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1、毕业设计（论文）说明书 材料工程系 系 焊接技术及自动化 专业 毕业设计（论文）题目 Q235钢与0Cr18Ni9钢焊接的焊接性及焊接工艺研究 学生姓名 学号 指导教师 职称 助教 2011 年 10 月 15 日目 录第一章、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3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101、克服Q235钢对焊缝的稀释作用102、抑制熔合区碳迁移过渡层的形成与发展103、抑制凝固过渡层的形成104、改善焊接接头的残余应力分布105、提高焊缝金属的抗热裂能力10
2、第五章、Q235钢与0Cr18Ni9钢焊接工艺要求10第六章、Q235钢与0Cr18Ni9钢复合钢板的焊接工艺13第七章、Q235钢与0Cr18Ni9钢防止结晶裂纹的措施20第八章、Q235钢与0Cr18Ni9钢焊后检验221、焊前检验232、焊接过程中的检验233、焊后成品的检验23（1）外观检验23（2）致密性检验23（3）受压容器的强度检验24（4）物理方法的检验24毕业设计总结25参考文献：26前 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
3、现在的各行各业中已经被越来越多的使用。在不锈钢中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。Q235钢与0Cr18Ni9钢都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OCr18Ni19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
4、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，这种钢容易冶炼，工艺性好，价格低廉。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。Q23
5、5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楚它的机械性能。化学成分如下：CSiMnPSNiCr0.081.002.00
6、0.0350.0308111820表2-1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
7、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Ni
8、3S2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，
9、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
10、：“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
11、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
12、速度也应该适当的快点。从上述对材料的研究得出：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
13、，从而降低了焊接结构的可靠性。（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，我在这里就用斜Y型坡口焊接裂纹试
14、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/L100表面裂纹率=Lf/L100端面裂纹率=h/5H100试验焊缝的总长度
15、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热膨胀系数与Q235钢相接近，使高温应力集中在0Cr18Ni9钢的一侧。5、 提高焊缝金属的抗热裂能力若奥氏体钢中的Cr/Ni大于1，焊缝应有约5%的铁素体。综上所述查熔焊原理一书821表得出焊接材料：焊条型号E31016 或 E31015。第五章、Q2
