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，φ3.2mm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 H08A J431 φ5mm 31-33V 500-550A 44-46 cm/min
反面 H08A J431 φ5mm 32-34V 580-620A 44-46 cm/min
1.1.2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10—20%，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   φ1.2（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 φ1.2（MM）
层间温度 150。C
复层焊后截面图以下：

1．1 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 TWE—711（天泰）或SF—71（现代）
焊丝直径 φ1.2（MM）
电弧电压 19—21V
焊接电流 150—180（A）
焊缝形式如右图所表示：

2．1．2 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。
2．2 过渡层焊接
2．2．1． 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 φ1.2（MM）
电弧电压 20—22V
焊接电流 140—160（A）
层间温度 150。C
2．3．2． 焊后做好清理工作，去飞溅和焊渣，用外观检验焊缝。
2．3．3． 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4～10mm1Cr18Ni9Ti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4～10mm304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)       1.5×104           104           104～105
热效率（功率有效系数）        0.77～0.99      0.77～0.87      0.66～0.69
          焊接电流（A）        100～130        170～200        200～300
焊接速度  焊材直径(mm)          Φ2.4           Φ4.0           Φ1.2
及效率    熔敷速度(g/min)       7～10           18～22          75～85
          熔敷效率(%)          98～100          55～60          96～99
    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Ф2.4mm焊丝是直条，长度为36英寸，每根焊丝剩下长度约80～100mm；不锈钢焊条剩下长度约50～80mm。
     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           Φ2.4           Φ2.4            Φ2.4
        (mm)      填充及盖面       Φ2.4            ----            Φ1.2
      焊条直径    打底焊            ----            ----             ----
焊      (mm)      填充及盖面        ----           Φ4.0             ----
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    3×20=60        3×20=60         1×20=20
其    (min/m)      清渣时间        3×3=9        1×3+2×10=23       1×3=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70°V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。