金屬材料焊接工藝 第3版 教案 19 鐵素體不銹鋼的焊接

授課教案首頁學年第學期機械工程學院材料技術(shù)系（部）焊接技術(shù)及自動化教研室課程名稱金屬材料焊接工藝任課教師授課形式理論教學√課內(nèi)實踐□理實一體□習題復習□考核評價□其他活動□課時安排2課時序號19授課日期月日月日月日月日授課班級教學內(nèi)容：第四章不銹鋼的焊接3、鐵素體不銹鋼的焊接教學目標：知識目標：了解鐵素體不銹鋼的焊接性能力目標：熟悉鐵素體不銹鋼的焊接工藝特點素質(zhì)目標：1、培養(yǎng)學生良好的操作習慣2、具有與人溝通、與人合作的社會交往能力重點難點及解決方法：舉例說明鐵素體不銹鋼的焊接工藝。授課地點：教室教學媒體：投影儀設備及材料：其它資源：學習效果評價方式：課堂提問及作業(yè)作業(yè)和思考題：1．鐵素體不銹鋼的焊接性有何特點？課后小結(jié)：鐵素體不銹鋼焊接與奧氏體不銹鋼的焊接工藝有很大的不同，同學們分別記憶。填表說明：1.序號，指該課程授課的順序號，應與授課計劃一致；2.授課形式在相應的選項打“√”。授課教案教學內(nèi)容及過程時間分配方法及手段一、教學組織1．復習引入10分鐘2．講解45分鐘3．提問20分鐘4.小結(jié)15分鐘二、教學內(nèi)容能力知識點1鐵素體不銹鋼的焊接性1．鐵素體不銹鋼的類型和特性鉻的質(zhì)量分數(shù)為wCr=12％～30％，其化學成分特點是低碳、高鉻。室溫下具有純鐵素體組織。鐵素體不銹鋼的耐蝕性好，主要用作耐硝酸、氨水腐蝕的不銹鋼，也可用于抗高溫氧化用鋼，但很難用作熱強鋼。鐵素體不銹鋼可分為三種類型：Cr13型、Cr17型和Cr25～Cr28型。2．鐵素體不銹鋼的焊接性特點鐵素體不銹鋼焊接時的主要問題有：鐵素體不銹鋼加熱冷卻過程中無同素異形轉(zhuǎn)變，焊縫及HAZ晶粒長大嚴重，易形成粗大鐵素體組織，如圖4-8所示，導致接頭韌性比母材更低；多層焊時，焊道間重復加熱，導致σ相析出和475℃脆性，進一步增加接頭的脆化；對于耐蝕條件下使用的鐵素體不銹鋼，還要注意近縫區(qū)的晶間腐蝕傾向。（1）焊接接頭的晶間腐蝕鐵素體不銹鋼的晶間腐蝕傾向產(chǎn)生的原因與奧氏體不銹鋼基本相同，也是形成貧鉻層的結(jié)果。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學方法如：項目教學、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導等；3.教學手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡課程等。授課教案教學內(nèi)容及過程時間分配方法及手段鐵素體不銹鋼的焊接接頭出現(xiàn)晶間腐蝕的位置在接頭熔合線附近（950℃以上），而且在快速冷卻的條件下才能發(fā)生。焊后若經(jīng)700～850℃短時間加熱保溫并緩冷，可以恢復其耐晶間腐蝕的性能。防止晶間腐蝕的措施：1）經(jīng)過700～900℃加熱緩冷，鉻自晶粒內(nèi)擴散到晶界，從而使貧鉻層消失，恢復其耐蝕性能。2）選用含有Ti、Nb等穩(wěn)定劑的焊接材料，可有效防止晶間腐蝕。3）降低母材中的碳和氮的總含量，晶間腐蝕傾向減小。（2）焊接接頭的脆化鐵素體不銹鋼焊接接頭的脆化主要是由晶粒長大、σ相脆性和475℃脆性造成的。σ相脆性是指不論母材還是焊縫金屬在鉻的質(zhì)量分數(shù)wCr>21%時，如果在520～820℃之間長期加熱，會形成硬而脆的鐵鉻金屬間化合物，使材料的脆性增大。475℃脆性是指鐵素體不銹鋼在wCr≥15.5％，并在溫度400～500℃長期加熱時，常常出現(xiàn)強度升高而韌性下降的現(xiàn)象。防止焊接接頭脆化的措施：1）采用小的熱輸入即小電流、高焊速，禁止橫向擺動，待前一道焊縫冷卻到預熱溫度后，再焊下一道焊縫。2）焊后進行750～800℃退火處理退火后應快冷，防止出現(xiàn)σ相和475℃脆化。3）對超純鐵素體不銹鋼主要是防止焊縫的污染，以避免焊縫增加C、N、O的水平。能力知識點2鐵素體不銹鋼的焊接工藝要點（1）選擇合適的焊接材料(2)焊前預熱預熱溫度為100～200℃左右。(3）焊后熱處理焊后對接頭區(qū)域進行750～800℃退火處理，需要注意的是退火后應快速冷卻，以防止產(chǎn)生475℃脆性。（4）選擇合適的焊接方法應采用焊接熱輸入較小的焊接方法，如焊條電弧焊、鎢極氬弧焊等。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學方法如：項目教學、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導等；3.教學手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡課程等。授課教案教學內(nèi)容及過程時間分配方法及手段能力知識點3典型鐵素體不銹鋼的焊接工藝要點1．普通鐵素體不銹鋼的焊條電弧焊工藝在焊前準備工作中,下料方法的選擇、焊前清理和表面保護與奧氏體不銹鋼的焊接工藝相同。填充金屬主要分為兩類：一類是同質(zhì)的鐵素體型焊條；另一類為異質(zhì)的奧氏體型（鎳基合金）焊條。操作要點：（1）無論采用何種焊接方法，都應采用小的熱輸入，選用小直徑的焊接材料；（2）采用窄焊縫技術(shù)和快的焊接速度進行多層多道焊。焊接時，不允許擺動施焊；（3）多層焊時，要嚴格控制道間溫度在150℃左右，不宜連續(xù)施焊；（4）采用強制冷卻焊縫的方法，以減小焊接接頭的高溫脆化和475℃脆性，同時還可以減少焊接接頭的熱影響區(qū)過熱。其方法是通氬氣冷卻、通水冷卻或加銅墊板冷卻。2．超高純度鐵素體不銹鋼的焊接工藝焊接方法：氬弧焊、等離子弧焊和真空電子束焊。工藝措施：（1）增加對熔池的保護；（2）焊接時要采用提前送氬氣，滯后停氣的焊接設備；（3）提高氬氣的純度，用高純度氬氣進行施焊；（4）操作時，焊工不允許將焊絲末端離開保護區(qū)；（5）焊縫背面要通氬氣保護，最好采用通氬氣的水冷銅墊板，減少過熱，增