焊接技术毕业论文

前言

在昆钢某水库供水二期工程中，检修闸门主轨道设计采用的结构是断面为40×60mm的1Cr13不锈钢焊接固定在厚度50mm的Q235钢板上。由于两种料的热导率和线膨胀系数有很大差异，为了保证焊接质量，认真分析了两种材料的焊接材料性能及存在的问题，并据此制定了具体的焊接工艺措施。

1焊接准备及其要点

在焊接过程中，为了保证焊接质量，制定焊接工艺如下：根据现场条件，焊接采用手工电弧焊，电焊机选用BX-330型，焊条使用E4303电焊条。整体焊接前先点焊加固，要求50mm，间距400-600mm。焊接为定位焊，施焊时要选择合理的焊接顺序。1.1质量保证措施1）施工前先进行技术交流，要求全体施工人员必须熟悉图纸及施工工艺。2）施焊人员必须是经过专业机构认可的焊工，需持证上岗。3）施行三检制度，即职工自检、质检员初检、监理工作员复检，不合格工序不能下转。

2焊接性能分析

1Cr13不锈钢和Q235碳钢的化学成分及物理性能如表1、2所示。

表1

1Cr不锈钢和Q235碳钢的化学成分表

项目

C

Si

Mn

P

S

Cr

1Cr13

≦0.15

≦1.0

≦1.0

≦0.035

≦0.030

11.5-13.5

Q235

0.14-0.22

≦0.3

0.3-0.65

≦0.045

≦0.05

—

2.1

1Cr13不锈钢的Cr含量在11．5％～13．5％，同时匹配有不大于0．15％的C，Cr本身能增加钢的奥氏体稳定性，加入碳后经固熔再空冷会发生马氏体转变，因此1Cr13不锈钢焊缝和热影响区焊后状态的组织为硬脆的马氏体组织。

2.2

1Cr13的碳当量约为2．76％，因此它的焊接性较差。由于1Cr13不锈钢的导热性较Q235碳钢差，焊接残余应力较大，加之本闸门主轨的刚度较大，所以从高温直接冷却到100～120℃以下时很容易产生冷裂纹。由于焊接热循环的作用，1Cr13不锈钢有较大的过热倾向，晶粒易粗化，热影响区会出现粗大的铁素体和炭化物组织，塑性降低，冷却时能引起脆化，如果再有氢的作用，冷裂纹的倾向就更加明显。

物理性能表2

项目

密度

电阻率

比热容

0～100

平均线膨胀系数

1Cr13

7.75

57

0.46

9.9

10.1

11.5

Q235

7.85

15

0.5

11.4

11.5

3

焊接中的主要问题

Q235为普通碳素结构钢，由于含碳量适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，广泛用于建筑及工程结构。

由于1Cr13不锈钢和Q235碳钢化学成分差异很大，因此它们的焊接属于异种钢焊接，要在熔焊的条件下获得可靠的焊接接头存在许多问题。

3．1

热导率和比热容的差异

金属的热导率和比热容强烈地影响着被焊材料的熔化、熔池的形成，以及焊接区温度场和焊缝的凝固结晶。1Cr13不锈钢热导率约为Q235碳钢的一半，这么大的差异可使两者的熔化不同步，熔池形成和金属结合不良，导致焊缝结晶条件变坏，焊缝性能和成形不良。

3．2

线膨胀系数的差异

由于1Cr13不锈钢与Q235碳钢的线膨胀系数不同，造成它们在形成焊接连接之后的冷却过程中，焊缝两侧的收缩量不同，导致焊接接头出现复杂的高应力状态，进而加速裂纹的产生。

3．3

1Cr13不锈钢和Q235碳钢焊接时同样存在焊缝稀释和形成过渡层的问题，导致Q235碳钢一侧焊缝形成脱碳层而1Cr13不锈钢一侧形成增碳层，随着扩散的持久，使Q235碳钢一侧的含碳量降低，变成了铁素体组织，并使焊接接头的焊缝组织成为奥氏体加铁素体。

4

焊接工艺措施

为了获得无裂纹的焊接接头，应尽量避免焊接接头熔合线组织与焊缝金属的不一致性，使1Cr13不锈钢一侧没有显著的稀释现象，在工艺上采取了以下措施：

4．1

正确选择焊接材料

焊接填充材料一般都有相应的国标。

碳钢、不锈钢焊接填充材料选择：如果碳钢的含碳量高，则脆硬倾向比较大，可以考虑使用碳钢和不锈钢相近的焊条，如果碳钢的含碳量小，由于碳钢的稀释作用，会使焊缝的组织发生很大的变化。一般来讲，填充材料的选择根据你对焊缝组织的要求，可以根据sheaffler焊缝组织图来选择焊接填充材料。

焊材可分为：焊条、焊剂、焊丝。

焊接时所消耗材料（包括焊条、焊丝、焊剂、气体等）的通称叫做焊接材料。焊接填充材料一般都有相应的国标。

碳钢、不锈钢焊接填充材料选择：如果碳钢的含碳量高，则脆硬倾向比较大，可以考虑使用碳钢和不锈钢相近的焊条，如果碳钢的含碳量小，由于碳钢的稀释作用，会使焊缝的组织发生很大的变化。一般来讲，填充材料的选择根据你对焊缝组织的要求，可以根据焊接填充材料一般都有相应的国标。

碳钢、不锈钢焊接填充材料选择：如果碳钢的含碳量高，则脆硬倾向比较大，可以考虑使用碳钢和不锈钢相近的焊条，如果碳钢的含碳量小，由于碳钢的稀释作用，会使焊缝的组织发生很大的变化。一般来讲，填充材料的选择根据你对焊缝组织的要求，可以根据sheaffler焊缝组织图来选择焊接填充材料。

焊材可分为：焊条、焊剂、焊丝。

焊缝组织图来选择焊接填充材料。

焊材可分为：焊条、焊剂、焊丝。

焊材选用的一般原则：为得到高质量的焊接接头，首先要合理选择焊接材料。由于焊接部件在运行中的工况有很大差异，母材的材质性能、成份千差万别，部件的制造工艺错综复杂，因此需要从各方面综合考虑确定对应的焊接材料。选择焊接材料应遵循以下原则：1）满足焊接接头使用性能的要求。包括常温、高温短时强度、弯曲性能、冲击韧性、硬度、化学成份等，以及一些技术标准和设计图纸中对接头性能的特殊要求，诸如持久强度、蠕变极限、高温抗氧化性能、抗腐蚀性能等。2）满足焊接接头制造工艺性能和焊接工艺性能的要求。焊接接头组成的构件，在制造过程中不可避免要进行各种成型和切削加工，例如冲压、卷、弯、车、刨等加工工序，要求焊接接头具有一定的塑性变形能力和切削性能、高温综合性能等。焊接工艺则要焊接材料工艺性能良好，根据母材的焊接性差异，具有对应的抗裂纹等缺陷的能力。3）合理的经济性。在满足上述各种使用性能、制造性能的最低要求的同时，应选择价格便宜的焊接材料，以降低制造成本，提高经济效益。例如重要部件的低碳钢手工电弧焊时，应优先选用碱性药皮焊条，因为碱性焊条脱氧、脱硫充分，且氢含量低，焊缝金属抗裂性能及冲击韧性性能好。而对于一些非重要部件，可选用酸性焊条，因为酸性焊条仍能满足非重要部件的性能要求，而且工艺性良好，价格便宜，可降低制造成本。焊接材料的力学性能应首先满足所焊母材的要求(强度，延伸率)，其次才是其他的性能(低温冲击韧性，耐腐蚀性能等)。在不同的热处理条件下，焊缝金属的性能会呈现较大的差别。4）1Cr13不锈钢与Q235碳钢焊接接头的焊缝金属化学成分主要取决于填充金属。为了保证结构使用性能的要求，焊缝金属的成分应力求接近于其中一种钢的成分。为了尽量减小构件的焊接变形，采取了两名电焊工对称焊接的手工弧焊方法，焊条选用E5015（或E309），焊缝金属的Cr当量为5％～6％，经回火处理后具有良好的力学性能。

4．2

预热温度和层间温度

焊前预热和层间温度的控制对减少裂纹的形成有一定影响。预热温度过高，会导致焊缝的冷却速度变慢，有可能引起焊接接头晶粒边界碳化物的析出和形成铁素体组织，大大地降低接头的冲击韧性。预热温度过低，则起不到预热的作用，无法防止裂纹的形成。1Cr13不锈钢与Q235碳钢焊接的预热温度和层间温度要控制在150～300℃。

4．3

焊后温度的控制及回火热处理

焊后必须缓慢冷却至100～150℃，保温0．5～1h，使焊接接头的组织全部转变为马氏体，随后才能升温回火，进行热处理。回火温度应控制在700～730℃范围内，保温时间在4～5h。热处理后能使焊缝金属的材质基本与母材达到等强度的特性。

4．4

操作工艺

为防止不锈钢焊接一侧晶体粗大，产生脆化和裂纹，还要采取以下工艺措施：1）选用小的热输入，小的焊接电流，较快的焊接速度。2）采用短弧焊，电弧稍偏向碳钢母材侧，使两母材金属受热均匀一致。3）由于需要多层焊，前一层焊缝冷却至200～300℃后焊下一道焊缝。4）焊后进行缓冷。具体焊接工艺参数选择如表3。

表3

焊接工艺参数表

焊接方法

焊接材料

预热温度

焊接电流

焊接速度

焊后热处理参数

焊条

E5015，θ3.2

150～300℃

100～120A

22～23V

250～300mm/min

回火700～730℃

E309，θ4

130～150A

24～25V

5

结束语

对于1Cr13不锈钢与Q235碳钢的异种钢焊接，采用手工电弧焊，焊条选用E5015或E309，选择合适的焊前预热温度、焊接电流及速度等焊接工艺参数并进行适当的焊后热处理，就能获得良好的焊接效果，满足焊接结构的使用要求。

由于采用了合理的焊接材料和焊接工艺，焊接接头成形良好，未见裂纹的产生。所以在施焊前要认真考虑如何正确选择合适的焊接材料，才能达到我们预期要达到的目的。

6参考文献：