1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。uz低碳鋼芯不銹鋼焊條的配方設計uz低碳鋼芯不銹鋼焊條的配方設計低碳鋼芯不銹鋼焊條的配方設計 焊接原理課程設計任務書 機電工程學院 專 業 課 程 設 計 任 務 書 焊接原理課程設計任務書 目 錄 0 引言. 錯誤！未定義書簽。 1 0Cr18Ni9不銹鋼焊縫金屬的性能及可焊性分析 . 3 1.2 0Cr18Ni9不銹鋼焊縫金屬的性能 . 3 121 容易出現熱裂紋 . 3 1.22 晶間腐蝕 . 3 1.23 應力腐蝕開裂 . 4 1.24 焊縫金屬的低溫脆化 . 4 1.25 焊接接頭的 相脆化

2、. 4 1.3 0Cr18Ni9不銹鋼的可焊性分析 . 4 2 焊條的制造工藝流程. 錯誤！未定義書簽。 2.1 焊芯制備及原材料準備 . 錯誤！未定義書簽。 2.2藥皮配料及壓涂 . 錯誤！未定義書簽。 2.3 烘焙 . 錯誤！未定義書簽。 3 焊條的配方設計 . 5 3.1合金化方式 . 6 3.2 焊芯的選定 . 6 3.3 . . 3.5 藥皮配方的初步擬定. 錯誤！未定義書簽。 4 試驗的調整 . 錯誤！未定義書簽。 4.1藥皮的類型和渣系的選擇 . 錯誤！未定義書簽。 4.1.1藥皮的類型 . 6 4.1.2渣系的選擇 . 6 4.2 藥皮配方的確定 . 7 5 焊條配方的調試及工

3、藝性能的測試 . 錯誤！未定義書簽。 5.1焊條配方的調試 . 錯誤！未定義書簽。 5.2 焊條的工藝性能測試結果 . 錯誤！未定義書簽。 5.3 焊條熔敷金屬的化學成分測試 . 錯誤！未定義書簽。 6結論 . 錯誤！未定義書簽。 參考文獻. 錯誤！未定義書簽。 焊接原理課程設計任務書 1 0Cr18Ni9不銹鋼焊縫金屬的性能及可焊性分析 1.1 0Cr18Ni9不銹鋼的性能 0Cr18Ni9不銹鋼是應用最為廣泛的一種鉻-鎳不銹鋼，具有良好的耐蝕性、耐熱性、低溫強度和機械特性。在大氣中耐腐蝕，如果是工業性氣氛或重污染地區，則需要及時清潔以避免腐蝕。 該鋼適合用于食品的加工、儲存和運輸。具有良好

4、的加工性能和可焊性。 0Cr18Ni9不銹鋼是使用最多的一種奧氏體型不銹鋼，該鋼不能采用熱處理得到強化，但經過冷加工變形可達到提高強度的目的。0Cr18Ni9不銹鋼的化學成份如表1.1.1。 該鋼具有良好的冷、熱加工性能，無磁性，有很好的低溫性能，并具有在氧化酸性（HNO3）中優良的耐蝕性。其焊接件有較好的耐晶間腐蝕性，在堿液、大部分無機酸和有機酸及大氣、水、蒸汽中均有好的耐蝕性。該鋼的冷、熱加工性能良好，可生產鍛件、棒材、板、帶、絲，可用各種通過焊接方法焊接。0Cr18Ni9不銹鋼因各種性能優良，因而在不銹鋼中用量最大，使用面最廣。適用于石油化工、輕工、紡織、核工業中，用于制造深沖成形件及輸

5、送腐蝕介質管道、容器、結構件，也可用于制造無磁、低溫設備零件。0Cr18Ni10鋼具有良好的耐蝕性、耐熱性、低溫強度和機械性能，沖壓彎曲等熱加工性好，無熱處理硬化現象，無磁性。0Cr18Ni9不銹鋼管的力學性能如表1.1.2。 表1.1.2 0Cr18Ni9不銹鋼的力學性能 1.2 0Cr18Ni9不銹鋼焊縫金屬的性能 121 容易出現熱裂紋 防止措施：（1）盡量使焊縫金屬呈雙相組織，鐵素體的含量控制在3- 5%以下。（2）盡量選用堿性藥皮的優質焊條，以限制焊縫金屬中S、P、C等的含量。 1.22 晶間腐蝕 根據貧鉻理論，焊縫和熱影響區在加熱到450- 850敏化溫度區時在晶界上 焊接原理課程

6、設計任務書 析出碳化鉻，造成貧鉻的晶界，不足以抵抗腐蝕的程度。 防止措施：（1）采用低碳或超低碳的焊材，如A002、A137、A132 等；（2）由焊絲或焊條向焊縫熔入一定量的鐵素體形成元素，使焊縫金屬成為奧氏體+ 鐵素體的雙相；（3）減少焊接熔池過熱，選用較小的焊接電流和較快的焊接速度，加快冷卻速度；（4）對耐晶間腐蝕性能要求很高的焊件進行焊后穩定化退火處理。 1.23 應力腐蝕開裂 應力腐蝕開裂是焊接接頭在特定腐蝕環境下受拉伸應力作用時所產生的延遲開裂現象。 防止措施：（1）合理制定成形加工和組裝工藝，盡可能減小冷作變形度，避免強制組裝；（2）合理選擇焊材，焊縫與母材應有良好的匹配，不產生

7、任何不良組織；（3）采取合適的焊接工藝，保證焊縫成形良好，不產生任何應力集中或點蝕的缺陷；（4）消除應力處理，焊后熱處理，如焊后完全退火，在難以實施熱處理時采用焊后錘擊或噴丸等；（5）生產管理措施，介質中雜質的控制，如O2、N2、H2O 等；（6）防蝕處理，如涂層、襯里或陰極保護等。 1.24 焊縫金屬的低溫脆化 對于奧氏體不銹鋼焊接接頭，在低溫使用時，焊縫金屬的塑韌性是關鍵問題。此時，焊縫組織中的鐵素體的存在總是降低低溫韌性。 防止措施：通過選用純奧氏體焊材和調整焊接工藝獲得單一的奧氏體焊縫。 1.25 焊接接頭的 相脆化 焊件在經受一定時間的高溫加熱后會在焊縫中析出一種脆性的 相，導致整個

8、接頭脆化，塑性和韌性顯著下降。 相的析出溫度范圍650-850。在高溫加熱過程中， 相主要由鐵素體轉變而成。加熱時間越長， 相析出越多。 防止措施：（1）限制焊縫金屬中的鐵素體含量（小于15%）；（2）采用 小規范，以減小焊縫金屬在高溫下的停留時間；（3）對已析出的 相在 條件允許時進行固溶處理，使 相溶入奧氏體。 經過以上對0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼的性能分析，初步擬定焊縫金屬的合金成分，如表1.2.1。 2 0Cr18Ni9不銹鋼的可焊性分析 0Cr18Ni9屬于奧氏體不銹鋼，其組織為奧氏體（A)加3-5 鐵素體（F ）。它具有良好的塑性和高溫、低溫性能。它在焊接熱循環的作用下，主要顯示

9、出以下基本要求： 焊接過程中采用小的線能量輸入，減小熱影響區范圍，加快焊縫及熱影響區的冷卻速度對不銹鋼的焊接是有益的。 用0Cr18Ni9焊接時導熱系數小，存在過熱區，也容易造成熱影響區的晶 焊接原理課程設計任務書 粒長大。焊縫高溫停留時間過長，在高溫狀態下Cr和C形成化合物，在高溫區就形成了貧鉻層，也會導致焊縫的枝晶傾向加劇。因此要求盡量選擇線能覺輸入較小的焊接方法。 由于導熱系數小而線膨脹系數大，自由焊態下焊接易產生較大的變形，選用能量集中，熱影響區窄的焊接方法能在一定程度上減少焊接變形。 0Cr18Ni9的含碳量很小，在加上它屬于高合金鋼碳當量法對它焊接性能的估算是不怎么準確的。因此我們

10、不用碳當量對它的焊接性進行分析。 0Cr18Ni9屬于奧氏體不銹鋼，這類鋼有具有交高的變形能力并不可淬硬，而且它的含碳量又很底，所以總的來說焊接性還是不錯的。但是由于熱導率低，熱膨脹系數大，局部加熱時溫度分布不均勻，收縮量大等都將使接頭在焊接過程中產生交大的內應力。在焊接的時候應該注意這方面的問題，焊接時盡量避免或減少這種受熱不均顯現的發生，焊接的速度也應該適當的快點。 為確保不銹鋼焊縫的力學性能和耐腐蝕性能，首先要保證焊縫金屬的化學成分。 （1） C含量的控制 C在焊縫中存在時容易形成碳化鉻，使奧氏體晶粒界面上貧Cr，從而降低了金屬的耐晶間腐蝕性能，破壞了晶粒間的連接作用，易形成腐蝕裂紋。因

11、此，在配方設計過程中，將C含量控制得愈低愈好，一般控制在w(C)86.69%為宜。 （2） Si、Cr含量的控制 Si、Cr是鐵素體形成元素，使焊縫形成（F+A）雙相組織，可以防止熱裂紋的產生。焊縫金屬內w(Si)含量一般控制在0.8%左右，既不影響新渣系的工藝性能，又不影響焊縫的耐腐蝕性能。當w（Si）>1.2%，對耐腐蝕性能（特別是在HNO3介質中）會產生不利影響。焊縫金屬的Cr在氧化性介質中能很快生成一層富Cr的氧化膜，提高金屬的耐腐蝕能力。因此，Cr是決定不銹鋼耐腐蝕性能的主要元素，在調整配方中加入一定量的Cr來補充焊接時焊芯中Cr的燒損，w（Cr）應控制在18.5%20.5%為

12、宜。 （3） Mn，Ni含量的控制Mn能有效地穩定奧氏體不銹鋼焊縫組織，在焊縫中一般將 w（Mn）控制在1.1% 左右時，具有較好的力學性能。含量過低，會使鋼的強度偏低；過高使塑性降低，并會稍微降低焊縫金屬的耐腐蝕性。Ni是奧氏體形成元素，在不銹鋼焊縫金屬中能穩定奧氏體組織，提高耐腐蝕能力。在配方設計中要加入w（Ni）10%左右，以保證焊縫金屬中的Ni含量。 （4） Nb含量的控制Nb在不銹鋼焊縫中與C的親合力比Cr大，常能與C生成穩定的NbC，因而對消除晶間腐蝕極為有利。在配方設計中，加入量應適當，w（Nb）一般應大于w(C)8倍以上，即能大大改善耐晶間腐蝕性能和工藝性能。 眾所周知，S、P

13、是有害元素，其含量控制得愈低愈好。根據以上分析修定焊縫的合金系統，如表1.3.1。 3 焊條的配方設計 焊接原理課程設計任務書 電焊條設計原則是技術可行，符合相關國家規定的各項性能要求，能進行機械化生產，經濟效益好，衛生指標先進，符合環保要求。電焊條設計的依據是被焊母材的化學成分、力學性能、被焊件的工作要求（如抗氧化性、耐熱性、低溫韌性、耐磨性、耐腐蝕性等）、現場施工條件（如交、直流焊接）、焊條制造成本、制造工藝及使用工藝要求等。 3.1合金化方式 合金化就是把所需要的合金元素，通過焊接材料過渡到焊縫金屬(或堆焊金屬)中。 合金化的目的：(1)補償焊接過程中由于氧化、蒸發等原因造成的合金元素的

14、損失；(2)改善焊縫金屬的組織和性能；(3)獲得具有特殊性能的堆焊金屬。 常用的合金化方式有：應用合金焊絲；應用藥芯焊絲或藥芯焊條；應用合金藥皮或粘結焊劑；應用合金粉末；應用熔渣與金屬之間的置換反應。 3.2 焊芯的選定 低碳鋼芯不銹鋼代用焊條的理論依據是:鉻鎳合金焊芯的成分中Cr:17%19%,Ni:8%11%,能焊接與之相近成分的奧氏體不銹鋼如Cr18Ni9、Cr18Ni9Nb等;而低碳鋼焊芯(H08)不含鉻、鎳,要達到能焊接高鉻鎳成分不銹鋼的要求,則必須從焊條藥皮中過渡等含量的合金元素尤其是鉻和鎳,才能保障焊縫金屬室溫組織仍是單相奧氏體,使焊縫金屬既滿足力學性能要求,又能達到抗腐蝕的目的

15、。使用低碳鋼芯(H08E)代替鉻鎳合金鋼焊芯制造不銹鋼焊條。為保障焊縫金屬化學成分滿足不銹鋼要求,藥皮厚度在正常的奧氏體不銹鋼焊條(外徑6.4 mm/4.0 mm焊芯)基礎上以0.2 mm的厚度遞增,即試驗焊條外徑分別為6.4、6.6、6.8、7.0、7.2、 7.4mm。 低碳鋼H08E可以作為不銹鋼代用焊條的焊芯,但藥皮厚度應相應增加以提高合金的過渡系數。合金的過渡系數隨焊條藥皮厚度的增加而增加,但藥皮厚度太大,會降低焊條的工藝性能,當焊芯直徑為4.0mm時,藥皮外徑以7.00mm為適宜。 使用低碳鋼H08E作焊芯時,焊接工藝性能明顯改善,藥皮無發紅和脫落現象,且代替了價格昂貴的不銹鋼焊芯

16、,焊條總的成本大約下降30%。 3.3藥皮的類型 0Cr18Ni9是典型的奧氏體不銹鋼，不銹鋼焊條的設計主要是保證熔敷金屬的化學成分，而化學成分的獲得以相應的不銹鋼芯為主，以藥皮過渡合金元素為輔。不銹鋼焊條藥皮類型一般都是沿用鈦型、鈦鈣型和低氫型。鈦型或鈦鈣型藥皮由于電弧穿透力較弱，適于薄板平焊。不銹鋼焊芯電阻系數大，交流弧焊比直流弧焊更易使焊條發紅，因此在藥皮配方設計上宜采用低氫型藥皮，以適應全位置中厚度不銹鋼板的焊接。 3.4渣系的選擇 根據焊縫合金系統的特點及使用性能，我們采用如下五元渣系: CaF2 :精選螢石粉, Al2O3 :加入適量的Al 粉; CaO :精選優質石灰; 焊接原理

17、課程設計任務書 MgO :電熔鎂砂; TiO2 。 此五元渣系的熔點為1220 1240 ,1550 時的粘度為0. 32 泊。在五元渣系中我們加入了MgO 和TiO2 。渣中加入( TiO2)是為了通過石墨電極化渣過程生成一定量的( Ti3O5 ) 。( Ti3O5) 是復合的大離子半徑的原子團,難以擴散,對氧的傳輸起著阻礙作用。渣中加入MgO 可提高高溫熔渣的粘度,在渣池表面形成一層半凝固膜。CaO 作為去S 劑加入渣中,同時可降低CaF2 的比電導。 4 藥皮配方的確定 4.1藥皮的參考配方 采用H08E焊芯，靠藥皮過渡大量合金元素的不銹鋼焊條，是一種價格低、熔化速度快的新型不銹鋼焊條，

18、熔敷金屬中的Cr和Ni主要靠在藥皮中加入金屬鉻和金屬鎳來實現。為了減少合金元素在焊接過程中的燒損，合金粉末的顆粒度宜選在60200目之間。低碳鋼芯不銹鋼焊條藥皮的參考配方見表4 4.2 K值得確定 藥皮厚度大小決定了焊條橫截面焊芯與藥皮所占面積之比（或焊芯體積與藥 皮體積之比），亦即藥皮組成物在焊接過程中參加反應的數量，由于藥皮的密度 取決于藥皮組成物及其含量，通過藥皮質量系數可以表示不同類型藥皮在焊條中所占的比例： K? m1 ?100%m 公式1 K-焊條藥皮質量系數（%）； m1-焊條藥皮質量； m- 有藥皮部分的焊芯的質量。 一般來說，焊條藥皮取K=0.40.6較適宜。主要靠藥皮過渡的素的焊條藥皮質量系數應高于一般焊條。同時焊條套筒長度和電弧吹力隨藥皮的增厚而增大，有利于提高焊接效率和焊接過程中的穩定性，但對全位置焊不利。 因為該渣系的配方主要是靠藥皮過渡合金，所以K取大，取K=0.60-0.75 4.3 藥皮組成物的配比的計算 焊接原理課程設計任務書 藥皮中合金劑的加入量范圍可根據下面公式得到： C