1、合實驗報告姓名：/班級：090304學號：/ TOC o 1-5 h z 摘要11前言21.1奧氏體不銹鋼及其焊接特點21.2鐵素體不銹鋼及其焊接特點 31.3馬氏體不銹鋼及其焊接特點 3 HYPERLINK l bookmark0 o Current Document 2課題背景 .5 HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 3材料介紹 .73.1材料成分及性能 .73.2雜質元素的影響.7 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 4.0Cr18Ni9 的焊接 .80Cr18Ni的焊接性分析 .80Cr18N

2、i9 的焊接105結論 12參考文獻 13致謝 14摘要: 鋼是我們現代社會中不可缺少的一種材料， 它可以看作一個國家工業化水平 的標志。鋼的產量越高就代表這個國家的工業化水平越高。不銹鋼是鋼中非常重要的一種，由于不銹鋼具有特殊的使用性能和力學性能，在現在的各行各業中已經被越來越多的使用。在不銹鋼中奧氏體不銹鋼又是其中非常重要的一種，在發達國家每年消耗的不銹鋼中有 70%的是不銹鋼，在我國也達到了 65%左右。因 此開發和使用好奧氏體不銹鋼對我國的工業話來說已經越來越重要了。0cr18ni9就是奧氏體不銹鋼，0cr18ni9在低溫貯罐制造中的性能。低溫貯 罐是用來儲存液N液Ar液態的CO2等低

3、溫液體的容器，液態介質的特殊性能就 決定了制造材料需要特殊性能，而奧氏體不銹鋼0cr18ni9就具有這樣的性能。低溫貯罐在現在的生活、生產中使用已經越來越廣泛，因此對0cr18ni9的探討就顯得越來越重要，本課題是探討 0cr18ni9的手工電弧焊。關鍵詞：0cr18 ni9、奧氏體不銹鋼、手工電弧焊1.前言所謂不銹鋼是指在鋼中加入一定量的鉻元素后，使鋼處于鈍化狀態，具有不生銹的特性。為達到此目的，其鉻含量必須在12%以上。為提高鋼的鈍化性，不銹鋼中還往往需加入能使鋼鈍化的鎳、鉬等元素，一般所指的不銹鋼實際上是 不銹鋼和耐酸鋼的總稱。不銹鋼并不一定耐酸，而耐酸鋼一般均具有良好的不銹 性能。不銹

4、鋼按其鋼的組織不同可分為四類，即奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼。1.1奧氏體不銹鋼及其焊接特點奧氏體不銹鋼是應用最廣泛的不銹鋼，以高 Cr-Ni型最為普遍。目前奧氏體 不銹鋼大致可分為 Cr18-Ni8型、Cr25-Ni20型、Cr25-Ni35型。奧氏體不銹鋼有 以下焊接特點：1.1.1焊接熱裂紋奧氏體不銹鋼由于其熱傳導率小，線膨脹系數大，因此在焊接 過程中，焊接接頭部位的高溫停留時間較長，焊縫易形成粗大的柱狀晶組織，在 凝固結晶過程中，若硫、磷、錫、銻、鈮等雜質元素含量較高，就會在晶間形成 低熔點共晶，在焊接接頭承受較高的拉應力時，就易在焊縫中形成凝固裂

5、紋，在 熱影響區形成液化裂紋，這都屬于焊接熱裂紋。防止熱裂紋最有效的途徑是降低 鋼及焊材中易產生低熔點共晶的雜質元素和使鉻鎳奧氏體不銹鋼中含有4%12%的鐵素體組織。1.1.2晶間腐蝕根據貧鉻理論，在晶間上析出碳化鉻，造成晶界貧鉻是產生晶間 腐蝕的主要原因。為此，選擇超低碳焊材或含有鈮、鈦等穩定化元素的焊材是防 止晶間腐蝕的主要措施。1.1.3應力腐蝕開裂應力腐蝕開裂通常表現為脆性破壞，且發生破壞的過程時間 短，因此危害嚴重。造成奧氏體不銹鋼應力腐蝕開裂的主要原因是焊接殘余應力。 焊接接頭的組織變化或應力集中的存在，局部腐蝕介質濃縮也是影響應力腐蝕開 裂的原因。1.1.4焊接接頭的（T相脆化（

6、T相是一種脆硬的金屬間化合物，主要析集于柱狀 晶的晶界。丫相和S相都可發生（T相轉變。比如對于Cr25Ni20型焊縫在800C2900C加熱時，就會發生強烈的 y-S轉變。對于鉻鎳型奧氏體不銹鋼，特別是鉻鎳鉬型不銹鋼，易發生（相轉變，這主要是由于鉻、鉬元素具有明顯的c化作用，當焊縫中S鐵素體含量超過12%時，的轉變非常顯著，造成焊縫金屬的明顯的脆化，這也就是為什么熱壁加氫反應器內壁堆焊層將S鐵素體含量控制在3%10%的原因。1.2鐵素體不銹鋼及其焊接特點鐵素體不銹鋼分為普通鐵素體不銹鋼和超純鐵素體不銹鋼兩大類，其中普通鐵素體不銹鋼有 Cr12Cr14 型，如 00Cr12、0Cr13AI; C

7、r16Cr18 型，如 1Cr17Mo; Cr2530型。由于普通鐵索體不銹鋼中的碳、氮含量較高，故加工成形及焊接都 較困難，耐蝕性也難以保證，使用受到限制，在超純鐵素體不銹鋼中嚴格控制了 鋼中的碳和氮總量，一般控制在 0.035% 0.045%、0.030%、0.010% 0.015%三 個層次，同時還加入必要的合金元素以進一步提高鋼的耐腐蝕性和綜合性能。與普通鐵素體不銹鋼相比，超純高鉻鐵素體不銹鋼具有很好的耐均勻腐蝕、點蝕及應力腐蝕性能，較多的應用于石化設備中。鐵素體不銹鋼有以下焊接特點： 1.2.1焊接高溫作用下，在加熱溫度達到 1000 r以上的熱影響區特別在近縫區 的晶粒會急劇長大，

8、焊后即使快速冷卻，也無法避免因晶粒粗大化引起的韌性急 劇下降及較高的晶間腐蝕傾向。1.2.2鐵素體鋼本身含鉻量較高，有害元素碳、氮、氧等也較多，脆性轉變溫度 較高，缺口敏感性較強。因此，焊后脆化現象較為嚴重。1.2.3在400E600C長時間加熱緩冷時，會出現 475C脆化，使常溫韌性嚴重 下降。在550E 820E長時間加熱后，則容易從鐵素體中析出 c相，也明顯降低 其塑、韌性。1.3馬氏體不銹鋼及其焊接特點馬氏體不銹鋼可分為Cr13型馬氏體不銹鋼、低碳馬氏體不銹鋼和超級馬氏 體不銹鋼。Cr13型具有一般抗腐蝕性能，從 Cr12為基的馬氏體不銹鋼，因加入 鎳、鉬、鎢、釩等合金元素，除具有一定

9、的耐腐蝕性能，還具有較高的高溫強度 及抗高溫氧化性能。馬氏體不銹鋼的焊接特點：1.3.1 Cr13型馬氏體不銹鋼焊縫和熱影響區的淬硬傾向特別大，焊接接頭在空冷3條件下便可得到硬脆的馬氏體，在焊接拘束應力和擴散氫的作用下，很容易出現 焊接冷裂紋。當冷卻速度較小時，近縫區及焊縫金屬會形成粗大鐵素體及沿 晶析出碳化物，使接頭的塑、韌性顯著降低。1.3.2低碳及超級馬氏體不銹鋼的焊縫和熱影響區冷卻后，雖然全部轉變為低碳 馬氏體，但沒有明顯的淬硬現象，具有良好的焊接性能。課題背景由于奧氏體不銹鋼的特殊的焊接性能，在現代社會中越來越多的地方使用到 這種鋼，現在奧氏體不銹鋼也是我們發展研究的一個方向。 未來

10、的時間里對奧氏 體不銹鋼的開發研究也越來越引起專家們的注意， 我們對奧氏體不銹鋼焊接的了 解也應該越來越重視。焊接奧氏體不銹鋼的方法有很多，國內在中厚板奧氏體不銹鋼的焊接中， 主 要采用埋弧焊（SAW。手工電弧焊由于其操作靈活、方便，設備投資少，因而被 廣泛用于奧氏體不銹鋼結構的生產中這也是一種典型的、傳統焊接方法。在手工電弧焊中起關鍵作用的不銹鋼焊條經過我國焊接工作者多年努力，已取得了如下進展：1 .品種基本上覆蓋了各種常規不銹鋼鋼種，如 308、316、309、347、317等等，通 常包括酸性、堿性兩個渣系。對于超低 C不銹鋼焊條，如308L、316L、309L國 內也能生產，所以從品種

11、上基本可滿足工業部門的使用。質量對于常規不銹鋼焊條而言，從不銹鋼焊條的發紅、電弧穩定性、飛濺大小、 焊縫成型、顏色、波紋細膩程度、全位置焊接適應性、焊工施焊的舒適性、焊接 力學性能、抗腐蝕性等方面，國產不銹鋼焊條質量參差不齊。 但基本可以滿足國 內用戶的要求。對于一些特殊品種如 310MoL 347L、309L仍有許多工廠愿意使 用進口焊材。這也表明我國整體不銹鋼焊條的工藝質量與國外還有差距，在一些特殊品種上差距較大。不銹鋼埋弧焊大多使用在不銹鋼筒體的環縫和縱縫。通常是開X型坡口，先 焊內焊縫，然后反面砂輪打磨（甚至氣刨）。隨后焊正面，現行工藝是標準中要 求和認可的。存在問題有：對母材損傷較大

12、，對腐蝕性能不利、影響美觀。埋弧不銹鋼焊絲品種少，質量較差，配用的 260和431、350焊劑，往往使焊 后縫殘留有橫向熔渣。焊工需要用砂輪打磨。因而不銹鋼埋弧焊接效率低、成本咼、質量粗糙。 采用CO2氣保護不銹鋼藥芯焊絲焊接不銹鋼是近二三十年的事。 該方法使用 常規C02焊機或MIG焊機，采用100%CO或80%A葉20%O作為保護氣體，和普通 結構鋼實心焊絲焊接相似，即可得到美觀的焊縫。在 3種方法中，C02保護不銹 鋼藥芯焊絲有取代前兩種焊接方法的趨勢。這三種焊接方法的對比，見表 2.1對比項目不銹鋼手工電弧焊MIG實心焊絲C02不銹鋼藥芯焊絲效率低高高成本高較高低操作工藝性好較高好焊縫

13、美觀好較高好焊縫性能好好好全位置適應性好一般好焊絲品種多少多對焊工技術要求較多高一般表2.1不銹鋼手工電弧焊、MIG實心焊絲和C02氣保護不銹鋼藥芯焊絲電弧焊的對比從上面的數據分析手工電弧焊接將會漸漸被 C02氣體保護焊接所替代，但是 目前這個階段手工電弧焊接應用還是很普遍的。奧氏體不銹鋼已具備建筑、化工設備材料所要求的許多理想性能，它在金屬 中可以說是獨一無二的，而其發展仍在繼續。為使不銹鋼在傳統的應用中性能更 好，一直在改進現有的類型，而且，為了滿足高級建筑應用的嚴格要求，正在開 發新的不銹鋼。由于生產效率不斷提高，質量不斷改進，不銹鋼已成為建筑師們 選擇的最具有成本效益的材料之一。上面的

14、分析可以看出目前不銹鋼的焊接性是 很好的，使用也是越來越廣泛的，對于這種不銹鋼的焊接技術也越來越成熟起來， 但在目前這個階段我們應用最廣泛的還是手工電弧焊。在這樣的背景下我選擇做這樣的課題，既有利于了解目前0Cr18Ni9焊接，又有利于了解0Cr18Ni9焊接的 發展方向。材料介紹3.1材料成分及性能要全面的了解這種金屬我們首先就必須清楚這種材料的化學成分，其次我們還要清楚它的機械性能。CSiMnPSNiCr0.08 %1.00 %2.00 %0.035 %0.030 %8% 11 %18% 20 %表3.1.1 0Cr18Ni9Ti 的化學成分牌號熱處理拉伸試驗硬度試驗屈服強度抗拉強度伸長率

15、斷面收縮率布氏硬度洛氏硬度維氏硬度(T 0.2/MPa(T b/MPaS 5(%)(%)HBSHRBHV0Cr18Ni9固溶1010 1150 C快冷205520406018790200表3.1.2 0Cr18Ni9Ti的機械性能鉻、鎳兩元素相配合組成鉻鎳不銹鋼，是一種較好的不銹鋼。在此種不銹鋼 中加入大量鎳是為了得到單一的奧氏體組織，從而提高其耐蝕性和工藝性。在常 溫和低溫下有很強的塑性和韌性， 不具磁性，有較好的抗晶間腐蝕性能。鉻是決 定不銹鋼抗腐蝕性能的主要元素，因為鋼中含鉻就能使不銹鋼在氧化介質中產生 鈍化現象，即在表面形成一層很薄的膜，在這層膜內富集了鉻。鋼中含鉻量愈高， 抗腐蝕性能

16、就愈強。此外，鉻對鋼的機械性能和工藝性能都能起到很好的強化作 用。鎳只有在它與鉻配合時才能充分表現出來。 鎳是形成奧氏體的合金元素，當 鎳與鉻配合使用時，即可使金相組織由單相的鐵素體變為奧氏體和鐵素體雙相組 織，經過熱處理，可以提高強度，從而使其具有更強的不銹耐蝕性和良好的形變 性能3.2雜質元素的影響：當含碳量介于0.1%0.3%之間時，在退火后，碳將以石墨狀態在晶格間界上析出， 破壞了晶粒間的結合力，強烈地降低鎳的強度和塑性，使加工變形產生困 難。另外碳與鉻有很強的親合力，能形成一系列碳化物。鋼中的含碳量愈高，形 成的碳化鉻愈多，固溶體中含鉻量就相對減少，鋼的耐腐蝕性能就會降低。硫是 有害

17、的雜質，硫與鎳形成 Ni3S2化合物，Ni3S2與鎳在625C形成低熔點共晶， 分布在晶粒間界上，當熱變形溫度超過共晶熔點時，即沿晶粒間界開裂，產生所 謂熱脆現象。鎳在常溫時與硫生成的 Ni3S2能引起冷脆。從上面的化學成分的分析我們可以分析出它的導熱性很差，線膨脹系數很 大，焊接變形也是比較大的。因而我們在焊接這種金屬試件時如果在可能的情況 下要采用較小的線能量快速的焊接完成。特殊的合金元素就決定了它有特殊的性能，它具有良好的耐腐蝕性、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， 使用溫度在-196 C -800 C。用途也很廣泛主要應用在：1、2類餐具、

18、櫥柜、室 內管線、熱水器鍋爐、壓力容器、浴缸、汽車配件、醫療器械、建材、化學、食 品工業、船舶部件等地方。在食品工業和化學工業用的由為廣泛，在食品工業它可以做食品保鮮液體的貯罐，在化工行業它可以用來做反應容器，可以用來做 換熱容器，也可以用來做鍋爐容器。可以說它的用途是非常廣泛的，在未來的日 子里應用也將越來越多。而在這之中用的尤為多的就是在低溫壓力容器制造行 業，低溫壓力容器是工作時壁溫在-20 C以下的壓力容器。液化乙烯、液化天然 氣、液氮和液氫等的儲存和運輸用容器均屬低溫壓力容器。對于低溫壓力容器首 先要選用合適的材料，制造這類產品首先要考慮它是否具有良好的韌性，其次盛裝這些介質需要材料

19、具有很好的抗腐蝕能力。而0cr18ni9這兩種性能都有，在低溫下還具有很好的強度和機械性能，因而它在這個行業應用很廣泛。4.OCr18Ni9 的焊接4.1 0Cr18Ni的焊接性分析對于什么是焊接性，GB/T3375-94焊接術語中注明：“材料在限定的施工條件下，焊接成按規定設計要求的構件，并滿足預定服役要求的能力”。它包括兩方面的內容：其一是焊成的構件符合設計要求；其二是滿足預定的使用條件， 能夠安全運行。4.1.1根據討論問題的著眼點不同，焊接性可分為：（1）工藝焊接性（2）使用焊接性4.1.2影響焊接性的因素主要有以下幾點：（1）材料因素（2）焊接方法（3）構件類型（4）使用要求金屬的焊

20、接性與材料成分、焊接方法、構件類型、使用要求都有密切的關系，所以不應脫離這些因素而單純的從材料本身的性能來評價焊接性。從上述分析可以看出，很難找出一項技術指標可以概括焊接性， 只有通過綜合多方面的因素才 能分析焊接性問題。分析金屬的焊接性我們在不要求做非常準確的情況下我們可以根據碳當量、 材料的化學性能、材料的物理性能來判斷，如果要求需要很準確的話我們可以通 過焊接性試驗來判定。0cr18ni9的焊接性能我們就從這方面來判定：4.1.3 0Cr18Ni9 的焊接要求（1）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

21、環的作用下，主要顯示出以 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。（2）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

22、此我們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。0Cr18Ni9屬于奧氏體不銹鋼，它的使用范圍是很廣泛的，并且它的焊接性 能也是非常好的，幾乎所有的接方式對它都是實用的。在生產中我們常見的焊接 方法有：焊條電弧焊、鎢極氬弧焊、熔化極氣體保護焊、埋弧自動焊等。由于

23、 0Cr18Ni9具有特殊的性能，在現代工業生產中用的也很多，在國外也是應用的 很多，在日本它的相應標準是USU304,在美國它的相應標準是304。這種鋼一般 作為不銹耐熱鋼用較為廣泛，在化工設備和食品用設備中應用最多。我這次的設計課題就是0Cr18Ni9的手工電弧焊焊接工藝，因而我就著重從 手工電弧焊的角度去談談它的焊接。選擇焊條電弧焊去焊接就必須要確定焊條的 種類然后才能去焊接。對于0Cr18Ni9這種鋼首先判斷出它是屬于奧氏體不銹鋼， 判斷出它是奧氏體不銹鋼后可以確定要用不銹鋼焊條進行焊接，再根據等強度和焊縫金屬的合金元素要與母才相接近的原則選擇焊條，經過上面的篩選可以確定 出焊接這種金

24、屬的材料是 A132焊條。對于焊條的選擇我們可以還參照下面的方 法：為提高生產率，通常選用直徑較粗的焊條，但一般不大于6mm工件厚度在4 mm以下的對接焊時，一般均用直徑小于等于工件厚度的焊條。可參考表4.1。大厚度工件焊接時，一般接頭處都要開坡口，在焊打底層焊時，可采用2.54mm 直徑的焊條，之后的各層均可采用 56 mm直徑的焊條。立焊時，焊條直徑一般 不超過5毫米；仰焊時則不應超過4毫米。|焊件厚度/mm1 12焊條直徑/mmw板厚 3.2 4 45 56表4.1.1焊條直徑與板厚的關系0Cr18Ni9 的焊接:421 焊接方法：SMAW4.2.2焊材型號：A132,規格C 3.2mm

25、423焊接電流：第一層90-110A，第二層 100-120A4.2.4焊接電壓：第一層18-22V，第二層 22-26V425焊接速度：第一層15-18 cm/min,第二層 18-21cm/min4.2.6頓邊為1cm4.2.7間隙為2cm4.2.8焊接示意圖通過試板的焊接我們可以更深一步的了解到這種金屬的焊接性能，我們可以從試板的焊接中更直觀的看出它的焊接。在一般的情況下這種奧氏體不銹鋼焊前 不需要進行預熱，焊后也不需要進行熱處理。同樣這種鋼對于其他焊接方法也是適用的并且焊接的質量成型也都不亞于 手工電弧焊，在低溫設備制造行業常用這種鋼來做內容器， 而內容器的連接就是 用的埋弧自動焊，用這種方法焊不僅焊接效率高而且焊接質量好成型也比較好 看，還有一種常用的焊接方法就是手工鎢極氬弧焊， 這種焊接方法雖然操作有點 困難對焊工的要求比較高，但是一旦你掌握了這種焊接方法，它的焊接質量絕對 是比手工電弧焊和二氧化碳氣體保護焊要好的， 外觀成型也要比這兩種焊