奧氏體不銹鋼焊接性分析與焊接工藝評定畢業(yè)論文

1、. . . . 工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 題目0Cr18Ni9（304）奧氏體不銹鋼焊接性分析與焊接工藝評定系 別 材料工程系 專 業(yè)焊接技術與自動化 班 級焊接技術與自動化11-2 姓 名何 旺 學 號3 指導教師（職稱）胡春霞 講 師 日 期 2014年3月 38 / 47工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文）任務書材料工程系2014屆焊接技術與自動化專業(yè)畢業(yè)設計（論文）任務書畢業(yè)設計（論文）題目金屬材料焊接工藝評定課題容性質科學研究課題來源性質教師收集的結合生產(chǎn)實際的課題實驗校（外）指導教師職 稱工作單位與部門聯(lián)系方式胡春霞講師材料工程院2867483一、題目說明（目的和意義）：畢業(yè)設計是本專業(yè)教學過

2、程的最后一個重要環(huán)節(jié)，也是培養(yǎng)學生分析問題和解決問題能力的主要方法，通過畢業(yè)設計，要求學生全面綜合運用所學基本理論，基本技能和生產(chǎn)實踐知識；學習系統(tǒng)地綜合運用所學的知識和技能解決實際工程問題的本領，鞏固和加深對所學知識的理解，并且通過畢業(yè)設計的實踐擴大和補充知識，使認識提高到一個新的水平。通過畢業(yè)設計的實踐，培養(yǎng)調查研究的習慣和工作能力，練習查閱資料和有關標準，查閱工具書或參考書，合理選擇實驗方法、實驗設備，正確操作、分析，并能以實驗分析過程和畢業(yè)論文表達設計的思想和結果。通過畢業(yè)設計，不但要提高解決具體問題的獨立工作能力，而且應建立正確的設計和科研思想，加強思想性，牢固樹立實事和嚴肅認真的工

3、作態(tài)度。二、設計（論文）要求（工作量、容）： 1、總要求：要求每個學生根據(jù)給定的畢業(yè)設計題目獨立完成焊材制備，焊接材料、方法與設備的選擇，焊接操作，金相試樣的制備、腐蝕、觀察與圖片收集，焊縫形狀、質量、力學性能的測試等實驗工作量，根據(jù)文獻與相關的理論知識對實驗結果進行分析總結，并得出結論,根據(jù)結論可進行相應的補充實驗，完成畢業(yè)設計論文一份，畢業(yè)設計完成后進行答辯。2、給定的條件和要求：實驗設備類型、種類齊全；實驗藥品齊全；查閱文獻，明確畢業(yè)設計的意義與目的；嚴格按照標準與操作規(guī)程進行實驗。3、確定總體方案：分析國外金屬材料焊接的發(fā)展和趨勢，了解畢業(yè)設計任務書給定的條件和用途，可到工廠進行調研、

4、了解焊接結構制造的經(jīng)驗，進行畢業(yè)設計可行性分析和論證，最后確定總體方案，并編制技術路線圖。注：技術路線圖在論文中要以圖表形式出現(xiàn)。4、具體要求：（1）明確所用金屬材料的分類與應用。（2）明確所用金屬材料的化學成分、力學性能、顯微組織等。（3）分析所用金屬材料的焊接性。 各種裂紋、脆化與軟化產(chǎn)生的可能性， （4）明確所用金屬材料的焊接工藝要點。1）焊接方法與設備 確定與母材相對應的焊接方法種類與選擇依據(jù)根據(jù)母材的種類（碳鋼、合金鋼、不銹鋼、有色金屬等）選擇相應的焊接方法（焊條電弧焊、埋弧焊、CO2氣體保護焊、熔化極氬弧焊、TIG焊等）。 明確所選焊接方法的原理、特點與應用 明確與焊接方法對應的焊

5、接設備的特點、設備組成與作用根據(jù)焊接方法選擇相應型號的焊接設備并記錄設備型號，并對焊接設備能進行較熟練的操作，對同一種類的焊接設備可采用不同型號進行試焊，對焊縫成形的結果進行比較以確定最佳的焊接設備。2）焊接參數(shù)的選擇 明確焊接參數(shù)對該材料焊接后形成的焊縫的影響，焊接參數(shù)主要包括焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊接電流的種類與極性、焊條與焊絲直徑、焊絲伸出長度等。 明確焊接參數(shù)的選擇方法與依據(jù) a.接頭的鋼材種類與板厚。b.焊縫的種類（縱縫、環(huán)縫）和焊縫的位置（平焊、橫焊、立焊）。c.接頭的形式（對接、角接、搭接）和坡口的形式（Y形X形U形坡口等）。d.焊條或焊絲的種類、型號與直徑e.保護氣體（

6、CO2、Ar等） 焊接熱輸入（選擇依據(jù)） 預熱和焊后熱處理（如何選擇）3）焊接材料的選擇 闡述焊接材料的選擇原則 該題目中對應焊接材料的組成、性質與要求根據(jù)題目中規(guī)定母材的種類（碳鋼、合金鋼、不銹鋼、有色金屬等）選擇相應的焊接材料（焊條、焊絲、焊劑、保護氣體等）。4）闡述可能出現(xiàn)的缺陷與防止措施 焊接缺陷如氣孔、裂紋、咬邊、未熔合等（5）根據(jù)選擇的焊接工藝參數(shù)施焊1）材料準備： 母材與焊接材料的采購 母材的尺寸確定、坡口設計、畫線、下料等（參考國標） 母材的焊前清理、打磨 焊縫位置的選擇（盡可能平焊） 焊接材料的處理 焊條要進行烘干等。2）做好安全防護工作，嚴格按照操作規(guī)程施焊。3）待焊縫冷卻

7、后對焊縫的成形做出相應的評價，并對焊接參數(shù)值與對應的結果進行記錄。4）變化焊接參數(shù)，繼續(xù)施焊、記錄，直到焊縫形狀達到要求為止。（6）通過實驗，將幾次的焊接參數(shù)進行對比1） 金相試樣的制備與觀察 待試樣完全冷卻后選擇焊縫的相應位置截取試樣，將毛邊磨去做好金相試樣制備的準備； 熟練掌握金相制備的方法，能夠熟練操作金相磨制設備，配置相應的腐蝕液，掌握金相腐蝕的技巧； 熟練操作金相顯微鏡，能夠借助金相顯微鏡判斷金相試樣的磨制、腐蝕程度，并能運用金相顯微鏡拍攝金相照片，并能進行相應的分析。2） 力學性能測試 能夠根據(jù)國家標準制定試樣尺寸，可對試樣進行硬度測量，其中按同一種方法焊接出來的焊縫的試樣數(shù)量為3

8、個，取平均值。（7）實驗結果分析 根據(jù)以上實驗過程結果進行判斷、分析，能夠判斷出金相組織的種類、力學性能的好壞，并分析可能的影響因素，得出最佳的焊接參數(shù)（8）編制焊接工藝設計書（焊前）、焊接工藝評定報告（焊后）、加工工藝過程卡（焊后） 要求按正規(guī)的焊接工藝設計書、焊接工藝評定報告與加工工藝過程卡的格式進行編制，共3份，裝訂在畢業(yè)設計論文容的相應位置。（9）畢業(yè)論文一份，外文翻譯一篇，幅面大小為A4，全部由計算機打印。5、撰寫畢業(yè)設計論文包括容：封面、任務書、摘要、目錄、論文正文、總結論、致、參考文獻、英文翻譯（原文+中文翻譯）等。應闡述整個畢業(yè)設計容，要突出重點和特色，圖文并茂，文字通暢。畢業(yè)

9、論文的頁數(shù)不少于20頁（20頁不含英文翻譯，幅面大小為A4，全部由計算機打?。?。6、試樣的要求：實驗試樣要符合相應國家標準。7、論文撰寫格式、裝訂順序與要求依畢業(yè)設計（論文）規(guī)。三、進度表日 期 容1周3.5周1.5周畢業(yè)設計共6周，安排如下：1、文獻查閱與方案論證1周（1）調查研究、搜集和查閱資料（0.5周）（2）總體設計方案的擬定和論證（0.5周）2、實驗過程3.5周（1）實驗前期準備（0.5周）（2）試樣制備（0.5周）（3）實驗操作、實驗記錄（2周）（6）結果分析并得出結論（0.5周）3、撰寫畢業(yè)設計論文1.5周完成日期2014.1.17答辯日期2013.3.32013.3.14 四、

10、主要參考文獻、資料、設備和實習地點與翻譯工作量：1 王宗杰.熔焊方法與設備. ：機械工業(yè)，2007年11月.2 英若采.熔焊原理與金屬材料焊接. ：機械工業(yè)，2009年12月.3 鄧洪軍.焊接結構生產(chǎn). ：機械工業(yè)，2012年1月.4 英若采.熔焊原理與金屬材料焊接. ：機械工業(yè)，2009年12月.5 世榮.金屬學與熱處理. ：機械工業(yè)，1997年6月.6 丁德全.金屬工藝學.：機械工業(yè)，2008年4月.7 應龍.17MnNiVNbRe鋼焊接性能研究.壓力容器，1997，4.8 胡義祥.金相檢驗實用技術. ：機械工業(yè)，2012年6月.9 機械工業(yè)理化檢測人員技術培訓和資格鑒定委員會.金相檢驗.

11、 ：中國計量，2011年3月.10 立軍.材料連接設備與工藝. ：機械工業(yè)，2009年1月.11 宗培言.焊接結構制造技術與裝備. ：機械工業(yè)，2010年1月.12 周浩僧.焊接結構生產(chǎn)與裝備. ：機械工業(yè)，2008年8月.13 賈安東.焊接結構與生產(chǎn). ：機械工業(yè)，2010年1月.14 熊臘森.焊接工程基礎. ：機械工業(yè)，2011年7月.15 文鉞.焊接冶金學. ：機械工業(yè)，2008年6月.16 亞江.焊接冶金學材料焊接性. ：機械工業(yè)，2010年10月.17 方洪淵.焊接結構. ：機械工業(yè)，2010年9月.18 裕川.焊接工藝設計與實例分析. ：機械工業(yè)，2010年1月.19 伍玉嬌.金屬

12、材料學. ：大學，2011年8月.20 付華，光磊.材料性能學. ：大學，2010年9月.21 覃耀春.金屬學與熱處理. ：機械工業(yè)，2011年6月.22 胡義祥.周玉. ：機械工業(yè)，2011年6月.指導教師簽字教研室主任簽字主管系領導簽字年 月 日年 月 日年 月 日注：本任務書要求一式兩份，一份系部留存，一份報教務處實踐教學科。摘要鋼是我們現(xiàn)代社會中不可缺少的一種材料，它可以看作一個國家工業(yè)化水平的標志。鋼的產(chǎn)量越高就代表這個國家的工業(yè)化水平越高。不銹鋼是鋼中非常重要的的一種，由于不銹鋼具有特殊的使用性能和力學性能，在現(xiàn)代的各行各業(yè)中已經(jīng)被越來越多的使用。在不銹鋼中奧氏體不銹鋼又是其中非常

13、重要的一種，在發(fā)達國家每年消耗的的鋼有70%的是不銹鋼，在我國也達到了65%左右。因此開發(fā)和使用好奧氏體不銹鋼對我國的工業(yè)化來說越來越重要了。0Cr18Ni9就是奧氏體不銹鋼，我做的這個課題就是探討0Cr18Ni9在低溫貯罐制造中的性能。低溫貯罐是用來儲存液N液Ar液態(tài)的CO2等低溫液體的容器，液態(tài)介質中的特殊性能就決定了制造材料需要特殊性能，而奧氏體不銹鋼0Cr18Ni9就具有這樣的性能。低溫貯罐在現(xiàn)代生活、生產(chǎn)中使用已越來越廣泛，因此對0Cr18Ni9的探討就顯得越來越重要。在這篇論文中我會著重為大家闡述0Cr18Ni9在低溫壓力容器制造中的焊接性能、力學性能、使用性能和焊接工藝。在這篇論

14、文中我會通過一個焊接性試驗來探討0Cr18Ni9在低溫壓力容器中的各項性能我的這個實驗就是規(guī)格為8×50×100mm的兩塊0Cr18Ni9板水平對接焊接方法就是手工電弧焊。針對這個實驗做出完確的焊接工藝評定，并且根據(jù)評定要求對試樣做相應的無損檢驗和力學性能的試驗，從而來判定0Cr18Ni9的各項性能。關鍵詞：焊接性能 ;力學性能 ;使用性能 ;焊接工藝AbstractSteel our modern society is indispensable to a material,it can be seen as a sign of the level of industri

15、alized countries.The higher the output of steel on behalf of this country the higher the level of industrialization .Stainless steel is a very important one,because of the use of stainless steel with special performance and mechanical properties,in all walks of life in the present have been increasi

16、ngly used.Austenitic stainless steel in the stainless steel is a very important one,in the developed world consumption of stainless annually in 70% of the stainless steel is,I have also reached about percent.Thus the development and use of austenitic stainless steel good to me over the words of the

17、the industry has become increasingly important. 0Cr18Ni9 is austenitic stainless steel,I do on this subject is 0Cr18Ni9 in low-temperature storge tank manufacturer in the performance.Cryogenic storge tank is used to storge liquid N liquid Ar of liquid CO2 and other low-temperature liquid containers,

18、liquid medium decision on the special properties of the material needs of a special performance and austenitic stainless steel 0Cr18Ni9 on with this performance.Cryogenic storge tank in the present life,has been used in the production of more extensive,therefore 0Cr18Ni9 of it is becoming increasing

19、ly important.In this paper I will focus on as we set out in the cold 0Cr18Ni9 pressure vessel manufacture of welding performance,mechanical properties,the use of performance and welding technology. In this paper I will pass a welding test to explore 0Cr18Ni9 in low-temperature pressure vessel in the

20、 performance.This is my test specifications for the 8×50×100mm two 0Cr18Ni9 pull the butt welding method is the level of manual are welding.For the pilot to complete the welding technology assessment and assessed in accordance with the requirements of the design accordingly mechanical prop

21、erties of non-destructive testing and inspection,to determine 0Cr18Ni9 the performance.Key word: Welding performance ;Mechanics performance ;Welding craft Operational performance 目錄1、緒論11.1 奧氏體不銹鋼化學成分11.2奧氏體不銹鋼的性能31.2.1奧氏體不銹鋼的物理性能31.2.2奧氏體不銹鋼的化學性能41.2.3奧氏體不銹鋼的腐蝕性能51.3奧氏體不銹鋼的焊接性71.3.1焊接熱裂紋71.3.2焊接接頭的

22、晶間腐蝕91.3.3應力腐蝕開裂121.4奧氏體不銹鋼的焊接131.4.1奧氏體不銹鋼的焊接工藝131.4.2焊接順序142、實驗過程152.1 實驗材料與工藝設備152.2實驗方案與檢測方法162.3金相實驗182.4金相組織分析23結論26致27參考文獻28英文文獻291、緒論 在金屬加工工藝領域中，焊接屬于連接方法之一。焊接工藝雖然發(fā)展歷史不長，但近年來發(fā)展十分迅速。隨著科學技術的進步，為焊接的發(fā)展提供了理論基礎與物質條件。隨著新焊接能源的開發(fā)與應用，新的焊接方法不斷涌現(xiàn)，推動了焊接技術的應用圍不斷擴大。而一些高、精、大型產(chǎn)品制造的高要求，又有力的推動了焊接技術的發(fā)展。迄今為止，焊接已發(fā)

23、展為一門獨立的學科，在能源、交通、建筑，特別是在機器制造部門中，已成為不可缺少的工藝方法，并將發(fā)揮越來越大的作用。在工業(yè)生產(chǎn)中，焊接技術越來越普遍的使用，焊接母材有許多種，不銹鋼就屬于其中的一類。不銹鋼是指能耐空氣、水、酸、堿、鹽與其溶液和其他腐蝕介質的、具有高度化學穩(wěn)定性的合金鋼的總稱。不銹鋼具有良好的耐蝕性、耐熱性和較好的力學性能，適于制造耐腐蝕、抗氧化、耐高溫和超低溫的零部件和設備。奧氏體不銹鋼的化學成分不銹鋼按其金相組織可分為鐵素體型不銹鋼、馬氏體型不銹鋼、奧氏體型不銹鋼、雙相不銹鋼(包括奧氏體鐵素體型、奧氏體馬氏體型)和沉淀硬化不銹鋼等。1.1 奧氏體不銹鋼化學成分 奧氏體不銹鋼是指

24、鉻含量在wCr12%以上，具有面心立方晶格結構，以奧氏體組織為主的不銹鋼。依合金元素含量的不同，奧氏體不銹鋼可以分為Cr-Ni奧氏體不銹鋼和Cr-Mn-N奧氏體不銹鋼。Cr-Ni奧氏體不銹鋼是應用奧氏體不銹鋼的主體。Cr-Ni奧氏體不銹鋼具有良好的綜合力學性能、優(yōu)良的冷加工工藝（當然包括焊接）性能、特別是在多種介質中具有良好的耐腐蝕性、非磁性、良好的高溫和低溫性能。因此，Cr-Ni奧氏體不銹鋼得到了廣泛的應用。但是，它的強度、硬度較低。由于Cr-Ni奧氏體不銹鋼中Cr、Ni含量的變換與其他合金元素的加入，奧氏體不銹鋼的組織和性能都會發(fā)生不同程度的變化。如在奧氏體基體上會產(chǎn)生其他相，如鐵素體、馬

25、氏體、碳化物、氮化物、碳氮化物、各種金屬間化合物等。這些組織都會使性能發(fā)生各種不同程度的變化。鉻當量（Cr）和鎳當量(Ni）決定不銹鋼的組織。鉻當量中的諸元素是促進鐵素體形成的元素，鋼中鐵素體形成元素的提高，就可能會增加鐵素體含量；鎳當量中的諸元素是促進奧氏體形成的元素，鋼中奧氏體形成的提高，就可能會增加奧氏體含量。奧氏體和鐵素體含量的變化，會引起鋼的性能的變化。奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的的高、低溫性能，它可以工作與196以下與1000以上的溫度。奧氏體不銹鋼中各主要元素的作用簡述如下：1. 碳的主要作用 碳在高溫下，在奧氏體中有較高的溶解度，但是，隨著溫度的降低，碳在奧氏體中的溶解度也降低而處于

26、過飽和狀態(tài)。處于過飽和狀態(tài)的碳，會在適當?shù)臈l件下（如溫度和時間），從奧氏體中析出形成不同的碳化物。2. 鉻的主要作用 鉻是奧氏體不銹鋼中主要的合金元素，但是，它也是形成金屬間化合物的主要合金元素。金屬間化合物可以可以是材料變脆。鉻又是較強的促進鐵素體形成的元素，在一定條件下（如高溫和低溫），也能使材料變脆。3. 鎳的主要作用 鎳也是奧氏體不銹鋼中的主要合金元素，又是較強的促進奧氏體形成的元素，能夠促進奧氏體組織的穩(wěn)定，使不銹鋼在高溫和低溫下都能保有穩(wěn)定的奧氏體組織，于是，也是其性能得以穩(wěn)定，使之適宜于高溫和低溫下工作。并且使鋼具有優(yōu)良的冷熱加工工藝（當然包括焊接)性能還能提高在氯化物中耐應力腐

27、蝕性能，與在還原性酸中的耐腐蝕性能。Ni能改善鋼的塑性、韌性，特別是低溫韌性。因此，在低溫用鋼中，Ni是不可缺少的合金元素。4. 氮的主要作用 氮是非常強的促進奧氏體形成的元素，它可以取代部分昂貴的Ni。它能夠提高奧氏體不銹鋼的強度，但是并不會顯著降低其塑性、韌性。氮還能提高奧氏體不銹鋼的耐晶間腐蝕、點腐蝕、縫隙腐蝕性能。5. 鉬的主要作用 鉬也是奧氏體不銹鋼中經(jīng)常添加的合金元素，又是較強的促進鐵素體形成的元素。它能夠提高奧氏體不銹鋼的耐還原性酸腐蝕、點腐蝕、縫隙腐蝕性能。還能強化奧氏體組織。6. 鈮的主要作用鈮的原子半徑為0.294nm,比常用的任何一個都大，所以，它有最大的固溶強化作用。7

28、. 鈮和釩的共同作用 鈮和釩的析出強化可提高其蠕變強度1。1.2奧氏體不銹鋼的性能1.2.1奧氏體不銹鋼的物理性能 不銹鋼與低碳鋼的物理性能有很大差別，一般來講，具有同類組織狀態(tài)的鋼，其物理性能也基本一樣。不同類別不銹鋼和低碳鋼的物理性能見表1。由表可以看出，奧氏體不銹鋼的線脹系數(shù)比低碳鋼大將近50，而熱導率僅為低碳鋼的1/3左右；鐵素體不銹鋼和馬氏體不銹鋼的線脹系數(shù)與低碳鋼相近，而熱導率僅為低碳鋼的1/2左右。由于奧氏體不銹鋼的特殊物理性能，在焊接過程中會引起較大的焊接變形，特別是在異種鋼焊接時，由于兩種材料的熱導率和線脹系數(shù)有很大差別，會產(chǎn)生很大的殘余應力，成為焊接接頭產(chǎn)生裂紋的主要原因之

29、一。奧氏體不銹鋼通常是非磁性的，當冷加工硬化產(chǎn)生馬氏體相變時，將產(chǎn)生磁性，可用熱處理來消除馬氏體和磁性2。表1不銹鋼的物理性能物 理 性 能鋼 種低碳鋼奧氏體不銹鋼鐵素體不銹鋼馬氏體不銹鋼密度/·m-37.87.88.07.87.8線脹系數(shù)（0538）/10-611.717.019.211.212.111.212.1熱導率（100）/W·(m·K)-16018.722.824.426.328.7比熱容（0100）/·（·K）-1480460500460500420460電阻率/10-8·m-1126910259675572熔點/153

30、81400145014801530148015301.2.2奧氏體不銹鋼的化學性能各類不銹鋼的力學性能見表2。由表可以看出，奧氏體不銹鋼的綜合性能最好，既有足夠的強度，又有極好的塑性，同時硬度也不高，這就是奧氏體不銹鋼廣泛應用的原因之一。奧氏體不銹鋼同絕大多數(shù)的其它金屬材料相似，其抗拉強度、屈服點和硬度，隨著溫度的降低而提高；塑性則隨著溫度降低而減??；其具有較高的冷加工硬化性。馬氏體不銹鋼在退火狀態(tài)下硬度最低，可通過淬火硬化；正常使用使回火狀態(tài)的硬度又稍有下降。表2典型不銹鋼的力學性能類型牌號熱處理狀態(tài)屈服點s/Mp a抗拉強度b/Mp a伸長率()硬度HBW奧氏體型0Cr18Ni9固溶處理2

31、05520401871Cr19Ni9N275550352170Cr25Ni20205520401871Cr18Ni12Mo2Ti205530351871Cr18Ni9Ti20552040187奧氏體-鐵素體型00Cr18Ni5Mo3Si2固溶處理390590201Cr18Ni11Si4AlTi715301Cr25NiTi635200Cr26Ni5Mo239059018277鐵素體型0Cr13Al退火處理175410201831Cr152054502218300Cr17175365221831Cr17Mo2454102021700Cr18Mo224541020217馬氏體型1Cr12退火處理20

32、5440202001Cr13205440201833Cr13225440182351Cr17Ni21080101 1Cr17Ni2為淬火回火狀態(tài)下的抗拉性能。鐵素體不銹鋼的特點是常溫狀態(tài)下塑性低。當在高溫長時間加熱時，可能導致475脆化，脆性相產(chǎn)生或晶粒粗大等，使力學性能進一步惡化。1.2.3奧氏體不銹鋼的腐蝕性能金屬受介質的化學與電化學作用而破壞的現(xiàn)象稱為腐蝕。一種不銹鋼可在多種介質中具有良好的耐蝕性，但在另外某種或某些介質中，卻可能因化學穩(wěn)定性低而發(fā)生腐蝕，所以一種不銹鋼不可能對所有介質都具有耐蝕性。不銹鋼的主要腐蝕形式有均勻腐蝕（表面腐蝕）、點腐蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕和應力腐蝕破裂等五種

33、。 均勻腐蝕 均勻腐蝕是指接觸腐蝕介質的金屬表面全部產(chǎn)生腐蝕的現(xiàn)象。由于不銹鋼中的鉻的質量分數(shù)在12.5以上，在氧化性介質中容易在表面形成富鉻氧化膜該膜能夠阻止金屬的離子化而產(chǎn)生鈍化作用，同時還能提高基體的電極電位，因此提高了不銹鋼的耐均勻腐蝕性能。 晶間腐蝕 晶間腐蝕起源于金屬表面沿金屬晶界發(fā)生的有選擇的深入金屬部的腐蝕。該種腐蝕是一種局部腐蝕，能夠導致晶粒間結合力的喪失，使材料強度幾乎消失。所以在所有的腐蝕形式中，晶間腐蝕的危害性最大，容易造成設備突然破壞，而在金屬外形上沒有任何變化。奧氏體不銹鋼和鐵素體均會產(chǎn)生晶間腐蝕。 點蝕 點蝕是指在金屬表面產(chǎn)生的尺寸約小于1.0mm的穿孔性或蝕抗性

34、的宏觀腐蝕。它是以腐蝕破壞形貌特征命名的，主要是由材料表面鈍化膜的局部破壞所引起的。經(jīng)試驗研究表明，材料的陽極點位值越高，抗點蝕能力越好。超低碳高鉻鎳含鉬奧氏體不銹鋼和超高純度含鉬高鉻鐵素體不銹鋼，均有較高的耐點蝕性能。 縫隙腐蝕 縫隙腐蝕是在金屬構件縫隙處發(fā)生的斑點狀或潰瘍形宏觀蝕抗。它是以腐蝕部位的特征命名的，常發(fā)生在墊圈、鉚接、螺釘連接縫、搭接的焊接接頭等部位，主要是由介質的電化學不均勻性引起的。從材料試驗結果分析上看，0Cr18Ni9與00Cr17nI14Mo型奧氏體不銹鋼、鐵素體與馬氏體不銹鋼在海中均有縫隙腐蝕的傾向。適當增加鉻、鉬含量可以改善抗縫隙腐蝕的能力。實際上只有采用鈦、高鉬

35、鎳基合金和銅合金等，才能有效地防止縫隙腐蝕的發(fā)生。因此，改變介質成分和結構形式是防止縫隙腐蝕的重要措施。 應力腐蝕破裂 應力腐蝕破裂是指在拉伸應力與電化學介質的共同作用下，因陽極溶解過程而引起的斷裂。其產(chǎn)生的條件如下：1 ) 介質條件。應力腐蝕的最大特點之一是在腐蝕介質與材料的組合上有選擇性，在特定組合以外的條件下不產(chǎn)生應力腐蝕。作為奧氏體不銹鋼的應力腐蝕的介質因素是：溶液中Cl離子含量和含氧量的關系。盡管Cl離子含量很高，但含O量很少時，不會產(chǎn)生應力腐蝕裂紋；反之，也不會產(chǎn)生應力腐蝕裂紋，既強調了兩者共存的條件。對此種現(xiàn)象又稱為氯脆。2 ) 應力條件。應力腐蝕破裂是在拉應力作用下才能產(chǎn)生，在

36、壓應力的作用下不會產(chǎn)生。引起應力腐蝕的應力有焊接加工過程中的應力和工作應力?？偟膩碚f，主要是焊接殘余應力，其次是零件冷、熱加工中的殘余應力。消除殘余應力是防止應力腐蝕最有效的措施之一。3 ) 材料條件。一邊條件下純金屬不會產(chǎn)生應力腐蝕，應力腐蝕均發(fā)生在合金中。在晶界上的合金元素是引起合金的晶間型開裂的應力腐蝕的重要原因。應力腐蝕破裂在斷裂部位上具有如下的特征：一般在近介質表面出現(xiàn)；沒有總體均勻腐蝕；宏觀裂紋較平直，常常有分支、花紋和龜裂；微觀裂紋一般由分支特征，裂紋尖端較銳利，根部較寬，且常起源于點蝕坑底和表面；有沿晶、穿晶與混合型裂紋。端口形貌特征：一般無顯著的塑性變形；宏觀端口粗糙，多呈結

37、晶狀、層片狀、放射狀和山形形貌3。1.3奧氏體不銹鋼的焊接性奧氏體不銹鋼具有面心立方晶格結構，通常具有良好的塑性和韌性，因此這類剛具有良好的彎折、卷曲和沖壓成形性；冷加工時不會產(chǎn)生任何的淬火硬化，盡管其線脹系數(shù)比較大，但焊接過程中極少出現(xiàn)冷裂紋。從這一點上看，其焊接性比鐵素體不銹鋼和馬氏體不銹鋼都要好。奧氏體不銹鋼焊接時存在的主要問題是：焊縫與熱影響區(qū)熱裂紋敏感性大；接頭產(chǎn)生碳化鉻沉淀析出，耐蝕性下降；接頭中鐵素體含量高，可能出現(xiàn)475脆化或相脆化。1.3.1焊接熱裂紋單相奧氏體不銹鋼焊接時，具有較高的熱裂紋敏感性，在焊縫與近縫區(qū)都有可能出現(xiàn)熱裂紋，最常見的是焊縫凝固裂紋，也可能在熱影響區(qū)或多

38、層焊道間金屬出現(xiàn)液化裂紋。1 焊接接頭產(chǎn)生熱裂紋的原因奧氏體不銹鋼具有較大熱裂紋敏感性，主要取決于其化學成分、組織與性能特點： 化學成分 奧氏體不銹鋼中的合金元素較多，尤其是含有一定適量的鎳，它易于硫、磷等雜質形成低熔點共晶，如在Ni-S共晶熔點為645，Ni-S共晶熔點為880，比Fe-s、Fe-P共晶的熔點更低，危害性也更大。其他一些元素如硅、硼、鈮等元素，也能形成有害的易熔晶間層，這些低熔點共晶會促使熱裂紋的產(chǎn)生。 組織 奧氏體不銹鋼焊縫易形成方向性強的粗大柱狀晶組織，有利于有害雜質元素的偏析，從而促使形成連續(xù)的晶間液膜，增加了熱裂紋的敏感性。 性能 從奧氏體不銹鋼的物理性能看，它具有熱

39、導率小、線脹系數(shù)大的特點，因而在焊接局部加熱和冷卻條件下，易產(chǎn)生較大的焊接殘余應力，進一步促進焊接熱裂紋的產(chǎn)生。從上述三方面分析可知，奧氏體不銹鋼的焊接熱裂紋傾向比低碳鋼大的多，尤其是高鎳奧氏體不銹鋼。2 防止奧氏體不銹鋼產(chǎn)生熱裂紋的主要措施 冶金措施 嚴格控制焊縫金屬中有害雜質元素的含量。鋼中鎳含量越高，越應該嚴格控制硫、磷、硼、硒等有害元素的含量。 調整焊縫化學成分。加入鐵素體化元素，使焊縫金屬出現(xiàn)奧氏體鐵素體雙相組織，能夠有效地防止焊縫熱裂紋的產(chǎn)生。 控制焊縫金屬中的鉻鎳比。對于18-8型不銹鋼來說，當焊接材料的鉻鎳比小于1.16時就易產(chǎn)生熱裂紋；而鉻鎳比達到2.33.2時，就可以防止熱

40、裂紋的產(chǎn)生。這一措施的實質也是為保證有一定量的鐵素體存在。 在焊縫金屬中加入少量的鈰、鋯、鉭等微量元素。這些元素可以細化晶粒，也可以減少焊縫對熱裂紋的敏感性。上述冶金元素主要是通過選擇焊接材料來達到調整焊縫化學成分的目的。目前我國生產(chǎn)的188型不銹鋼焊條的熔敷金屬，都能獲得奧氏體鐵素體雙相組織。 工藝措施 焊接時應盡量減小熔池過熱程度，以防止形成粗大的柱狀晶。為此焊接適宜采用小熱輸入與小截面的焊道；多層焊時，道間溫度不宜過高，以避免焊縫過熱；焊接過程中焊條不允許擺動，采用窄焊縫的操作技術。此外，液化裂紋主要出現(xiàn)在25-20型奧氏體不銹鋼的焊接接頭中。為防止液化裂紋的產(chǎn)生，除了嚴格限制母材中的雜

41、質含量、控制母材的晶粒度以外，在工藝上應該盡量采用高能量密度的焊接方法、小熱輸入和提高接頭的冷卻速度等措施，以減少母材的過熱和避免斤焊縫區(qū)晶粒的粗化4。1.3.2焊接接頭的晶間腐蝕有些奧氏體不銹鋼的焊接接頭，在腐蝕介質中工作一段時間后可能發(fā)生局部沿著晶界的腐蝕，一般稱此種腐蝕為晶間腐蝕。根據(jù)母材類型和所采用焊接材料與焊接工藝不同，奧氏體不銹鋼焊接接頭可能發(fā)生在焊縫區(qū)、HZA敏化區(qū)（6001000）和熔合區(qū)。1 晶間腐蝕 產(chǎn)生晶間腐蝕的原因 奧氏體不銹鋼焊縫和HZA敏化區(qū)的晶間腐蝕，都與敏化過程使晶界形成貧鉻層有關。焊縫產(chǎn)生晶間腐蝕可有兩種情況：一種是焊態(tài)下已有Cr23C6析出，如多層焊縫的重復

42、加熱區(qū)域；另一種為接頭在焊態(tài)下貧鉻層，但焊后經(jīng)過敏化溫度區(qū)間，因而具有晶間腐蝕傾向。 從“貧鉻理論”的角度看，奧氏體不銹鋼在固溶狀態(tài)下，碳以過飽和形式溶解在固熔體中，加熱時，過飽和的碳與鉻結合以Cr23C6的形式沿晶界析出。Cr23C6析出消耗了大量的鉻，因而使晶界附近鉻的質量分數(shù)降低到低于鈍化所需的最低的質量分數(shù)，則在晶界表面形成了貧鉻層。貧鉻層的電極電位比晶粒低得多，當金屬與腐蝕介質接觸時，就形成了微電池，電極電位低的境界稱為陽極，因此被腐蝕介質溶解腐蝕。奧氏體不銹鋼在加熱到450850時，對晶界腐蝕最敏感，此溫度區(qū)間稱敏化溫度區(qū)。這是因為當溫度低于450時，碳原子活動能力很弱，Cr23C

43、6析出困難不會形成貧鉻層；而當溫度高于850時，晶粒部的鉻獲得了足夠的動能，擴散到境界，從而使已形成的盆各層消失；而在450850溫度區(qū)間，既有利于Cr23C6的析出，晶粒部的鉻原子又不能擴散到境界，最容易形成貧鉻層，對晶間腐蝕最敏感。當然，如果在450850溫度區(qū)間加熱足夠長的時間，晶的鉻原子也可以擴散到境界使貧鉻層消失。防止焊接接頭產(chǎn)生晶間腐蝕的措施 1 ) 冶金措施 使焊縫金屬具有奧氏體-鐵素體雙相組織，其鐵素體的體積分數(shù)應在412圍，不僅能提高焊縫金屬抗晶間腐蝕的能力和抗應力腐蝕的能力，同時還能提高焊縫金屬抗熱裂紋的能力。 在焊縫金屬中滲入比鉻更容易與碳結合的穩(wěn)定化元素，如鈦、鈮、鉭和

44、鋯等。一般認為鈦碳比大于5時，能提高抗晶間腐蝕的能力。試驗結果證明，鈦碳比大于或等于6.7時才有明顯的效果；大于7.8時，才能徹底的改善晶間腐蝕的傾向。這是由于鈦優(yōu)先地與全部的碳結合，消除了晶界的貧鉻地帶，從而改善了抗蝕性。 超低碳有利于防止晶間腐蝕。最大限度地降低碳在焊縫金屬中的含量，達到低于碳在不銹鋼中室溫溶解極限值以下，使碳不可能與鉻生成Cr23C6，從根本上消除晶界的貧鉻區(qū)。碳的質量分數(shù)在焊縫金屬中小于0.03時，就能提高焊縫金屬的抗晶界腐蝕能力。如上所述，為了使焊縫金屬中含有恰當?shù)暮辖鹪胤N類和數(shù)量，只有從焊接材料著手，選擇滿足上述冶金因素條件的焊條、焊劑與焊絲，才能使焊縫金屬達到不

45、產(chǎn)生晶間腐蝕的目的。2 ) 工藝措施 選擇合適的焊接方法，即選擇熱輸入最小的焊接方法，讓焊接接頭盡可能地縮短在敏化溫度區(qū)間停留的時間。對于薄件、小型規(guī)則的焊接接頭，應選用能量集中的真空電子束焊、等離子弧焊、鎢極氬弧焊；對于中等厚度的板材的焊縫，可采用熔化極氣體保護焊；而大厚度的板材的焊接，選用埋弧焊、焊條電弧焊為常用的焊接方法，氣焊不宜采用。 焊接參數(shù)應在保證焊縫質量的前提下，采用小的焊接電流，最快的焊接速度。 在操作上盡量采用窄焊縫，多道多層焊，并注意每焊完一道焊縫后要等焊接處冷卻至室溫在進行下一道焊縫的焊接。在施焊過程中，不允許焊條或焊絲擺動；焊接管子采用氬弧焊打底時，可以不加填充材料進行

46、熔焊，在可能的條件下，管通氬氣保護。其作用是保護熔池不易氧化，加快焊縫的冷卻速度，有利于背面焊縫的成形。對于接觸腐蝕介質的焊縫，在有條件的情況下一定要最后施焊，以減少接觸戒指焊縫的受熱次數(shù)。 強制焊接區(qū)的快速冷卻。對于有規(guī)則的焊縫，在可能的條件下焊縫背面可用純銅墊，在銅墊上通水或通保護氣體等方式進行強迫冷卻，有利于防止焊接接頭的晶間腐蝕，因為快速冷卻可以防止貧鉻層的形成。 進行固溶處理或穩(wěn)定化處理。奧氏體不銹鋼的熱處理方法有固溶處理和穩(wěn)定化處理。固溶處理是把鋼加熱到10501150，得到成分均勻的單相奧氏體組織，然后快冷，使高溫過飽和固溶體組織狀態(tài)保持到室溫。固溶處理后。奧氏體不銹鋼具有最低的

47、強度和硬度，最好的耐蝕性，是防止晶間腐蝕的重要手段。出現(xiàn)敏化現(xiàn)象的奧氏體不銹鋼可再次用固溶處理來消除。穩(wěn)定化處理是針對含穩(wěn)定劑的奧氏體不銹鋼而設計的一種熱處理工藝。奧氏體不銹鋼中加穩(wěn)定劑（Ti或Nb）的目的是讓鋼中的碳與Ti或Nb形成穩(wěn)定的TiC或NbC的溶解溫度，一般在850900，并保溫24h。穩(wěn)定化處理也可以用于消除因敏化加熱而產(chǎn)生的晶間腐蝕傾向。 刀狀腐蝕 刀狀腐蝕產(chǎn)生的原因 刀狀腐蝕簡稱刀蝕，它是焊接接頭中特有的一種晶間腐蝕，只發(fā)生在含有Ti、Nb等穩(wěn)定化元素的奧氏體不銹鋼焊接接頭中。腐蝕部位沿熔合線發(fā)展，處于HAZ的過熱區(qū)，由于區(qū)域很窄（電弧焊一般為1.01.5mm），形狀猶如刀削

48、切口，故稱為刀狀腐蝕。高溫過熱和中溫敏化是導致焊接接頭過熱區(qū)產(chǎn)生刀蝕的重要條件。刀蝕產(chǎn)生的原因也與Cr23C6析出沉淀造成貧鉻層有關。含有穩(wěn)定劑的奧氏體不銹鋼，鋼中的大部分碳與Ti、Nb形成TiC、NbC。焊接時在溫度超過1200的過熱區(qū)，鈦和鈮的碳化物溶入固溶體中。在高溫的作用下，由于碳的擴散能力強，故溶解的碳能迅速向晶界處遷移，冷卻后偏聚在晶界附近呈過飽和狀態(tài)，而鈦和鈮則因擴散能力低而留于晶。如果焊接接頭在敏化溫度區(qū)間再次加熱時，過飽和的碳將在奧氏體晶界Cr23C6形式析出，而Ti、Nb由于在奧氏體相里的擴散速度非常慢，很難遷移到晶界與碳再次結合，這樣Ti、Nb就失去了穩(wěn)定化元素的作用，使

49、晶界形成貧鉻層，在腐蝕介質的作用下就會產(chǎn)生刀蝕。 防止刀蝕的措施1 ) 降低母材的含碳量。這是防止刀蝕的有效措施，如超低奧氏體不銹鋼的焊接接頭就不會產(chǎn)生刀蝕。 2 ) 采用合理的焊接工藝。在保證焊縫質量的前提下，盡量選擇較小的熱輸入，以減小過熱區(qū)在高溫停留時間，并注意避免在焊接過程中產(chǎn)生“中溫敏化”的效果；雙面焊時，與腐蝕介質接觸的焊縫應盡量最后施焊，如不能實施，則應調整焊接參數(shù)與焊縫形狀，盡量避免與腐蝕介質接觸的過熱區(qū)再次受到敏化加熱，焊接過程中或焊后采用強制冷卻的方法，使焊縫快速冷卻；焊后矯正時應采用冷矯方法進行；對腐蝕性能要求較高的焊件，必要時要進行焊后的穩(wěn)定化處理或固溶處理。1.3.3

50、應力腐蝕開裂1 應力腐蝕開裂產(chǎn)生原因應力腐蝕開裂是在拉應力和特定腐蝕介質共同作用下而發(fā)生的一種破壞形式。隨著拉應力的加大，發(fā)生破壞的時間縮短；當拉應力減小時，腐蝕量也隨之減小，甚至不發(fā)生破壞。應力腐蝕開裂是奧氏體不銹鋼非常敏感且經(jīng)常發(fā)生的腐蝕破壞形式。據(jù)有關統(tǒng)計資料表明：應力腐蝕開裂引起的事故占整個腐蝕破壞事故的60以上。奧氏體不銹鋼由于導熱性差、線脹系數(shù)大、屈服點低，焊接時很容易變形，當焊接變形受到限制是，焊接接頭中必然會殘留較大的焊接殘余拉應力，加速腐蝕介質的作用。因此，奧氏體不銹鋼焊接接頭容易出現(xiàn)應力腐蝕開裂，這是焊接奧氏體不銹鋼時最不易解決的問題之一，特別是在化工設備中，應力腐蝕開裂現(xiàn)

51、象經(jīng)常出現(xiàn)。應力腐蝕開裂的表面特征是：裂紋均發(fā)生在焊縫表面上；裂紋多平行且近似垂直焊接方向；裂紋細長并曲折，常常貫穿有黑色點蝕的部位。從表面開始向部擴展，點蝕往往是裂紋的根源，裂紋通常表現(xiàn)為穿晶擴展，裂紋尖端常出現(xiàn)分枝，裂紋整體為樹枝狀。嚴重的裂紋可穿過熔合區(qū)進入熱影響區(qū)。2 防止應力腐蝕開裂的措施 1 ) 合理的設計焊接接頭。避免腐蝕介質在焊接接頭部位聚集，降低或消除焊接接頭應力集中。2 ) 消除或降低焊接接頭殘余應力。焊后進行消除應力處理是常用工藝措施，加熱溫度在850900之間才可得到比較理想的消除應力效果；采用機械方法，如表面拋光、噴丸和錘擊來造成表面壓應力；結構設計時要盡量采用對接接

52、頭，避免十字交叉焊縫，單V形坡口改用雙Y形坡口等。3 ) 正確選用材料。選用母材和焊接材料，應根據(jù)介質的特性選用對應力腐蝕開裂敏感性低的材料5。1.4奧氏體不銹鋼的焊接1.4.1奧氏體不銹鋼的焊接工藝 根據(jù)上述不銹鋼的焊接特點,為保證接頭的質量,應當采用以下焊接工藝: 1.下料 不銹鋼鋼板的切割以與坡口加工盡量采用機械加工方法，切割面應光滑，采用剪床切割時，復層應朝上。也可以采用等離子切割，切割時復層朝上，嚴禁將切割的熔渣落在復層上。 2.坡口加工與檢查 a.坡口形式和尺寸按圖紙設計規(guī)定； b.坡口選用原則：確保焊接質量填充金屬少，熔合比小，便于操作； c.坡口加工一般采用機械方法制成。若采用

53、等離子切割、氣割等方法開制坡口，則必須去除復材表面的氧化層 ； d.加工完的坡口要進行外觀檢查，不得有裂紋和分層，否則應進行修補。3.焊前準備。必須清除可能使焊縫金屬增碳的各種污染。焊接坡口和焊接區(qū)焊前應用丙酮或酒精除油和去水。不得用碳鋼鋼絲刷清理坡口和焊縫表面。清渣和除銹應用砂輪、不銹鋼鋼絲刷等。 4.焊條必須存放在干凈的庫房。使用時應將焊條放在焊條筒,不要用手直接接觸焊條藥皮。 5.焊接薄板和拘束度較小的不銹鋼焊件,可選用氧化鈦型藥皮焊條。因為這種焊條的電弧穩(wěn)定,焊縫成型美觀。 6.對于立焊和仰焊位置,應采用氧化鈣型藥皮焊條。其熔渣凝固較快,對熔化的焊縫金屬可起到一定的支托作用。 7.氣體

54、保護焊和埋弧自動焊時,應選用鉻錳含量比母材高的焊絲,以補償焊接過程中合金元素的燒損。 8.在焊接過程中,必須將焊件保持較低的層間溫度,最好不超過150。不銹鋼厚板焊接時,為加快冷卻,可從焊縫背面噴水或用壓縮空氣吹焊縫表面,但層間必須注意清理,防止壓縮空氣污染焊接區(qū)。 9.手工電弧焊時,應在焊條說明書規(guī)定的電流圍選擇焊接電流。由于不銹鋼電阻值較大,靠近夾持端的一段焊條容易受電阻熱的作用而發(fā)紅,在焊至后半段焊條時應加快熔化速度,使焊縫熔深減少,但熔化速度太快又會造成未熔合和熔渣等缺陷。從保證接頭的耐腐蝕性考慮,也要求選用較小的焊接電流,減少焊接熱輸入量,防止焊接熱影響區(qū)的過熱。 10.在操作技術上應采用窄焊道技術,焊接時盡量不擺動焊條,在保持良好熔合的前提下,盡可能提高焊接速度。 11.不銹鋼焊件焊后一般不作消除應力處理。雖然在不銹鋼的焊接中也存在較高的殘余應力,但由于接頭各區(qū)在焊后具有良好的塑性和韌性,使殘余應力的有害影響顯著減小。更重要的是消除應力處理的溫度圍正好處于不銹鋼的敏化溫度區(qū),消除應力處理反而導致耐蝕性的降低。因此不銹鋼焊件的焊后熱處理的目的不應是消除接頭的殘余應力,而應是提高接頭的耐蝕性。主要有固溶處理和穩(wěn)定化處理6。1.4.2焊接順序 (1) 引弧 電弧焊時，引燃焊接電