0CR19NI10鋼板熔化極氬弧焊工藝設(shè)計摘要本說明書分析了0CR19NI10鋼的化學(xué)成分、物理性能、力學(xué)性能和它的焊接性，并在此基礎(chǔ)上制定了一套熔化極氬弧焊的工藝設(shè)計，包括0CR19NI10鋼焊接方法的選擇和分析、焊前準(zhǔn)備、保護(hù)氣體、焊接材料、焊接工藝要點、焊接工藝參數(shù)以及焊后檢驗。關(guān)鍵詞0CR19NI10鋼；熔化極氬弧焊；焊接工藝一、0CR19NI10鋼的基本數(shù)據(jù)及性能分析10CR19NI10鋼的介紹材料名稱奧氏體不銹鋼熱處理狀態(tài)固溶處理特性及適用范圍奧氏體不銹鋼的室溫組織為奧氏體，它是在高鉻不銹鋼中加入適當(dāng)?shù)腘I而形成的。奧氏體不銹鋼因含CR和NI較多，在氧化性、中性及弱還原性介質(zhì)中有良好的耐蝕性，是應(yīng)用最廣泛的不銹鋼。20CR19NI10鋼的化學(xué)成分0CR19NI10鋼板兩塊，規(guī)格7100300。0CR19NI10鋼化學(xué)成分如表1所示。表10CR19NI10鋼的化學(xué)成分化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，）牌號CSIMNSPSCRNI0CR19NI100081020003003500351802008012030CR19NI10鋼的物理性能和力學(xué)性能0CR19NI10鋼的物理性能如表2所示表20CR19NI10鋼的物理性能物理性能牌號密度/3MKG線膨脹系數(shù)0CO538/O610熱導(dǎo)率100/O1KMW比熱容100/CO1KGJ電阻率/018M熔點/CO0CR19NI10708017019218722846050069102140014500CR19NI10鋼的物理性能如表3所示表30CR19NI10鋼的力學(xué)性能牌號力學(xué)性能屈服強(qiáng)度S/MPA抗拉強(qiáng)度B/MPA伸長率/HBHRBHV0CR19NI102055204018790200二、0CR19NI10鋼的焊接性奧氏體不銹鋼具有良好的彎折、卷曲和沖壓成形性，冷加工時不會產(chǎn)生任何的淬火硬化。由于不發(fā)生相變，對氫脆不敏感，接頭具有良好的塑性和韌性，盡管其線膨脹系數(shù)比較大，但焊接過程中極少出現(xiàn)冷裂紋。從這一點上看，其焊接性比鐵素體不銹鋼和馬氏體不銹鋼都要好。奧氏體不銹鋼焊接時存在的主要問題是接頭產(chǎn)生碳化鉻沉淀析出，耐蝕性下降焊縫及熱影響區(qū)熱裂紋敏感性大；接頭中鐵素體含量高時，可能出現(xiàn)475脆化或A相脆化。1焊接接頭的晶間腐蝕1）晶間腐蝕1產(chǎn)生晶間腐蝕的原因奧氏體不銹鋼焊縫和HAZ敏化區(qū)的晶間腐蝕，都與敏化過程使晶界形成貧鉻層有關(guān)。焊縫產(chǎn)生晶間腐蝕可有兩種情況一種是焊態(tài)下已有CR23C6析出，如多層焊縫的重復(fù)加熱區(qū)域另一種為接頭在焊態(tài)下無貧鉻層，焊后經(jīng)過敏化溫度區(qū)間，因而具有晶間腐蝕傾向。2防止焊接接頭產(chǎn)生晶間腐蝕的措施。冶金措施A降低母材和焊縫中的碳含量。B添加、鈦等穩(wěn)定化元素，改變碳化物的類型。C調(diào)整焊縫的組織形態(tài)。工藝措施A選擇合適的焊接方法B焊接參數(shù)應(yīng)在保證焊縫質(zhì)量的前提下，采用小的焊接電流和最快的焊接速度。C在操作上盡量采用窄焊縫，多道多層焊，并注意每焊完一道焊縫后，要等焊接處冷卻至室沮再進(jìn)行下一道焊縫的焊接在施焊過程中，不允許焊條或焊絲擺動；焊接管子采用氬弧焊打底時，可以不加填充材料進(jìn)行熔焊，在可能的條件下，管內(nèi)通氬氣保護(hù)，保護(hù)熔池不被氧化、加快焊縫的冷卻速度、有利于背面焊縫的成形。D強(qiáng)制捍接區(qū)的快速冷卻。E進(jìn)行固溶處理或穩(wěn)定化處理。2）熔合區(qū)附近的刀狀腐蝕1刀狀腐蝕產(chǎn)生的原因刀狀腐蝕簡稱刀蝕，它是焊接接頭中特有的一種晶間腐蝕，只發(fā)生在含有TI、NI等穩(wěn)定化元素鋼焊接接頭中。腐蝕部位沿熔合線發(fā)展，處于HAZ的過熱區(qū)，由于區(qū)域很窄電弧一般為1015MM，形狀猶如刀削切口，稱為刀狀腐蝕。2防止刀蝕的措施A降低母材的含碳量。B采用合理的焊接工藝。2焊接熱裂紋與其他不銹鋼相比，單相奧氏體不銹鋼焊接時，具有較高的熱裂紋敏感性，在焊縫及近縫區(qū)都有可能出現(xiàn)熱裂紋，最常見的是焊縫結(jié)晶裂紋，也可能在HAZ或多層焊道間出現(xiàn)液化裂紋。1）熱裂紋產(chǎn)生的原因A有害雜質(zhì)元素B粗大柱狀晶組織C物理性能2）防止焊接熱裂紋產(chǎn)生的措施1冶金措施A嚴(yán)格控制焊縫金屬中有害雜質(zhì)元素的含量。B調(diào)整焊縫化學(xué)成分。C控制焊縫金屬中的鉻鎳比。D在焊縫金屬中加入少量的鈰、鋯等微量元素。2工藝措施焊接時應(yīng)盡量減小熔池過熱程度，以防止形成粗大的柱狀晶為此，焊接時宜采用小線能量及小截面的焊道，多層焊時，道間溫度不宜過高，以避免焊縫過熱，焊接過程中焊條不允許擺動，采用窄焊縫的操作技術(shù)。3應(yīng)力腐蝕開裂應(yīng)力腐蝕開裂是在拉應(yīng)力和特定腐蝕介質(zhì)共同作用下而發(fā)生的一種破壞形式。應(yīng)力腐蝕開裂是奧氏體不銹鋼非常敏感且經(jīng)常發(fā)生的腐蝕破壞形市。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計資料表明在化工設(shè)備破壞事故中，不銹鋼的應(yīng)力腐蝕開裂引起的事故占整個破壞事故的60以上。防止應(yīng)力腐蝕開裂的措施A合理設(shè)計焊接接頭，避免腐蝕介質(zhì)在焊接接頭尖部位聚集，降低或消除焊接接頭應(yīng)力集中。B消除或降低焊接接頭的殘余應(yīng)力。C改善焊件表面狀態(tài)，對敏化側(cè)表面進(jìn)行噴丸和錘擊處理，造成表面壓應(yīng)力，或?qū)γ艋砻孢M(jìn)行拋光、電鍍或噴涂等，提高耐腐蝕性能。D采用合理的焊接工藝，選用熱源集中的焊接方法、小線能量及快速冷卻等措施。E正確選用材料。4焊接接頭的脆化1）焊縫金屬的低溫脆化在低溫使用時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。2）焊接接頭的相脆化相是一種脆硬的金屬間化合物，主要析集于柱狀晶的晶界。在奧氏體焊縫中，相和相可發(fā)生相相轉(zhuǎn)變，如CR25一NI20焊縫在800一900加熱時，將發(fā)生強(qiáng)烈的轉(zhuǎn)變；在奧氏體鐵素體雙相組織的焊縫中，當(dāng)鐵素體含量較高時12時的轉(zhuǎn)變非常顯著，造成焊縫金屬的明顯脆化。三、0CR19NI10鋼焊接方法的選擇和分析奧氏體不銹鋼可以采用所有的熔焊方法，如焊條電弧焊、鎢極氬弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊、埋弧焊、等離子弧焊等進(jìn)行焊接。另外如電阻點焊、縫焊、閃光對焊、激光焊接、電子束焊、釬焊都可以用于奧氏體不銹鋼的焊接。但對于組織性能不同的奧氏體不銹鋼，應(yīng)根據(jù)具體的焊接性和接頭使用性能的要求，合理選擇最佳的焊接方法。1焊條電弧焊焊條電弧焊是常用的焊接方法，具有操作靈活、方便等優(yōu)點。為提高焊縫金屬抗熱裂紋能力，宜選擇堿性藥皮的焊條；對于耐蝕性要求高、表面成形要求胡搜的焊縫，宜選用工藝性能良好的鈦鈣型藥皮的焊條。2氬弧焊氬弧焊是焊接奧氏體不銹鋼的理想方法，焊接過程中合金元素?zé)龘p很小，焊縫表面潔凈無渣，焊縫成形好。此外由于焊接線能量較低，特別適宜對過熱敏感的奧氏體不銹鋼的焊接。3埋弧焊埋弧焊是一種高效的焊接方法，特點是線能量大，熔池尺寸較大，冷卻速度和凝固速度慢，因此焊接熱裂紋敏感性增大。埋弧焊對母材稀釋率變化范圍大1075,這就會對焊縫金屬成分產(chǎn)生重大影響，關(guān)系到焊縫組織中鐵素體含量的控制。4CO2氣體保護(hù)焊CO2氣體保護(hù)焊不適合焊接奧氏體不銹鋼，因為CO2氣體保護(hù)焊焊接時會使焊縫增碳，當(dāng)焊絲WC01時，可時焊縫增碳002004，對接頭的耐蝕性不利。5等離子弧焊等離子弧焊也屬于惰性氣體保護(hù)的熔化焊方法，由于等離子弧能量集中、焊件加熱范圍小、焊接速度快、熱能利用率高及影響區(qū)窄等特點，對提高焊接接頭的耐蝕性和改善接頭組織非常有利。由以上對能夠焊接不銹鋼的方法進(jìn)行詳細(xì)的分析后，通過對奧氏體不銹鋼成分及性能的了解，故可判斷出選擇熔化極氬弧焊焊接0CR19NI10鋼較為合適。四、0CR19NI10鋼焊接工藝的制定和論證1焊前準(zhǔn)備為了保證焊接接頭的耐蝕性，防止焊接缺陷，在焊前準(zhǔn)備中，對下列問題應(yīng)與以特別注意。1下料方法奧氏體不銹鋼中有較多的鉻，用氧乙炔火焰切割有困難，可用機(jī)械切割、等離子弧切割及碳弧氣刨等方法進(jìn)行坡口加工。2焊前清理焊前應(yīng)將坡口及其兩側(cè)2030MM范圍內(nèi)的焊件表面清理干凈。對表面質(zhì)量要求特別高的焊件，應(yīng)在適當(dāng)范圍內(nèi)涂上用白粉調(diào)制的糊漿，以防止飛濺金屬損傷鋼材表面。3表面防護(hù)在搬運(yùn)、坡口制備、裝配及點焊過程中，應(yīng)注意避免損傷不銹鋼表面，以免使產(chǎn)品的耐蝕性能降低，如不允許在鋼材表面隨意打弧及用利器劃傷鋼材表面等。2保護(hù)氣體用純AR焊接不銹鋼時，存在下面一些問題1液體金屬的粘度及表面張力較大，易產(chǎn)生氣孔。焊縫金屬濕潤性差，焊縫兩側(cè)易形成咬肉等缺陷。2）電弧陰極斑點不穩(wěn)定，產(chǎn)生陰極漂移現(xiàn)象。電弧根部這種不穩(wěn)定會引起焊縫熔深及焊縫成形的不規(guī)則。由于上訴原因，用純AR保護(hù)的MIG焊焊接不銹鋼等是不合適的。通常在AR中加入一定量的。使上訴問題得以改善。2O實踐證明，AR中加入體積分?jǐn)?shù)為1的就可克服陰極斑點漂移現(xiàn)象。另外，加入2O有利于金屬熔滴的細(xì)化，降低射流過渡的臨界電流值。2用AR混合氣體焊接的不銹剛，經(jīng)抗腐蝕試驗證明，在AR中加入微量的，對2O2O接頭的抗腐蝕能力無明顯影響；當(dāng)含氧的體積分?jǐn)?shù)超過2時，焊縫表面氧化明顯，接頭質(zhì)量下降。故焊接0CR19NI10鋼時，保護(hù)氣體可選用AR15。2O3焊接材料奧氏體不銹鋼的焊接，通常采用同材質(zhì)焊接材料。對于工作在高溫條件下的奧氏體不銹鋼，填充材料選擇的原則是在無裂紋的前提下，保證焊縫金屬的熱強(qiáng)性與母材基本相同，這就要求其合金成分大致與母材成分匹配，同時應(yīng)當(dāng)考慮焊縫金屬中鐵素體含量的控制。對在腐蝕介質(zhì)下工作的奧氏體不銹鋼，主要按腐蝕介質(zhì)和耐腐蝕性要求來選擇焊接材料，一般選用與母材成分相同或相近的焊接材料。由于含碳量對抗腐蝕性有很大影響，因此熔敷金屬中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不能高于母材。腐蝕性弱或僅為避免銹蝕污染的設(shè)備，可選用含TI或NB等穩(wěn)定化元素或超低碳焊接材料；對于耐酸腐蝕性能較高的工件，常選用含MO的焊接材料。熔化極氬弧焊焊絲的化學(xué)成分應(yīng)該與母材的化學(xué)成分匹配，并且具有良好的焊接工藝性能和焊縫力學(xué)性能。綜合考慮奧氏體不銹鋼對焊接材料的要求和熔化極氬弧焊對焊絲的要求，再考慮母材的化學(xué)成分，焊接0CR19NI10鋼時，可采用H0CR19NI10焊絲。4焊接工藝要點根據(jù)奧氏體不銹鋼對抗裂性和耐蝕性的要求，焊接時要注意以下幾點1焊前不預(yù)熱由于奧氏體不銹鋼具有較好的塑性，冷裂紋傾向較小，因此焊前不必預(yù)熱。多層焊時要避免道間溫度過高，一般應(yīng)冷到100以下再焊下一層；否則接頭冷卻速度慢，CO將產(chǎn)生促使析出鉻的碳化物等不利影響。2防止接頭過熱具體措施有焊接電流比低碳鋼時效1020，短弧快速焊，直線運(yùn)條，減少起弧、收弧次數(shù)，盡量避免重復(fù)加熱，強(qiáng)制冷卻焊縫加銅墊板、噴水冷卻等。3要保證工件表面完好無損焊件表面損傷是產(chǎn)生腐蝕的根源，避免碰撞損傷，避免在焊件表面進(jìn)行引弧，造成局部燒傷等。4焊后熱處理奧氏體不銹鋼焊接后，原則上不進(jìn)行熱處理。只有焊接接頭產(chǎn)生了脆化或要進(jìn)一步提高其耐蝕能力時，才根據(jù)需要選擇固溶處理、穩(wěn)定化處理或消除應(yīng)力處理。5焊接工藝參數(shù)熔化極氬弧焊的焊接參數(shù)主要有焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲伸出長度、焊絲傾角、焊絲直徑、保護(hù)氣體的種類及其流量等。1焊接電流和電弧電壓通常是根據(jù)焊件的厚度及焊縫熔深來選擇焊接電流及焊絲直徑。根據(jù)焊接電流來確定送絲速度，在焊絲直徑一定的情況，送絲速度增加焊接電流增加。再根據(jù)焊接電流匹配合適的電弧電壓從而形成合適的熔滴過渡形式及穩(wěn)定的焊接過程。2焊接速度在焊件厚度、焊接電流及電弧電壓等其他條件確定的情況下，焊接速度增加，焊縫熔深及熔寬均減??；焊縫單位長度上的焊絲熔敷量減小，焊縫余高將減小。焊接速度過高可能產(chǎn)生咬邊，要根據(jù)焊縫成形及焊接電流來確定合適的焊接速度。3焊絲伸出長度焊絲的伸出長度增加，其電阻熱增加，焊絲的熔化速度增加。過長的焊絲伸出長度會造成低電弧熱熔敷過多的焊縫金屬，使焊縫成形不良，熔深減小，電弧不穩(wěn)定。焊絲伸出長度過短，電弧易燒導(dǎo)電嘴，金屬飛濺易堵塞噴嘴。對于短路過渡焊接，合適的伸出長度為613MM其他形式的熔滴過渡焊接，合適的伸出長度為1325MM。4保護(hù)氣體流量熔化極氫弧焊要求保護(hù)氣體具有良好的保護(hù)效果，如果保護(hù)不良，將產(chǎn)生焊接質(zhì)量問題。保護(hù)氣體從噴嘴流出時如果能形成較厚的層流，將有較大的保護(hù)范圍及良好的保護(hù)作用。但是如果流量過大或過小，就會造成紊流。保護(hù)效果不好。因此，對于一定孔徑的噴嘴，都有一個合適的保護(hù)氣體流量范圍。常用的熔化極氬弧焊的噴嘴孔徑為20MM左右保護(hù)氣體流量為1030L/MIN。大電流熔化極氬弧焊時應(yīng)該用更大直徑的噴嘴，需要更大的保護(hù)氣流量。5焊接層數(shù)根據(jù)焊接方法、焊件厚度和熔化極氬弧焊的單層最大厚度確定合適的焊接層數(shù)。厚板弧焊時，應(yīng)開坡口并采用多層焊（每層1條焊縫）或多層多道焊（每層有2條以上的焊縫），多層焊和多層道焊接頭的顯微組織較細(xì)，熱影響區(qū)較窄，因此，接頭的塑性和韌性都較好。6坡口形式厚度不大于3MM的碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、鋁的對接接頭及厚度不大于25MM的高鎳合金，一般開I形坡口。厚度在312MM的上述材料，可開U形、Y形或J型坡口。厚度大于12MM的上述材料，采用雙U形或雙Y形坡口。Y形坡口的坡口角度碳鋼、低合金鋼及不銹鋼為60，高鎳合金鋼為80；當(dāng)用交流電焊接鋁時為90。當(dāng)進(jìn)行0CR19NI10鋼平板焊接時,其坡口形式如下圖1焊縫坡口形式及尺寸根據(jù)以上熔化極氬弧焊焊接參數(shù)的選定原則，當(dāng)進(jìn)行0CR19NI10鋼平板焊接時，其焊接參數(shù)如下表表40CR19NI10鋼熔化極氬弧焊對接焊接工藝參數(shù)表坡口尺寸板厚/MM坡口形式焊接位置焊接層數(shù)間隙/MM坡口角度/鈍邊/MM7Y平焊32602焊接焊絲電流/A電壓/V速度/MMMIN1直徑/MM送進(jìn)速度/MMIN1保護(hù)氣流量/LMIN1220260222630050016451418五、0CR19NI10鋼的焊后檢驗焊后檢驗是對焊接質(zhì)量的綜合評定，尤其是對有特殊性能要求的產(chǎn)品，焊后檢驗成為決定其質(zhì)量和能否投入使用的關(guān)鍵。焊后檢驗的內(nèi)容主要包括焊縫的外觀檢驗、焊縫密封性性檢驗和焊縫內(nèi)部缺陷檢驗。從對0CR19NI10鋼的焊接性進(jìn)行分析后可知，焊接過程中會出現(xiàn)的問題有焊接接頭的晶間腐蝕、焊接熱裂紋、應(yīng)力腐蝕開裂、焊接接頭的脆化。針對焊接過程中的問題和焊后使用過程中可能出現(xiàn)的其他問題，需要對焊縫進(jìn)行詳細(xì)的外觀檢驗和內(nèi)部缺陷檢驗。1外觀檢測1利用低倍放大鏡或肉眼觀察焊縫表面是否有咬邊、夾渣、氣孔、裂紋等表面缺陷。2用焊接檢驗尺測量焊縫余高、焊瘤、凹陷等。3用可拆卸的應(yīng)變計測量