uz低碳鋼芯不銹鋼焊條的配方設(shè)計(jì)

1、裂4低碳鋼芯不銹鋼焊條的配方設(shè)計(jì)焊接原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書焊接原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書目錄錯(cuò)誤！未定義書簽。1 0Cr18Ni9 不銹鋼焊縫金屬的性能及可焊性分1.2 0Cr18Ni9 不銹鋼焊縫金屬的性臺(tái)匕能1 2 1 容易出現(xiàn)熱裂1.22 晶間腐1.24 焊縫金屬的低溫脆1.2. 5焊接接頭的a相脆1.3 0Cr18Ni9 不銹鋼的可焊性分63.2 焊芯的選4 2 焊條的制造工藝流程錯(cuò)誤！未定義書簽。2.1 焊芯制備及原材料準(zhǔn)備 錯(cuò)誤！未定義書簽。2.2 藥皮配料及壓涂 誤！未定義書簽。2.3 烘焙 錯(cuò)誤！未定義書簽。3 焊條的配方設(shè)3.1 合金化方3.33.5 藥皮配

2、方的初步擬定錯(cuò)誤！未定義書簽。4 試驗(yàn)的調(diào)錯(cuò)誤！未定義書簽。4.1 藥皮的類型和渣系的選擇 誤！未定義書簽。4.1.1 藥皮的類4.1.2 渣系的選 64.2 藥皮配方的確擇定7 5焊條配方的調(diào)試及工藝性能的測(cè)試 誤！未定義書簽。誤！未定義書簽。5.2 焊條的工藝性能測(cè)試結(jié)果 錯(cuò)誤！未定義書簽。5.3 焊條熔敷金屬的化學(xué)成分測(cè)試錯(cuò)誤！未定義書簽。 6 結(jié)錯(cuò)誤！未定義書簽。 參考文錯(cuò)誤！未定義書簽。焊接原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1 0Cr18Ni9 不銹鋼焊縫金屬的性能及可焊性分析1.1 0Cr18Ni9 不銹鋼的性能 0Cr18Ni9 不銹鋼是應(yīng)用最為廣泛的一種 鉻-鎳不銹鋼，具有良好的耐蝕性、耐熱性

3、、低溫強(qiáng)度和機(jī)械特性。在大氣 中耐腐蝕， 如果是工業(yè)性氣氛或重污染地區(qū)， 則需要及時(shí)清潔以避免腐蝕。該鋼適合用于食品的加工、儲(chǔ)存和運(yùn)輸。具有良好的加工性能和可焊性。0Cr18Ni9 不銹0Cr18Ni9 不銹鋼是使用最多的一種奧氏體型不銹鋼， 該鋼不能采用熱 處理得到強(qiáng)化， 但經(jīng)過(guò)冷加工變形可達(dá)到提高強(qiáng)度的目的。鋼的化學(xué)成份如表 1.1.1。該鋼具有良好的冷、熱加工性能，無(wú)磁性，有很好的低溫性能，并具 有在氧化酸性（ HNO3 ）中優(yōu)良的耐蝕性。其焊接件有較好的耐晶間腐蝕 性，在堿液、 大部分無(wú)機(jī)酸和有機(jī)酸及大氣、 水、蒸汽中均有好的耐蝕性。該鋼的冷、熱加工性能良好，可生產(chǎn)鍛件、棒材、板、帶、

4、絲，可用各種 通過(guò)焊接方法焊接。 0Cr18Ni9 不銹鋼因各種性能優(yōu)良， 因而在不銹鋼中用 量最大，使用面最廣。適用于石油化工、輕工、紡織、核工業(yè)中，用于制 造深沖成形件及輸送腐蝕介質(zhì)管道、容器、結(jié)構(gòu)件，也可用于制造無(wú)磁、0Cr18Ni9低溫設(shè)備零件。 0Cr18Ni10 鋼具有良好的耐蝕性、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(wú)熱處理硬化現(xiàn)象，無(wú)磁性。不銹鋼管的力學(xué)性能如表 1.1.2。表 1.1.2 0Cr18Ni9 不銹鋼的力學(xué)性能1.2 0Cr18Ni9 不銹鋼焊縫金屬的性能1 2 1 容易出現(xiàn)熱裂紋防止措施：（ 1）盡量使焊縫金屬呈雙相組織，鐵素體的含量控制在 3-

5、 5%以下。（2）盡量選用堿性藥皮的優(yōu)質(zhì)焊條， 以限制焊縫金屬中 S、P、C 等的含量。1.22 晶間腐蝕根據(jù)貧鉻理論，焊縫和熱影響區(qū)在加熱到450- 850 C敏化溫度區(qū)時(shí)在晶界上焊接原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書析出碳化鉻， 造成貧鉻的晶界， 不足以抵抗腐蝕的程度。防止措施：（1）采用低碳或超低碳的焊材， 如 A002、A137 、A132 等；2）由焊絲或焊條向焊縫熔入一定量的鐵素體形成元素，使焊縫金屬成為奧氏體 + 鐵素體的雙相；（ 3）減少焊接熔池過(guò)熱，選用較小的焊接電流和較快的焊接速度，加快冷卻速度；（ 4）對(duì)耐晶間腐蝕性能要求很高的焊件進(jìn)行焊后穩(wěn)定化退火處理。1.23 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂應(yīng)力腐蝕開(kāi)

6、裂是焊接接頭在特定腐蝕環(huán)境下受拉伸應(yīng)力作用時(shí)所產(chǎn) 生的延遲開(kāi)裂現(xiàn)象。防止措施：（ 1）合理制定成形加工和組裝工藝，盡可能減小冷作變形度，避免強(qiáng)制組裝；（ 2）合理選擇焊材，焊縫與母材應(yīng)有良好的匹配，不產(chǎn)生任何不良組織；（ 3）采取合適的焊接工藝，保證焊縫成形良好，不產(chǎn)生任何應(yīng)力集中或點(diǎn)蝕的缺陷；（ 4）消除應(yīng)力處理，焊后熱處理，如焊后完全退火，在難以實(shí)施熱處理時(shí)采用焊后錘擊或噴丸等；（5）生產(chǎn)管理措施，介質(zhì)中雜質(zhì)的控制，如 O2、N2、H2O 等；（ 6）防蝕處理，如涂層、襯里或陰極保護(hù)等。1.24 焊縫金屬的低溫脆化對(duì)于奧氏體不銹鋼焊接接頭，在低溫使用時(shí)，焊縫金屬的塑韌性是關(guān) 鍵問(wèn)題。此時(shí)，

7、焊縫組織中的鐵素體的存在總是降低低溫韌性。防止措施：通過(guò)選用純奧氏體焊材和調(diào)整焊接工藝獲得單一的奧氏體 焊縫。1.2. 5焊接接頭的a相脆化(T焊件在經(jīng)受一定時(shí)間的高溫加熱后會(huì)在焊縫中析出一種脆性的相，導(dǎo)致整個(gè)接頭脆化，塑性和韌性顯著下降。a相的析出溫度范圍650-850C。在高溫加熱過(guò)程中，a相主要由鐵素體轉(zhuǎn)變而成。加熱時(shí)間越長(zhǎng)，a相析出越多。防止措施：（ 1）限制焊縫金屬中的鐵素體含量（小于15%）；（ 2）采用 小規(guī)范，以減小焊縫金屬在高溫下的停留時(shí)間；（3）對(duì)已析出的a相在 條件允許時(shí)進(jìn)行固溶處理，使 a 相溶入奧氏體。經(jīng)過(guò)以上對(duì) 0Cr18Ni9 奧氏體不銹鋼的性能分析，初步擬定焊縫

8、金屬的合金成分，如表 1.2.1。2 0Cr18Ni9 不銹鋼的可焊性分析0Cr18Ni9 屬于奧氏體不銹鋼，其組織為奧氏體（ A） 加 3-5 鐵素體F ）。它具有良好的塑性和高溫、 低溫性能。 它在焊接熱循環(huán)的作用下， 主要顯示出以下基本要求： 焊接過(guò)程中采用小的線能量輸入，減小熱影響區(qū)范圍，加快焊縫 及熱影響區(qū)的冷卻速度對(duì)不銹鋼的焊接是有益的。 用 0Cr18Ni9 焊接時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)小，存在過(guò)熱區(qū)，也容易造成熱影響 區(qū)的晶焊接原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書粒長(zhǎng)大。焊縫高溫停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，在高溫狀態(tài)下 Cr 和 C 形成化合物， 在高溫區(qū)就形成了貧鉻層，也會(huì)導(dǎo)致焊縫的枝晶傾向加劇。因此要求盡量 選擇線能覺(jué)

9、輸入較小的焊接方法。 由于導(dǎo)熱系數(shù)小而線膨脹系數(shù)大，自由焊態(tài)下焊接易產(chǎn)生較大的 變形，選用能量集中，熱影響區(qū)窄的焊接方法能在一定程度上減少焊接變 形。0Cr18Ni9 的含碳量很小， 在加上它屬于高合金鋼碳當(dāng)量法對(duì)它焊接性能的估算是不怎么準(zhǔn)確的。因此我們不用碳當(dāng)量對(duì)它的焊接性進(jìn)行分析。0Cr18Ni9 屬于奧氏體不銹鋼， 這類鋼有具有交高的變形能力并不可淬 硬，而且它的含碳量又很底，所以總的來(lái)說(shuō)焊接性還是不錯(cuò)的。但是由于 熱導(dǎo)率低，熱膨脹系數(shù)大，局部加熱時(shí)溫度分布不均勻，收縮量大等都將 使接頭在焊接過(guò)程中產(chǎn)生交大的內(nèi)應(yīng)力。在焊接的時(shí)候應(yīng)該注意這方面的 問(wèn)題，焊接時(shí)盡量避免或減少這種受熱不均顯現(xiàn)

10、的發(fā)生，焊接的速度也應(yīng) 該適當(dāng)?shù)目禳c(diǎn)。為確保不銹鋼焊縫的力學(xué)性能和耐腐蝕性能，首先要保證焊縫金屬的 化學(xué)成分。1) C 含量的控制 C 在焊縫中存在時(shí)容易形成碳化鉻，使奧氏體晶粒界面上貧Cr，從而降低了金屬的耐晶間腐蝕性能，破壞了晶粒間的連接作用，易形成腐蝕裂紋。因此，在配方設(shè)計(jì)過(guò)程中，將C含量控制得愈低愈好，一般控制在 w(C) 86.69%為宜。(2) Si、Cr含量的控制Si、Cr是鐵素體形成元素，使焊縫形成(F+A)雙相組織，可以防止熱裂紋的產(chǎn)生。焊縫金屬內(nèi)w(Si)含量一般控 制在 0.8%左右，既不影響新渣系的工藝性能， 又不影響焊縫的耐腐蝕性能。當(dāng) w(Si) >1.2%

11、，對(duì)耐腐蝕性能(特別是在 HNO3 介質(zhì)中)會(huì)產(chǎn)生不 利影響。焊縫金屬的 Cr 在氧化性介質(zhì)中能很快生成一層富 Cr 的氧化膜， 提高金屬的耐腐蝕能力。因此， Cr 是決定不銹鋼耐腐蝕性能的主要元素， 在調(diào)整配方中加入一定量的 Cr來(lái)補(bǔ)充焊接時(shí)焊芯中 Cr的燒損，w(Cr)應(yīng)控制在 18.5%20.5%為宜。3） Mn ，Ni 含量的控制 Mn 能有效地穩(wěn)定奧氏體不銹鋼焊縫組織，在焊縫中一般將 w（ Mn ）控制在 1.1% 左右時(shí)， 具有較好的力學(xué)性能。 含 量過(guò)低，會(huì)使鋼的強(qiáng)度偏低；過(guò)高使塑性降低，并會(huì)稍微降低焊縫金屬的 耐腐蝕性。Ni是奧氏體形成元素，在不銹鋼焊縫金屬中能穩(wěn)定奧氏體組織,

12、 提高耐腐蝕能力。在配方設(shè)計(jì)中要加入 w（Ni） 10%左右，以保證焊縫金屬中的 Ni 含量。（4） Nb含量的控制Nb在不銹鋼焊縫中與 C的親合力比Cr大，常能與C生成穩(wěn)定的NbC，因而對(duì)消除晶間腐蝕極為有利。在配方設(shè)計(jì)中,加入量應(yīng)適當(dāng)，w（ Nb） 一般應(yīng)大于w（C）8倍以上，即能大大改善耐晶間腐蝕性能和工藝性能。眾所周知， S、P 是有害元素，其含量控制得愈低愈好。根據(jù)以上分析修定焊縫的合金系統(tǒng)，如表1.3.1。3 焊條的配方設(shè)計(jì)焊接原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書電焊條設(shè)計(jì)原則是技術(shù)可行，符合相關(guān)國(guó)家規(guī)定的各項(xiàng)性能要求，能 進(jìn)行機(jī)械化生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)效益好，衛(wèi)生指標(biāo)先進(jìn)，符合環(huán)保要求。電焊條設(shè) 計(jì)的依據(jù)是

13、被焊母材的化學(xué)成分、力學(xué)性能、被焊件的工作要求（如抗氧 化性、耐熱性、低溫韌性、耐磨性、耐腐蝕性等）、現(xiàn)場(chǎng)施工條件（如交、 直流焊接） 、焊條制造成本、 制造工藝及使用工藝要求等。3.1 合金化方式合金化就是把所需要的合金元素， 通過(guò)焊接材料過(guò)渡到焊縫金屬 （或堆焊金屬 ）中。合金化的目的： (1)補(bǔ)償焊接過(guò)程中由于氧化、蒸發(fā)等原因造成的合金元素的損失； (2)改善焊縫金屬的組織和性能； (3)獲得具有特殊性能的堆焊金屬。常用的合金化方式有：應(yīng)用合金焊絲；應(yīng)用藥芯焊絲或藥芯焊條；應(yīng) 用合金藥皮或粘結(jié)焊劑； 應(yīng)用合金粉末； 應(yīng)用熔渣與金屬之間的置換反應(yīng)。3.2 焊芯的選定低碳鋼芯不銹鋼代用焊條的

14、理論依據(jù)是 :鉻鎳合金焊芯的成分中Cr:17%19%,Ni:8%11%,能焊接與之相近成分的奧氏體不銹鋼如Cr18Ni9、Cr18Ni9Nb等;而低碳鋼焊芯(H08)不含鉻、鎳，要達(dá)到能焊接高鉻鎳成分不銹鋼的要求 ,則必須從焊條藥皮中過(guò)渡等含量的合金元素尤其是鉻和鎳 ,才能保障焊縫金屬室溫組織仍是單相奧氏體,使焊縫金屬既滿足力學(xué)性能要求,又能達(dá)到抗腐蝕的目的。使用低碳鋼芯(H08E)代替鉻鎳合金鋼 焊芯制造不銹鋼焊條。 為保障焊縫金屬化學(xué)成分滿足不銹鋼要求 ,藥皮厚度在正常的奧氏體不銹鋼焊條(外徑6.4 mm/4.0 mm焊芯)基礎(chǔ)上以0.2 mm的厚度遞增 ,即試驗(yàn)焊條外徑分別為6.4、 6

15、.6、 6.8、 7.0、 7.2、7.4mm。低碳鋼 H08E 可以作為不銹鋼代用焊條的焊芯 ,但藥皮厚度應(yīng)相應(yīng)增加以提高合金的過(guò)渡系數(shù)。合金的過(guò)渡系數(shù)隨焊條藥皮厚度的增加而增加 但藥皮厚度太大，會(huì)降低焊條的工藝性能，當(dāng)焊芯直徑為4.0mm時(shí)，藥皮外徑 以 7.00mm 為適宜。使用低碳鋼 H08E 作焊芯時(shí) ,焊接工藝性能明顯改善 ,藥皮無(wú)發(fā)紅和脫落現(xiàn)象 ,且代替了價(jià)格昂貴的不銹鋼焊芯 ,焊條總的成本大約下降 30%。3.3 藥皮的類型0Cr18Ni9 是典型的奧氏體不銹鋼， 不銹鋼焊條的設(shè)計(jì)主要是保證熔敷 金屬的化學(xué)成分，而化學(xué)成分的獲得以相應(yīng)的不銹鋼芯為主，以藥皮過(guò)渡 合金元素為輔。

16、不銹鋼焊條藥皮類型一般都是沿用鈦型、 鈦鈣型和低氫型。鈦型或鈦鈣型藥皮由于電弧穿透力較弱，適于薄板平焊。不銹鋼焊芯電阻 系數(shù)大，交流弧焊比直流弧焊更易使焊條發(fā)紅，因此在藥皮配方設(shè)計(jì)上宜 采用低氫型藥皮，以適應(yīng)全位置中厚度不銹鋼板的焊接。3.4 渣系的選擇根據(jù)焊縫合金系統(tǒng)的特點(diǎn)及使用性能，我們采用如下五元渣系CaF2 :精選螢石粉 , Al2O3 : 加入適量的 Al 粉;CaO :精選優(yōu)質(zhì)石灰 ;焊接原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書MgO : 電熔鎂砂 ; TiO2 。此五元渣系的熔點(diǎn)為 12201240 C ,1550 C時(shí)的粘度為0. 32泊。在五元渣系中我們加入了 MgO 和 TiO2 。渣中加入 (

17、 TiO2) 是為了通過(guò)石 墨電極化渣過(guò)程生成一定量的 ( Ti3O5 ) 。 ( Ti3O5) 是復(fù)合的大離子半徑的 原子團(tuán) ,難以擴(kuò)散 ,對(duì)氧的傳輸起著阻礙作用。 渣中加入 MgO 可提高高溫熔 渣的粘度 ,在渣池表面形成一層半凝固膜。 CaO 作為去 S 劑加入渣中 ,同時(shí)可降低 CaF2 的比電導(dǎo)。4 藥皮配方的確定4.1 藥皮的參考配方采用 H08E 焊芯，靠藥皮過(guò)渡大量合金元素的不銹鋼焊條，是一種價(jià)格低、熔化速度快的新型不銹鋼焊條，熔敷金屬中的Cr和Ni主要靠在藥皮中加入金屬鉻和金屬鎳來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了減少合金元素在焊接過(guò)程中的燒 損，合金粉末的顆粒度宜選在 60200目之間。低碳鋼芯不

18、銹鋼焊條藥皮的參考配方見(jiàn)表 44.2 K 值得確定藥皮厚度大小決定了焊條橫截面焊芯與藥皮所占面積之比（或焊芯體 積與藥皮體積之比），亦即藥皮組成物在焊接過(guò)程中參加反應(yīng)的數(shù)量，由于 藥皮的密度取決于藥皮組成物及其含量，通過(guò)藥皮質(zhì)量系數(shù)可以表示不同類型藥 皮在焊條中所占的比例：K?m1?100%m公式 1K 焊條藥皮質(zhì)量系數(shù)（ %）；m1-焊條藥皮質(zhì)量；m- 有藥皮部分的焊芯的質(zhì)量。一般來(lái)說(shuō)，焊條藥皮取 K=0.40.6 較適宜。主要靠藥皮過(guò)渡的素的焊 條藥皮質(zhì)量系數(shù)應(yīng)高于一般焊條。同時(shí)焊條套筒長(zhǎng)度和電弧吹力隨藥皮的增厚而增大，有利于提高焊接效率和焊接過(guò)程中的穩(wěn)定性，但對(duì)全位置焊 不利。 因?yàn)樵撛档呐浞街饕强克幤み^(guò)渡合金，所以 K 取大，取K=0.60-0.754.3 藥皮組成物的配比的計(jì)算焊接原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書藥皮中合金劑的加入量范圍可根據(jù)下面公式得到：Cc?