-1-焊接姓名：zlp班級(jí)：材料zlp班學(xué)號(hào)：308010zlp指導(dǎo)老師：hzj日期：2011年09月-1-焊接課程設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管的焊接已知條件：排氣管材料：不銹鋼；排氣管內(nèi)徑：110mm；排氣管厚度：1.5mm；要求：抗拉強(qiáng)度：450MPa，足夠的耐腐蝕性以及足夠的抗振動(dòng)疲勞性；使用條件：高溫（500左右）、振動(dòng)、常與尾氣和外界環(huán)境接觸；制作要求：高抗腐蝕性、耐高溫、高抗氧化性、焊縫密閉性、焊縫抗震動(dòng)疲勞性、足夠的抗拉強(qiáng)度、美觀等；設(shè)計(jì)內(nèi)容一、選材：奧氏體不銹鋼1）選擇依據(jù)各種不銹鋼的特性和用途鋼號(hào)特性用途奧氏體鋼30117Cr-7Ni-低碳與304鋼相比，Cr、Ni含量少，冷加工時(shí)抗拉強(qiáng)度和硬度增高，無磁性，但冷加工后有磁性。列車、航空器、傳送帶、車輛、螺栓、螺母、彈簧、篩網(wǎng)301L17Cr-7Ni-0.1N-低碳是在301鋼基礎(chǔ)上，降低C含量，改善焊口的抗晶界腐蝕性；通過添加N元素來彌補(bǔ)含C量降低引起的強(qiáng)度不足，保證鋼的強(qiáng)度。鐵道車輛構(gòu)架及外部裝飾材料30418Cr-8Ni作為一種用途廣泛的鋼，具有良好的耐蝕性、耐熱性，低溫強(qiáng)度和機(jī)械特性；沖壓、彎曲等熱加工性好，無熱處理硬化現(xiàn)象（無磁性，使用溫度-196800）。家庭用品（1、2類餐具、櫥柜、室內(nèi)管線、熱水器、鍋爐、浴缸），汽車配件（風(fēng)擋雨刷、消聲器、模制品），醫(yī)療器具，建材，化學(xué)，食品工業(yè)，農(nóng)業(yè)，船舶部件304L18Cr-8Ni-低碳作為低C的304鋼，在一般狀態(tài)下，其耐蝕性與304剛相似，但在焊接后或者消除應(yīng)力后，其抗晶界腐蝕能力優(yōu)秀；在未進(jìn)行熱處理的情況下，亦能保持良好的耐蝕性，使用溫度-196800。應(yīng)用于抗晶界腐蝕性要求高的化學(xué)、煤炭、石油產(chǎn)業(yè)的野外露天機(jī)器，建材耐熱零件及熱處理有困難的零件304Cu13Cr-7.7Ni-2Cu因添加Cu其成型性，特別是拔絲性和抗時(shí)效裂紋性好，故可進(jìn)行復(fù)雜形狀的產(chǎn)品成形；其耐腐蝕性與304相同。保溫瓶、廚房洗滌槽、鍋、壺、保溫飯盒、門把手、紡織加工機(jī)器。304N118Cr-8Ni-N在304鋼的基礎(chǔ)上，減少了S、Mn含量，添加N元素，防止塑性降低，提高強(qiáng)度，減少鋼材厚度。構(gòu)件、路燈、貯水罐、水管304N218Cr-8Ni-N與304相比，添加了N、Nb，為結(jié)構(gòu)件用的高強(qiáng)度鋼。構(gòu)件、路燈、貯水罐-2-31618Cr-12Ni-2.5Mo因添加Mo，故其耐蝕性、耐大氣腐蝕性和高溫強(qiáng)度特別好，可在苛酷的條件下使用；加工硬化性優(yōu)（無磁性）。海水里用設(shè)備、化學(xué)、染料、造紙、草酸、肥料等生產(chǎn)設(shè)備；照像、食品工業(yè)、沿海地區(qū)設(shè)施、繩索、CD桿、螺栓、螺母316L18Cr-12Ni-2.5Mo低碳作為316鋼種的低C系列，除與316鋼有相同的特性外，其抗晶界腐蝕性優(yōu)。316鋼的用途中，對抗晶界腐蝕性有特別要求的產(chǎn)品。32118Cr-9Ni-Ti在304鋼中添加Ti元素來防止晶界腐蝕；適合于在430-900溫度下使用。航空器、排氣管、鍋爐汽包2）奧氏體不銹鋼的主要成分及其決定性作用鉻：決定不銹鋼性屬的元素只有一種，這就是鉻，每種不銹鋼都含有一定數(shù)量的鉻。鉻是不銹鋼中最基本的合金元素，其含量一般均在13%以上。它的主要作用是提高鋼的耐蝕性。在氧化性介質(zhì)中，鉻吸收鐵的電子使鐵鈍化，使鋼表面形成一層牢固而致密的鉻的氧化物，使鋼受到保護(hù)。鈍化是由于陽極反應(yīng)被阻止而引起金屬與合金耐腐蝕性能被提高的現(xiàn)象。鉻溶于鋼中能顯著提高鐵基固溶體的電極電位，降低了因電極電位不同形成的電化學(xué)腐蝕。鉻還能與鎳配合，可形成單相奧氏體組織并賦予鋼良好的耐蝕性、良好的韌性和強(qiáng)度。鎳：鎳在不銹鋼中的作用是在與鉻配合后才發(fā)揮出來的。鎳是優(yōu)良的耐腐蝕材料，也是合金鋼的重要合金化元素。鎳在鋼中是形成奧氏體的元素，但低碳鎳鋼要獲得純奧氏體組織，含鎳量要達(dá)到24；而只有含鎳27時(shí)才使鋼在某些介質(zhì)中的耐腐蝕性能顯著改變。所以鎳不能單獨(dú)構(gòu)成不銹鋼。但是鎳與鉻同時(shí)存在于不銹鋼中時(shí)，含鎳的不銹鋼卻具有許多可貴的性能?；谏厦娴那闆r可知，鎳作為合金元素在不銹鋼中的作用，在于它使高鉻鋼的組織發(fā)生變化，從而使不銹鋼的耐腐蝕性能及工藝性能獲得某些改善。奧氏體不銹鋼，是指在常溫下具有奧氏體組織的不銹鋼。鋼中含Cr約18%、Ni8%10%、C約0.1%時(shí)，具有穩(wěn)定的奧氏體組織。奧氏體鉻鎳不銹鋼包括著名的18Cr-8Ni鋼和在此基礎(chǔ)上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素發(fā)展起來的高Cr-Ni系列鋼。奧氏體不銹鋼無磁性而且具有高韌性和塑性，但強(qiáng)度較低，不可能通過相變使之強(qiáng)化，僅能通過冷加工進(jìn)行強(qiáng)化，如加入S，Ca，Se，Te等元素，則具有良好的易切削性。3）焊接時(shí)元素?zé)龘p情況及解決方法金屬在高溫情況下，表層離子和氧化性氣體接觸并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使表面生-3-成氧化物，這種現(xiàn)象叫做氧化，也叫燒損。其實(shí)質(zhì)是一種擴(kuò)散過程，主要受被加熱金屬的化學(xué)成分和加熱環(huán)境（氣體環(huán)境、加熱溫度、加熱時(shí)間）兩個(gè)方面的因素影響。Cr、Ni是不銹鋼的主要組成元素，而它們能在金屬表面形成致密氧化膜，阻止了氧化性氣體相金屬內(nèi)部擴(kuò)散，而且其氧化物膨脹系數(shù)幾乎與鋼一致，能牢固的附在鋼的表面而不脫落，阻止了氧化的進(jìn)行。當(dāng)Cr、Ni含量達(dá)到13%-20%的時(shí)候，幾乎不產(chǎn)生氧化。但焊接時(shí)不銹鋼中仍有其他元素會(huì)被燒損，所選的焊絲中也會(huì)有部分元素會(huì)被燒損，進(jìn)而影響焊縫性能?？梢酝ㄟ^以下方法加以解決：適當(dāng)提高焊接速度，縮短局部加熱時(shí)間；控制保護(hù)氣的純度，嚴(yán)格按照規(guī)范使用保護(hù)氣，并采取措施減少外界環(huán)境對保護(hù)氣的干擾。4）奧氏體不銹鋼焊接特點(diǎn)、易出現(xiàn)的缺陷及解決方法奧氏體不銹鋼具有良好的可焊性，但焊接材料或焊接工藝不正確時(shí)，會(huì)出現(xiàn)以下缺陷：A、晶問腐蝕晶間腐蝕產(chǎn)生原因：晶問腐蝕發(fā)生于晶粒邊界，所以叫晶問腐蝕。它是奧氏體不銹鋼最危險(xiǎn)的一種破壞形式，它的特點(diǎn)是腐蝕沿晶界深人金屬內(nèi)部，并引起金屬機(jī)械性能和耐腐蝕性能的下降。奧氏體不銹鋼在450850溫度區(qū)間范圍內(nèi)停留一定時(shí)問后，則晶界處會(huì)析出C，其中的鉻主要來自晶粒表層，內(nèi)部的鉻如來不及補(bǔ)充，會(huì)使晶界晶粒表層的含鉻量下降而形成貧鉻區(qū)，在強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的作用下，晶界貧鉻區(qū)受到腐蝕就會(huì)形成晶間腐蝕。受到晶間腐蝕的不銹鋼在表面上沒有明顯的變化，但在受力時(shí)會(huì)沿晶界斷裂，幾乎完全喪失強(qiáng)度。防止晶間腐蝕的措施：選用超低碳C003、添加鈦或鈮等穩(wěn)定元素的不銹鋼焊條。采用小規(guī)范，目的是為了減少危險(xiǎn)溫度范圍停留時(shí)間，采用小電流、快焊速、短弧焊及不作橫向擺動(dòng)。焊縫可采用強(qiáng)制冷卻(如銅墊板、水冷)方法加快焊接接頭的冷卻速度，減少熱影響區(qū)。多層焊時(shí)，應(yīng)控制層間溫度，要前一道焊縫冷卻至60以下時(shí)再焊。-4-接觸介質(zhì)的那面焊縫最后焊接。焊后固溶處理。將工件加熱至10501150后淬火，使晶界上的CC6溶人晶粒內(nèi)部，形成均勻的奧氏體組織。B、熱裂紋熱裂紋產(chǎn)生原因：液相線和固相線距離大，凝固過程溫度范圍大，使低熔點(diǎn)雜質(zhì)偏析嚴(yán)重，而且集中在晶界處。膨脹系數(shù)大，所以冷卻收縮時(shí)的應(yīng)力也大。控制熱裂紋產(chǎn)生的措施：控制焊縫金屬組織，盡量使焊縫金屬呈雙相組織，鐵素體的含量控制在35以下。因?yàn)殍F素體能大量溶解有害的S、P雜質(zhì)?？刂苹瘜W(xué)成分，應(yīng)減少焊縫金屬中的鎳、碳、硫、磷含量，增加鉻、鉬、硅及錳等元素，可以減少熱裂紋的產(chǎn)生。選用適當(dāng)?shù)暮笚l藥皮類型。用低氫型藥皮焊條可以使焊縫晶粒細(xì)化，減少雜質(zhì)偏析，提高抗裂性。用酸性藥皮焊條氧化性強(qiáng)，使合金元素?zé)龘p多，抗裂性下降，而且晶粒粗大，使熱裂紋極易產(chǎn)生。采用適當(dāng)?shù)暮附右?guī)范和冷卻速度。采用小規(guī)范，即小電流、快焊速來減少焊接熔池過熱、快速冷卻，以減少偏析，使抗裂性提高。多層焊時(shí)，要控制層問溫度，前一焊道冷卻至6o后再焊。C、應(yīng)力腐蝕開裂應(yīng)力腐蝕開裂產(chǎn)生原因：應(yīng)力腐蝕開裂是焊接接頭在特定腐蝕環(huán)境下，受拉伸應(yīng)力作用時(shí)所產(chǎn)生的延遲開裂現(xiàn)象。奧氏體不銹鋼焊接接頭的應(yīng)力腐蝕開裂是焊接接頭比較嚴(yán)重的失效形式，表現(xiàn)為無塑性變形的脆性破壞。應(yīng)力腐蝕開裂防止措施：合理制定成形加工和組裝工藝，盡可能減小冷卻變形度，避免強(qiáng)制組裝，防止組裝過程中造成各種傷痕(各種組裝傷痕及電弧灼痕，都會(huì)成為SCC的裂源，易造成腐蝕坑)。合理選擇焊材。焊縫與母材應(yīng)有良好的匹配，不產(chǎn)生任何不良組織，如晶-5-粒粗化及硬脆馬氏體等。采取合適的焊接工藝。保證焊縫成形良好，不產(chǎn)生任何應(yīng)力集中或點(diǎn)蝕的缺陷，如咬邊等采取合理的焊接順序，降低焊接殘余應(yīng)力。消除應(yīng)力處理。焊后熱處理，如焊后完全退火或退火；在難以實(shí)施熱處理時(shí)采用焊后錘或噴丸等。D、焊縫成形不良焊縫成形不良產(chǎn)生原因：奧氏體不銹鋼焊接時(shí)，由于焊縫中合金元素含量高，熔池流動(dòng)性差，易造成焊縫表面成形不良。主要表現(xiàn)在根部焊道背面成形惡化及蓋面焊道表面粗糙。焊縫表面成形不良對焊縫性能的影響在常溫或高溫工況下表現(xiàn)不明顯，但在低溫工況下，其成形不良所造成的應(yīng)力集中，對焊縫低溫性能的影響不亞于焊縫內(nèi)部質(zhì)量的影響。防止措施：對于焊縫成形不良以及焊接熱影響區(qū)的晶問腐蝕問題，可以通過焊接工藝來加以解決。采用鎢極氬弧焊打底、較小的焊接線能量，來控制熱影響區(qū)處于敏化溫度區(qū)間的范圍。E、焊接接頭的脆化奧氏體不銹鋼的焊縫在高溫加熱一段時(shí)間后，就會(huì)出現(xiàn)沖擊韌度下降的現(xiàn)象，稱為脆化。（1）焊縫金屬的低溫脆化（475脆化）產(chǎn)生原因：含有較多鐵素體的相（超過15%20%）的雙相焊縫組織，經(jīng)過350500加熱后，塑性和韌性會(huì)顯著下降，由于475時(shí)脆化速度最快，故稱為475脆化。對于奧氏體不銹鋼焊接接頭，耐蝕性或抗氧化性并不總是最為關(guān)鍵的性能，在低溫使用時(shí)，焊縫金屬的塑韌性就成為關(guān)鍵性能。為了滿足低溫韌性的要求，焊縫組織通常希望獲得單一的奧氏體組織，避免鐵素體的存在。鐵素體的存在，總是惡化低溫韌性，而且含量越多，這種脆化越嚴(yán)重。防治措施：-6-在保證焊縫金屬抗裂性能和抗腐蝕性能的前提下，應(yīng)將鐵素體相控制在較低的水平，約5%左右。已產(chǎn)生475脆化的焊縫，可經(jīng)900淬火消除。（2）焊接接頭的相脆化產(chǎn)生原因：奧氏體不銹鋼焊接接頭在375875溫度范圍內(nèi)長期使用，會(huì)產(chǎn)生一種FeCr間化合物，稱為相。相硬而脆（HRC68）。由于相析出的結(jié)果，使焊縫沖擊韌度急劇下降，這種現(xiàn)象稱為相脆化。相一般僅在雙相組織焊縫內(nèi)出現(xiàn)；當(dāng)使用溫度超過800850時(shí)，在單相奧氏體焊縫中也會(huì)析出相。防止措施：限制焊縫金屬中的鐵素體含量(小于15%)；采用超合金化焊接材料,即高鎳焊材,并嚴(yán)格控制Cr、Mo、Ti、Nb等元素的含量。采用小規(guī)范,以減小焊縫金屬在高溫下的停留時(shí)間。對已析出的相在條件允許時(shí)進(jìn)行固溶處理,使相溶入奧氏體。把焊接接頭加熱到10001050，然后快速冷卻。相一般在Cr18N