不锈钢焊接要点及注意事项.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流不锈钢焊接要点及注意事项.精品文档.不锈钢焊接要点及注意事项摘要:  通俗地说，不锈钢就是不容易生锈的钢，实际上一部分不锈钢，既有不锈性，又有耐酸性（耐蚀性）。不锈钢的不锈性和耐蚀性是由于其表面上富铬氧化膜（钝化膜）的形成。这种不锈性和耐蚀性是相对的。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的增加而提高，当铬含量达到一定的百分比时，钢的耐蚀性发生突变，即从易生锈到不易生锈，从不耐蚀到耐腐蚀。不锈钢的分类方法很多。按室温下的组织结构分类，有马氏体型、奥氏体型、铁素体和双相不锈钢；按主要化学成分分类，基本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；按功能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。由于不锈钢材具有优异的耐蚀性、成型性、相容性以及在很宽温度范围内的强韧性等系列特点，所以在重工业、轻工业、生活用品行业以及建筑装饰等行业中获取得广泛的应用。     奥氏体不锈钢     在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。钢中含Cr约18%、Ni 8%10%、C约0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni系列钢。奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，但强度较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化。如加入S，Ca，Se，Te等元素，则具有良好的易切削性。此类钢除耐氧化性酸介质腐蚀外，如果含有Mo、Cu等元素还能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蚀。此类钢中的含碳量若低于0.03%或含Ti、Ni，就可显著提高其耐晶间腐蚀性能。高硅的奥氏体不锈钢浓硝酸肯有良好的耐蚀性。由于奥氏体不锈钢具有全面的和良好的综合性能，在各行各业中获得了广泛的应用。     铁素体不锈钢 在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢。含铬量在11%30%，具有体心立方晶体结构。这类钢一般不含镍，有时还含有少量的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、水及氧化性酸腐蚀的零部件。这类钢存在塑性差、焊后塑性和耐蚀性明显降低等缺点，因而限制了它的应用。炉外精炼技术（AOD或VOD）的应用可使碳、氮等间隙元素大大降低，因此使这类钢获得广泛应用。     奥氏体-铁素体双相不锈钢 是奥氏体和铁素体组织各约占一半的不锈钢。在含C较低的情况下，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的特点，与铁素体相比，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高，同时还保持有铁素体不锈钢的475脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。     马氏体不锈钢 通过热处理可以调整其力学性能的不锈钢，通俗地说，是一类可硬化的不锈钢。典型牌号为Cr13型，如2Cr13 ,3Cr13 ,4Cr13等。粹火后硬度较高，不同回火温度具有不同强韧性组合，主要用于蒸汽轮机叶片、餐具、外科手术器械。根据化学成分的差异，马氏体不锈钢可分为马氏体铬钢和马氏体铬镍钢两类。根据组织和强化机理的不同，还可分为马氏体不锈钢、马氏体和半奥氏体（或半马氏体）沉淀硬化不锈钢以及马氏体时效不锈钢等。本文主要介绍了不锈钢复合钢板的对接，角接等形式的焊接。前言：耐海水腐蚀的环保设备装置海上平台、污水处理装置等既要求有强度保证，又要求具有耐腐蚀和使用寿命长的特征，因此使用碳钢与不锈钢复合板制作。其碳钢一面保证其结构强度要求，不锈钢一面保证其耐腐蚀要求。关键词：不锈钢复合钢板，CO2半自动气体保护焊一、施焊前的准备工作1、 根据产品图纸要求用机械加工的方法在接头处，去除不锈钢复合层，对接焊缝需开合适的坡口。详见下面典型节点图。2、焊缝两侧各10-20mm宽度范围内作好清理工作，用钢丝刷或打磨的方法，去除氧化物、锈、油、水分等影响焊接质量的物质。3、按产品图纸装配，在碳钢侧用CJ422，3.2mm焊条定位焊，定位焊焊工应具有有效的岗位操作证书，保证定位焊的质量，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的焊接工艺1.1基层碳钢焊接 1.1.1采用埋弧自动焊的方法，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。焊接规范如下：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 5mm 31-33V 500-550A 44-46 cm/min反面 H08A J431 5mm 32-34V 580-620A 44-46 cm/min1.1.2焊后清渣，并打磨，要求详见下图。1.1.3焊后用X射线抽样检查，抽样比例为1020%，或用UT探伤检1.2过度层焊接采用CO2半自动气保焊方法，焊接一层，焊接规范选择如下：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过渡层焊后的截面如右图所示：1.3复层焊接采用CO2半自动气体保护焊的方法，焊接一层，焊接规范如下：药芯焊丝 TS-316L（天泰）                       焊丝直径 1.2（MM）层间温度 150。C复层焊后的截面图如下：11 焊后清理焊渣，并打磨光顺焊缝后外观检查。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   按图纸要求的焊脚尺寸，采用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）焊缝形式如右图所示：212 焊后对焊缝进行清理，去飞溅，清渣，并对不锈钢侧 的焊缝进行打磨。22 过渡层焊接221 采用CO2半自动气保焊方法，焊接一层，焊接规范及焊材选择如下：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，用外观检查焊缝。233 角接缝的节点图如下：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，防止错边过大，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度层焊丝焊在复层上。4、碳钢焊接时的飞溅落在复层面上时，要仔细清除。5、焊接过度层时，为了减少稀释率，在保证焊透的情况下，应尽可能采用小规范。6、凡是参与焊接的电焊工，均需有效的合格上岗证书，并经过相应机械考核认可，方可上岗操作。7、所用焊接材料均需有效相应的材质认可证书。  薄板不锈钢焊接成本的分析与对比 薄板薄板不锈钢焊接成本不锈钢焊接成本的分析与对比 目前的不锈钢压力容器生产企业，普遍采用的主要焊接方法均为成熟的焊接工艺，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410mm的1Cr18Ni9Ti薄板不锈钢，主要采用钨极氩弧焊（GTAW）、焊条电弧焊（SMAW）和药芯焊丝电弧焊（FCAW）；而对于410mm的304薄板不锈钢(相当于我国的0Cr18Ni9)，则主要采用钨极氩弧焊（GTAW）、焊条电弧焊（SMAW），由于药芯焊丝电弧焊（FCAW）采用的保护气体为Ar+CO2，易使焊接接头产生增碳问题，导致其耐腐蚀性能下降，故对于低碳、超低碳不锈钢的焊接，一般情况下不采用药芯焊丝电弧焊。     本文以板厚8mm的低碳、304不锈钢为例，对其常用焊接方法及焊接成本进行分析和对比。     焊接方法分析     钨极氩弧焊采用的保护气体为纯Ar，焊接时它既不与金属起化学反应，也不溶解与液态金属中，故可以避免焊缝中金属元素的烧损和由此带来的其它焊接缺陷，同时因其密度较大，在保护时不易漂浮散失，保护效果好。该焊接方法由于热源和填充焊丝是分别控制的，热量调节方便，使输入焊缝的焊接线能量更容易控制，故适合于各种位置的焊接，也容易实现单面焊双面成型。钨极氩弧焊的最大缺点是熔深浅、熔敷速度慢、生产效率低，因而其焊接变形也就较大。     焊条电弧焊由于操作灵活、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，因而得到了广泛的应用。该焊接方法与熔化极气体保护焊（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，并且每焊接完一条焊道均需要清理熔渣，而坡口内的清渣是比较繁琐的。     熔化极惰性气体保护焊（MIG焊），由于采用Ar或在Ar中添加了少量的O2作为保护气体，因而其电弧稳定，熔滴细小且过渡稳定，飞溅很小。该焊接方法的电流密度高、母材熔深深，因而其焊丝的熔化速度和焊缝的熔敷速度高，焊接生产效率高，尤其适于中等厚度和大厚度结构的焊接。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用焊接方法的相关数据。该表中的GTAW焊的熔敷速度为实际测量的数据。     表1 薄板不锈钢常用焊接方法数据     焊  接  方  法               TIG             SMAW            MIG 热源  最小加热面积(cm2)           10-3             10-2             10-4 特性  最大功率密度(W/cm2)       1.5×104           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，由于其特殊性及相关标准的要求，因而对打底焊的焊缝背面的质量要求比较高。    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，这主要是由于热源和填充焊丝是分别控制的，热量调节方便；同时，该种焊接方法对焊工的操作技能、接头的组对质量要求不高。因此，对于单面焊双面成型的焊接接头，其打底焊均采用钨极氩弧焊（GTAW）。对于不锈钢的焊接，焊接时必须充背面保护气（通常为纯Ar），以防止焊缝背面的氧化。     1 焊接成本对比     表2给出了板厚8mm、材质304不锈钢对接接头的焊接成本对比。表中的焊材、气体及工资的价格均是按照目前的价格进行计算的。GTAW焊的2.4mm的焊丝是直条的，长度为36英寸，每根焊丝的剩余长度约80100mm；不锈钢焊条的剩余长度约5080mm。 表2 薄板不锈钢常用焊接方法的成本对比焊  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)       背面保护气体      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，焊接成本还包括焊接设备的折旧、维修等费用。由于该费用很少，故本文未予考虑。     各种焊接数据的计算公式为：     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     以往的资料所进行的焊接成本对比，均是九十年代初的相关数据，它是在不同坡口尺寸条件下进行的，且主要是对碳钢、中厚板常用的药芯焊丝电弧焊、实芯焊丝CO2电弧焊、焊条电弧焊等焊接方法进行成本对比与分析。    表2的焊接成本是对于相同的坡口尺寸、薄板不锈钢进行对比的。市场经济条件下的产品随客户要求的不同而不同，且对于生产制造企业而言，产品也会随不同板厚而采取更加经济的焊接工艺。因此，相同类别的焊接接头，如果采用不同的坡口尺寸，会给生产带来许多弊端和不便。     由表2的数据可以看出，对于70°的V型坡口、304材质、8mm板厚的对接次之，GTAW+MIG最低。GTAW+MIG的焊接成本约为GTAW的67%左右，其焊接生产效率为GTAW的3.1倍左右。不仅如此，由于MIG焊的焊接热输入少，因而GTAW+MIG的焊接变形比GTAW要小的多，它更有力于产品的质量保证。     结论     通过表2的焊接成本对比，可以得到如下结论：     （1） GTAW+MIG焊的焊接成本低，生产效率高，应加以推广应用。     （2） 对于薄板不锈钢的焊接，提供了焊接方法的选择依据。