常用不锈钢的焊接要点及注意项目.doc

不锈钢焊接关键点及注意事项摘要: 通俗地说，不锈钢就是不轻易生锈钢，实际上一部分不锈钢，现有不锈性，又有耐酸性（耐蚀性）。不锈钢不锈性和耐蚀性是因为其表面上富铬氧化膜（钝化膜）形成。这种不锈性和耐蚀性是相正确。试验表明，钢在大气、水等弱介质中和硝酸等氧化性介质中，其耐蚀性随钢中铬含水量增加而提升，当铬含量达成一定百分比时，钢耐蚀性发生突变，即从易生锈到不易生锈，从不耐蚀到耐腐蚀。不锈钢分类方法很多。按室温下组织结构分类，有马氏体型、奥氏体型、铁素体和双相不锈钢；按关键化学成份分类，基础上可分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大系统；按用途分则有耐硝酸不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐海水不锈钢等等，按耐蚀类型分可分为耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、耐晶间腐蚀不锈钢等；按功效特点分类又可分为无磁不锈钢、易切削不锈钢、低温不锈钢、高强度不锈钢等等。因为不锈钢材含有优异耐蚀性、成型性、相容性和在很宽温度范围内强韧性等系列特点，所以在重工业、轻工业、生活用具行业和建筑装饰等行业中获取得广泛应用。 奥氏体不锈钢 在常温下含有奥氏体组织不锈钢。钢中含Cr约18%、Ni 8%10%、C约0.1%时，含有稳定奥氏体组织。奥氏体铬镍不锈钢包含著名18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来高Cr-Ni系列钢。奥氏体不锈钢无磁性而且含有高韧性和塑性，但强度较低，不可能经过相变使之强化，仅能经过冷加工进行强化。如加入S，Ca，Se，Te等元素，则含有良好易切削性。这类钢除耐氧化性酸介质腐蚀外，假如含有Mo、Cu等元素还能耐硫酸、磷酸和甲酸、醋酸、尿素等腐蚀。这类钢中含碳量若低于0.03%或含Ti、Ni，就可显著提升其耐晶间腐蚀性能。高硅奥氏体不锈钢浓硝酸肯有良好耐蚀性。因为奥氏体不锈钢含有全方面和良好综合性能，在各行各业中取得了广泛应用。 铁素体不锈钢 在使用状态下以铁素体组织为主不锈钢。含铬量在11%30%，含有体心立方晶体结构。这类钢通常不含镍，有时还含有少许Mo、Ti、Nb等到元素，这类钢具导热系数大，膨胀系数小、抗氧化性好、抗应力腐蚀优良等特点，多用于制造耐大气、水蒸气、水及氧化性酸腐蚀零部件。这类钢存在塑性差、焊后塑性和耐蚀性显著降低等缺点，所以限制了它应用。炉外精炼技术（AOD或VOD）应用可使碳、氮等间隙元素大大降低，所以使这类钢取得广泛应用。 奥氏体-铁素体双相不锈钢 是奥氏体和铁素体组织各约占二分之一不锈钢。在含C较低情况下，Cr含量在18%28%，Ni含量在3%10%。有些钢还含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢特点，和铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提升，同时还保持有铁素体不锈钢475脆性和导热系数高，含有超塑性等特点。和奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有显著提升。双相不锈钢含有优良耐孔蚀性能，也是一个节镍不锈钢。 马氏体不锈钢 经过热处理能够调整其力学性能不锈钢，通俗地说，是一类可硬化不锈钢。经典牌号为Cr13型，如2Cr13 ,3Cr13 ,4Cr13等。粹火后硬度较高，不一样回火温度含有不一样强韧性组合，关键用于蒸汽轮机叶片、餐具、外科手术器械。依据化学成份差异，马氏体不锈钢可分为马氏体铬钢和马氏体铬镍钢两类。依据组织和强化机理不一样，还可分为马氏体不锈钢、马氏体和半奥氏体（或半马氏体）沉淀硬化不锈钢和马氏体时效不锈钢等。本文关键介绍了不锈钢复合钢板对接，角接等形式焊接。序言：耐海水腐蚀环境保护设备装置海上平台、污水处理装置等既要求有强度确保，又要求含有耐腐蚀和使用寿命长特征，所以使用碳钢和不锈钢复合板制作。其碳钢一面确保其结构强度要求，不锈钢一面确保其耐腐蚀要求。关键词：不锈钢复合钢板，CO2半自动气体保护焊一、施焊前准备工作1、依据产品图纸要求用机械加工方法在接头处，去除不锈钢复合层，对接焊缝需开适宜坡口。详见下面经典节点图。2、焊缝两侧各10-20mm宽度范围内作好清理工作，用钢丝刷或打磨方法，去除氧化物、锈、油、水分等影响焊接质量物质。3、按产品图纸装配，在碳钢侧用CJ422，3.2mm焊条定位焊，定位焊焊工应含有有效岗位操作证书，确保定位焊质量，定位焊有效长度为25-30mm。二、焊接过程1、不锈钢复合钢板对接缝焊接工艺1.1基层碳钢焊接 1.1.1采取埋弧自动焊方法，正面焊一层，翻身后反面先用碳弧气刨方法清根，再封底焊一层。焊接规范以下：位置焊丝焊剂焊丝直径电弧电压焊接电流焊接速度正面H08AJ4315mm31-33V500-550A44-46 cm/min反面H08AJ4315mm32-34V580-620A44-46 cm/min1.1.2焊后清渣，并打磨，要求详见下图。1.1.3焊后用X射线抽样检验，抽样百分比为1020%，或用UT探伤检1.2过分层焊接采取CO2半自动气保焊方法，焊接一层，焊接规范选择以下：药芯焊丝 TS-309（天泰）焊丝直径 1.2（MM）电弧电压 19-21V焊接电流 130-150A过渡层焊后截面如右图所表示：1.3复层焊接采取CO2半自动气体保护焊方法，焊接一层，焊接规范以下：药芯焊丝TS-316L（天泰） 焊丝直径1.2（MM）层间温度150。C复层焊后截面图以下：11焊后清理焊渣，并打磨光顺焊缝后外观检验。2、不锈钢复合钢板角接缝焊接工艺。2.1 基层碳钢焊接2.1.1 按图纸要求焊脚尺寸，采取CO2半自动气保焊方法，进行角接缝焊接。焊接规范要求：药芯焊丝TWE711（天泰）或SF71（现代）焊丝直径1.2（MM）电弧电压1921V焊接电流150180（A）焊缝形式如右图所表示：212焊后对焊缝进行清理，去飞溅，清渣，并对不锈钢侧 焊缝进行打磨。22过渡层焊接221采取CO2半自动气保焊方法，焊接一层，焊接规范及焊材选择以下：药芯焊丝TS316（天泰）焊丝直径1.2（MM）电弧电压2022V焊接电流140160（A）层间温度150。C232焊后做好清理工作，去飞溅和焊渣，用外观检验焊缝。233角接缝节点图以下： 三、注意事项1、不锈钢复合钢板对接缝装配时，基准面为不锈钢复层面，预防错边过大，影响复层焊接质量。2、装配，焊接过程中，严防机械碰伤，电弧烧伤不锈钢复层表面。3、严防碳钢焊丝焊接在复层上或过分层焊丝焊在复层上。4、碳钢焊接时飞溅落在复层面上时，要仔细清除。5、焊接过分层时，为了降低稀释率，在确保焊透情况下，应尽可能采取小规范。6、通常参与焊接电焊工，均需有效合格上岗证书，并经过对应机械考评认可，方可上岗操作。7、所用焊接材料均需有效对应材质认可证书。 薄板不锈钢焊接成本分析和对比 薄板薄板不锈钢焊接成本不锈钢焊接成本分析和对比 现在不锈钢压力容器生产企业，普遍采取关键焊接方法均为成熟焊接工艺，如钨极氩弧焊（GTAW）、焊条电弧焊（SMAW）、药芯焊丝电弧焊（FCAW）、埋弧自动焊（SAW）等。对于410mm1Cr18Ni9Ti薄板不锈钢，关键采取钨极氩弧焊（GTAW）、焊条电弧焊（SMAW）和药芯焊丝电弧焊（FCAW）；而对于410mm304薄板不锈钢(相当于中国0Cr18Ni9)，则关键采取钨极氩弧焊（GTAW）、焊条电弧焊（SMAW），因为药芯焊丝电弧焊（FCAW）采取保护气体为Ar+CO2，易使焊接接头产生增碳问题，造成其耐腐蚀性能下降，故对于低碳、超低碳不锈钢焊接，通常情况下不采取药芯焊丝电弧焊。 本文以板厚8mm低碳、304不锈钢为例，对其常见焊接方法及焊接成本进行分析和对比。 焊接方法分析 钨极氩弧焊采取保护气体为纯Ar，焊接时它既不和金属起化学反应，也不溶解和液态金属中，故能够避免焊缝中金属元素烧损和由此带来其它焊接缺点，同时因其密度较大，在保护时不易漂浮散失，保护效果好。该焊接方法因为热源和填充焊丝是分别控制，热量调整方便，使输入焊缝焊接线能量更轻易控制，故适合于多种位置焊接，也轻易实现单面焊双面成型。钨极氩弧焊最大缺点是熔深浅、熔敷速度慢、生产效率低，所以其焊接变形也就较大。 焊条电弧焊因为操作灵活、方便，焊接设备简单、易于移动，设备费用比其它电弧焊方法低，所以得到了广泛应用。该焊接方法和熔化极气体保护焊（GMAW）、埋弧自动焊（SAW）等焊接方法相比，其熔敷速度慢及熔敷系数低，而且每焊接完一条焊道均需要清理熔渣，而坡口内清渣是比较繁琐。 熔化极惰性气体保护焊（MIG焊），因为采取Ar或在Ar中添加了少许O2作为保护气体，所以其电弧稳定，熔滴细小且过渡稳定，飞溅很小。该焊接方法电流密度高、母材熔深深，所以其焊丝熔化速度和焊缝熔敷速度高，焊接生产效率高，尤其适于中等厚度和大厚度结构焊接。该焊接设备比较复杂，设备成本较高。 表1给出了薄板不锈钢常见焊接方法相关数据。该表中GTAW焊熔敷速度为实际测量数据。 表1 薄板不锈钢常见焊接方法数据 焊 接 方 法 TIG SMAW MIG 热源 最小加热面积(cm2) 10-3 10-2 10-4 特征 最大功率密度(W/cm2) 1.5104 104 104105 热效率（功率有效系数） 0.770.99 0.770.87 0.660.69 焊接电流（A） 100130 170200 200300 焊接速度 焊材直径(mm) 2.4 4.0 1.2 及效率 熔敷速度(g/min) 710 1822 7585 熔敷效率(%) 98100 5560 9699 低碳、超低碳薄板不锈钢焊接成本对比 对于薄板不锈钢压力容器，因为其特殊性及相关标准要求，所以对打底焊焊缝后面质量要求比较高。 对于打底焊而言，钨极氩弧焊（GTAW）均优于焊条电弧焊（SMAW）、熔化极惰性气体保护焊（MIG焊）等焊接方法，这关键是因为热源和填充焊丝是分别控制，热量调整方便；同时，该种焊接方法对焊工操作技能、接头组对质量要求不高。所以，对于单面焊双面成型焊接接头，其打底焊均采取钨极氩弧焊（GTAW）。对于不锈钢焊接，焊接时必需充后面保护气（通常为纯Ar），以预防焊缝后面氧化。 1 焊接成本对比 表2给出了板厚8mm、材质304不锈钢对接接头焊接成本对比。表中焊材、气体及工资价格均是根据现在价格进行计算。GTAW焊2.4mm焊丝是直条，长度为36英寸，每根焊丝剩下长度约80100mm；不锈钢焊条剩下长度约5080mm。 表2 薄板不锈钢常见焊接方法成本对比焊 接 方 法 GTAW GTAW+SMAW GTAW+MIG 施 焊 条 件 V型坡口，对接接头，单面焊双面成型。 母材厚度为8mm，材质为304；坡口角度70，钝边0mm， 根部间隙2.0mm 焊丝直径 打底焊 2.4 2.4 2.4 (mm) 填充及盖面 2.4 - 1.2 焊条直径 打底焊 - - - 焊 (mm) 填充及盖面 - 4.0 - 接 焊接电流 打底焊 110 110 110 规 (A) 填充及盖面 130 170 140 范 电弧电压 打底焊 12 12 12 (V) 填充及盖面 12 24 24 焊缝厚度 打底焊 2.5 2.5 2.5 (mm) 填充及盖面 5.5 5.5 5.5 气体流量(L/min) 20 20 20 需要金属量 打底焊 74.4 74.4 74.4 (g/m) 填充及盖面 407.9 407.9 407.9 综合熔敷效率 打底焊 90 90 90 焊 (%) 填充及盖面 90 48 98 材 焊材消耗量 焊 丝 535.9 82.7 82.7+416.2=498.9 费 (g/m) 焊 条 - 849.8 - 用 焊材单价 焊 丝 70.0 70.0 70.0 (元/kg) 焊 条 - 34.0 - 焊材费用(元/m) 37.51 5.79+28.89=34.68 34.92 熔敷速度 打底焊 7 7 7 气 (g/min) 填充及盖面 10 20 80 体 燃弧时间 打底焊 10.6 10.6 10.6 费 (min/m) 填充及盖面 40.8 20.4 5.1 用 气体单价(元/L) 0.003 0.003 0.003/0.012 气体费用 焊接气体 3.09 0.64 1.85 (元/m) 后面保护气体 3.09 1.86 0.95 其它时间 层间冷却时间 320=60 320=60 120=20 其 (min/m) 清渣时间 33=9 13+210=23 13=3 它 总作业时间(min/m) 120.4 114.0 38.7 费 工资单价(元/h) 11.36 11.36 11.36 用 工资费用(元/m) 22.80 21.58 7.33 电力费用(元/m) 0.64 0.92 0.26 焊接成本(元/m) 67.13 59.68 45.31 当然，焊接成本还包含焊接设备折旧、维修等费用。因为该费用极少，故本文未予考虑。 多种焊接数据计算公式为： 焊材消耗量=需要金属量综合熔敷效率 焊材费用=焊材消耗量焊材单价 燃弧时间=需要金属量熔敷速度 气体费用=气体流量燃弧时间气体单价 总作业时间=燃弧时间+其它时间 工资费用=总作业时间工资单价 电力费用=（焊接电流电弧电压燃弧时间单价）60000 焊接成本=焊材费用+气体费用+工资费用+电力费用 2 焊接成本分析 以往资料所进行焊接成本对比，均是九十年代初相关数据，它是在不一样坡口尺寸条件下进行，且关键是对碳钢、中厚板常见药芯焊丝电弧焊、实芯焊丝CO2电弧焊、焊条电弧焊等焊接方法进行成本对比和分析。 表2焊接成本是对于相同坡口尺寸、薄板不锈钢进行对比。市场经济条件下产品随用户要求不一样而不一样，且对于生产制造企业而言，产品也会随不一样板厚而采取愈加经济焊接工艺。所以，相同类别焊接接头，假如采取不一样坡口尺寸，会给生产带来很多弊端和不便。 由表2数据能够看出，对于70V型坡口、304材质、8mm板厚对接次之，GTAW+MIG最低。GTAW+MIG焊接成本约为GTAW67%左右，其焊接生产效率为GTAW3.1倍左右。不仅如此，因为MIG焊焊接热输入少，所以GTAW+MIG焊接变形比GTAW要小多，它更有力于产品质量确保。 结论 经过表2焊接成本对比，能够得到以下结论： （1） GTAW+MIG焊焊接成本低，生产效率高，应加以推广应用。 （2） 对于薄板不锈钢焊接，提供了焊接方法选择依据。