不锈钢薄板件焊接方法及基本工艺设计.doc

西安工业大学北方信息工程学院
综合试验论文

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 B07021114
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, 含有良好综合性能, 是现在工业上应用最广泛不锈钢。文章经过现场实际操作, 研究总结了304L 不锈钢焊接工艺特点, 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处理措施和注意事项, 有效地处理了焊接质量问题。
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
序言……………………………………………………………………………3
2 试验方案及试验方法…………………………………………………………4
2.1 试验材料…………………………………………………………………4
2.2 304L不锈钢特征和焊接工艺参数……………………………………4
2.3 304L不锈钢焊接工艺特点………………………………………………4
2.3 1 晶间腐蚀及应对方法………………………………………………4
2.3 2 层间未熔合处理方法……………………………………………4
2.3 3 采取专用氩弧焊机, 克服引弧夹钨和收弧缩孔…………………4
2.3 4 采取单侧连续送丝方法……………………………………………4
2.3 5 采取小热量输入、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 结果和讨论……………………………………………………………………10
4 结论……………………………………………………………………………11
参考文件…………………………………………………………………………12
致谢………………………………………………………………………………13
附录

1 序言
当今伴随石油、化工、医药及其它工业不停发展,对耐腐蚀性设备需求越来越多, 更多不锈钢设备在化工企业得以广泛应用, 尤其是18- 8 型奥氏体不锈钢以其良好耐腐蚀性和热稳定性, 在工业应用上呈逐年上升趋势。输送天然气管道增输工程压缩机(组)中润滑油系统、干气密封系统和前置加热系统工艺管道均为不锈钢管,18-8奥氏体不锈钢热处理工艺，因为含有较高镍且在室温下呈奥氏体单相组织，所以它和Cr13不锈钢相北含有高耐蚀性，在低温、室温及高温下全部有较高塑归和韧性，和很好冷作成型和焊接性。但室温下强度较低，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,所以不能经过热处理强化。只能以提升钢耐腐蚀性能进行热处理：固溶处理；其目标是使碳化物充足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，使钢含有最高耐腐蚀性能。

2 试验方案及试验方法
2.1 试验材料
本试验选择是材质为304L 不锈钢( 美国ASTM 标准) , 关键管道规格为D60 mm ×6 mm；本文关键以D60 mm ×6 mm 管道为例, 分析奥氏体不锈钢管道焊接中易发生缺点, 并介绍采取预防方法。
2.2 304L 不锈钢特征和焊接工艺参数
奥氏体不锈钢304L 对应中国标准是00Cr19Ni10, 其关键化学成份和机械性能见表1。

304L 不锈钢热导率较低, 约为碳钢1/3,电阻率约为碳钢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致分为酸性钛钙型和碱性低氢型两大类：低氢型不锈钢焊条抗热裂性较高, 但成型不如钛钙型焊条, 抗腐蚀性也较差，钛钙型不锈钢焊条含有良好工艺性能，生产中用得较多。因为不锈钢存在众多和碳钢不一样特征, 其焊接工艺规范也和碳钢有所不一样,对于304L 不锈钢钢管( D60 mm ×6 mm) 我们采取焊丝为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 晶间腐蚀及应对方法
晶间腐蚀是在腐蚀介质作用下, 起源于金属表面晶界而且沿晶粒边界深入金属内部产生在晶粒之间一个腐蚀。晶间腐蚀是奥氏体不锈钢常见焊接缺点:Cr 是奥氏体不锈钢中含有耐腐蚀性基础元素, 当Cr 含量低于12%时, 就不再含有耐腐蚀性了。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。当温度达成这一范围时, 奥氏体中过饱和碳向晶界处快速扩散并在晶粒边界析出, 析出碳和铬形成碳化铬( Cr23C6) 。因为铬在奥氏体中扩散速度很慢, 来不及向晶界扩散, 这么就大量消耗了晶界处铬,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。假如温度低于450 ℃, 则奥氏体中碳扩散速度不快, 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。假如温度高于850 ℃, 这时不仅碳在奥氏体中扩散速度极快, 而且铬在奥氏体中扩散速度也很快, 故不能造成晶粒边界处贫铬, 所以也不会发生晶间腐蚀。
为预防304L 不锈钢在焊接过程中耐腐蚀性能下降, 能够采取以下几点方法:
(1)焊接时在管道内部进行充氩施工, 而且确保根焊时充氩浓度达成92%以上。在填充、盖帽焊时, 也要进行充氩, 预防焊缝金属在高温时进行氧化反应, 造成晶间腐蚀。(2)焊接时采取小电流, 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 ℃) 停留时间, 预防晶间腐蚀。(3)对有条件进行热处理焊缝, 在焊接后能够进行快速冷却, 使焊缝温度低于450℃, 预防晶间腐蚀。
2.3 2 层间未熔合处理方法
相对于碳钢, 不锈钢在熔化后黏度大, 流动性差, 轻易形成层间未熔合等缺点。为此在焊接时对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°。另外在根焊中尽可能采取小直径焊丝, 小电流, 降低焊接线能量, 提升熔敷金属流动性。
2.3 3 采取专用氩弧焊机, 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, 需要配置含有高频引弧和电流衰减特征专用氩弧焊机, 高频引弧能够降低焊接夹钨, 电流衰减能够降低收弧缩孔。
2.3 4 采取单侧连续送丝方法
不锈钢焊接中, 对于焊口组对间隙较大焊缝, 采取单侧连续送丝方法( 见图2) , 焊枪连续摆动, 焊丝只在一侧渐渐送入, 靠液态金属流动性和另一侧熔化母材结合, 这么能够预防根焊内部单侧咬边问题, 改善内部成型。

2.3 5 采取小热量输入、小电流快速焊
不锈钢焊接中采取小热量输入、小电流快速焊。焊丝不做横向摆动, 焊道宜窄不宜宽, 最好不超出焊丝直径3倍, 这么焊缝冷却速度快,在危险温度区间停留时间短, 有利于预防晶间腐蚀。小热量输入时, 焊接应力小, 有利于预防应
力腐蚀和热裂纹, 而且焊接变形小。
2.4 焊接设备
不锈钢焊接工艺采取钨极氩弧焊，它以燃烧于非熔化电极钨棒和焊件间电弧作为热源，使不锈钢板自熔形成焊缝。 电板和电弧区及熔化不锈钢均由氩气保护，使之和空气隔离。因为氩气是惰性气体，它不和金属起化学作用，也不熔解于金属，所以能够避免焊缝金属氧化及合金元素烧损。使焊接过程简单和易控制，在焊接中采取氩气保护，它导热系数低，高温不吸收热，所以热量损失小，其工作电压仅 8-15伏即可。
2.5 焊前准备
a 焊接坡口。不锈钢焊接坡口通常和碳钢相同，但坡口间隙不能过小。因为间隙过小，轻易引发未焊透。但也不宜过大，过大时轻易引发裂纹夹渣等缺点。所以应实施相关要求而开坡口。
b 坡口部位最好采取机械切削。用机械进行切削，在施焊过程中能够降低阻力，使焊工保持平稳均匀运条。这么既能确保不锈钢焊口内在质量，又能使外在焊口质量光洁平整。假如采取氧熔剂切割，等离子切割等方法，对加工后坡口应仔细地用打磨机打光，去除渗炭面，露出金属光泽面，为下一步扫除不合乎施焊标准原因。
c 焊前清理。首先，将接头和坡口内及两侧杂质扫清，然后用洁净抹布将接头处，坡口处污渍擦去。其次，将接口和坡口处及坡口两侧用丙酮或酒精等进行除油、清洗。再次，对于焊接表面要求高不锈钢结构，可在坡口两侧150mm范围内涂白栗粉糊剂，能够降低时飞溅损伤不锈钢表面。
d 装焊引弧和收弧板。在焊接平板对接焊缝时，焊缝两侧在焊接前应装和同质引弧板和收弧板，预防在焊件上随便引弧，损伤焊件表面，影响耐腐蚀性。
2.6 注意事项
(1)焊接前要检验氩气浓度。不锈钢氩弧焊氩气浓度需达成99.9%以上, 这么能够起到保护
作用, 预防出现焊接缺点。
(2)在焊接前要确定管道内充氩浓度。不锈钢焊接前管道内需要充氩, 且充氩浓度需达成92%以上, 充氩浓度能够经过仪器检测或在管道焊口引弧确定。
(3)焊接后要对焊缝表面和内部进行酸洗钝化处理。经过钝化处理焊缝表面呈银白色, 含有较高耐腐蚀性。
2.7 力学性能测试