1、焊接方法與設(shè)備課程設(shè)計(jì)任務(wù)書（2）題目：試制定尺寸為（p 45mmX 3.5mm，材質(zhì)為0Cr18Ni9,不銹鋼管對(duì)接的焊接工藝。（TIG）任務(wù)：根據(jù)設(shè)計(jì)題目中產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和材料性能，選擇焊接方法，確定焊接設(shè)備 型號(hào)；根據(jù)所確定焊接方法及設(shè)備，選擇焊接材料，確定焊接規(guī)范；焊前準(zhǔn)備和焊后處理、焊接輔助設(shè)備等；焊接操作要點(diǎn)及相關(guān)注意事項(xiàng)；焊接檢驗(yàn)方法及合格標(biāo)準(zhǔn)；編寫設(shè)計(jì)說明書一份，內(nèi)容包括上述產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和材料焊接性能分析， 所選擇的焊接方法，確定的焊接設(shè)備，選擇的焊接材料，確定的焊接規(guī)范；焊前 準(zhǔn)備和焊后處理、焊接輔助設(shè)備及焊接操作要點(diǎn)等。焊接方法及設(shè)備2.1產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及材質(zhì)性能分析本課程設(shè)計(jì)

2、所用的0Cr18Ni9屬于奧氏體不銹鋼，因此，它具有奧氏體不銹鋼的 一些一般性能。奧氏體不銹鋼材質(zhì)的特性：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%、 Ni 8%-10%、含C約0.1%時(shí)，具有穩(wěn)定的奧氏體組織。奧氏體銘竦不銹鋼包括著 名的18-8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。0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼材質(zhì)性能分析：特性：0Cr18Ni9

3、具有良好的耐蝕性、耐熱性、低溫強(qiáng)度和機(jī)械性能，沖壓彎 曲等熱加工性好，無熱處理硬化現(xiàn)象，無磁性。優(yōu)良的冷加工沖壓性能， 比較好的抗晶間腐蝕性能，對(duì)酸也有很強(qiáng)的抗腐蝕性。化學(xué)成份：碳 C : 0.07硅 Si：1.00錳 Mn：2.00硫 S : 0.030磷 P : 0.035銘 Cr： 17.00 19.00竦 Ni： 8.0011.00熱處理工藝：（熱處理規(guī)范：固溶10101150 。快冷。）由于含有較高的竦且在室溫下呈奧氏體單相組織，所以它與Cr13不銹鋼相比具有高的耐蝕性，在低溫、室溫及高溫下均有較高的塑歸和韌性， 以及較好的冷作成型和焊接性。但室溫下的強(qiáng)度較低，品間腐蝕及應(yīng)力腐 蝕傾

4、向較大，切削加工性較差。奧氏體在加熱時(shí)無相變，因此不能通過熱處理強(qiáng)化。只能以提高鋼的耐腐蝕性能進(jìn)行熱處理：1）固溶處理：其目的是使碳化物充分溶解并在常溫下保留在奧氏體中， 從而在常溫下獲單相奧氏體組織，使鋼具有最高的耐腐蝕性能。2）除應(yīng)力退火：為了消除冷加工后的殘余應(yīng)力，處理在較低的溫度下 進(jìn)行。一般加熱至250-425 C，經(jīng)常采用的是300-350 C。對(duì)于不含鈦或 鈮的鋼不應(yīng)超過450C，以免析出碳化銘而引起晶間腐蝕。3）穩(wěn)定化處理：為了防止鈦和鈮的奧氏體不銹鋼在焊接或固溶處理時(shí)， 由于TiC和NbC減少而引起耐晶間腐蝕性能降低，需將這種不銹鋼加熱到一 定溫度后再緩冷。力學(xué)性能：（如表2

5、1所示）表2-1 0Cr18Ni9的力學(xué)性能力學(xué)性能 材質(zhì)抗拉強(qiáng)度 O b （MPa）條件 屈服強(qiáng)度 O 0 2 （MPa）硬度HRC斷面伸縮 率甲（%）伸長率6 5（%）0Cr18Ni9520205906040用途：0Cr18Ni9廣泛應(yīng)用于家庭用品、櫥柜、室內(nèi)管線、熱水器、鍋爐、浴 缸、汽車配件、醫(yī)療器具、建材、化學(xué)、食品工業(yè)、農(nóng)業(yè)、船舶部件。2.2焊接方法及設(shè)備型號(hào)對(duì)于板厚為3.5mm的奧氏體不銹鋼板，宜采用直流鎢極氬弧焊進(jìn)行焊接，它 具有以下優(yōu)缺點(diǎn)：1）氬氣具有極好的保護(hù)作用，能有效的隔絕周圍空氣；它本身既不 與金屬起化學(xué)反應(yīng)，也不溶于金屬，使得焊接過程中的冶金反應(yīng)簡單易控 制，因此為

6、獲得較高質(zhì)量的焊縫提供良好條件。2）鎢極電弧非常穩(wěn)定，即使在很小電流情況下（10A）仍可穩(wěn)定燃燒， 特別適用于薄板材料焊接。3）熱源和填充焊絲可分別控制，因而熱輸入容易調(diào)整所以這種焊接方 法可進(jìn)行全方位焊接，也是實(shí)現(xiàn)單面焊雙面成型的理想方法。以下是所選用焊機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)：表2-2交直流兩用TIG焊機(jī)主要技術(shù)數(shù)據(jù)交直流兩用氬弧焊機(jī)型號(hào)WSE-315電流調(diào)節(jié)范圍/A20-315額定焊接電流/A315額定負(fù)載持續(xù)率（%）60脈沖頻率/Hz0.5-20正負(fù)半波寬度比（%）20-80空載電壓/V90引弧方式高頻電源類型IGBT逆變質(zhì)量/kg35焊絲均與不銹鋼管中心線偏移1530mm的距離，環(huán)焊縫為下坡

7、焊。如圖3所示。166焊接材料與焊接規(guī)范參數(shù)3.1焊接材料焊接材料是指焊接時(shí)所消耗材料的通稱，例如焊條、焊絲、金屬粉末、焊劑、 氣體等。氬弧焊主要用的焊接材料有：保護(hù)氣體，鎢極，填充實(shí)芯焊絲或藥芯 焊絲。保護(hù)氣體最常用的惰性氣體是氬氣。它是一種無色無味的氣體，在空氣的含量為 0.935% （按體積計(jì)算），氬的沸點(diǎn)為一186C，介于氧和氦的沸點(diǎn)之間。氬氣是氧 氣廠分餾液態(tài)空氣制取氧氣時(shí)的副產(chǎn)品。我國均采用瓶裝氬氣用于焊接，在室溫時(shí)，其充裝壓力為15MPa。鋼瓶涂灰 色漆，并標(biāo)有“氬氣”字樣。純氬的化學(xué)成分要求為：ArN99.99%；He0.01%； O 0.0015%； H 0.0005%；總碳

8、量0.001%；水分30mg/m3o2氬氣是一種比較理想的保護(hù)氣體，比空氣密度大25%，在平焊時(shí)有利于對(duì) 焊接電弧進(jìn)行保護(hù)，降低了保護(hù)氣體的消耗。氬氣是一種化學(xué)性質(zhì)非常不活潑的 氣體，即使在高溫下也不和金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而沒有了合金元素氧化燒損及 由此帶來的一系列問題。氬氣也不溶于液態(tài)的金屬，因而不會(huì)引起氣孔。氬是一 種單原子氣體，以原子狀態(tài)存在，在高溫下沒有分子分解或原子吸熱的現(xiàn)象。氬 氣的比熱容和熱傳導(dǎo)能力小，即本身吸收量小，向外傳熱也少，電弧中的熱量不 易散失，使焊接電弧燃燒穩(wěn)定，熱量集中，有利于焊接的進(jìn)行。鎢極對(duì)于非熔化極氬弧焊焊來說，電極材料應(yīng)具備兩個(gè)基本條件：一是耐高溫， 在焊接

9、過程中不熔化；二是具有較高的電子發(fā)射能力。在非熔化極氬弧焊中，大 都采用鎢合金棒作為電極。對(duì)于電子發(fā)射能力，由于鎢的逸出功較高，所以常加入逸出功較小的稀土元 素，來提高陰極發(fā)射能力。最早使用釷鎢極，但是由于這種鎢極很脆而且釷具有 放射性，所以逐漸被鈰鎢極替代，使弧束更集中，變細(xì)，容易引弧。本課程設(shè)計(jì) 采用WCe20作為氬弧焊的電極材料。焊絲不銹鋼實(shí)芯焊絲既可用惰性氣體保護(hù)焊（TIG，MIG焊）。也可用于埋 弧焊。不銹鋼MIG焊既可達(dá)到高效焊接，又容易實(shí)現(xiàn)焊接自動(dòng)化，廣泛用 于堆焊及薄板接等領(lǐng)域。MIG焊用焊絲化學(xué)成分與TIG焊絲一樣，但對(duì)某些 不銹鋼品種，還有一種SI含量較高的MIG焊絲，如與

10、ER308,ER309焊絲對(duì) 應(yīng)的ER308Si,ER309Si等，由于含Si高達(dá)0.8%左右，降低了熔滴金屬的表 面張力，使熔滴顆粒變細(xì)，更容易實(shí)現(xiàn)噴射過度，使電弧變得更穩(wěn)定。同 時(shí)還能改善熔滴金屬的濕潤性，使焊道波紋美觀，不易產(chǎn)生未焊透，夾渣， 氣孔等缺餡。本課程設(shè)計(jì)采用的不銹鋼焊絲牌號(hào)為 H0Cr21Ni10。3.2焊接規(guī)范參數(shù) （如表31,表3-2所示）表31焊接接頭形狀與尺寸及焊接消耗接頭形狀與尺寸消耗小意圖材料厚度 /mm層數(shù)焊絲 /kg m-i氬氣 /L m-i燃孤時(shí)間/min m-i3.520.0746.913.2表32焊接工藝參數(shù)焊接工藝參數(shù)噴嘴直徑 /mm焊絲直徑 /mm鎢

11、極直徑 /mm鎢極形狀氬氣流量/L min-i電孤長度 /mm焊接電流/A焊接速度/m h-i9.52.41.60756一層 120二層9510焊前準(zhǔn)備與焊接輔助設(shè)備4.1焊前準(zhǔn)備焊前清理為了保證焊接質(zhì)量，焊縫坡口附近和焊絲的表面不應(yīng)有氧化物，鐵銹，水分，油污等。在焊口 2030mm范圍內(nèi)，坡口表面，焊件內(nèi)外表面均要處理干凈，露出金屬光澤。不同的材料采用不同的方法清理。一般有機(jī)械方法和化學(xué)方法兩種。坡口加工氬弧焊焊接坡口質(zhì)量要求，相比電焊，氣焊要高，一般采用機(jī)械方法加工。 如采用氣割或其他熱源切割，均要把熱處理層用機(jī)械方法磨掉。坡口的尺寸和形 式與電焊，氣焊相同。表4-1不銹鋼TIG焊對(duì)接接頭

12、的合理坡口形式V形坡四P贏 t板厚0/mm間隙 b/mm鈍邊卷邊 P/mm坡口角度 a /( )3.521.560焊接接頭的裝配氬弧焊焊接接頭的裝配質(zhì)量要比電焊，氣焊的要求高。各種材料焊接性能不 同，組裝標(biāo)準(zhǔn)也不同，一定要根據(jù)各種材料的焊接性能和焊接位置等客觀因素確 定組裝形式和裝配質(zhì)量。4.2焊接輔助設(shè)備在焊接過程中，需要調(diào)節(jié)工件的相對(duì)位置，使焊接熔池處于最佳位置。為滿 足焊接工藝要求，一般要有相應(yīng)的輔助設(shè)備和工具來配合。如：滾輪架，焊接夾 具。焊接輔助工具，用具有：焊鉗，電纜，膠管，面罩，護(hù)目鏡片，敲渣錘，鋼 絲刷等。焊接操作要點(diǎn)施焊時(shí)，從管子頂端12點(diǎn)位置往前1530mm處引弧。運(yùn)條應(yīng)采

13、用短弧不擺 動(dòng)的運(yùn)條法，將焊條燃燒深入坡口底部并壓坡口兩側(cè)，隨著電弧燃燒自然向焊接 方向移動(dòng)，焊接時(shí)必須注意力集中，在15東安門之間焊接時(shí)，電弧指向熔池 中心；在56點(diǎn)之間焊接時(shí)，應(yīng)采用最短電弧，在電弧的推力作用下將融化金 屬托起，從而避免根部出現(xiàn)內(nèi)凹現(xiàn)象，焊接過程中應(yīng)始終注意熔孔的大小，盡量 使其保持基本一致，熔孔過大，說明焊接速度太快，熔池溫度偏高，容易燒穿或 形成焊瘤，熔孔過小容易造成未焊透等缺陷。焊絲送入熔池的方法：手工鎢極氬弧焊焊絲加入熔池的方式，根據(jù)不同的材質(zhì)， 不同的焊接位置，焊絲送入的時(shí)機(jī)，送入熔池的位置，角度，深度及方式方法對(duì) 焊接質(zhì)量極為重要。常用有兩種方式：斷續(xù)送絲法，連

14、續(xù)送絲法。本設(shè)計(jì)采用的兩層焊焊縫成形后形狀如圖（51）所示：圖5-1焊縫成形后形狀焊接檢驗(yàn)焊縫質(zhì)量檢查主要有無損檢測和破壞性檢測兩大類。無損檢測包括：目測， 量具測量，焊縫滲透試驗(yàn)（PT），射線探傷試驗(yàn)（RT），超聲探傷試驗(yàn)（UT）以及 磁粉探傷（MT）試驗(yàn)；破壞性檢測包括：焊縫橫截面金相試驗(yàn)，焊縫機(jī)械性能試 驗(yàn)（拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、硬度試驗(yàn)、腐蝕試驗(yàn)等）?？墒褂帽砻嬷絺?，重要焊縫可使用射線探傷，超聲波探傷進(jìn)行檢測。著色（滲透）探傷的基本原理是利用毛細(xì)現(xiàn)象使?jié)B透液滲入缺陷，經(jīng)清洗使 表面滲透液支除，而缺陷中的滲透殘瘤，再利用顯像劑的毛細(xì)管作用吸附出缺陷 中殘瘤滲透液而達(dá)到檢驗(yàn)缺陷

15、的目的。超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，在不同質(zhì)界面上具有反射的特性，如遇到缺 陷，缺陷的尺寸等于或大于超聲波波長時(shí)，則超聲波在缺陷上反射回來， 探傷儀可將反射波顯示出來；如缺陷的尺寸甚至小于波長時(shí)，聲波將繞過 射線而不能反射；波聲的方向性好，頻率越高，方向性越好，以很窄的波束向介質(zhì)中輻 射，易于確定缺陷的位置。超聲波的傳播能量大，如頻率為 1MHZ（ 1兆赫茲）的超生波所傳播的 能量，相當(dāng)于振幅相同而頻率為1000HZ （赫茲）的聲波的100萬倍。超探儀是一種便攜式工業(yè)無損探傷儀器，它能夠快速便捷、無損傷、 精確地進(jìn)行工件內(nèi)部多種缺陷（焊縫、裂紋、夾雜、折疊、氣孔、砂眼等） 的檢測、定位、評(píng)估和診斷。既可以用于實(shí)驗(yàn)室，也可以用于工程現(xiàn)場。 本儀器能夠廣泛地應(yīng)用在制造業(yè)、鋼鐵冶金業(yè)、金屬加工業(yè)、化工業(yè)等需 要缺陷檢測和質(zhì)量控制的領(lǐng)域，也廣泛應(yīng)用于航空航天、鐵路交通、鍋爐壓力容器等領(lǐng)域的在役安全檢查與壽命評(píng)估。參考文獻(xiàn)鎢極氬弧焊實(shí)用技術(shù)化學(xué)工業(yè)出版社于增瑞著氬弧焊遼寧科學(xué)技術(shù)出版社焊接手冊第三卷焊接方法美國焊接學(xué)會(huì)編機(jī)械工業(yè)出版社焊接手冊第四卷金屬及其焊接性 美國焊接協(xié)會(huì)編 黃靜文等譯管道焊接技術(shù)化學(xué)工業(yè)出版社顧紀(jì)清陽代軍等編著實(shí)用焊工手冊化學(xué)工業(yè)出版社孫景榮等編著材料成形工藝機(jī)械工業(yè)