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1、 毕毕 业业 设设 计（论文）计（论文） 、 题题 目目 Q235Q235 钢与钢与 0Cr18Ni90Cr18Ni9 钢的焊接性及焊接钢的焊接性及焊接 工艺研究工艺研究 专专 业业 焊接技术及自动化焊接技术及自动化 班级学号班级学号 姓姓 名名 指导教师指导教师 目目 录录 前前 言言2 第一章、 Q235 钢的化学成分、基本性能、应用3 第二章、0Cr18Ni9 钢的化学成分、基本性能、应用.4 第三章、Q235 钢与 0Cr18Ni9 钢的焊接性分析.6 第四章、Q235 钢与 0Cr18Ni9 钢焊接材料选用 11 第一节、焊前准备：11 第二节、焊接方法的选择：12 第三节、焊接参数
2、的确定：13 第六章、Q235 钢与 0Cr18Ni9 钢复合钢板的焊接工艺 14 第七章、Q235 钢与 0Cr18Ni9 钢的焊接缺陷 19 第八章、Q235 钢与 0Cr18Ni9 钢防止结晶裂纹的措施 21 第九章、Q235 钢与 0Cr18Ni9 钢焊后检验23 毕业设计总结毕业设计总结26 致致 谢谢27 参考文献参考文献：28 前前 言言 钢是我们现代社会中不可缺少的一种材料，它可以看作一 个国家工业化水平的标志。钢的产量越高就代表这个国家的工业 化水平越高。不锈钢是钢中非常重要的一种，由于不锈钢具有特 殊的使用性能和力学性能，在现在的各行各业中已经被越来越多 的使用。在不锈钢中
3、奥氏体不锈钢又是其中非常重要的一种，在 发达国家每年消耗的不锈钢中有 70的是不锈钢，在我过也达 到了 65左右。因此开发和使用好奥氏体不锈钢对我过的工业 话来说已经越来越重要了。 Q235 钢是一种普通碳素结构钢，具有冶炼容易，工艺性好， 价廉的优点，而且在力学性能上也能满足一般工程结构及普通机 器零件的要求应用十分广泛。0Cr18Ni9 是一种奥氏体不锈钢具 有优良的耐蚀性、耐磨性、强韧性和良好的可加工性，外观的精 美性，以及无毒无害性，广泛地应用与宇航、海洋、军工、化工、 能源等方面，以及日用家具、建筑装潢、交通车辆的装饰上是应 用最广泛的不锈钢。 Q235 钢与 0Cr18Ni9 钢都
4、是生产和生活中常用的金属材料， 尤其在制造锅炉、不锈钢贮藏罐、化学工业中的反应容器。我们 会将 0Cr18Ni9 用在容器内部起到耐腐蚀的作用，将 Q235 钢作为 外壳起到支撑、保护作用。将 Q235 钢与 0Cr18Ni9 钢用异种焊接 的方法连接在一起会充分发挥这两种材料的优点能大大降低生产 成本。 这篇毕业设计中我会通过两种不同材料的分析来讨论 Q235 钢 0Cr18Ni9 钢的焊接性以及制定焊接工艺。由于本人所学的专 业知识有限，在此次毕业设计中难免会存在错误和不妥之处请老 师批评和指正。 第一章、Q235 钢的化学成分、基本性能、应用 Q235 钢是一种普通碳素结构钢，这种钢容易
5、冶炼，工艺性好， 价格低廉。Q235 表示这种钢的屈服强度为 235MP，Q235 钢含碳量 约为 0.2%属于低碳钢，S、P 和非金属夹杂物较多在相同含碳量及 热处理条件下，其塑性、韧性较低，加工成形后一般不进行热处理， 大都在热轧状态下直接使用，通常轧制成板材、带材及各种型材主 要用于工程结构(如桥梁、高压线塔、金属构件、建筑构架等)和制 造受力不大的机器零件（如铆钉、螺钉、螺母、轴套、及某些农机 零件等） 。 Q235 钢的化学成分和力学性能如下表： 表 1.1 第二章、0Cr18Ni9 钢的化学成分、基本性能、应用 要全面的了解这种金属我们首先就必须清楚这种材料的化成 分其次我们还要清
6、楚它的机械性能。化学成分如下： 表 2.1 CSiMnPSNiCr 0.08 1.00 2.00 0.035 0.030 811 182 0 机械性能如下： 拉伸试验硬度试验 屈服强度 抗拉强 度伸长率 断面收 缩率 布氏硬 度 洛氏硬 度 维氏硬 度 牌号热处理 0.2/MPab/MPa5(%)(%)HBSHRBHV 0Cr18Ni9 固溶 10101 150快 冷 205520406018790200 我们就先从化学成分方面来分析下这种材料： 铬、镍两元素相配合组成铬镍不锈钢，是一种较好的不锈 钢。在此种不锈钢中加入大量镍是为了得到单一的奥氏体组织， 从而提高其耐蚀性和工艺性。在常温和低温
7、下有很强的塑性和韧 性，不具磁性，有较好的抗晶间腐蚀性能。 铬是决定不锈钢抗腐蚀性能的主要元素，因为钢中含铬就 能使不锈钢在氧化介质中产生钝化现象，即在表面形成一层很薄 的膜，在这层膜内富集了铬。钢中含铬量愈高，抗腐蚀性能就愈 强。此外，铬对钢的机械性能和工艺性能都能起到很好的强化作 用。 镍只有在它与铬配合时才能充分表现出来。镍是形成奥氏 体的合金元素，当镍与铬配合使用时，即可使金相组织由单相的 铁素体变为奥氏体和铁素体双相组织，经过热处理，可以提高强 度，从而使其具有更强的不锈耐蚀性和良好的形变性能 杂质元素的影响： 当含碳量介于 0.1%0.3%之间时，在退火后，碳将以石墨 状态在晶格间
8、界上析出，破坏了晶粒间的结合力，强烈地降低镍 的强度和塑性，使加工变形产生困难。另外碳与铬有很强的亲合 力，能形成一系列碳化物。钢中的含碳量愈高，形成的碳化铬愈 多，固溶体中含铬量就相对减少，钢的耐腐蚀性能就会降低。硫 是有害的杂质，硫与镍形成 Ni3S2 化合物，Ni3S2 与镍在 625 形成低熔点共晶，分布在晶粒间界上，当热变形温度超过共晶熔 点时，即沿晶粒间界开裂，产生所谓“热脆“现象。镍在常温时与 硫生成的 Ni3S2 能引起冷脆。 从上面的化学成分的分析我们可以分析出它的导热性很差， 线膨胀系数很大，焊接变形也是比较大的。因而我们在焊接这种 金属试件时如果在可能的情况下要采用较小的
9、线能量快速的焊接 完成。 特殊的合金元素就决定了它有特殊的性能，它具有良好的 耐腐蚀性、耐热性、低温强度和机械性能，冲压、弯曲等热加工 性好，无热处理硬化现象，无磁性，使用温度在-196-800。 用途也很广泛主要应用在：1、2 类餐具、橱柜、室内管线、热 水器锅炉、压力容器、浴缸、汽车配件、医疗器械、建材、化学、 食品工业、船舶部件等地方。 在食品工业和化学工业用的由为 广泛，在食品工业它可以做食品保鲜液体的贮罐，在化工行业它 可以用来做反应容器，可以用来做换热容器，也可以用来做锅炉 容器。可以说它的用途是非常广泛的，在未来的日子里应用也将 越来越多。 而在这之中用的尤为多的就是在低温压力容
10、器制造行业， 低温压力容器是工作时壁温在-20以下的压力容器。液化乙烯、 液化天然气、液氮和液氢等的储存和运输用容器均属低温压力容 器。对于低温压力容器首先要选用合适的材料，制造这类产品首 先要考虑它是否具有良好的韧性，其次盛装这些介质需要材料具 有很好的抗腐蚀能力。而 0cr18ni9 这两种性能都有，在低温下 还具有很好的强度和机械性能，因而它在这个行业应用很广泛。 第三章、Q235 钢与 0Cr18Ni9 钢的焊接性分析 对于什么是焊接性，GB/T3375-94焊接术语中注明： “材料在限定的施工条件下，焊接成按规定设计要求的构件，并 满足预定服役要求的能力” 。它包括两方面的内容：其一
11、是焊成 的构件符合设计要求；其二是满足预定的使用条件，能够安全运 行。 根据讨论问题的着眼点不同，焊接性可分为： （1）工艺焊接性 （2）使用焊接性 影响焊接性的因素主要有以下几点： （1）材料因素 （2）焊接方法 （3）构件类型 （4）使用要求 金属的焊接性与材料成分、焊接方法、构件类型、使用要求 都有密切的关系，所以不应脱离这些因素而单纯的从材料本身的 性能来评价焊接性。从上述分析可以看出，很难找出一项技术指 标可以概括焊接性，只有通过综合多方面的因素才能分析焊接性 问题。 分析金属的焊接性我们在不要求做非常准确的情况下我们可 以根据碳当量、材料的化学性能、材料的物理性能来判断，如果 要求
12、需要很准确的话我们可以通过焊接性试验来判定。 下面我们分别用碳当量对 Q235 钢和 0Cr18Ni9 钢的焊接性进行初 步判断。 Q235 钢的碳当量约为 0.2%。 （钢材的淬硬倾向很小，焊接性 好，焊时不需要热处理） 0cr18ni9 属于奥氏体不锈钢，这类钢有具有交高的变形能力 并不可淬硬，而且它的含碳量又很低，所以总的来说焊接性还是 不错的。但是由于热导率低，热膨胀系数大，局部加热时温度分 布不均匀，收缩量大等都将使接头在焊接过程中产生交大的内应 力。在焊接的时候应该注意这方面的问题，焊接时尽量避免或减 少这种受热不均显现的发生，焊接的速度也应该适当的快点。 从上述对材料的研究得出：
13、Q235 碳钢（珠光体钢）与不锈 钢（奥氏体钢0Cr18Ni9）可以焊接。不过，焊接时除了注 意金属本身物理、化学性能对焊接性带来的影响外，还应注意两 种金属成分与组织上的差异对接头性能的影响。 两种母材自身的问题： Q235 钢：冷裂纹、脆化等 0Cr18Ni9 钢：热裂纹等 特殊问题： （1）母材对焊缝的稀释，引起焊缝组织与性能的变化 Q235 钢母材的溶入，将稀释填充金属，引起其成分与组织的变 化。 （2）形成凝固过渡层 在靠近 Q235 钢一侧熔合线的焊缝金属中，会形成一层与内部焊 缝金属成分不同的过渡层。过渡层中的高硬度马氏体组织会使脆 性增加，塑性显著降低，形成低塑性带，从而降低了
14、焊接结构的 可靠性。 （3）形成碳迁移过渡层 在焊接或焊后加热（热处理或高温运行）时，碳从 Q235 钢一侧 通过熔合区向焊缝扩散，在靠近熔合区的 Q235 钢上形成一个软 化的脱碳层，而在靠近熔合区的 0Cr18Ni9 钢焊缝中形成硬度较 高的增碳层。 （4）接头应力状态复杂 局部加热引起的热应力、两种钢的热膨胀系数不同引起的残余应 力（热处理无法消除此应力）。 上面我们已经从它的化学成分和物理性能对 Q235 钢和 0Cr18Ni9 钢的焊接性能进行了分析，但是根据这些判断出的焊 接性是不够准确的，我们需要准确的判断它的焊接性我们就必须 通过焊接性试验来完成。焊接性的试验是很多的，我在这里
15、就用 斜 Y 型坡口焊接裂纹试验方法。 板材的规格是 Q235 钢 6150200mm、0Cr18Ni9 钢 6150200mm。 焊接方法是手工电弧焊 焊材型号 A132，规格3.2mm 坡口形式是斜 Y 型 焊接参数是电流：90-120A，电压 20-24V，速度 15-20cm/min 斜 Y 型坡口裂纹试验图如下： 图 3.1 焊完的试件需要经过 48H 时效后再作裂纹的检测和解剖。裂纹可 以分为表面裂纹、跟部裂纹、断面裂纹三种形式。首先用放大镜目 测或莹光粉检查焊缝表面裂纹，然后用机械方法切开六个等长度横 向试片，检查五个片面上的裂纹情况。一般用裂纹率作为评定标准。 根部裂纹率=LR
16、/L100 表面裂纹率=Lf/L100 端面裂纹率=h/5H100 试验焊缝的总长度是 80mm 而我们焊接裂纹的总长度通过试验测 得为 9.8mm 试件的裂纹率小于 20因此在实际生产中如果按要求来 做的话是不会产生裂纹的，此种钢的焊接性能还是可以的。 综上所述 Q235 钢和 0Cr18Ni9 钢具有较好的焊接性能的，在生产 中按标准来做的话是应该可以生产出合格的产品，它的使用性能还 是可以的。 第四章、Q235 钢与 0Cr18Ni9 钢焊接材料选用 Q235 钢与 0Cr18Ni9 钢焊接时，焊缝及熔合区的组织和性能 主要取决于焊接材料。应根据母材的种类和工作条件选择填充金属， 并可以归纳为一下几点： 1、克服 Q235 钢对焊缝的稀释作用； 2、抑制熔合区碳迁移过渡层的形成与发展。 3、抑制凝固过渡层的形成。 4、改善焊接接头的残余应力分布，希望所选用的焊接填充金 属的
