常用不銹鋼的焊接要點及注意事項

1、不銹鋼焊接要點及注意事項摘要:  通俗地說，不銹鋼就是不容易生銹的鋼，實際上一部分不銹鋼，既有不銹性，又有耐酸性（耐蝕性）。不銹鋼的不銹性和耐蝕性是由于其表面上富鉻氧化膜（鈍化膜）的形成。這種不銹性和耐蝕性是相對的。試驗表明，鋼在大氣、水等弱介質(zhì)中和硝酸等氧化性介質(zhì)中，其耐蝕性隨鋼中鉻含水量的增加而提高，當鉻含量達到一定的百分比時，鋼的耐蝕性發(fā)生突變，即從易生銹到不易生銹，從不耐蝕到耐腐蝕。不銹鋼的分類方法很多。按室溫下的組織結構分類，有馬氏體型、奧氏體型、鐵素體和雙相不銹鋼；按主要化學成分分類，基本上可分為鉻不銹鋼和鉻鎳不銹鋼兩大系統(tǒng)；按用途分則有耐硝酸不銹鋼、耐硫酸不銹鋼、耐海水

2、不銹鋼等等，按耐蝕類型分可分為耐點蝕不銹鋼、耐應力腐蝕不銹鋼、耐晶間腐蝕不銹鋼等；按功能特點分類又可分為無磁不銹鋼、易切削不銹鋼、低溫不銹鋼、高強度不銹鋼等等。由于不銹鋼材具有優(yōu)異的耐蝕性、成型性、相容性以及在很寬溫度范圍內(nèi)的強韌性等系列特點，所以在重工業(yè)、輕工業(yè)、生活用品行業(yè)以及建筑裝飾等行業(yè)中獲取得廣泛的應用。     奧氏體不銹鋼     在常溫下具有奧氏體組織的不銹鋼。鋼中含Cr約18%、Ni 8%10%、C約0.1%時，具有穩(wěn)定的奧氏體組織。奧氏體鉻鎳不銹鋼包括著名的18Cr-8Ni鋼和在此基礎上增加Cr、Ni含量

3、并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素發(fā)展起來的高Cr-Ni系列鋼。奧氏體不銹鋼無磁性而且具有高韌性和塑性，但強度較低，不可能通過相變使之強化，僅能通過冷加工進行強化。如加入S，Ca，Se，Te等元素，則具有良好的易切削性。此類鋼除耐氧化性酸介質(zhì)腐蝕外，如果含有Mo、Cu等元素還能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蝕。此類鋼中的含碳量若低于0.03%或含Ti、Ni，就可顯著提高其耐晶間腐蝕性能。高硅的奧氏體不銹鋼濃硝酸肯有良好的耐蝕性。由于奧氏體不銹鋼具有全面的和良好的綜合性能，在各行各業(yè)中獲得了廣泛的應用。     鐵素體不銹鋼 在使用狀態(tài)下以鐵

4、素體組織為主的不銹鋼。含鉻量在11%30%，具有體心立方晶體結構。這類鋼一般不含鎳，有時還含有少量的Mo、Ti、Nb等到元素，這類鋼具導熱系數(shù)大，膨脹系數(shù)小、抗氧化性好、抗應力腐蝕優(yōu)良等特點，多用于制造耐大氣、水蒸氣、水及氧化性酸腐蝕的零部件。這類鋼存在塑性差、焊后塑性和耐蝕性明顯降低等缺點，因而限制了它的應用。爐外精煉技術（AOD或VOD）的應用可使碳、氮等間隙元素大大降低，因此使這類鋼獲得廣泛應用。     奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼 是奧氏體和鐵素體組織各約占一半的不銹鋼。在含C較低的情況下，Cr含量在18%28%，Ni含量在3%10%。有些鋼還含有

5、Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素。該類鋼兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的特點，與鐵素體相比，塑性、韌性更高，無室溫脆性，耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高，同時還保持有鐵素體不銹鋼的475脆性以及導熱系數(shù)高，具有超塑性等特點。與奧氏體不銹鋼相比，強度高且耐晶間腐蝕和耐氯化物應力腐蝕有明顯提高。雙相不銹鋼具有優(yōu)良的耐孔蝕性能，也是一種節(jié)鎳不銹鋼。     馬氏體不銹鋼 通過熱處理可以調(diào)整其力學性能的不銹鋼，通俗地說，是一類可硬化的不銹鋼。典型牌號為Cr13型，如2Cr13 ,3Cr13 ,4Cr13等。粹火后硬度較高，不同回火溫度具有不同強韌性組合，主

6、要用于蒸汽輪機葉片、餐具、外科手術器械。根據(jù)化學成分的差異，馬氏體不銹鋼可分為馬氏體鉻鋼和馬氏體鉻鎳鋼兩類。根據(jù)組織和強化機理的不同，還可分為馬氏體不銹鋼、馬氏體和半奧氏體（或半馬氏體）沉淀硬化不銹鋼以及馬氏體時效不銹鋼等。本文主要介紹了不銹鋼復合鋼板的對接，角接等形式的焊接。前言：耐海水腐蝕的環(huán)保設備裝置海上平臺、污水處理裝置等既要求有強度保證，又要求具有耐腐蝕和使用壽命長的特征，因此使用碳鋼與不銹鋼復合板制作。其碳鋼一面保證其結構強度要求，不銹鋼一面保證其耐腐蝕要求。關鍵詞：不銹鋼復合鋼板，CO2半自動氣體保護焊一、施焊前的準備工作1、 根據(jù)產(chǎn)品圖紙要求用機械加工的方法在接頭處，

7、去除不銹鋼復合層，對接焊縫需開合適的坡口。詳見下面典型節(jié)點圖。     2、焊縫兩側各10-20mm寬度范圍內(nèi)作好清理工作，用鋼絲刷或打磨的方法，去除氧化物、銹、油、水分等影響焊接質(zhì)量的物質(zhì)。3、按產(chǎn)品圖紙裝配，在碳鋼側用CJ422，3.2mm焊條定位焊，定位焊焊工應具有有效的崗位操作證書，保證定位焊的質(zhì)量，定位焊有效長度為25-30mm。二、焊接過程1、不銹鋼復合鋼板對接縫的焊接工藝1.1基層碳鋼焊接 1.1.1采用埋弧自動焊的方法，正面焊一層，翻身后反面先用碳弧氣刨方法清根，再封底焊一層。焊接規(guī)范如下：位置 焊絲 焊劑&

8、#160;焊絲直徑 電弧電壓 焊接電流 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，要求詳見下圖。 1.1.3焊后用X射線抽樣檢查，抽樣比例為1020%，或用UT探傷檢1.2過度層焊接采用CO2半自動氣保焊方法，焊接一層，焊接規(guī)范選擇如下：藥芯焊絲 

9、0; TS-309（天泰）焊絲直徑   1.2（MM）電弧電壓    19-21V焊接電流    130-150A過渡層焊后的截面如右圖所示：1.3復層焊接采用CO2半自動氣體保護焊的方法，焊接一層，焊接規(guī)范如下：藥芯焊絲 TS-316L（天泰）                      

10、 焊絲直徑 1.2（MM）層間溫度 150。C復層焊后的截面圖如下：11 焊后清理焊渣，并打磨光順焊縫后外觀檢查。2、不銹鋼復合鋼板角接縫焊接工藝。2.1  基層碳鋼焊接2.1.1   按圖紙要求的焊腳尺寸，采用CO2半自動氣保焊方法，進行角接縫焊接。焊接規(guī)范要求：藥芯焊絲 TWE711（天泰）或SF71（現(xiàn)代）焊絲直徑 1.2（MM）電弧電壓 1921V焊接電流 150180（A）焊縫形式如右圖所示：212 焊后對焊縫進行清理，去飛濺，清渣，并對不銹鋼側 的焊縫進行打磨。22

11、0;過渡層焊接221 采用CO2半自動氣保焊方法，焊接一層，焊接規(guī)范及焊材選擇如下：藥芯焊絲 TS316（天泰）焊絲直徑 1.2（MM）電弧電壓 2022V焊接電流 140160（A）層間溫度 150。C232 焊后做好清理工作，去飛濺和焊渣，用外觀檢查焊縫。233 角接縫的節(jié)點圖如下：    三、注意事項1、不銹鋼復合鋼板對接縫裝配時，基準面為不銹鋼復層面，防止錯邊過大，影響復層焊接質(zhì)量。2、裝配，焊接過程中，嚴防機械碰傷，電弧燒傷不銹鋼復層表面。3、嚴防碳鋼焊絲焊接在復層上或過度層

12、焊絲焊在復層上。4、碳鋼焊接時的飛濺落在復層面上時，要仔細清除。5、焊接過度層時，為了減少稀釋率，在保證焊透的情況下，應盡可能采用小規(guī)范。6、凡是參與焊接的電焊工，均需有效的合格上崗證書，并經(jīng)過相應機械考核認可，方可上崗操作。7、所用焊接材料均需有效相應的材質(zhì)認可證書。  薄板不銹鋼焊接成本的分析與對比 薄板薄板不銹鋼焊接成本不銹鋼焊接成本的分析與對比 目前的不銹鋼壓力容器生產(chǎn)企業(yè)，普遍采用的主要焊接方法均為成熟的焊接工藝，如鎢極氬弧焊（GTAW）、焊條電弧焊（SMAW）、藥芯焊絲電弧焊（FCAW）、埋弧自動焊（SAW）等。對于410mm的1Cr18Ni9Ti薄板不銹鋼，主要采用鎢極

13、氬弧焊（GTAW）、焊條電弧焊（SMAW）和藥芯焊絲電弧焊（FCAW）；而對于410mm的304薄板不銹鋼(相當于我國的0Cr18Ni9)，則主要采用鎢極氬弧焊（GTAW）、焊條電弧焊（SMAW），由于藥芯焊絲電弧焊（FCAW）采用的保護氣體為Ar+CO2，易使焊接接頭產(chǎn)生增碳問題，導致其耐腐蝕性能下降，故對于低碳、超低碳不銹鋼的焊接，一般情況下不采用藥芯焊絲電弧焊。     本文以板厚8mm的低碳、304不銹鋼為例，對其常用焊接方法及焊接成本進行分析和對比。     焊接方法分析     鎢極

14、氬弧焊采用的保護氣體為純Ar，焊接時它既不與金屬起化學反應，也不溶解與液態(tài)金屬中，故可以避免焊縫中金屬元素的燒損和由此帶來的其它焊接缺陷，同時因其密度較大，在保護時不易漂浮散失，保護效果好。該焊接方法由于熱源和填充焊絲是分別控制的，熱量調(diào)節(jié)方便，使輸入焊縫的焊接線能量更容易控制，故適合于各種位置的焊接，也容易實現(xiàn)單面焊雙面成型。鎢極氬弧焊的最大缺點是熔深淺、熔敷速度慢、生產(chǎn)效率低，因而其焊接變形也就較大。     焊條電弧焊由于操作靈活、方便，焊接設備簡單、易于移動，設備費用比其它電弧焊方法低，因而得到了廣泛的應用。該焊接方法與熔化極氣體保護焊（GMAW）、埋弧自

15、動焊（SAW）等焊接方法相比，其熔敷速度慢及熔敷系數(shù)低，并且每焊接完一條焊道均需要清理熔渣，而坡口內(nèi)的清渣是比較繁瑣的。     熔化極惰性氣體保護焊（MIG焊），由于采用Ar或在Ar中添加了少量的O2作為保護氣體，因而其電弧穩(wěn)定，熔滴細小且過渡穩(wěn)定，飛濺很小。該焊接方法的電流密度高、母材熔深深，因而其焊絲的熔化速度和焊縫的熔敷速度高，焊接生產(chǎn)效率高，尤其適于中等厚度和大厚度結構的焊接。該焊接設備比較復雜，設備成本較高。     表1給出了薄板不銹鋼常用焊接方法的相關數(shù)據(jù)。該表中的GTAW焊的熔敷速度為實際測量的數(shù)據(jù)。  &

16、#160;  表1 薄板不銹鋼常用焊接方法數(shù)據(jù)     焊  接  方  法               TIG             SMAW          &#

17、160; MIG 熱源  最小加熱面積(cm2)           10-3             10-2             10-4 特性  最大功率密度(W/cm2)     

18、;  1.5×104           104           104105 熱效率（功率有效系數(shù)）        0.770.99      0.770.87      0.660.69  &

19、#160;        焊接電流（A）        100130        170200        200300 焊接速度  焊材直徑(mm)          2.4   &#

20、160;       4.0           1.2 及效率    熔敷速度(g/min)       710           1822         

21、; 7585           熔敷效率(%)          98100          5560          9699     低碳、超低碳薄板不銹鋼焊接成本對比   

22、60; 對于薄板不銹鋼壓力容器，由于其特殊性及相關標準的要求，因而對打底焊的焊縫背面的質(zhì)量要求比較高。    對于打底焊而言，鎢極氬弧焊（GTAW）均優(yōu)于焊條電弧焊（SMAW）、熔化極惰性氣體保護焊（MIG焊）等焊接方法，這主要是由于熱源和填充焊絲是分別控制的，熱量調(diào)節(jié)方便；同時，該種焊接方法對焊工的操作技能、接頭的組對質(zhì)量要求不高。因此，對于單面焊雙面成型的焊接接頭，其打底焊均采用鎢極氬弧焊（GTAW）。對于不銹鋼的焊接，焊接時必須充背面保護氣（通常為純Ar），以防止焊縫背面的氧化。     1 焊接成本對比  

23、   表2給出了板厚8mm、材質(zhì)304不銹鋼對接接頭的焊接成本對比。表中的焊材、氣體及工資的價格均是按照目前的價格進行計算的。GTAW焊的2.4mm的焊絲是直條的，長度為36英寸，每根焊絲的剩余長度約80100mm；不銹鋼焊條的剩余長度約5080mm。      表2 薄板不銹鋼常用焊接方法的成本對比焊  接  方  法               

24、0;     GTAW           GTAW+SMAW        GTAW+MIG 施 焊 條 件      V型坡口，對接接頭，單面焊雙面成型。                

25、      母材厚度為8mm，材質(zhì)為304；坡口角度70°，鈍邊0mm， 根部間隙2.0mm       焊絲直徑    打底焊           2.4           2.4      &#

26、160;     2.4         (mm)      填充及蓋面       2.4            -            1.2  

27、;     焊條直徑    打底焊            -            -             - 焊      (mm)&

28、#160;     填充及蓋面        -           4.0             - 接    焊接電流    打底焊      

29、      110             110              110 規(guī)      (A)       填充及蓋面     

30、   130             170              140 范    電弧電壓    打底焊            12 

31、0;            12               12         (V)       填充及蓋面        12 &#

32、160;            24               24       焊縫厚度    打底焊            2.5  

33、           2.5              2.5         (mm)      填充及蓋面        5.5    

34、         5.5              5.5       氣體流量(L/min)               20      

35、        20               20       需要金屬量   打底焊           74.4        &#

36、160;   74.4             74.4         (g/m)      填充及蓋面       407.9           407.9 

37、60;          407.9       綜合熔敷效率 打底焊           90              90        

38、60;      90 焊        (%)      填充及蓋面       90              48          

39、     98 材    焊材消耗量   焊 絲            535.9           82.7       82.7+416.2=498.9 費      (g/m)

40、60;     焊 條            -            849.8            - 用    焊材單價     焊 絲 &#

41、160;          70.0            70.0             70.0       (元/kg)      焊 條   

42、;         -            34.0             -       焊材費用(元/m)          

43、60;     37.51      5.79+28.89=34.68      34.92       熔敷速度     打底焊            7        

44、0;     7                7 氣    (g/min)      填充及蓋面        10            

45、; 20               80 體    燃弧時間     打底焊            10.6           10.6   &#

46、160;         10.6 費    (min/m)      填充及蓋面        40.8           20.4           &

47、#160; 5.1 用    氣體單價(元/L)                 0.003          0.003          0.003/0.012       氣

48、體費用     焊接氣體          3.09           0.64             1.85       (元/m)     

49、  背面保護氣體      3.09           1.86             0.95       其它時間     層間冷卻時間    3×20=60  

50、      3×20=60         1×20=20 其    (min/m)      清渣時間        3×3=9        1×3+2×10=23  

51、0;    1×3=3 它    總作業(yè)時間(min/m)              120.4         114.0             38.7 費   

52、工資單價(元/h)                 11.36         11.36             11.36 用    工資費用(元/m)                 22.80