚀性派生出来

5、的。铬是铁素体形成元素，为了保持马氏体组织，较高的铬需要较多的碳含量，以使在热处理后形成马氏体。马氏体不锈钢在临界(AC3)温度以上是面心立方的奥氏体组织，在快速冷却到临界温度以下时，奥氏体转变为体心立方的马氏体。组织的转变引起体积变化，产生应力，从而提高了硬度和降低塑性。这一特性对于焊接接头的影响尤其重要，因此焊后在热影响区容易引起裂纹。特别是电弧焊时，熔池因吸氢的作用，刚度大的结构焊后经过一定的潜伏期，氢将引起焊缝和熔合区的延迟(冷)裂纹。与碳钢、低合金钢相比，氢的扩散速度缓慢，约为碳钢的1/101/25，延迟裂纹焊后5天之内仍应注意，可能发生开裂。铬系马氏体不锈钢随着碳含量的增加，焊接接

6、头的冷裂绞倾向加大。所以用来制造焊接结构的多数是1Cr13、2Cr13等马氏体不锈钢，含碳更高的3Cr13、4Cr13等冷裂纹倾向更强，一般不能焊接。已知Cr13型不错钢中C+N的含量的增加，硬化加强，裂纹倾向加剧。图1是马氏体不锈钢用斜Y型坡口铁研式裂纹试验的裂纹敏感性和C+N总含量的关系。由图可见降低C+N可以显著改善Cr13型马氏体不锈钢的焊接延迟裂纹的敏感性。 图1 马氏体不锈钢裂纹敏感性和C,N的关系1Cr13马氏体不锈钢，实际上是半马氏体组织，在焊接热影响区近缝区会形成粗大铁素体及沿晶界析出的碳、氮化物，塑韧性显著降低。因此在采用同质焊材时，焊材中应添加Nb、Ti、Al等合金元素，

7、可细化晶粒，提高焊缝金属的塑韧性，防止裂纹的产生。3、焊接方法的选择及主要特点分析、焊接方法的选择 马氏体钢的焊接通常采用焊条电弧焊、TIG焊和MIG焊。焊条电弧焊是最常用的焊接方法，适用范围比较广；TIG焊适用于薄壁构件；MIG焊也经常应用于焊接马氏体钢，具有焊接效率高、焊接质量好、焊缝金属抗裂性能高的特点。各种方法适用于不同场合，应根据合金牌号焊件厚度产品结构以及焊接质量要求等因素加以选择。钨极氩弧焊热量比较集中，电弧燃烧 稳定，采用交流或直流，适用于焊接铝合金，能得到高质量的接头。综合上述因素，选用手工钨极氩弧焊对2Cr13马氏体不锈钢进行平板对接。3.2、焊接方法主要特点分析 钨极氩弧

8、焊具有下列特点： （1）氩气能有效地隔绝周围空气，本身又不溶于金属，不和金属反应，施焊过程 中电弧还有自动清除熔池表面氧化膜的作用，因此，可成功地焊接易氧化、氮化、化学 活泼性强的有色金属、不锈钢和各种合金。 （2）钨极电弧稳定，即使在很小的焊接电流（10A）下仍可稳定地燃烧，特别适 用于于薄板、超薄材料的焊接。 （3）热源和填充焊丝可分别控制，因而热输入容易调节，可进行各种位置的焊接， 也是实现单面焊双面成形的理想方法。 （4）由于填充焊丝熔滴不通过电弧，故不会产生飞溅，焊缝成形美观。钨极氩弧焊的不足之处：（1）焊缝厚度浅，熔敷速度小，生产率较低。 （2）钨极承载电流的能力较差，过大的电流会

9、引起钨极熔化和蒸发，其微粒有可 能进入熔池，造成污染（夹钨）。 （3）惰性气体（氩气、氦气）较贵，和其它电弧焊方法（如手工电弧焊、埋弧焊、二氧化碳气体保护焊等）相比，生产成本较高。4、焊接设备的选择 钨极氩弧焊的焊接设备主要包括焊接电源、控制系统、引弧装置、稳弧装置、焊枪、焊接、供气系统和供水系统等。此外，还有面罩，敲渣锤，钢丝刷，和焊条保温筒等，后者统称辅助设备工具。4.1、焊接电源的选择 在实际生产中，焊接不锈钢一般采用交流，国产的TIG焊机有WSJ400型WSJ4001 型和WSJ500型，现选用WSJ500型焊机。额定焊接电流为500A，具有陡降外特性，其大电流空载电压为60V，小电流

10、档为88V。该机匹配PQ1150PQ1350和PQ1500等 型号焊枪。为了避免交流电弧中产生直流分量，需配备一台BX5002型弧焊变压器。4.2、焊枪及喷嘴的选择 钨极氩弧焊的焊枪的主要形式有气冷（空冷）和水冷两种。 气冷式焊枪通常是重量轻的，体积小且坚实，且比水冷式焊枪较便宜，但是，一般受限使用于约125A以下的焊接电流，正常情况下是使用于焊接薄板且使用率低之处，钨电极棒的操作温度比在水冷式焊枪中操作的较高，正因为如此，在使用纯钨电极棒时或在接近额定电流容量下焊接时，会引起钨粒子脱落掉入熔池中。 水冷式焊枪是被设计用于持续的高电流焊接， 能以高至200A 的焊接电流做持续的操作有些被设计可

11、用于500A的最大焊接电流，比气冷式焊枪较重且较贵。 由于PQ1350 型水冷焊枪的额定焊接电流为350A，与铝镁合金手工钨极氩弧焊参数相符故选用 PQ1350型水冷焊枪。 喷嘴的形状尺寸对气流的保护性能影响很大。在喷嘴的下部为圆柱形通道，通道直径越大，保护范围越宽，但可达到性变差，且影响视线。综合考虑，选用收敛形喷嘴。4.3、钨极的选择 在手工钨极氩弧焊焊接工艺中，对钨极的要求，一般要满足引弧及稳弧性能好，耐高温、不易损耗，电流容量大等条件。常用的钨极有纯钨电极、钍钨极、铈钨极等。综合各种因素考虑选择纯钨电极。4.4、焊丝的选择手工钨极氩弧焊可选用马氏体不锈钢焊丝H1Cr13，也可选择奥氏体

12、不锈钢焊丝H0Cr20Ni10Ti 或H0Cr19Ni12Mo2 等，本次焊接选用马氏体不锈钢焊丝H2Cr13。5、焊接工艺参数的选择 钨极氩弧焊的焊接工艺参数主要有焊接电流种类和极性、电弧电压、焊接速度、钨极直径、保护气体流量等。5.1、焊接电流选择 焊接电流是决定焊缝熔深的最主要的参数，焊接电流电流过大容易产生烧穿或焊缝下陷、咬边等缺陷，还会引起钨极烧损或产生夹钨缺陷；电流过小，电弧燃烧不稳定甚至发生偏吹。要按照焊件材料、厚度、接头形式、焊 接位置等因素来选定。一般先确定电流类型和极性，然后确定电流的大小。综上所述，选择用交流电的 WSJ500 型焊机。额定焊接电流为500A，具有陡降外特

13、性，其大电流空载电压为60V，小电流档为 88V。故选择焊接电流为140160A。5.2、电弧电压的选择 电弧电压主要影响焊缝宽度，它由电弧长度决定。钨极氩弧焊电弧长度根据电流值的大小通常在1.2-5mm 之间，需要填加焊丝时，要选择较长的电弧长度。根据 WSJ500 型焊机，故选择电压在10V到12V之间。5.3、焊接速度的选择 当焊接电流确定后，焊接速度决定单位长度焊缝的热输入。高焊接速度，则减小热输入，溶深和溶宽均减小；反之则增大。氩弧焊在5-50cm/min的焊接速度下能够维持比 其他焊接方法更为稳定的电弧形态。根据这一特点，选用焊接速度为150mm/min。5.4、钨极直径 焊接电流

14、的大小是决定焊缝熔深的主要参数，它根据工件材质、厚度、接头形式、焊接位置等因素选择，钨极直径则根据电流大小、电流种类选择。表2. 不同电源极性、钨极直径的最大许用电流 直径/mm最大电流/A直流正接70-150 150-250250-400400-500500-750750-1000直流反接10-2015-3025-4040-5555-8080-125交流60-120100-180160-250200-320290-390340-5255.5、保护气体流量 一定条件下，气体流量和喷嘴直径有一个最佳范围，此时，气体保护效果最佳，有效保护区最大。如气体流量过低，气流挺度差，排除周围空气的能力弱，保

15、护效果不佳：流量太大，容易变成紊流，使空气卷入，也会降低保护效果。同样，在流量子定时，喷嘴直径过小，保护范围小，且因气流速度过高而形成紊流；喷嘴过大，不仅妨碍焊工观察，而且气流流速过低，挺度小，保护效果也不好。所以，气体流量和喷嘴直径要有一定配合。通常手工钨极氩弧焊喷嘴孔径为520mm，对应保护气体流量为610L/min。焊接电流增大，所对应的喷嘴孔径和气体流量取值也随之增大。6、焊前处理 焊前主要工作是清理焊件焊丝和开坡口。用扁铲或砂轮等开V型坡口，坡口要有角度，底面应圆滑过渡。为了尽可能减小氢的来源，应对坡口面及坡口两侧各宽50mm范围内进行清理或用不锈钢丝刷打磨，清除表面氧化膜。（如下图1所示） 7、焊前预热、焊接过程及焊后处理7.1、焊前预热 对2Cr13马氏体不锈钢进行焊前预热，焊前将工件预热到300 ，保温15分钟再焊接。可使用氧-乙炔焰、电炉或喷灯等加热。预热可以使焊件减小变形、气孔等缺陷。7.2、焊接过程采用单面多层多道焊(