不锈钢薄板(件)焊接方法及工艺设计

西安工业大学北方信息工程学院

综合实验论文

题目：不锈钢薄板（件）焊接方法及工艺设计

系别机电信息系

专业金属材料工程

班级B070211

姓名田鹏

学号B********

导师郑曙阳王鑫

年月日

摘要

304L 不锈钢(ASTM标准) 为奥氏体不锈钢, 属于超低碳级不锈钢, 具有良好的综合性能, 是目前工业上应用最广泛的不锈钢。文章通过现场实际操作, 研究总结了304L 不锈钢焊接的工艺特点, 针对晶间腐蚀、层间未熔合、引弧夹钨、收弧缩孔等问题提出了具体的解决办法和注意事项, 有效地解决了焊接质量问题。

关键词: 奥氏体不锈钢; 晶间腐蚀; 危险温度区; 焊接线能量

目录

1 绪论 (3)

前言 (3)

2 实验方案及实验方法 (4)

2.1 实验材料 (4)

2.2 304L不锈钢的特性和焊接工艺参数 (4)

2.3 304L不锈钢焊接工艺特点 (4)

2.3 1 晶间腐蚀及应对措施 (4)

2.3 2 层间未熔合的解决方法 (4)

2.3 3 采用专用氩弧焊机, 克服引弧夹钨和收弧缩孔 (4)

2.3 4 采用单侧连续送丝方式 (4)

2.3 5 采用小热量输入、小电流快速焊 (5)

2.4 焊接设备 (5)

2.5 焊前准备 (6)

2.6 注意事项 (7)

2.7 力学性能试验 (8)

2.8 金相组织分析 (9)

3 结果与讨论 (10)

4 结论 (11)

参考文献 (12)

致谢 (13)

附录

1 前言

当今随着石油、化工、医药及其它工业的不断发展,对耐腐蚀性的设备需求越来越多, 更多的不锈钢设备在化工企业得以广泛应用, 特别是18- 8 型奥氏体不锈钢以其良好的耐腐蚀性和热稳定性, 在工业应用上呈逐年上升的趋势。输送天然气管道增输工程压缩机(组)中的润滑油系统、干气密封系统和前置加热系统的工艺管道均为不锈钢管,18-8奥氏体不锈钢热处理工艺，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不锈钢相北具有高的耐蚀性，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：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 实验方案及实验方法

2.1 实验材料

本实验选用的是材质为304L 不锈钢( 美国ASTM 标准) , 主要管道规格为D60 mm ×6 mm；本文主要以D60 mm ×6 mm 管道为例, 分析奥氏体不锈钢管道焊接中易发生的缺陷, 并介绍采取的预防措施。

2.2 304L 不锈钢的特性和焊接工艺参数

奥氏体不锈钢304L 对应我国的标准是00Cr19Ni10, 其主要化学成分和机械性能见表1。

304L 不锈钢的热导率较低, 约为碳钢的1/3,电阻率约为碳钢的5 倍, 线膨胀系数比碳钢约大50%, 密度大于碳钢。奥氏体不锈钢焊条大体分为酸性钛钙型和碱性低氢型两大类：低氢型不锈钢焊条的抗热裂性较高, 但成型不如钛钙型焊条,抗腐蚀性也较差，钛钙型不锈钢焊条具有良好的工艺性能，生产中用得较多。由于不锈钢存在众多与碳钢不同的特性, 其焊接工艺规范也与碳钢有所不同,对于304L 不锈钢钢管( D60 mm ×6 mm) 我们采用的焊丝为ER308L, 焊接工艺参数见表2

2.3 304L不锈钢焊接工艺特点

2.3 1 晶间腐蚀及应对措施

晶间腐蚀是在腐蚀介质作用下, 起源于金属表面的晶界并且沿晶粒边界深入金属内部产生在晶粒之间的一种腐蚀。晶间腐蚀是奥氏体不锈钢常见的焊接缺

陷:Cr 是奥氏体不锈钢中具有耐腐蚀性的基本元素, 当Cr 含量低于12%时, 就不再具有耐腐蚀性了。304L 不锈钢在焊接过程中存在焊接危险温度区间( 为450 ~ 850 ℃) , 见图1。当温度达到这一范围时, 奥氏体中过饱和的碳向晶界处迅速扩散并在晶粒边界析出, 析出的碳和铬形成碳化铬( Cr23C6) 。因为铬在奥氏体中的扩散速度很慢, 来不及向晶界扩散, 这样就大量消耗了晶界处的铬,使晶界处含铬量降低到小于12%, 这时晶界就失去了耐腐蚀能力。如果温度低于

450 ℃, 则奥氏体中的碳扩散速度不快, 不能在晶界处扩散析出而形成碳化铬, 所以没有晶间腐蚀现象。如果温度高于850 ℃, 这时不仅碳在奥氏体中的扩散速度极快, 而且铬在奥氏体中的扩散速度也很快, 故不能造成晶粒边界处贫铬, 因而也不会发生晶间腐蚀。

为防止304L 不锈钢在焊接过程中耐腐蚀性能下降, 可以采取以下几点措施:

(1)焊接时在管道内部进行充氩施工, 并且确保根焊时充氩浓度达到92%以上。在填充、盖帽焊时, 也要进行充氩, 防止焊缝金属在高温时进行氧化反应, 造成晶间腐蚀。(2)焊接时采用小电流, 快速焊, 降低焊接线能量, 缩短奥氏体不锈钢在危险温度区间( 450~ 850 ℃) 的停留时间, 防止晶间腐蚀。(3)对有条件进行热处理的焊缝, 在焊接后可以进行快速冷却, 使焊缝温度低于450℃, 防止晶间腐蚀。

2.3 2 层间未熔合的解决方法

相对于碳钢, 不锈钢在熔化后黏度大, 流动性差, 容易形成层间未熔合等缺陷。为此在焊接时相应地增大焊缝坡口角度, 便于熔敷金属流动,通常坡口角度为75°±5°。另外在根焊中尽量采用小直径焊丝, 小电流, 降低焊接线能量, 提高熔敷金属的流动性。

2.3 3 采用专用氩弧焊机, 克服引弧夹钨和收弧缩孔

不锈钢焊接易产生引弧夹钨和收弧缩孔, 需要配备具有高频引弧和电流衰减特性的专用氩弧焊机, 高频引弧可以减少焊接夹钨, 电流衰减可以减少收弧缩孔。

2.3 4 采用单侧连续送丝方式

不锈钢焊接中, 对于焊口组对间隙较大的焊缝, 采用单侧连续送丝方式