SUS304不锈钢TIG焊接接头的组织表征与性能研究
发布时间：2021-08-18 21:26
不锈钢以其独特的耐腐蚀性能,在现代工业发展中具有举足轻重的作用。其中奥氏体不锈钢又以其良好的耐蚀、耐热及生物相容性,加之优良的综合力学性能、工艺性能和焊接性能,在常压容器如酒罐、发酵设备以及石油化工、食品机械等多领域、多行业上广泛应用。而SUS304不锈钢（牌号:06Cr18Ni9,即美国ASTM304奥氏体不锈钢）作为奥氏体不锈钢的一种,因其铬含量优势而表现出优异的焊接性和力学性能。但是,其导热系数（Thermal Conductivity）小、线膨胀系数（Coefficient of Linear Expansion）大等因素易导致焊接时存在残余应力,在接头中产生热裂纹、析出脆化等缺陷。当前,压力容器正向轻量化发展,使得不锈钢薄板的应用越来越多。因此,研究SUS304不锈钢薄板的焊接性,优化现有的焊接工艺,对奥氏体钢焊接结构的发展具有重大的经济意义。SUS304不锈钢的很多应用,都会涉及到一种重要的加工方法——焊接。相对于传统的焊接方法,TIG焊一方面具有热输入低、能量密度高、加热范围小优点,能较好地控制线能量;另一方面,其保护气流具有冷却作用,可降低熔池表面温度,提高熔池表面张力...
【文章来源】：山西农业大学山西省
【文章页数】：51 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
奥氏体不锈钢在工业生产中的应用
-10-不锈钢薄板拘束度较小，在焊接过程中受到局部的加热、冷却作用，形成了不均匀的加热、冷却状态，这时焊件会产生不均匀的应力和应变。当焊缝的纵向缩短对薄板边缘的压力超过一定数值时，即会产生较严重的波浪式变形，影响工件的外形美观[36]。综上，焊接不锈钢薄板时，关键要注意的问题是：严格控制焊接接头上的热输入量，力求在能完成焊接的前提下尽量减小热输入量，从而减小热影响区，以避免上述缺陷的产生。1.4钨极氩弧焊工艺及其特点钨极氩弧焊是焊接奥氏体不锈钢较为理想的焊接方法。因氩气保护效果好，合金元素过渡系数高，焊缝成分易于控制；另外，由于热源较为集中，焊接时线能量很小，又有冷却保护作用，气焊接热影响区较窄，焊缝强度和塑、韧性能都优良，焊后不需要清渣，可以全位置焊接和机械化焊接。图1-3为TIG焊工艺示意图。图1-3TIG焊接工艺示意图Fig.1-3DraftoftheTIGwelding1.4.1TIG焊概述及其特点TIG焊以金属钨（铈钨、钍钨等）作为焊接电极，使用惰性气体氩气作为保护气体，利用电极与工件之间产生的电弧热作为热源，加热并熔化工件和填充金属的一种电弧焊方法。钨极氩弧焊时，母材金属加热特点（主要指能量密度和热功率大小）介于气焊和焊条电弧焊之间，加之在很小的焊接电流（≤10）下，电弧仍可稳定燃烧，特别适用于焊接薄或超薄奥氏体不锈钢的焊接构件。原因为焊接工件变形小，熔深/宽度比高，HAZ小，较传统焊接方法，其焊接质量优势彰显。Ar保护可隔绝空气中的O2、N2、H2等对电弧和熔池产生不良影响，减少合金元素的烧损，得到致密、无飞溅、质量高的焊接接
-11-头；TIG焊的电弧稳定，弧柱温度高，热影响区窄，所焊的焊件应力、变形、裂纹倾向小；最后就是TIG焊为明弧施焊，操作、观察方便[37-38]。1.4.2TIG焊工艺TIG焊最为薄板奥氏体不锈钢焊接的一种重要方法，其工艺技术的正确、合理选择是充分发挥设备效能、预防焊缝缺陷、保证焊接质量的关键因素。（1）焊前清理。焊接区及填充焊丝均应进行严格清理，除尽氧化物、油污、脏物和水分。（2）焊接参数TIG焊的工艺参数主要包括：焊接电流Ih、电弧电压Uh、焊接速度Vh、焊丝直径d、送丝速度Vs≈（1.0～1.5）Vh、电弧长度lh、保护气体流量Q、电流衰减时间tsh、电极直径dj和电极端头形状等。其中，我们首先应根据板厚来决定焊接电流的范围，再根据焊接电流来选择钨极种类及直径。（3）气体保护效果氩气纯度愈高，保护效果愈好。焊接奥氏体不锈钢时，一般Ar纯度不能低于99.70%。Ar流量应根据喷嘴直径来选择，而喷嘴直径又与焊接电流、电弧电压和焊接速度有关。主要是保证对焊接接头的良好保护，保护效果可从焊接接头颜色初步判断，如图1-4所示。图1-4奥氏体不锈钢焊接接头颜色与保护效果关系Fig.1-4Therelationshipbetweenqualityandcolorinweldseam1.5本文主要研究内容本文针对SUS304奥氏体不锈钢焊接接头显微组织、力学性能和腐蚀性能进行了研究，在研究过程中对填焊丝与不填焊丝两种情况下获得的焊接接头进行组织、性能对比GoldenSuperiorqualityBlackInferiorqualityCervinuAveragequalityThequalityofweldseamrangesfromthebesttotheworst.
【参考文献】：
期刊论文
[1]奥氏体耐热不锈钢氩弧焊焊接工艺研究[J]. 刘宝剑,康建强,秦志康,张维东. 化工管理. 2018(13)
[2]304不锈钢激光焊接工艺及微观组织研究[J]. 王文军,龚五堂. 应用激光. 2018(02)
[3]奥氏体不锈钢夹杂物控制工艺技术探讨[J]. 张欣杰,张欢欢,崔利民. 中国冶金. 2018(01)
[4]厚板奥氏体不锈钢焊接技术研究现状[J]. 李海新,张琳琳,张婧,杜永鹏,杨振林,殷子强. 焊接. 2017(06)
[5]304L奥氏体不锈钢搅拌摩擦焊与TIG焊接头的微观组织与性能[J]. 徐蒋明,徐春容,樊保全,王世忠. 核动力工程. 2016(01)
[6]不锈钢管钨极氩弧焊（TIG）焊接工艺[J]. 马录成,马文瑞,姜国平. 装备制造技术. 2014(01)
[7]不锈钢的发展及其焊接接头腐蚀问题[J]. 王四喜. 内蒙古石油化工. 2013(08)
[8]焊接工艺对304不锈钢焊接接头耐晶间腐蚀性能的影响[J]. 姜爱华,陈亮,丁毅,马立群. 铸造技术. 2012(09)
[9]焊接速度对18-8不锈钢堆焊层组织形态的影响[J]. 张志玺,包晔峰,杨可,蒋永锋. 电焊机. 2012(05)
[10]不锈钢的种类、性质及应用[J]. 谢礼林. 机电信息. 2012(02)
硕士论文
[1]采用Φ2.0mm焊丝超窄间隙焊接1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢的焊缝成形及耐蚀性研究[D]. 时哲.兰州交通大学 2015
[2]应变强化技术在低温储罐轻型化设计中的应用[D]. 冯小松.北京化工大学 2012
[3]不锈钢/碳钢复合板的焊接工艺及接头组织性能研究[D]. 陈忱.南京航空航天大学 2012
[4]奥氏体不锈钢高温氧化性能与晶粒长大行为的研究[D]. 陈华.兰州理工大学 2011
[5]薄不锈钢板激光焊接变形分析及控制[D]. 吉沐园.江南大学 2011
本文编号：3350654
【文章来源】：山西农业大学山西省
【文章页数】：51 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
奥氏体不锈钢在工业生产中的应用
-10-不锈钢薄板拘束度较小，在焊接过程中受到局部的加热、冷却作用，形成了不均匀的加热、冷却状态，这时焊件会产生不均匀的应力和应变。当焊缝的纵向缩短对薄板边缘的压力超过一定数值时，即会产生较严重的波浪式变形，影响工件的外形美观[36]。综上，焊接不锈钢薄板时，关键要注意的问题是：严格控制焊接接头上的热输入量，力求在能完成焊接的前提下尽量减小热输入量，从而减小热影响区，以避免上述缺陷的产生。1.4钨极氩弧焊工艺及其特点钨极氩弧焊是焊接奥氏体不锈钢较为理想的焊接方法。因氩气保护效果好，合金元素过渡系数高，焊缝成分易于控制；另外，由于热源较为集中，焊接时线能量很小，又有冷却保护作用，气焊接热影响区较窄，焊缝强度和塑、韧性能都优良，焊后不需要清渣，可以全位置焊接和机械化焊接。图1-3为TIG焊工艺示意图。图1-3TIG焊接工艺示意图Fig.1-3DraftoftheTIGwelding1.4.1TIG焊概述及其特点TIG焊以金属钨（铈钨、钍钨等）作为焊接电极，使用惰性气体氩气作为保护气体，利用电极与工件之间产生的电弧热作为热源，加热并熔化工件和填充金属的一种电弧焊方法。钨极氩弧焊时，母材金属加热特点（主要指能量密度和热功率大小）介于气焊和焊条电弧焊之间，加之在很小的焊接电流（≤10）下，电弧仍可稳定燃烧，特别适用于焊接薄或超薄奥氏体不锈钢的焊接构件。原因为焊接工件变形小，熔深/宽度比高，HAZ小，较传统焊接方法，其焊接质量优势彰显。Ar保护可隔绝空气中的O2、N2、H2等对电弧和熔池产生不良影响，减少合金元素的烧损，得到致密、无飞溅、质量高的焊接接
-11-头；TIG焊的电弧稳定，弧柱温度高，热影响区窄，所焊的焊件应力、变形、裂纹倾向小；最后就是TIG焊为明弧施焊，操作、观察方便[37-38]。1.4.2TIG焊工艺TIG焊最为薄板奥氏体不锈钢焊接的一种重要方法，其工艺技术的正确、合理选择是充分发挥设备效能、预防焊缝缺陷、保证焊接质量的关键因素。（1）焊前清理。焊接区及填充焊丝均应进行严格清理，除尽氧化物、油污、脏物和水分。（2）焊接参数TIG焊的工艺参数主要包括：焊接电流Ih、电弧电压Uh、焊接速度Vh、焊丝直径d、送丝速度Vs≈（1.0～1.5）Vh、电弧长度lh、保护气体流量Q、电流衰减时间tsh、电极直径dj和电极端头形状等。其中，我们首先应根据板厚来决定焊接电流的范围，再根据焊接电流来选择钨极种类及直径。（3）气体保护效果氩气纯度愈高，保护效果愈好。焊接奥氏体不锈钢时，一般Ar纯度不能低于99.70%。Ar流量应根据喷嘴直径来选择，而喷嘴直径又与焊接电流、电弧电压和焊接速度有关。主要是保证对焊接接头的良好保护，保护效果可从焊接接头颜色初步判断，如图1-4所示。图1-4奥氏体不锈钢焊接接头颜色与保护效果关系Fig.1-4Therelationshipbetweenqualityandcolorinweldseam1.5本文主要研究内容本文针对SUS304奥氏体不锈钢焊接接头显微组织、力学性能和腐蚀性能进行了研究，在研究过程中对填焊丝与不填焊丝两种情况下获得的焊接接头进行组织、性能对比GoldenSuperiorqualityBlackInferiorqualityCervinuAveragequalityThequalityofweldseamrangesfromthebesttotheworst.
【参考文献】：
期刊论文
[1]奥氏体耐热不锈钢氩弧焊焊接工艺研究[J]. 刘宝剑,康建强,秦志康,张维东. 化工管理. 2018(13)
[2]304不锈钢激光焊接工艺及微观组织研究[J]. 王文军,龚五堂. 应用激光. 2018(02)
[3]奥氏体不锈钢夹杂物控制工艺技术探讨[J]. 张欣杰,张欢欢,崔利民. 中国冶金. 2018(01)
[4]厚板奥氏体不锈钢焊接技术研究现状[J]. 李海新,张琳琳,张婧,杜永鹏,杨振林,殷子强. 焊接. 2017(06)
[5]304L奥氏体不锈钢搅拌摩擦焊与TIG焊接头的微观组织与性能[J]. 徐蒋明,徐春容,樊保全,王世忠. 核动力工程. 2016(01)
[6]不锈钢管钨极氩弧焊（TIG）焊接工艺[J]. 马录成,马文瑞,姜国平. 装备制造技术. 2014(01)
[7]不锈钢的发展及其焊接接头腐蚀问题[J]. 王四喜. 内蒙古石油化工. 2013(08)
[8]焊接工艺对304不锈钢焊接接头耐晶间腐蚀性能的影响[J]. 姜爱华,陈亮,丁毅,马立群. 铸造技术. 2012(09)
[9]焊接速度对18-8不锈钢堆焊层组织形态的影响[J]. 张志玺,包晔峰,杨可,蒋永锋. 电焊机. 2012(05)
[10]不锈钢的种类、性质及应用[J]. 谢礼林. 机电信息. 2012(02)
硕士论文
[1]采用Φ2.0mm焊丝超窄间隙焊接1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢的焊缝成形及耐蚀性研究[D]. 时哲.兰州交通大学 2015
[2]应变强化技术在低温储罐轻型化设计中的应用[D]. 冯小松.北京化工大学 2012
[3]不锈钢/碳钢复合板的焊接工艺及接头组织性能研究[D]. 陈忱.南京航空航天大学 2012
[4]奥氏体不锈钢高温氧化性能与晶粒长大行为的研究[D]. 陈华.兰州理工大学 2011
[5]薄不锈钢板激光焊接变形分析及控制[D]. 吉沐园.江南大学 2011
本文编号：3350654
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