王翔奧氏體不銹鋼TIG焊接工藝研究與應(yīng)用

1、分類號：09 編號：09畢業(yè)設(shè)計（論文）奧氏體不銹鋼TIG焊接工藝研究與應(yīng)用學(xué)員姓名：王 翔指導(dǎo)教師：謝蒙生 專 業(yè)：船舶焊接技術(shù)武昌船舶重工有限責(zé)任公司2009年5月15日武昌船舶重工有限責(zé)任公司畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書題目：奧氏體不銹鋼TIG焊接工藝研究與應(yīng)用任務(wù)完成起止日期：2009年4月1日至2009年5月30日學(xué)員姓名：王 翔指導(dǎo)教師：謝蒙生審 查：2009年3月15日審 批：2009年3月15日課題主要內(nèi)容： 概述奧氏體不銹鋼管在產(chǎn)品上的用途，焊接性能，焊接方法，焊接實驗經(jīng)過，焊接時容易出現(xiàn)的問題與改進方案，改進后的工藝評定以及應(yīng)用于實際生產(chǎn)過程中的效果的論述。 課題任務(wù)要求： 將焊

2、接工藝與規(guī)范參數(shù)用于實際產(chǎn)品的焊接中，產(chǎn)品質(zhì)量達到設(shè)計要求的述說。主要參考文獻：（由指導(dǎo)老師選定）1、焊接手冊（第二卷）中國機械工程學(xué)會編 北京機械工業(yè)出版社2、實用工程材料焊接手冊 浙江省機械工程學(xué)會焊接分會編 北京機械工業(yè)出版社20043、焊接冶金與金屬焊接 譯著者周振豐，張文斌 北京機械工業(yè)出版社4、2205不銹鋼的焊接接頭的性能研究 譯著者張忠和5、船舶焊接工藝 譯著者王鴻斌 人民交通出版社6、不銹鋼的焊接實驗研究 南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報2004.24（3）65-68同組設(shè)計者：開題報告近年造船業(yè)發(fā)展迅速船舶管系制造中因特殊性不再單一的使用普通鋼管，而是越來越多的使用含各種合金元素的鋼管，最

3、為常見使用的是奧氏體不銹鋼因此對各種材料的焊接要求也是越來越高，下文主要論述奧氏體不銹鋼的焊接性能和工藝對比并總結(jié)出一套良好的工藝方法。本文的主要任務(wù)是奧氏體不銹鋼TIG焊接工藝研究與應(yīng)用。畢業(yè)設(shè)計的時間安排如下：09年3月30日09年4月3日：查閱資料09年4月4日09年4月8日： 完成開題報告09年4月9日09年5月10日： 完成論文初稿09年5月11日09年5月15日： 交導(dǎo)師批閱09年5月15日09年5月30日：按導(dǎo)師意見修改完09年6月1日：上交畢業(yè)論文目 錄摘要、關(guān)鍵詞第1頁1、焊接性分析第3頁2、焊接工藝第3頁3、焊接規(guī)范第4頁4、焊接的操作過程第5頁5、出現(xiàn)的缺陷及改進方案第6

4、頁6、質(zhì)量檢測第8頁7、結(jié)論 第9頁8、致謝 第9頁第10頁共10 頁奧氏體不銹鋼TIG焊接工藝研究與應(yīng)用武船學(xué)員：王翔摘要：本文研究了奧氏體不銹鋼的焊接性能和焊接方法的對比，通過焊接工藝評定制定合理的焊接工藝和正確的缺陷處理方法，運用于實際生產(chǎn)過程保證焊接質(zhì)量。關(guān)鍵詞：奧氏體不銹鋼 TIG焊 焊接參數(shù) 研究與應(yīng)用前 言由于奧氏體不銹鋼在氧化性質(zhì)中具有良好的耐腐蝕性，廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，在船舶管系中用得最廣泛的是0Cr25Ni20型鉻鎳奧氏體不銹鋼按其鋼中含碳量分為三個等級，即一般含碳量（C0.14），低碳級（C0.06）及超低碳級（C0.03）三種。超低碳級的鉻鎳奧氏體不銹鋼具有良好的抗晶間

5、腐蝕性能。奧氏體不銹鋼的焊接性能好，但此類鋼的導(dǎo)熱系數(shù)小，線膨脹系數(shù)大，焊接的變形傾向大，因而在焊接時應(yīng)采用小電流，同時也有防止合金元素?zé)龘p的作用。而且隨著船舶制造業(yè)的發(fā)展，奧氏體不銹鋼管由于其性能的突出，其應(yīng)用范圍更加廣泛，雖然奧氏體不銹鋼管的焊接性能好，焊接時不需要采取什么特殊的措施就可以得到較好的焊縫，但是焊絲和焊接工藝的選用也是值得注意的否則在焊接過程中也可能出現(xiàn)一系列的問題。1、焊接性分析11奧氏體0Cr25Ni20不銹鋼管化學(xué)成分見表一奧氏體不銹鋼管的牌號及其化學(xué)成分（表一）牌號CSiMnCrNiMoNPS名稱0Cr25Ni200.060.080.4501.19022.4001.5

6、7030.1120.0030.02912奧氏體0Cr25Ni20不銹鋼管可焊性見表二奧氏體不銹鋼管的可焊性（表二）名稱鎢極氬孤焊熔化極氬孤焊焊條電弧焊埋弧焊碳弧焊等離子弧焊氣焊點焊0Cr25Ni20好好較好好尚可13分析由于鎢極氬弧焊容易控制焊縫成形，也容易實現(xiàn)單面焊雙面成形，再根據(jù)（表二）來看，奧氏體不銹鋼管用鎢極氬弧焊焊接非常合適，奧氏體不銹鋼管的TIG焊焊接也可選用直流正接。由于奧氏體不銹鋼管的主要成分為Cr、Ni、Mn、Mo、Si，且含C量較低，且該材料具有良好的塑性，說明該材料的焊接性較好。焊接時，只要正確的選擇焊接參數(shù)和坡口類型，控制好焊接時的層間溫度及焊接速度，選用匹配的焊材和作

7、好氣體對焊縫反面的保護工作，是能夠獲得優(yōu)質(zhì)的焊縫的。盡管奧氏體不銹鋼管熱裂紋傾向不大，但也應(yīng)盡量采用快的焊接速度和小的線能量，等待層間溫度冷卻到小于60 時再焊下一道，以縮短焊縫過熱時間，增強抗熱裂紋能力。2、焊接工藝21焊接方法：鎢極氬弧焊（TIG） 直流正接極22焊接材料：焊接材料選用的是與奧氏體不銹鋼管相配套的焊絲：H00Cr20Mo2.23保護氣體：氬氣，純度為99.99%。24焊機：采用交直流兩用焊機400A25清理：管材的端口對接前必須把坡口內(nèi)外兩側(cè)20mm范圍內(nèi)的油漆，油污、氧化皮或其它對施焊有害的物質(zhì)清理干凈，再用棉布蘸上丙柄酮溶液把焊縫兩側(cè)20mm范圍內(nèi)擦洗一遍。26裝配：焊

8、口組對的精度直接影響焊縫內(nèi)部質(zhì)量，特別注意不得錯邊，一定要保證管子裝配同軸，否則會直接影響打底層管壁內(nèi)成形的質(zhì)量，出現(xiàn)未焊透缺陷。坡口形式為單面對稱V 形坡口，其坡口角度為60，不留鈍邊，對口時不留間隙，不得有錯邊、不留根，其對口尺寸如圖（一）所示：圖127焊工：技術(shù)精湛，經(jīng)驗豐富的持證焊工施焊。28定位焊：定位焊時，采用與正式施焊時一樣的焊接規(guī)范，定位焊的長度視管子直徑的增加而增長，但定位焊在保證定位強度的同時應(yīng)盡量縮短定位長度，以免影響焊接時的反面成形，定位焊時可加少許的焊絲。：3、焊接規(guī)范31因為某產(chǎn)品的奧氏體不銹鋼管系中使用了多種不同規(guī)格的奧氏體不銹鋼管，這里就僅介紹一種規(guī)格的管材的焊

9、接參數(shù)。見表三：283管經(jīng)焊接規(guī)范（表三）管材直徑（mm）管材壁厚（mm）焊接電流（A）電弧電壓（V）氬氣流量（L/min）管內(nèi)部保護氣量（L/min）噴嘴直徑（mm）283打底層90101281281010蓋面層804、焊接的操作過程41焊前準備工作：為保證焊順利進行，安排一名技術(shù)精湛，經(jīng)驗豐富的焊工進行焊接。焊接前，先按焊接工藝中第“5”條嚴格精理焊縫；再把被焊的管材放在工作臺上，工作臺和管材之間鋪薄木板絕緣或放在與管材相同的工作臺上，這樣做是為了防止焊接時奧氏體不銹鋼管與工作臺之間因通過電流而產(chǎn)生晶間腐蝕或滲碳；并把焊機的地線接上地線夾夾在管材端口，管材兩個端口用鋁箔紙粘好密封，一端插上

10、管材內(nèi)部保護氣的軟管，在另一端的中間用焊絲戳個直徑大約為3mm的出氣口，使管材內(nèi)部的保護氣能對流；這時再打開焊槍的冷卻水，按（表三）調(diào)節(jié)好的主要的焊接參數(shù)，再打開焊槍的保護氣和管材內(nèi)部的保護氣；管材內(nèi)部的通氣時間根據(jù)管材的大小而來。先估算出管材的大概容積，然后除以通氣的流量，就可以得出大概的通氣時間，通氣時間到了以后，可以用打火機試試管材的出氣口，看是否有氣體從出氣口逸出。42焊接的方法及順序：焊接28mm以下的管材，可以一次焊接，正反面成形；而28mm以上的管材，由于管壁較厚，分為打底層和蓋面層焊接；打底層不加焊絲，依靠鎢極發(fā)出的熱量使管材的端口自熔成形，第一層焊完后，冷卻15分鐘左右，再進

11、行蓋面層的的焊接，焊接蓋面層時，可以適當(dāng)?shù)奶畛浜附z，使焊縫的余高控制在1mm左右。焊接的順序是：打底層時，先從3點位置到12點位置焊接，到12點位置后不要即熄弧，再往前焊1cm左右，這樣是為了保證焊縫接頭能充分的熔合；再從9點到12 點位置的焊接，到了12點位置也同樣往前焊1cm；然后把管材翻轉(zhuǎn)180，按上面的順序把另外半圈打底層焊完，蓋面層時焊接順序相同。焊接完后不要立即把焊槍移開，應(yīng)讓焊槍的保護氣延遲5秒左右關(guān)閉。43焊后工作關(guān)掉焊機，取下地線夾，讓管材內(nèi)部的保護氣繼續(xù)保持3分鐘左右，焊縫的溫度降下來后方可關(guān)氣，若是立即關(guān)氣，焊縫的反面會因來不及冷卻而輕微地氧化。44焊接時應(yīng)注意的問題：由

12、于一圈焊縫是由4個1/4弧度的焊縫組成，在每個1/4弧度內(nèi)的焊接的位置是變化的，這時的焊接速度就憑焊工的經(jīng)驗去掌握。舉例，從3點到12點的弧度焊接時：其中3點至2點位置的焊接速度可適當(dāng)慢點，這樣一來為了使管材的端口能充分的溶合，二來也可對管材進行預(yù)熱，從2點位置開始，焊接速度可適當(dāng)?shù)募涌?，一是因為管材的溫度在逐漸的升高，二是此時的溶池處在重力作用最強的位置，過慢的的速度會使焊接縫反面余高過高，如控制不好，還會產(chǎn)生焊瘤。在整個施焊的過程中焊槍與工件的角度保持在8085o 之間，焊絲與工件的角度則保持在15 左右，焊絲的送給量不能過多，但送絲頻率要稍快，這樣才能使打底層與蓋面層充分的溶合，得出的焊

13、接紋理才會細密。5、焊接時出現(xiàn)的缺陷和改進方案51氣孔：氣孔形成的原因（1）表面有水油銹，所以在焊接時需要低溫預(yù)熱（約100左右）去除管材上的水汽，但溫度不能太高，否則會使管材受熱而產(chǎn)生變形。另外，奧氏體不銹鋼管在彎制，校管的過程中難免會沾上油污，應(yīng)該用白棉布蘸上丙酮溶液仔細清洗端口20mm內(nèi)的污物及其它對焊接有害的東西，如果有氧化膜還需要用銼刀去打磨端口。（2）焊接過程中氣體保護的大小和氣體質(zhì)量好壞也有可能形成氣孔，52縮孔奧氏體不銹鋼管在焊接時若突然熄弧或收弧過快會在焊縫表面留下縮孔，特別是大電流焊接時，此情況更嚴重，嚴重的縮孔能貫穿整個焊縫，要解決此問題，有二種方法，一是電流衰減熄弧，二

14、是間斷法熄弧，兩種方法的目的都是為了使焊縫熄弧時不至于冷卻過快而產(chǎn)生縮孔。53焊瘤奧氏體不銹鋼管在焊接時，若熔池的位置到了重力作用較強的位置 ，此時如果不稍微的加快焊接速度，熔池會在重力作用下下垂而在焊縫反面產(chǎn)生焊瘤。蓋面層焊接時，此情況更明顯，因為蓋面層焊接之前就有打底層的焊接而使管材溫度升高，另一方面，由于蓋面層焊接時在溶池中加入了焊絲，此時熔池的自重更大，再加上管材溫度的升高，更易產(chǎn)生焊瘤。經(jīng)過對焊接過程的觀察，80%的焊瘤都產(chǎn)生于蓋面層，此時，要控制焊瘤的產(chǎn)生，就要控制好焊接速度及焊縫的溫度，因為焊接速度是變數(shù)，就要憑焊工的經(jīng)驗去掌握；另外，打底層和蓋面層之間間隔15分鐘左右或者增加管

15、內(nèi)的氬氣的流量，也能很好的控制焊瘤的產(chǎn)生。54焊縫氧化過于嚴重奧氏體不銹鋼管在焊接時電流不能過大，應(yīng)嚴格按照（表三）中的參數(shù)來設(shè)定，在實際生產(chǎn)中，如果不做氬氣室或者過大的焊接電流，使焊縫及熱影響區(qū)的晶粒粗大，使管材接頭的力學(xué)性能及耐蝕性下降，并容易使焊縫反面成形過高，嚴重的還會燒穿管材；另外，打底層焊完不能立即焊蓋面層，否則也會使焊縫的溫度過高而使之出現(xiàn)上述缺陷。55未焊透、未熔合對于一道焊縫來說，未焊透、未熔合是一種嚴重的缺陷，一般是操作不熟練或者是焊接規(guī)范不合適造成的。奧氏體不銹鋼管在焊接打底層使之自熔成形時，應(yīng)掌握好焊接速度，電流也應(yīng)按規(guī)范來調(diào)節(jié)，焊接速度過快以及焊接電流過小都會使焊縫反

16、面未焊透；此時，應(yīng)仔細的觀察熔池，應(yīng)讓管材的端口充分互熔且熔池稍微的下垂后，反面方可成形良好。當(dāng)然持焊槍的手要穩(wěn)且可輕微有規(guī)律的擺動，以使焊縫的端口能充分的互溶。在蓋面層的焊接時，送絲頻率要稍快且送絲量要稍微的少點，這樣能使打底層與蓋面層充分的熔合，這樣才不會產(chǎn)生未熔合，且槍的擺動的均勻。如果送絲量過大，鎢極發(fā)出的熱量在短時間內(nèi)不能把送給的焊絲與打底層及兩側(cè)的組織充分的熔合，就會產(chǎn)生未熔合。在焊縫接頭時，起弧后應(yīng)回?zé)耙欢魏缚p12cm左右，使焊縫的接頭充分的熔合，這樣焊縫才不會有缺陷。56晶間腐蝕晶間腐蝕發(fā)生于晶粒邊界，它是奧氏體不銹鋼最危險的破壞形式之一。不銹鋼具有抗腐蝕能力的必要條件是含鉻

17、量大于12。當(dāng)含鉻量小于12時就會失去抗腐蝕能力。它的特點是表面沒有明顯的變化但腐蝕沿晶界深入金屬內(nèi)部并引起金屬機械性能和耐腐蝕性能的下降。該缺陷一般發(fā)生在450850溫度區(qū)間。防止該缺陷發(fā)生應(yīng)合理的選用焊接填充材料，采用小能量減少在危險溫度停留的時間或者是焊后熱處理，將工件加熱到10501150后淬火使其形成均勻的奧氏體組織。57熱裂紋奧氏體不銹鋼液相線和固相線距離大，使低熔點雜質(zhì)偏析嚴重而且集中在晶界處，加之膨脹系數(shù)大，冷卻時收縮應(yīng)力大，便產(chǎn)生熱裂紋。也是奧氏體不銹鋼焊接時比較容易產(chǎn)生的一種缺陷。防止該缺陷發(fā)生應(yīng)合理的選用焊接填充材料，減少焊縫金屬中的有害雜質(zhì)提高焊縫的抗裂性。采用小電流，

18、快速焊，收尾時盡量填滿弧坑。6、質(zhì)量檢測 61外觀進行自檢，不允許存在以上所述缺陷，下面有通過焊接后的實驗品的外觀檢測見表四焊接后的實驗品的外觀檢測（表四）外 觀 檢 測 種類焊接方法氣孔咬邊氧化成度成型狀態(tài)縮孔焊瘤外觀管內(nèi)外觀管內(nèi)外觀管內(nèi)外觀管內(nèi)外觀管內(nèi)外觀管內(nèi)TIG優(yōu)質(zhì)優(yōu)質(zhì)無無優(yōu)質(zhì)優(yōu)質(zhì)優(yōu)質(zhì)優(yōu)質(zhì)優(yōu)質(zhì)優(yōu)質(zhì)優(yōu)質(zhì) 62射線檢驗設(shè)計要求所有管對接焊縫必須經(jīng)過100 % X 射線探傷，探傷檢驗標準為GB/T3323-1987鋼熔化焊對接接頭射線照相和質(zhì)量分級 之附錄E鋼熔化焊對接接頭射線探傷級合格。經(jīng)檢驗等級為級。63水壓試驗單根管試驗壓力為37 . 5 MPa ，系統(tǒng)試驗壓力為24.5 MPa 。合格64奧氏體0Cr25Ni20不銹鋼管焊縫室溫力學(xué)性能（表五）奧氏體0Cr25Ni20不銹鋼管的室溫力學(xué)性能（表五）合金牌號種類抗拉強度N/2（kgf/2）b屈服強度/MPa伸長率（%）0Cr25Ni20標準43054030022實際測量500430297、結(jié)論采用TIG 焊焊接奧氏體不銹鋼管，焊接質(zhì)量要求高，雖工藝復(fù)雜，但只要掌握該不銹鋼管的焊接特點，嚴格按照焊接技術(shù)和工藝要求，認真仔細地焊好每一層焊道，就能達到奧氏體不銹鋼管產(chǎn)品的質(zhì)量設(shè)計要求。實踐證明上面所簡述焊接工藝是合理