焊接方法及设备课程设计

一.金属材料焊接工艺制定与评定课程设计任务书（2）

题目：

试制定尺寸为，300mm×150mm×10mm材质为0Cr18Ni9Ti，不锈钢板对接的焊接工艺。(TIG)

任务：

1. 根据设计题目中产品的结构特点和材料性能，选择焊接方法，确定焊接设备型号；

2. 根据所确定焊接方法及设备，选择焊接材料，确定焊接规范；

3. 焊前准备和焊后处理、焊接辅助设备等；

4. 焊接操作要点及相关注意事项；

5. 焊接检验方法及合格标准；

6. 编写设计说明书一份，内容包括上述产品的结构特点和材料焊接性能分析，所选择的焊接方法，确定的焊接设备，选择的焊接材料，确定的焊接规范；焊前准备和焊后处理、焊接辅助设备及焊接操作要点等。

1、材料介绍及热处理

（1）、材料介绍

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。化学成分如下：

机械性能如下：

我们就先从化学成分方面来分析下这种材料：

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

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，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。

（2）、热处理工艺：（热处理规范：固溶1010～1150℃快冷。）由于含有较高的镍且在室温下呈奥氏体单相组织，所以它与Cr13不锈钢相比具有高的耐蚀性，在低温、室温及高温下均有较高的塑归和韧性，以及较好的冷作成型和焊接性。但室温下的强度较低，晶间腐蚀及应力腐蚀倾向较大，切削加工性较差。奥氏体在加热时无相变,因此不能通过热处理强化。只能以提高钢的耐腐蚀性能进行热处理：

1)固溶处理:其目的是使碳化物充分溶解并在常温下保留在奥氏体中，从而在常温下获单相奥氏体组织，使钢具有最高的耐腐蚀性能。

2)除应力退火：为了消除冷加工后的残余应力，处理在较低的温度下进行。一般加热至250--425℃，经常采用的是300--350℃。对于不含钛或铌的钢不应超过450℃，以免析出碳化铬而引起晶间腐蚀。

3)稳定化处理：为了防止钛和铌的奥氏体不锈钢在焊接或固溶处理时，由于TiC和NbC减少而引起耐晶间腐蚀性能降低,需将这种不锈钢加热到一定温度后再缓冷。

用途：

0Cr18Ni9Ti广泛应用于家庭用品、橱柜、室内管线、热水器、锅炉、浴缸、汽车配件、医疗器具、建材、化学、食品工业、农业、船舶部件。

2. 焊接方法及设备型号

对于板厚为3.5mm的奥氏体不锈钢板，宜采用直流钨极氩弧焊进行焊接，它具有以下优缺点：

1）氩气具有极好的保护作用，能有效的隔绝周围空气；它本身既不与金属起化学反应，也不溶于金属，使得焊接过程中的冶金反应简单易控制，因此为获得较高质量的焊缝提供良好条件。

2）钨极电弧非常稳定，即使在很小电流情况下（<10A）仍可稳定燃烧，特别适用于薄板材料焊接。

3）热源和填充焊丝可分别控制，因而热输入容易调整所以这种焊接方法可进行全方位焊接，也是实现单面焊双面成型的理想方法。

以下是所选用焊机的主要技术参数：

表2-2 交直流两用TIG焊机主要技术数据

板材焊缝如图3所示。

3.焊接材料与焊接规范参数

3.1焊接材料

焊接材料是指焊接时所消耗材料的通称，例如焊条、焊丝、金属粉末、焊剂、气体等。

氩弧焊主要用的焊接材料有：保护气体，钨极，填充实芯焊丝或药芯焊丝。

①保护气体

最常用的惰性气体是氩气。它是一种无色无味的气体，在空气的含量为

0.935％(按体积计算)，氩的沸点为－186℃，介于氧和氦的沸点之间。氩气是氧气厂分馏液态空气制取氧气时的副产品。

我国均采用瓶装氩气用于焊接，在室温时，其充装压力为15MPa。钢瓶涂灰色漆，并标有“氩气”字样。纯氩的化学成分要求为：Ar≥99.99％；He≤0.01％；

O 2≤0.0015％；H

2

≤0.0005％；总碳量≤0.001％；水分≤30mg／m3。

氩气是一种比较理想的保护气体，比空气密度大25％，在平焊时有利于对焊

接电弧进行保护，降低了保护气体的消耗。氩气是一种化学性质非常不活泼的气体，即使在高温下也不和金属发生化学反应，从而没有了合金元素氧化烧损及由此带来的一系列问题。氩气也不溶于液态的金属，因而不会引起气孔。氩是一种单原子气体，以原子状态存在，在高温下没有分子分解或原子吸热的现象。氩气