前言
随着时代的发展，不锈钢板材在化工领域的应 迪来越广泛，因不锈钢具有优良的焊接性，几乎所有的熔焊方法都可以焊接。从实用和技术性能方面考虑，在不锈钢薄板的焊接方法上应用最广泛的是焊条电弧焊。但是实践证明，焊条电弧焊焊接有诸多缺点，如易夹渣、对清根要求高、焊缝外观成形较差、工作效率低、 成本高、 劳动强度大等。因此在保证焊接质量的前提下，采用埋弧自动焊轻松地解决了该类缺点问题。但因埋弧自动焊热输入大，熔池高温停留时间长，有促进不锈钢元素偏析和组织过热倾向，容易导致焊接热裂纹， 同时焊接变形大。在综合考虑焊弧焊及埋弧焊的特点后，对不锈钢薄板( 8mrn) 的焊接采用了“ 焊条电弧焊+ 钨极氩弧焊打底’强合焊接工艺。分析了0Cr18Ni9钢板的化学成分、力学性能和它的焊接性，并在此基础上制定了一套TIG焊的设计工艺，包括材料的焊接性能分析、TIG焊设备描述、TIG焊焊的各项工艺参数、焊接前的准备、焊后处理以及焊缝检验。0cr18ni9就是奥氏体不锈钢，我做的这个课题就是探讨0cr18ni9在低温贮罐制造中的性能。低温贮罐是用来储存液N液Ar液态的CO2等低温液体的容器，液态介质的特殊性能就决定了制造材料需要特殊性能，而奥氏体不锈钢0cr18ni9就具有这样的性能。低温贮罐在现在的生活、生产中使用已经越来越广泛，因此对0cr18ni9的探讨就显得越来越重要。在这篇论文中我会着重为大家阐述0cr18ni9在低温压力容器制造中的焊接性能，力学性能，使用
性能和焊接工艺。
目录
第1章 焊接结构生产课程设计任务书及要求................................................................1
1.1课程设计的主要任务................................................................................................1
1.3 课程设计的基本步骤............................................................................................3
第2章 闪蒸罐简介...........................................................................................................4
2.1闪蒸罐工作原理及系统组成...................................................................................4
2.2闪蒸罐的应用............................................................................................................4
第3章 闪蒸罐的材料.........................................................................................................5
3.1奥氏体不锈钢简介....................................................................................................5
3.2奥氏体不锈钢特点及焊接性....................................................................................5
第4章 闪蒸罐筒体的接头...............................................................................................7
4.1对压力容器焊缝金属性能性能的基本要求............................................................7
4.2在焊接过程中焊接接头出现晶间腐蚀和热裂纹及防护措施................................7
4.2.1焊接接头产生热裂纹的原因.....................................................7
4.2.2避免奥氏体型不锈钢焊接热裂纹的途径.................................7
4.3焊接变形与收缩........................................................................................................8
第5章 闪蒸罐筒体制造工艺.........................................................................................10
5.1筒体生产的备料加工工艺......................................................................................10
5.2筒体生产的焊接工艺..............................................................................................10
5.2.1焊接方法...................................................................................10
5.2.2焊接材料的选用及特性...........................................................12
5.2.3焊前准备...................................................................................14
5.2.4的工艺参数的选择...................................................................17
结论及心得.........................................................................................................................26
第1章 焊接结构生产课程设计任务书及要求
1.1课程设计的主要任务
直径为800mm，壁厚为10mm的闪蒸罐（图4-1），壳体材质为0Cr18Ni9，其主要承压焊缝的焊接工艺见表4-2。： 对不锈钢容器的焊接进行了实践， 提出了“ 焊条电弧焊+ 钨极氩弧焊打底”组合焊接法， 解决了焊缝外观成形较差、工作效率低、成本高、劳动强度大等缺点， 取得了良好的结果。
图1-1 闪蒸罐简图
表1—2闪蒸罐焊接工艺
焊缝编号
1A1、B1 焊缝位置 壳体纵、环缝 焊接方法 双面SMAW 焊接材料 A102
1） 写出课程设计的基本步骤及方案；
2） 简单说明焊接结构（压力容器）的基本构造和工作原理，并绘制相应的装配图（用A3纸单独画出）；
3） 设计相关部件的焊接工艺流程，并编写相应的焊接工艺规程和焊接工艺卡；
4） 设计者的心得体会。
1.2课程设计的要求
（1）课程设计的基本要求
熟悉焊接结构（压力容器）的结构特点，了解焊接结构（压力容器）各部分的运行状态、结构特点以及影响制造工艺的因素并能按实际情况具体制定相应的工艺流程卡和工艺卡（具体要求见附录）。
（2）课程设计的具体要求
1) 要充分认识课程设计对培养自己的重要性，认真做好设计前的各项准备工作；
2) 既要虚心接受老师的指导，又要充分发挥主观能动性。结合课题，独立思考,努力钻研，勤于实
践，勇于创新；
3）独立按时完成规定的工作任务，不得弄虚作假，不准抄袭他人内容，否则成绩以不及格计；
4）无论在校外、校内，都要严格遵守学校和所在单位的学习和劳动纪律、规章制度，学生有事离校必须请假。课程设计期间，无故缺席按旷课处理；缺席时间达四分之一以上者，其成绩按不及格处理；
5） 在设计过程中，要严格要求自己，树立严肃、严密、严谨的科学态度；
6） 认真阅读设计任务书，保质保量地完成任务书的规定的工作。
7） 焊接结构装配图用A1纸绘制或打印，必须符合国家有关标准的规定。
8） 小组成员之间，分工明确，但要保持联系畅通，密切合作，培养良好的互相帮助和团队协作精
神；
9） 每组合作完成一套焊接结构（压力容器）的整体装配图，将压力容器根据结构划分成筒 体、封头、接管三部分，每个同学独立完成其中的一部分，并根据自己的课题设计相应的焊接工艺规程和焊接工艺卡；
10）编写课程设计说明书，说明书要求文字通顺，简练。不少于5000字。
1.3 课程设计的基本步骤
1）选题与搜集资料：根据分组，选择课题，在小组内进行分工，进行系统调查，搜集资料；
2）分析设计、画装配图：根据搜集的资料，进行分析，了解焊接结构（压力容器）的基本构造和工作原理，并绘制压力容器装配图；
3）制定焊接工艺：制定相关部件的制造工艺流程，并对其中的焊接部件编写相应的焊接工艺规程卡和焊接工艺卡。
4）验收与评分：指导教师对每个小组选定的课题（焊接结构），及每个成员设计的焊接工艺及工艺规程，结合课程设计说明书，根据课程设计成绩的评定方法，评出成绩。
践，勇于创新；
3）独立按时完成规定的工作任务，不得弄虚作假，不准抄袭他人内容，否则成绩以不及格计；
4）无论在校外、校内，都要严格遵守学校和所在单位的学习和劳动纪律、规章制度，学生有事离校必须请假。课程设计期间，无故缺席按旷课处理；缺席时间达四分之一以上者，其成绩按不及格处理；
5） 在设计过程中，要严格要求自己，树立严肃、严密、严谨的科学态度；
6） 认真阅读设计任务书，保质保量地完成任务书的规定的工作。
7） 焊接结构装配图用A1纸绘制或打印，必须符合国家有关标准的规定。
8） 小组成员之间，分工明确，但要保持联系畅通，密切合作，培养良好的互相帮助和团队协作精
神；
9） 每组合作完成一套焊接结构（压力容器）的整体装配图，将压力容器根据结构划分成筒 体、封头、接管三部分，每个同学独立完成其中的一部分，并根据自己的课题设计相应的焊接工艺规程和焊接工艺卡；
10）编写课程设计说明书，说明书要求文字通顺，简练。不少于5000字。
1.3 课程设计的基本步骤
1）选题与搜集资料：根据分组，选择课题，在小组内进行分工，进行系统调查，搜集资料；
2）分析设计、画装配图：根据搜集的资料，进行分析，了解焊接结构（压力容器）的基本构造和工作原理，并绘制压力容器装配图；
3）制定焊接工艺：制定相关部件的制造工艺流程，并对其中的焊接部件编写相应的焊接工艺规程卡和焊接工艺卡。
4）验收与评分：指导教师对每个小组选定的课题（焊接结构），及每个成员设计的焊接工艺及工艺规程，结合课程设计说明书，根据课程设计成绩的评定方法，评出成绩。
第2章 闪蒸罐简介
2.1闪蒸罐工作原理及系统组成
高效闪蒸干燥风机是气流干燥设备的一种，干燥介质为热空气。工作原理为：热由干燥器底部切向进入， 产生旋转风场，湿料自螺旋输送器（或其它方式输送），进入干燥器后，首先承受搅拌器的机械粉碎，在离心，剪切，碰撞的作用下，物料被微料化，旋转的热风与经给料机落下的湿物料接触,使湿物料表层迅速干燥，由于旋转叶片的机械冲击和高速旋转热气流的吹击作用，使物料在浮动状态下产生剧烈撞击、剪切和摩擦，粘结在一起的物料被松散并迅速干燥。物料受桨叶的轴向推力和旋转气流切线风力的作用，在干燥器内瞬间完成干燥过程(在数秒钟以内)。已干燥的粉料随气流进入旋风分离器（有的干燥器没有）和布袋捕集器，成品经星型卸料器卸去，而尾气则经引风机排出，干燥机系统。
2.2闪蒸罐的应用
闪蒸干燥机在轻工、化工、食品、医药、冶金、建材等行业中，对各种不同粒度的含湿粉粒物料的干燥起着关键作用。由于其占地面积小，能连续生产，可靠性好，自动化程度高。干燥过程全封闭，对环境无污染。且能够利用焙烧烟气作为干燥热源，提高热量利用率。2005年，分子筛车间在扩能改造中引建了两套旋转闪蒸干燥系统。采用DCS 进行控制，安装的是日本横河公司的CENTUM CS3000系统，每台旋转闪蒸干燥机的处理能力1000kg/h(绝干基)。进料灼减：67%(湿基wt)，出料灼减：25%(湿基wt)。该装置建造后平稳运行，达到生产要求。
第3章 闪蒸罐的材料
3.1奥氏体不锈钢简介 0Cr18Ni9不锈钢作为不锈钢耐热钢使用最广泛，用于食品用设备，一般化工设备，原子能用工业设备。通俗的讲0Cr18Ni9不锈钢就是304不锈钢板，0Cr18Ni9不锈钢就是321，一个是国标，一个是美标。321是因为原来冶炼技术不好，无法降低碳含量才研制的，现在因冶炼技术的提高，超低碳钢冶炼已经很平常，所以321有被淘汰的趋势。目前321的产量已经很少了。只有一些军工还在使用。0Cr18Ni9钢(AISI304)是奥氏体不锈钢，是在最初发明的18-8型奥氏体不锈钢的基础上发展演变的钢种，该钢是不锈钢的主体钢种，其产量约占不锈钢总产量曲
30%以上。由于此钢具有奥氏体结构，它不高强度的目的。钢的奥氏体结构赋予了它的良好冷、热加工性能、无磁性和好的低温性能。
3.2奥氏体不锈钢特点及焊接性
(1) 奥氏体不锈钢的特性，具有良好的耐蚀性、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。
(2) 奥氏体不锈钢的用途，家庭用品、橱柜、室内管线、热水器、锅炉、浴缸、汽车配件、医疗器具、建材、化学、食品工业、农业、船舶部件。
(3) 奥氏体不锈钢的化学成份，碳 C ：≤0.07 硅 Si：≤1.00 锰 Mn：≤2.00 硫 S ：≤0.030 磷 P ：≤0.035 铬 Cr：17.00～19.00 镍 Ni：8.00～11.00[2]
(4) 奥氏体不锈钢的力学性能，抗拉强度 σb (MPa)：≥520 条件屈服强度 σ0.2 (MPa)：≥205 伸长率 δ5 (％)：≥40 断面收缩率 ψ (％)：≥60 硬度 ：≤187HBS;≤90HRC;≤200HV[3]
(5) 奥氏体不锈钢的金相组织，组织特征为奥氏体型。
(6) 奥氏体不锈钢的热处理
1)固溶处理；其目的是使碳化物充分溶解并在常温下保留在奥氏体中，从而在常温下获单相奥
氏体组织，使钢具有最高的耐腐蚀性能。固溶处理的加热温度一般均较高，在1050-1100C之间，并按含碳量的高低作适当调整。由于18-8不锈钢导热性很差，不仅要通过预热后再进行淬火加热,而且在固溶处理(淬火加热)时的保温时间要长。固溶处理时，要特别注意防止增碳。因为增碳将会增加18-8钢的晶间腐蚀倾向。冷却介质,一般采用清水。固溶处理后的组织一般是单相奥氏体,但对含有钛、铌、钼的不锈钢，尤其当是铸件时,还含有少量的铁素体。固溶处理后的硬度一般在135HBS左右。
2)除应力退火；为了消除冷加工后的残余应力，处理在较低的温度下进行。一般加热至250-425C，经常采用的是300-350C。对于不含钛或铌的钢不应超过450C，以免析出碳化铬而引起晶间腐蚀。 为了消除焊接后的残余应力,消除钢对应力腐蚀的敏感性,处理一般在较高的温度下进行。加热温度一般不低于850C。冷却方式，对于含有钛或铌的钢可直接在空气中冷却；对于不含有钛或铌的钢应水冷至500C以后再在空气中冷却。
3)稳定化处理；为了防止钛和铌的奥氏体不锈钢在焊接或固溶处理时，由于TiC和NbC减少而引起耐晶间腐蚀性能降低,需将这种不锈钢加热到一定温度后 (该温度使铬的碳化物完全溶于奥氏体，而TiC和NbC只部分溶解)再缓冷。在冷却过程中,使钢中的碳充分地与钛和铌化合,析出稳定的TiC和NbC，而不析出铬的碳化物，从而消除18-8奥氏体不锈钢的晶间腐蚀倾向,这种处理过程称之为稳定化处理。
由上可知，奥氏体不锈钢用的热处理方式为固溶处理。
第4章 闪蒸罐筒体的接头
4.1对压力容器焊缝金属性能性能的基本要求
1）等强度原则：压力容器焊接接头的等强度应理解为其强度性能不低于母材标准的下限值。
2）等塑性和等韧性原则：压力容器焊接接头等塑性和等韧性是指其塑性和韧性不低于母材标准规定的塑性和韧性指标的下限值或不低于容器制造技术条件的规定值。
3）等腐蚀性原则：压力容器焊接接头的等腐蚀性应理解为其耐腐蚀性、抗氢性和抗氧化性不低于母材标准规定的指标或产品制造技术条件相应的规定值。
4.2在焊接过程中焊接接头出现晶间腐蚀和热裂纹及防护措施
4.2.1焊接接头产生热裂纹的原因
单相奥氏体组织的奥氏体型不锈钢焊接接头易发生焊接热裂纹，这种裂纹是在高温状态下形成的。常见的裂纹形式有弧坑裂纹、热影响区裂纹、焊缝横向和纵向裂纹。就裂纹的物理本质上讲，有凝固裂纹、液化裂纹和高温低塑性裂纹等多种。奥氏体型不锈钢易产生焊接接头热裂纹的主要原因有以下几点：
1）焊缝金属凝固期间存在较大的拉应力，这是产生凝固裂纹的必要条件。由于奥氏体型不锈钢的热导率小，线膨胀系数大，在焊接区降温（收缩）期焊接接头必然要承受较大的拉应力，这也促成各种类型热裂纹的产生。
2）方向性强的焊缝柱状晶组织的存在，有利于有害杂质的偏析及晶间液态夹层的形成。
3）奥氏体不锈钢的品种多，母材及焊缝的合金组成比较复杂。含镍量高的合金对硫和磷形成易熔共晶更为敏感，在某些钢中硅和铌等元素，也能形成有害的易熔晶间层。
4.2.2避免奥氏体型不锈钢焊接热裂纹的途径
（1）冶金措施
1）焊缝金属中增添一定数量的铁素体组织，使焊缝成为奥氏体-铁素体双相组织，能很有效地防止焊缝热裂纹的产生。这是由于铁素体能够溶解较多的硫、磷等微量元素，使其在晶界上数量大大减少；同时由于奥氏体晶界上的低熔点杂质被铁素体分散和隔开，避免了低熔点杂质呈连续网状分布，从而阻碍热裂纹的扩展和延伸。常用以促成铁素体的元素有铬、钼、钒等。
2）控制焊缝金属中的铬镍比，对于304型不锈钢来说，当焊接材料的铬镍比小于1.61时，就易产生热裂纹；而铬镍比达到2.3 ～3.2时，就可以防止热裂纹的产生。这一措施的实质也是保证有一
定量的铁素体的存在。
3）在焊缝金属中严格限制硼、硫、磷、硒等有害元素的含量，以防止热裂纹的产生。对于不允许存在铁素体的纯奥氏体焊缝，可以加入适当的锰，少许的碳、氮，同时减少硅的含量。
（2）工艺措施
1）采用适当的焊接坡口或焊接方法，使母材金属在焊缝金属中所占的分量减少（即小的熔合比）。与此同时，在焊接材料的化学成分中加入抗裂元素，且其有害杂质硫、磷的含量比母材金属中的少，既化学成分优于母材金属，故应尽量减少母材金属熔入焊接熔池的数量。
2）尽量选用低氢型焊条和无氧焊剂，以防止热裂纹的产生。
3）焊接参数应选用小的热输入（即小电流快速焊）。在多层焊时，要等前一层焊缝冷却后再焊接次一层焊缝，层间温度不宜高，以避免焊缝过热。施焊过程中焊条不允许摆动，采用窄焊缝的操作技能。
4）选择合理的焊接结构、焊接接头形式和焊接顺序，尽量减少焊接应力，可以减少热裂纹的产生。
5）在焊接过程结束和中途断弧前，收弧要慢且要设法填满弧坑，以防止弧坑裂纹的形成。
4.3焊接变形与收缩
奥氏体型不锈钢与碳钢相比，在物理性能上有很大差异，前者在焊接过程中会产生较大的变形和焊后收缩。304不锈钢焊后产生很大变形和收缩的原因：与碳钢相比，其电阻是碳钢的5倍，在同样的焊接电流、电弧电压条件下的热输入要多；其热导率低，约为碳钢的1/3，导致热量传递速度缓慢，热变形增大；再则304型不锈钢的线膨胀系数又比碳钢大40%左右，更引起加热时热膨
胀量和冷却时收缩量的增加，当然焊后的变形量就显得更加突出了。焊接变形量的大小与焊接参数的选择、焊接次序的正确性、操作的合理性都有一定的关系。
第5章 闪蒸罐筒体制造工艺
5.1筒体生产的备料加工工艺
1）画线：不锈钢制品的划线和标记应采用无氯无硫的记号笔，加工过程中不能去除的材料表面严禁用划针和打洋冲眼。
2）下料：不锈钢应采用等离子切割，当采用机械加工下料时，机床应清理擦洗干净，接触表面无尖锐凸起和异物、油以及铁锈。
3）卷板：预弯时应在上、下模与不锈钢间用无铁离子材料隔开（如用不锈钢板，石棉橡胶板等阻隔）。
4）轧圆：前应预先清理去除轧辊表面油污、铁锈，并打磨轧辊表面凸起物。使轧辊表面光洁平滑，并用丙酮擦洗干净。凡是有抗晶腐蚀要求的，均应进行固溶或稳定化处用。
5.2筒体生产的焊接工艺
基于以上的种种考虑，所采取的焊接设备、焊接评定用材料、试板坡口形式等如下.
5.2.1焊接方法
由于奥氏体不锈钢具有优良的焊接性，几乎所有的熔焊方法和部分压焊方法都可以焊接。但从经济、实用和技术性能方面考虑，最好采用焊条电弧焊、惰性气体保护焊、埋弧焊和等离子焊等。
（1） 焊条电弧焊
厚度在2mm以上的不锈钢板仍以焊条电弧焊为主，因为焊条电弧焊热量比较集中，热影响区小，焊接变形小；能适应各种焊接位置与不同板厚工艺要求；所用[wiki]设备[/wiki]简单。但是，焊条电弧焊对清渣要求高，易产生气孔、夹渣等缺陷。合金元素过度系数较小，与氧亲和力强的元素，如钛、硼、铝等易烧损。
（2） 氩弧焊
有钨极弧焊和熔化极氩弧焊两种，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，合金元素过度系数高，焊缝成分易于控制；由于热源较集中，又有氩气冷却作用，其焊接热影响区较窄，晶粒长大倾向小，焊后不需要清渣，可以全位置焊接和[wiki]机械[/wiki]化焊接。缺点是设备较复杂，一般须使用直流弧焊电源，成本较高。
TIG焊是英文字母Tungsten Inert-Gas Welding的简称。它的中文名称是钨极惰性气体保护焊。这种焊接方法从其名称上可知，它具有两个显著的特点：一是它的电极是用钨或者钨基合金制作而成，二是采用惰性气体做保护气氛。它是在惰性气体的保护下，利用钨电极与工件间产生的电弧热熔化焊件和填充焊丝的一种焊接方法。焊接时保护气体从嘴中喷出，在电弧周围形成气体保护层隔绝空气，以防止其对钨极 、熔池及邻近的热影响区的有害影响，从而获得高强度。
TIG焊的主要特点：1）惰性气体有极好的保护作用，它本身既不与金属发生任何化学反应，也不溶解于高温金属中，使得焊接过程熔池的冶金反应容易控制。对于一般易氧化、氮化的活泼金属、高熔点的黑色金属都能进行焊接，应用面很广泛。2）电弧在氩气中燃烧非常稳定，在小的焊接电流情况下（
TIG焊接方法的适应范围，TIG焊可用于几乎所有金属和合金的焊接，但由于其成本较高，通常多用于铝、镁、钛、铜等有色金属以及不锈钢的焊接。
我选用的焊接焊接方法是钨极氩弧焊打底，手工电弧焊填充盖面。
5.2.2焊接材料的选用及特性
（1）焊接材料的选用
钢板材料 : 牌号：304L（0Cr18Ni9） 厚度: 10mm
由表2（常用钢号推荐选用的焊接材料）打底焊用的焊接材料，焊丝为H0Cr21Ni10。保护气为氩气。填充及盖面用手工电弧焊的焊条为A102
焊接位置 : 平焊、
表1 304化学成分（％）和机械性能
C
S
Mn
Cr
Ni
σ（MPa）
0.039 0.002 0.018 0.44 1.210
18.23
8.09
795
47.1
表2 常用钢号推荐选用焊接材料
CO2气体保
手工电弧焊
埋 弧 焊
护焊
焊
钢号
牌号示
例
型 号
弧 焊
E308-16
0Cr18Ni9(3
04)
E308-15
0Cr18Ni10Ti(321) 1Cr18Ni9Ti (2)焊接材料的特性
焊丝与焊条的性能同母材的性能相似，化学成分也相似，遵循等强原则。
氩 弧 焊
焊 丝
剂
焊 丝
焊 条 电
焊 丝
A102
H0Cr21N
i10
A107
号
H0Cr21Ni1
E347-16
A132
H0Cr21N
i10Ti
HJ260
0Ti H0Cr21Ni1
表3 焊条成分
焊条型号 E308
表4焊丝成分
氩气是惰性气体，几乎不与任何金属发生化学反应，也不溶于金属。其密度比空气大，热导率与比热容比空气小。这些特性使氩气具有良好的保护作用，也具有良好的稳弧作用。氩气的性能见表（气体性能参数）
表5 保护气体分析（升）
材料
氩气
表6 气体性能参数
纯度
N2
O2＜15ppm
H2＜5ppm
H
2O ＜30ppm
露点 －50℃
0.08
18.0~21.0 9.0~11.0 0.75
0.5~2.5
0.90
0.75
C
Cr
Ni
Mo
Mn
Si
Cu
＞99.99% ＜100ppm
5.2.3焊前准备
（1）焊前清理
在打磨、抛光过程中，应控制磨削温度，预防变形和过热，且应注意打磨、抛光纹路的一致
性，抛光等级应按图样和GB1031《表面粗糙度》的要求进行评定。 焊接区域清理，焊接材料的处理（表4.5常用焊材烘干及保温时间）
不锈钢制容器的酸洗、钝化应以浸渍法为主，也可用湿拖或膏涂法。酸洗后的不锈钢表面不得有明显的腐蚀痕迹，不得有颜色不匀的斑纹。焊接及热加工表面不得有氧化皮。用水冲洗干净后擦干表面，不允许残留酸洗液及残渣。钝化后用水冲洗，呈中性后擦干水迹。 （2）坡口的制备
为了保证工件达到所需的熔透深度，对于不同的板厚要求有不同的坡口形式，具体坡口形式及尺寸根据各种材料焊接的工艺确定，坡口加工最好用机械切削方法。不锈钢制压力容器施焊前需用丙酮或酒精将接头处的油污等杂质清洗干净，采用等离子切割的坡口应打磨至露出金属光泽。焊接时不允许在不锈钢非施焊表面引弧。采用手工电弧焊焊接时，在接头两侧应有≥100mm范围的防飞溅涂层，以易清除飞溅物。
坡口的设计根据图样要求或条件选用标准坡口（见gb985）,坡口的形式及尺寸。 焊接坡口图(如表9)
表7 常用焊材烘干温度及保温时间
类别
铬镍不锈钢焊条
牌号 A102 A107 A132 A137 A202 A207
温度°C 150 250 150 250 150 250
时间，h 1 1 1 1 1 1
表8 定位焊点距与材料及板厚的关系
材料名称 不锈钢
板材厚度/mm
≤1.2 1.5～3 3～4
定位焊点距 10～30 25～60 40～80
由表中可以看出，板厚5mm是不需要进行定位焊，因为板厚较厚，焊接变形较小。
表9 GB／T 985一1988《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸》
（3）焊接设备及测试设备: 1） 手工电弧焊焊机
牌号:ZXE-3×400
生产厂家:上海向春电焊机厂 设备选用日本产（OTC）P-300交 直流氩弧焊机，焊接电源为直流陡降 外特性，由2只流量计来控制正面和背 面的保护气体。
2）屏幕显示液压万能试验机
牌号:WES-300C 生产厂家:济南试验机厂 牌号:WE-100
生产厂家:上海试验机厂
3） 冲击试验机
型号：JB-30B 制造厂：吴忠试验机厂
4) 硬度机
牌号:HV-120V 生产厂家:山东 5) X射线无损探伤机 牌号:300KV
生产厂家:日本理光
5.2.4的工艺参数的选择
奥氏体不锈钢一般不需焊前预热及后热但要控制层间温度，对热敏感的奥氏体不锈钢层接温度不大于100°C。
(1)钨极氩弧焊打底的工艺参数的选择
钨极氩弧焊打底的工艺参数：焊接电流种类及大小、电弧电压（电弧长度）、焊接速度、填丝速度、保护气体流量与喷嘴孔径，钨极直径与形状。合理的焊接参数是获得优质焊接接头的重要保证。
1TIG焊钨电极的选用，对钨极的要求，一般应满足三个条件：1）引弧及稳定性能好；2）耐高温、○
不易损耗；3）电流容量大。钨极材料有三种：纯钨、钍钨（W-Th）和铈钨（W-Ce），铈钨极的电子逸出功能低，化学稳定性高，允许电流密度大，并消除了放射性，是目前普遍采用的电极。
2焊接电流种类及大小：○通常是根据焊件的厚度及焊缝熔深来选择焊接电流。电流种类的选择（如
表13）焊接电流种类为直流正接。根据焊接电流来确定送丝速度，在直径一定的情况下，送丝速度增加，焊接电流增加（钨极氩弧焊的电流约为钨极直径的30—50倍，钨极直径小于3，推出值-10—15，钨极直径大于4，推出值+10~15如表12）所给母材为10mm厚的0Cr18Ni9不锈钢，由上
表可得出需焊接电流为120~130A。
3电弧电压：电弧电压主要影响焊缝宽度，它由电弧长度决定。TIG焊电弧长度根据电流值的大小○
通常选择在1.2~5mm之间，需要填加焊丝时，要选择较长的电弧长度。本课题选取设定电弧电压为11~12v。
4焊接速度：在焊接厚度、焊接电流及电弧电压等其他条件确定的情况下，焊接速度增加，焊缝熔○
深及熔宽均减小；焊缝单位上的焊丝熔敷量减小，焊缝余量高减小。焊接速度过高可能产生咬边，要根据焊缝成形及焊接电流来确定合适的焊接速度。本课题分析选用焊接速度为7~8mm/min。
5焊丝直径：○一般情况下，焊接不锈钢时都采用与母材成分相同或相似的焊丝，这样可获得较好的
耐蚀性。而0Cr18Ni9不锈钢10mm板，填充焊丝直径2.5mm.（如表11）
6保护气体流量：TIG焊要求保护气体具有良好的保护效果，如果保护不良，将产生焊接质○
量问题。决定效果的主要因素有保护气流量、喷嘴尺寸、喯嘴与母材的距离、外来风等。对于一定的孔径的喯嘴，流量过小，气流挺度太差，排除周围空气的能力弱，保护效果不好。但是流量过大，则可能会形成紊流，并导致空气卷入，Q=(08~1.2)D（如表10）
。所给母材为10mm厚的0Cr18Ni9不锈钢，由上表可得出所需保护气体流量为5~7 L/min 。 7钨极直径：○钨极直径要根据焊接电流值和极性来选取。由于钨极作为阴极时从电弧得到的热量小于作为阳极时的情况，因此，在同一直径下，直径正接时允许的电流数值较大，而直流反接及交流焊接时允许的电流小。所给母材为10mm厚的0Cr18Ni9不锈钢，由上表可得出所需焊接钨极直径选择2.5mm 。
8钨极伸出长度的选择：○钨极伸出长度是指钨极从喯嘴端部伸出的距离。它对焊接保护效果及焊接操作性均有影响。该长度应根据接头的形状确定，并对气体流量作适当的调整。常规的钨极伸出长度一般为1~2倍钨极直径。所给母材为10mm厚的0Cr18Ni9不锈钢，由上表可得出所需焊接钨极直径选择2.5mm，所以我们选择的钨极伸出长度为5mm适合。在施焊的过程中根据情况适当地调整钨极伸出长度和焊枪与焊件相对的位置。 (2)焊条电弧焊的工艺参数选择
焊条电弧的工艺参数：焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度。
1焊条直径：焊接不锈钢时都采用与母材成分相同或相似的焊丝，这样可获得较好的耐蚀性。根据○
焊件的厚度（如表17）。本课题选取设定焊条直径4mm.
2 焊接电流种类及大小：○通常是根据焊件的厚度及焊缝熔深来选择焊接电流。（焊条电弧焊的焊接电流的选择如表16）
3电弧电压：电弧电压主要影响焊缝宽度，它由电弧长度决定一般情况下，焊条电弧焊的弧长是焊○
条直径的0.5-1倍。本课题选取设定电弧电压为 24~26v。
4焊接速度：在焊接厚度、焊接电流及电弧电压等其他条件确定的情况下，焊接速度增加，焊缝熔○
深及熔宽均减小；焊缝单位上的焊丝熔敷量减小，焊缝余量高减小。焊接速度过高可能产生咬边，要根据焊缝成形及焊接电流来确定合适的焊接速度。
由上所知焊接速度为 200mm/min的焊接速度下能够维持比其他焊接方法更为稳定的电弧形态。 (3)焊接过程注意的事项：打底层焊道起弧点应位 于两定位焊缝之间． 并但持电雏 电压 稳定 ， 应采用短电弧，不摆动或小幅摆动的操作方法。母材表面严禁棱电弧擦伤，不得在其表面上引弧和收弧。每一次焊道后 应期底清 除焊道表面 的焙黄，再用10倍放大镜检查 ，焊道表面质量，若存在焊接缺陷。彻底清除，层间温度控在 180 ℃以下。 各层焊道的引弧点及收弧点应 相互错开 3 0 mm~5 0ram，焊道表面不得用锤尖敲击。 （4）焊后热处理：（如表18）
表10 喷嘴孔径与保护气体流量的选择范围
表12 钨极许用电流
表13 钨极尖端形状及电流范围
表
15 焊条直径与焊件厚度的关系
表16 常用Cr—Ni
奥氏体不锈钢加工或焊后消应力热处理工艺规范
第一道手工钨极氩弧焊打底工艺参数 坡口形式
mm
600V型坡2.5 口间隙 其余焊道如下表 项目 第二道 第三道 第四道
（5）检验及分析
1 检验 ○
钨极直径
焊丝直径
焊接电流
电弧电压 氩气流量 L/min
mm 2.5
A 120~130
V 11~12
5~7
焊接电流 （A） 180~300
焊接电压 (V) 24~26
焊条直径 (min) 4
焊速 (mm/min) 200
180~200 24~26 4 200
200~220 24~26 4 200
设备制作完戚后，根据图纸要求，x射线透视底片14张，射线探伤一次合格辜98一经量规检验 t焊缝的外部余高均在0 ～1.5 ram 之内。经力学性能试验，各项指标均在合格范围。
2 分析 ○
进用氩 弧焊焊接 0 C r l 6 Ni 9设备进行打底焊时。起弧处与收弧处重叠，收弧时，电弧逐渐提高并填焊丝。这样避免丁未熔合。减少丁打底层焊道收弧处的缩孔，通过观察x射线探伤片可知。由于收弧太快仍存在极少量的，打底层收缩孔，经过一敬遁嫠后，生部合格。通过提高氧气纯度。采用短弧焊接(使焊墼前端始终受到氩气的保护)普工艺措施限制氢、氯等气体的来谍。因气
孔造成x射线探仿不台格的片散很少 。
—
焊接方向： — 电特性
电流类型和极性：TIG 直流正接
喷嘴
Ar
≥99.75% 5~7/Min
拖罩
—
—
—
—
—
—
最大线能量： — 8-15 背面 预热
焊后热处理
最小预热温度：— 温度范围： 1065O C ~1020 O C
最大层间温度：180 处理时间： — 操作技术
钨极类型和尺寸： 钍钨极Φ3.0 喷嘴孔径： Φ8～10 内部或层间清理： 砂轮机打磨 背部清根： — 焊接层
焊接方法
次 1 2 3 4 空白
TIG SMAW SMAW SMAW
牌号
直径
电流 120~130 180~300 180~200 200~220
电压 11~12 24~26 24~26 24~26
5~10
填充金属
电特性
焊接速度 备注
H021CrNi10 3 A102 A102 A102
4 4 4
结论及心得
0cr18ni9在低温压力容器制造中的焊接性能，力学性能，使用性能和焊接工艺在世界上45 ％的钢的连接是用焊接方法来完成的，手工电弧焊又是我们生活生而中不可缺少的一部分，目前我用的越来越多的钢就奥氏体不锈钢，所以对于奥氏体不锈钢的焊接的研究已经越来越迫在眉睫。我做这篇论文就是从手工电弧焊方面来研究奥氏体不锈钢的焊接。0Cr18Ni9不锈钢的耐磨性、硬度、耐腐蚀性都有了显著地提高。TIG（钨极氩弧惰性气体保护焊）焊技术是一种比较先进的表面焊接技术，生产效率和质量高。钨极氩弧焊时，母材金属加热特点介于气焊和焊条电弧焊之间，加之在很小的焊接电流下，电弧依然可以稳定燃烧，特别适于焊接薄件的奥氏体型不锈钢薄件。钨极氩弧焊是能清晰度观察到焊接熔池和焊接情况，因此，在要求保证焊透及反面又有一定成型的情况下，单面焊采用内壁通氩气的钨极氩弧封底焊的方法。在施焊过程中，不会产生飞溅，焊缝成型美观，焊缝不存在渣壳，无需清理。主要从材料的力学性能化学成分，和通过焊接性的分析来讨论奥氏体不锈钢的焊接性能。最能直观表现奥氏体不锈钢焊接性能的就是焊接工艺知道书，我们通过焊接工艺指导书的编制来反应奥氏体不锈钢的焊接性能。不锈钢由于具有优良的耐蚀性、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。
参考文献
[1] 强文锇． 金属熔焊原理及工艺( 上) [ M] ． 北京 ： 机械工业 出版社 ， 1 9 7 9 [2] 周振 丰． 金属熔焊原理及工艺( 下) [ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， l 9 8 1 ［3］刘会杰. 焊接冶金与焊接性［M］. 机械工业出版社，2007 ［4］龚国尚、严绍华.焊工实用手册［M］.中国劳动出版社，1993 ［5］孙景荣，等.实用焊工手册［M］.化学工业出版社，1997 [6]简明焊工手册编写组.简明焊工手册［M］. 机械工业出版社,1994
[7]李亚江、任振安、杨建华.焊接冶金学材料焊接性［M］. 机械工业出版社,2007 [8] 徐静安、 华东化工学院编， 金属材料及热处理， 1 9 9 5 ． 1 0 。 [9] 叶超惠，钢制压力容器 GB 15o-98 , 中国标准出版社，1998
前言
随着时代的发展，不锈钢板材在化工领域的应 迪来越广泛，因不锈钢具有优良的焊接性，几乎所有的熔焊方法都可以焊接。从实用和技术性能方面考虑，在不锈钢薄板的焊接方法上应用最广泛的是焊条电弧焊。但是实践证明，焊条电弧焊焊接有诸多缺点，如易夹渣、对清根要求高、焊缝外观成形较差、工作效率低、 成本高、 劳动强度大等。因此在保证焊接质量的前提下，采用埋弧自动焊轻松地解决了该类缺点问题。但因埋弧自动焊热输入大，熔池高温停留时间长，有促进不锈钢元素偏析和组织过热倾向，容易导致焊接热裂纹， 同时焊接变形大。在综合考虑焊弧焊及埋弧焊的特点后，对不锈钢薄板( 8mrn) 的焊接采用了“ 焊条电弧焊+ 钨极氩弧焊打底’强合焊接工艺。分析了0Cr18Ni9钢板的化学成分、力学性能和它的焊接性，并在此基础上制定了一套TIG焊的设计工艺，包括材料的焊接性能分析、TIG焊设备描述、TIG焊焊的各项工艺参数、焊接前的准备、焊后处理以及焊缝检验。0cr18ni9就是奥氏体不锈钢，我做的这个课题就是探讨0cr18ni9在低温贮罐制造中的性能。低温贮罐是用来储存液N液Ar液态的CO2等低温液体的容器，液态介质的特殊性能就决定了制造材料需要特殊性能，而奥氏体不锈钢0cr18ni9就具有这样的性能。低温贮罐在现在的生活、生产中使用已经越来越广泛，因此对0cr18ni9的探讨就显得越来越重要。在这篇论文中我会着重为大家阐述0cr18ni9在低温压力容器制造中的焊接性能，力学性能，使用
性能和焊接工艺。
目录
第1章 焊接结构生产课程设计任务书及要求................................................................1
1.1课程设计的主要任务................................................................................................1
1.3 课程设计的基本步骤............................................................................................3
第2章 闪蒸罐简介...........................................................................................................4
2.1闪蒸罐工作原理及系统组成...................................................................................4
2.2闪蒸罐的应用............................................................................................................4
第3章 闪蒸罐的材料.........................................................................................................5
3.1奥氏体不锈钢简介....................................................................................................5
3.2奥氏体不锈钢特点及焊接性....................................................................................5
第4章 闪蒸罐筒体的接头...............................................................................................7
4.1对压力容器焊缝金属性能性能的基本要求............................................................7
4.2在焊接过程中焊接接头出现晶间腐蚀和热裂纹及防护措施................................7
4.2.1焊接接头产生热裂纹的原因.....................................................7
4.2.2避免奥氏体型不锈钢焊接热裂纹的途径.................................7
4.3焊接变形与收缩........................................................................................................8
第5章 闪蒸罐筒体制造工艺.........................................................................................10
5.1筒体生产的备料加工工艺......................................................................................10
5.2筒体生产的焊接工艺..............................................................................................10
5.2.1焊接方法...................................................................................10
5.2.2焊接材料的选用及特性...........................................................12
5.2.3焊前准备...................................................................................14
5.2.4的工艺参数的选择...................................................................17
结论及心得.........................................................................................................................26
第1章 焊接结构生产课程设计任务书及要求
1.1课程设计的主要任务
直径为800mm，壁厚为10mm的闪蒸罐（图4-1），壳体材质为0Cr18Ni9，其主要承压焊缝的焊接工艺见表4-2。： 对不锈钢容器的焊接进行了实践， 提出了“ 焊条电弧焊+ 钨极氩弧焊打底”组合焊接法， 解决了焊缝外观成形较差、工作效率低、成本高、劳动强度大等缺点， 取得了良好的结果。
图1-1 闪蒸罐简图
表1—2闪蒸罐焊接工艺
焊缝编号
1A1、B1 焊缝位置 壳体纵、环缝 焊接方法 双面SMAW 焊接材料 A102
1） 写出课程设计的基本步骤及方案；
2） 简单说明焊接结构（压力容器）的基本构造和工作原理，并绘制相应的装配图（用A3纸单独画出）；
3） 设计相关部件的焊接工艺流程，并编写相应的焊接工艺规程和焊接工艺卡；
4） 设计者的心得体会。
1.2课程设计的要求
（1）课程设计的基本要求
熟悉焊接结构（压力容器）的结构特点，了解焊接结构（压力容器）各部分的运行状态、结构特点以及影响制造工艺的因素并能按实际情况具体制定相应的工艺流程卡和工艺卡（具体要求见附录）。
（2）课程设计的具体要求
1) 要充分认识课程设计对培养自己的重要性，认真做好设计前的各项准备工作；
2) 既要虚心接受老师的指导，又要充分发挥主观能动性。结合课题，独立思考,努力钻研，勤于实
践，勇于创新；
3）独立按时完成规定的工作任务，不得弄虚作假，不准抄袭他人内容，否则成绩以不及格计；
4）无论在校外、校内，都要严格遵守学校和所在单位的学习和劳动纪律、规章制度，学生有事离校必须请假。课程设计期间，无故缺席按旷课处理；缺席时间达四分之一以上者，其成绩按不及格处理；
5） 在设计过程中，要严格要求自己，树立严肃、严密、严谨的科学态度；
6） 认真阅读设计任务书，保质保量地完成任务书的规定的工作。
7） 焊接结构装配图用A1纸绘制或打印，必须符合国家有关标准的规定。
8） 小组成员之间，分工明确，但要保持联系畅通，密切合作，培养良好的互相帮助和团队协作精
神；
9） 每组合作完成一套焊接结构（压力容器）的整体装配图，将压力容器根据结构划分成筒 体、封头、接管三部分，每个同学独立完成其中的一部分，并根据自己的课题设计相应的焊接工艺规程和焊接工艺卡；
10）编写课程设计说明书，说明书要求文字通顺，简练。不少于5000字。
1.3 课程设计的基本步骤
1）选题与搜集资料：根据分组，选择课题，在小组内进行分工，进行系统调查，搜集资料；
2）分析设计、画装配图：根据搜集的资料，进行分析，了解焊接结构（压力容器）的基本构造和工作原理，并绘制压力容器装配图；
3）制定焊接工艺：制定相关部件的制造工艺流程，并对其中的焊接部件编写相应的焊接工艺规程卡和焊接工艺卡。
4）验收与评分：指导教师对每个小组选定的课题（焊接结构），及每个成员设计的焊接工艺及工艺规程，结合课程设计说明书，根据课程设计成绩的评定方法，评出成绩。
践，勇于创新；
3）独立按时完成规定的工作任务，不得弄虚作假，不准抄袭他人内容，否则成绩以不及格计；
4）无论在校外、校内，都要严格遵守学校和所在单位的学习和劳动纪律、规章制度，学生有事离校必须请假。课程设计期间，无故缺席按旷课处理；缺席时间达四分之一以上者，其成绩按不及格处理；
5） 在设计过程中，要严格要求自己，树立严肃、严密、严谨的科学态度；
6） 认真阅读设计任务书，保质保量地完成任务书的规定的工作。
7） 焊接结构装配图用A1纸绘制或打印，必须符合国家有关标准的规定。
8） 小组成员之间，分工明确，但要保持联系畅通，密切合作，培养良好的互相帮助和团队协作精
神；
9） 每组合作完成一套焊接结构（压力容器）的整体装配图，将压力容器根据结构划分成筒 体、封头、接管三部分，每个同学独立完成其中的一部分，并根据自己的课题设计相应的焊接工艺规程和焊接工艺卡；
10）编写课程设计说明书，说明书要求文字通顺，简练。不少于5000字。
1.3 课程设计的基本步骤
1）选题与搜集资料：根据分组，选择课题，在小组内进行分工，进行系统调查，搜集资料；
2）分析设计、画装配图：根据搜集的资料，进行分析，了解焊接结构（压力容器）的基本构造和工作原理，并绘制压力容器装配图；
3）制定焊接工艺：制定相关部件的制造工艺流程，并对其中的焊接部件编写相应的焊接工艺规程卡和焊接工艺卡。
4）验收与评分：指导教师对每个小组选定的课题（焊接结构），及每个成员设计的焊接工艺及工艺规程，结合课程设计说明书，根据课程设计成绩的评定方法，评出成绩。
第2章 闪蒸罐简介
2.1闪蒸罐工作原理及系统组成
高效闪蒸干燥风机是气流干燥设备的一种，干燥介质为热空气。工作原理为：热由干燥器底部切向进入， 产生旋转风场，湿料自螺旋输送器（或其它方式输送），进入干燥器后，首先承受搅拌器的机械粉碎，在离心，剪切，碰撞的作用下，物料被微料化，旋转的热风与经给料机落下的湿物料接触,使湿物料表层迅速干燥，由于旋转叶片的机械冲击和高速旋转热气流的吹击作用，使物料在浮动状态下产生剧烈撞击、剪切和摩擦，粘结在一起的物料被松散并迅速干燥。物料受桨叶的轴向推力和旋转气流切线风力的作用，在干燥器内瞬间完成干燥过程(在数秒钟以内)。已干燥的粉料随气流进入旋风分离器（有的干燥器没有）和布袋捕集器，成品经星型卸料器卸去，而尾气则经引风机排出，干燥机系统。
2.2闪蒸罐的应用
闪蒸干燥机在轻工、化工、食品、医药、冶金、建材等行业中，对各种不同粒度的含湿粉粒物料的干燥起着关键作用。由于其占地面积小，能连续生产，可靠性好，自动化程度高。干燥过程全封闭，对环境无污染。且能够利用焙烧烟气作为干燥热源，提高热量利用率。2005年，分子筛车间在扩能改造中引建了两套旋转闪蒸干燥系统。采用DCS 进行控制，安装的是日本横河公司的CENTUM CS3000系统，每台旋转闪蒸干燥机的处理能力1000kg/h(绝干基)。进料灼减：67%(湿基wt)，出料灼减：25%(湿基wt)。该装置建造后平稳运行，达到生产要求。
第3章 闪蒸罐的材料
3.1奥氏体不锈钢简介 0Cr18Ni9不锈钢作为不锈钢耐热钢使用最广泛，用于食品用设备，一般化工设备，原子能用工业设备。通俗的讲0Cr18Ni9不锈钢就是304不锈钢板，0Cr18Ni9不锈钢就是321，一个是国标，一个是美标。321是因为原来冶炼技术不好，无法降低碳含量才研制的，现在因冶炼技术的提高，超低碳钢冶炼已经很平常，所以321有被淘汰的趋势。目前321的产量已经很少了。只有一些军工还在使用。0Cr18Ni9钢(AISI304)是奥氏体不锈钢，是在最初发明的18-8型奥氏体不锈钢的基础上发展演变的钢种，该钢是不锈钢的主体钢种，其产量约占不锈钢总产量曲
30%以上。由于此钢具有奥氏体结构，它不高强度的目的。钢的奥氏体结构赋予了它的良好冷、热加工性能、无磁性和好的低温性能。
3.2奥氏体不锈钢特点及焊接性
(1) 奥氏体不锈钢的特性，具有良好的耐蚀性、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。
(2) 奥氏体不锈钢的用途，家庭用品、橱柜、室内管线、热水器、锅炉、浴缸、汽车配件、医疗器具、建材、化学、食品工业、农业、船舶部件。
(3) 奥氏体不锈钢的化学成份，碳 C ：≤0.07 硅 Si：≤1.00 锰 Mn：≤2.00 硫 S ：≤0.030 磷 P ：≤0.035 铬 Cr：17.00～19.00 镍 Ni：8.00～11.00[2]
(4) 奥氏体不锈钢的力学性能，抗拉强度 σb (MPa)：≥520 条件屈服强度 σ0.2 (MPa)：≥205 伸长率 δ5 (％)：≥40 断面收缩率 ψ (％)：≥60 硬度 ：≤187HBS;≤90HRC;≤200HV[3]
(5) 奥氏体不锈钢的金相组织，组织特征为奥氏体型。
(6) 奥氏体不锈钢的热处理
1)固溶处理；其目的是使碳化物充分溶解并在常温下保留在奥氏体中，从而在常温下获单相奥
氏体组织，使钢具有最高的耐腐蚀性能。固溶处理的加热温度一般均较高，在1050-1100C之间，并按含碳量的高低作适当调整。由于18-8不锈钢导热性很差，不仅要通过预热后再进行淬火加热,而且在固溶处理(淬火加热)时的保温时间要长。固溶处理时，要特别注意防止增碳。因为增碳将会增加18-8钢的晶间腐蚀倾向。冷却介质,一般采用清水。固溶处理后的组织一般是单相奥氏体,但对含有钛、铌、钼的不锈钢，尤其当是铸件时,还含有少量的铁素体。固溶处理后的硬度一般在135HBS左右。
2)除应力退火；为了消除冷加工后的残余应力，处理在较低的温度下进行。一般加热至250-425C，经常采用的是300-350C。对于不含钛或铌的钢不应超过450C，以免析出碳化铬而引起晶间腐蚀。 为了消除焊接后的残余应力,消除钢对应力腐蚀的敏感性,处理一般在较高的温度下进行。加热温度一般不低于850C。冷却方式，对于含有钛或铌的钢可直接在空气中冷却；对于不含有钛或铌的钢应水冷至500C以后再在空气中冷却。
3)稳定化处理；为了防止钛和铌的奥氏体不锈钢在焊接或固溶处理时，由于TiC和NbC减少而引起耐晶间腐蚀性能降低,需将这种不锈钢加热到一定温度后 (该温度使铬的碳化物完全溶于奥氏体，而TiC和NbC只部分溶解)再缓冷。在冷却过程中,使钢中的碳充分地与钛和铌化合,析出稳定的TiC和NbC，而不析出铬的碳化物，从而消除18-8奥氏体不锈钢的晶间腐蚀倾向,这种处理过程称之为稳定化处理。
由上可知，奥氏体不锈钢用的热处理方式为固溶处理。
第4章 闪蒸罐筒体的接头
4.1对压力容器焊缝金属性能性能的基本要求
1）等强度原则：压力容器焊接接头的等强度应理解为其强度性能不低于母材标准的下限值。
2）等塑性和等韧性原则：压力容器焊接接头等塑性和等韧性是指其塑性和韧性不低于母材标准规定的塑性和韧性指标的下限值或不低于容器制造技术条件的规定值。
3）等腐蚀性原则：压力容器焊接接头的等腐蚀性应理解为其耐腐蚀性、抗氢性和抗氧化性不低于母材标准规定的指标或产品制造技术条件相应的规定值。
4.2在焊接过程中焊接接头出现晶间腐蚀和热裂纹及防护措施
4.2.1焊接接头产生热裂纹的原因
单相奥氏体组织的奥氏体型不锈钢焊接接头易发生焊接热裂纹，这种裂纹是在高温状态下形成的。常见的裂纹形式有弧坑裂纹、热影响区裂纹、焊缝横向和纵向裂纹。就裂纹的物理本质上讲，有凝固裂纹、液化裂纹和高温低塑性裂纹等多种。奥氏体型不锈钢易产生焊接接头热裂纹的主要原因有以下几点：
1）焊缝金属凝固期间存在较大的拉应力，这是产生凝固裂纹的必要条件。由于奥氏体型不锈钢的热导率小，线膨胀系数大，在焊接区降温（收缩）期焊接接头必然要承受较大的拉应力，这也促成各种类型热裂纹的产生。
2）方向性强的焊缝柱状晶组织的存在，有利于有害杂质的偏析及晶间液态夹层的形成。
3）奥氏体不锈钢的品种多，母材及焊缝的合金组成比较复杂。含镍量高的合金对硫和磷形成易熔共晶更为敏感，在某些钢中硅和铌等元素，也能形成有害的易熔晶间层。
4.2.2避免奥氏体型不锈钢焊接热裂纹的途径
（1）冶金措施
1）焊缝金属中增添一定数量的铁素体组织，使焊缝成为奥氏体-铁素体双相组织，能很有效地防止焊缝热裂纹的产生。这是由于铁素体能够溶解较多的硫、磷等微量元素，使其在晶界上数量大大减少；同时由于奥氏体晶界上的低熔点杂质被铁素体分散和隔开，避免了低熔点杂质呈连续网状分布，从而阻碍热裂纹的扩展和延伸。常用以促成铁素体的元素有铬、钼、钒等。
2）控制焊缝金属中的铬镍比，对于304型不锈钢来说，当焊接材料的铬镍比小于1.61时，就易产生热裂纹；而铬镍比达到2.3 ～3.2时，就可以防止热裂纹的产生。这一措施的实质也是保证有一
定量的铁素体的存在。
3）在焊缝金属中严格限制硼、硫、磷、硒等有害元素的含量，以防止热裂纹的产生。对于不允许存在铁素体的纯奥氏体焊缝，可以加入适当的锰，少许的碳、氮，同时减少硅的含量。
（2）工艺措施
1）采用适当的焊接坡口或焊接方法，使母材金属在焊缝金属中所占的分量减少（即小的熔合比）。与此同时，在焊接材料的化学成分中加入抗裂元素，且其有害杂质硫、磷的含量比母材金属中的少，既化学成分优于母材金属，故应尽量减少母材金属熔入焊接熔池的数量。
2）尽量选用低氢型焊条和无氧焊剂，以防止热裂纹的产生。
3）焊接参数应选用小的热输入（即小电流快速焊）。在多层焊时，要等前一层焊缝冷却后再焊接次一层焊缝，层间温度不宜高，以避免焊缝过热。施焊过程中焊条不允许摆动，采用窄焊缝的操作技能。
4）选择合理的焊接结构、焊接接头形式和焊接顺序，尽量减少焊接应力，可以减少热裂纹的产生。
5）在焊接过程结束和中途断弧前，收弧要慢且要设法填满弧坑，以防止弧坑裂纹的形成。
4.3焊接变形与收缩
奥氏体型不锈钢与碳钢相比，在物理性能上有很大差异，前者在焊接过程中会产生较大的变形和焊后收缩。304不锈钢焊后产生很大变形和收缩的原因：与碳钢相比，其电阻是碳钢的5倍，在同样的焊接电流、电弧电压条件下的热输入要多；其热导率低，约为碳钢的1/3，导致热量传递速度缓慢，热变形增大；再则304型不锈钢的线膨胀系数又比碳钢大40%左右，更引起加热时热膨
胀量和冷却时收缩量的增加，当然焊后的变形量就显得更加突出了。焊接变形量的大小与焊接参数的选择、焊接次序的正确性、操作的合理性都有一定的关系。
第5章 闪蒸罐筒体制造工艺
5.1筒体生产的备料加工工艺
1）画线：不锈钢制品的划线和标记应采用无氯无硫的记号笔，加工过程中不能去除的材料表面严禁用划针和打洋冲眼。
2）下料：不锈钢应采用等离子切割，当采用机械加工下料时，机床应清理擦洗干净，接触表面无尖锐凸起和异物、油以及铁锈。
3）卷板：预弯时应在上、下模与不锈钢间用无铁离子材料隔开（如用不锈钢板，石棉橡胶板等阻隔）。
4）轧圆：前应预先清理去除轧辊表面油污、铁锈，并打磨轧辊表面凸起物。使轧辊表面光洁平滑，并用丙酮擦洗干净。凡是有抗晶腐蚀要求的，均应进行固溶或稳定化处用。
5.2筒体生产的焊接工艺
基于以上的种种考虑，所采取的焊接设备、焊接评定用材料、试板坡口形式等如下.
5.2.1焊接方法
由于奥氏体不锈钢具有优良的焊接性，几乎所有的熔焊方法和部分压焊方法都可以焊接。但从经济、实用和技术性能方面考虑，最好采用焊条电弧焊、惰性气体保护焊、埋弧焊和等离子焊等。
（1） 焊条电弧焊
厚度在2mm以上的不锈钢板仍以焊条电弧焊为主，因为焊条电弧焊热量比较集中，热影响区小，焊接变形小；能适应各种焊接位置与不同板厚工艺要求；所用[wiki]设备[/wiki]简单。但是，焊条电弧焊对清渣要求高，易产生气孔、夹渣等缺陷。合金元素过度系数较小，与氧亲和力强的元素，如钛、硼、铝等易烧损。
（2） 氩弧焊
有钨极弧焊和熔化极氩弧焊两种，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，合金元素过度系数高，焊缝成分易于控制；由于热源较集中，又有氩气冷却作用，其焊接热影响区较窄，晶粒长大倾向小，焊后不需要清渣，可以全位置焊接和[wiki]机械[/wiki]化焊接。缺点是设备较复杂，一般须使用直流弧焊电源，成本较高。
TIG焊是英文字母Tungsten Inert-Gas Welding的简称。它的中文名称是钨极惰性气体保护焊。这种焊接方法从其名称上可知，它具有两个显著的特点：一是它的电极是用钨或者钨基合金制作而成，二是采用惰性气体做保护气氛。它是在惰性气体的保护下，利用钨电极与工件间产生的电弧热熔化焊件和填充焊丝的一种焊接方法。焊接时保护气体从嘴中喷出，在电弧周围形成气体保护层隔绝空气，以防止其对钨极 、熔池及邻近的热影响区的有害影响，从而获得高强度。
TIG焊的主要特点：1）惰性气体有极好的保护作用，它本身既不与金属发生任何化学反应，也不溶解于高温金属中，使得焊接过程熔池的冶金反应容易控制。对于一般易氧化、氮化的活泼金属、高熔点的黑色金属都能进行焊接，应用面很广泛。2）电弧在氩气中燃烧非常稳定，在小的焊接电流情况下（
TIG焊接方法的适应范围，TIG焊可用于几乎所有金属和合金的焊接，但由于其成本较高，通常多用于铝、镁、钛、铜等有色金属以及不锈钢的焊接。
我选用的焊接焊接方法是钨极氩弧焊打底，手工电弧焊填充盖面。
5.2.2焊接材料的选用及特性
（1）焊接材料的选用
钢板材料 : 牌号：304L（0Cr18Ni9） 厚度: 10mm
由表2（常用钢号推荐选用的焊接材料）打底焊用的焊接材料，焊丝为H0Cr21Ni10。保护气为氩气。填充及盖面用手工电弧焊的焊条为A102
焊接位置 : 平焊、
表1 304化学成分（％）和机械性能
C
S
Mn
Cr
Ni
σ（MPa）
0.039 0.002 0.018 0.44 1.210
18.23
8.09
795
47.1
表2 常用钢号推荐选用焊接材料
CO2气体保
手工电弧焊
埋 弧 焊
护焊
焊
钢号
牌号示
例
型 号
弧 焊
E308-16
0Cr18Ni9(3
04)
E308-15
0Cr18Ni10Ti(321) 1Cr18Ni9Ti (2)焊接材料的特性
焊丝与焊条的性能同母材的性能相似，化学成分也相似，遵循等强原则。
氩 弧 焊
焊 丝
剂
焊 丝
焊 条 电
焊 丝
A102
H0Cr21N
i10
A107
号
H0Cr21Ni1
E347-16
A132
H0Cr21N
i10Ti
HJ260
0Ti H0Cr21Ni1
表3 焊条成分
焊条型号 E308
表4焊丝成分
氩气是惰性气体，几乎不与任何金属发生化学反应，也不溶于金属。其密度比空气大，热导率与比热容比空气小。这些特性使氩气具有良好的保护作用，也具有良好的稳弧作用。氩气的性能见表（气体性能参数）
表5 保护气体分析（升）
材料
氩气
表6 气体性能参数
纯度
N2
O2＜15ppm
H2＜5ppm
H
2O ＜30ppm
露点 －50℃
0.08
18.0~21.0 9.0~11.0 0.75
0.5~2.5
0.90
0.75
C
Cr
Ni
Mo
Mn
Si
Cu
＞99.99% ＜100ppm
5.2.3焊前准备
（1）焊前清理
在打磨、抛光过程中，应控制磨削温度，预防变形和过热，且应注意打磨、抛光纹路的一致
性，抛光等级应按图样和GB1031《表面粗糙度》的要求进行评定。 焊接区域清理，焊接材料的处理（表4.5常用焊材烘干及保温时间）
不锈钢制容器的酸洗、钝化应以浸渍法为主，也可用湿拖或膏涂法。酸洗后的不锈钢表面不得有明显的腐蚀痕迹，不得有颜色不匀的斑纹。焊接及热加工表面不得有氧化皮。用水冲洗干净后擦干表面，不允许残留酸洗液及残渣。钝化后用水冲洗，呈中性后擦干水迹。 （2）坡口的制备
为了保证工件达到所需的熔透深度，对于不同的板厚要求有不同的坡口形式，具体坡口形式及尺寸根据各种材料焊接的工艺确定，坡口加工最好用机械切削方法。不锈钢制压力容器施焊前需用丙酮或酒精将接头处的油污等杂质清洗干净，采用等离子切割的坡口应打磨至露出金属光泽。焊接时不允许在不锈钢非施焊表面引弧。采用手工电弧焊焊接时，在接头两侧应有≥100mm范围的防飞溅涂层，以易清除飞溅物。
坡口的设计根据图样要求或条件选用标准坡口（见gb985）,坡口的形式及尺寸。 焊接坡口图(如表9)
表7 常用焊材烘干温度及保温时间
类别
铬镍不锈钢焊条
牌号 A102 A107 A132 A137 A202 A207
温度°C 150 250 150 250 150 250
时间，h 1 1 1 1 1 1
表8 定位焊点距与材料及板厚的关系
材料名称 不锈钢
板材厚度/mm
≤1.2 1.5～3 3～4
定位焊点距 10～30 25～60 40～80
由表中可以看出，板厚5mm是不需要进行定位焊，因为板厚较厚，焊接变形较小。
表9 GB／T 985一1988《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸》
（3）焊接设备及测试设备: 1） 手工电弧焊焊机
牌号:ZXE-3×400
生产厂家:上海向春电焊机厂 设备选用日本产（OTC）P-300交 直流氩弧焊机，焊接电源为直流陡降 外特性，由2只流量计来控制正面和背 面的保护气体。
2）屏幕显示液压万能试验机
牌号:WES-300C 生产厂家:济南试验机厂 牌号:WE-100
生产厂家:上海试验机厂
3） 冲击试验机
型号：JB-30B 制造厂：吴忠试验机厂
4) 硬度机
牌号:HV-120V 生产厂家:山东 5) X射线无损探伤机 牌号:300KV
生产厂家:日本理光
5.2.4的工艺参数的选择
奥氏体不锈钢一般不需焊前预热及后热但要控制层间温度，对热敏感的奥氏体不锈钢层接温度不大于100°C。
(1)钨极氩弧焊打底的工艺参数的选择
钨极氩弧焊打底的工艺参数：焊接电流种类及大小、电弧电压（电弧长度）、焊接速度、填丝速度、保护气体流量与喷嘴孔径，钨极直径与形状。合理的焊接参数是获得优质焊接接头的重要保证。
1TIG焊钨电极的选用，对钨极的要求，一般应满足三个条件：1）引弧及稳定性能好；2）耐高温、○
不易损耗；3）电流容量大。钨极材料有三种：纯钨、钍钨（W-Th）和铈钨（W-Ce），铈钨极的电子逸出功能低，化学稳定性高，允许电流密度大，并消除了放射性，是目前普遍采用的电极。
2焊接电流种类及大小：○通常是根据焊件的厚度及焊缝熔深来选择焊接电流。电流种类的选择（如
表13）焊接电流种类为直流正接。根据焊接电流来确定送丝速度，在直径一定的情况下，送丝速度增加，焊接电流增加（钨极氩弧焊的电流约为钨极直径的30—50倍，钨极直径小于3，推出值-10—15，钨极直径大于4，推出值+10~15如表12）所给母材为10mm厚的0Cr18Ni9不锈钢，由上
表可得出需焊接电流为120~130A。
3电弧电压：电弧电压主要影响焊缝宽度，它由电弧长度决定。TIG焊电弧长度根据电流值的大小○
通常选择在1.2~5mm之间，需要填加焊丝时，要选择较长的电弧长度。本课题选取设定电弧电压为11~12v。
4焊接速度：在焊接厚度、焊接电流及电弧电压等其他条件确定的情况下，焊接速度增加，焊缝熔○
深及熔宽均减小；焊缝单位上的焊丝熔敷量减小，焊缝余量高减小。焊接速度过高可能产生咬边，要根据焊缝成形及焊接电流来确定合适的焊接速度。本课题分析选用焊接速度为7~8mm/min。
5焊丝直径：○一般情况下，焊接不锈钢时都采用与母材成分相同或相似的焊丝，这样可获得较好的
耐蚀性。而0Cr18Ni9不锈钢10mm板，填充焊丝直径2.5mm.（如表11）
6保护气体流量：TIG焊要求保护气体具有良好的保护效果，如果保护不良，将产生焊接质○
量问题。决定效果的主要因素有保护气流量、喷嘴尺寸、喯嘴与母材的距离、外来风等。对于一定的孔径的喯嘴，流量过小，气流挺度太差，排除周围空气的能力弱，保护效果不好。但是流量过大，则可能会形成紊流，并导致空气卷入，Q=(08~1.2)D（如表10）
。所给母材为10mm厚的0Cr18Ni9不锈钢，由上表可得出所需保护气体流量为5~7 L/min 。 7钨极直径：○钨极直径要根据焊接电流值和极性来选取。由于钨极作为阴极时从电弧得到的热量小于作为阳极时的情况，因此，在同一直径下，直径正接时允许的电流数值较大，而直流反接及交流焊接时允许的电流小。所给母材为10mm厚的0Cr18Ni9不锈钢，由上表可得出所需焊接钨极直径选择2.5mm 。
8钨极伸出长度的选择：○钨极伸出长度是指钨极从喯嘴端部伸出的距离。它对焊接保护效果及焊接操作性均有影响。该长度应根据接头的形状确定，并对气体流量作适当的调整。常规的钨极伸出长度一般为1~2倍钨极直径。所给母材为10mm厚的0Cr18Ni9不锈钢，由上表可得出所需焊接钨极直径选择2.5mm，所以我们选择的钨极伸出长度为5mm适合。在施焊的过程中根据情况适当地调整钨极伸出长度和焊枪与焊件相对的位置。 (2)焊条电弧焊的工艺参数选择
焊条电弧的工艺参数：焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度。
1焊条直径：焊接不锈钢时都采用与母材成分相同或相似的焊丝，这样可获得较好的耐蚀性。根据○
焊件的厚度（如表17）。本课题选取设定焊条直径4mm.
2 焊接电流种类及大小：○通常是根据焊件的厚度及焊缝熔深来选择焊接电流。（焊条电弧焊的焊接电流的选择如表16）
3电弧电压：电弧电压主要影响焊缝宽度，它由电弧长度决定一般情况下，焊条电弧焊的弧长是焊○
条直径的0.5-1倍。本课题选取设定电弧电压为 24~26v。
4焊接速度：在焊接厚度、焊接电流及电弧电压等其他条件确定的情况下，焊接速度增加，焊缝熔○
深及熔宽均减小；焊缝单位上的焊丝熔敷量减小，焊缝余量高减小。焊接速度过高可能产生咬边，要根据焊缝成形及焊接电流来确定合适的焊接速度。
由上所知焊接速度为 200mm/min的焊接速度下能够维持比其他焊接方法更为稳定的电弧形态。 (3)焊接过程注意的事项：打底层焊道起弧点应位 于两定位焊缝之间． 并但持电雏 电压 稳定 ， 应采用短电弧，不摆动或小幅摆动的操作方法。母材表面严禁棱电弧擦伤，不得在其表面上引弧和收弧。每一次焊道后 应期底清 除焊道表面 的焙黄，再用10倍放大镜检查 ，焊道表面质量，若存在焊接缺陷。彻底清除，层间温度控在 180 ℃以下。 各层焊道的引弧点及收弧点应 相互错开 3 0 mm~5 0ram，焊道表面不得用锤尖敲击。 （4）焊后热处理：（如表18）
表10 喷嘴孔径与保护气体流量的选择范围
表12 钨极许用电流
表13 钨极尖端形状及电流范围
表
15 焊条直径与焊件厚度的关系
表16 常用Cr—Ni
奥氏体不锈钢加工或焊后消应力热处理工艺规范
第一道手工钨极氩弧焊打底工艺参数 坡口形式
mm
600V型坡2.5 口间隙 其余焊道如下表 项目 第二道 第三道 第四道
（5）检验及分析
1 检验 ○
钨极直径
焊丝直径
焊接电流
电弧电压 氩气流量 L/min
mm 2.5
A 120~130
V 11~12
5~7
焊接电流 （A） 180~300
焊接电压 (V) 24~26
焊条直径 (min) 4
焊速 (mm/min) 200
180~200 24~26 4 200
200~220 24~26 4 200
设备制作完戚后，根据图纸要求，x射线透视底片14张，射线探伤一次合格辜98一经量规检验 t焊缝的外部余高均在0 ～1.5 ram 之内。经力学性能试验，各项指标均在合格范围。
2 分析 ○
进用氩 弧焊焊接 0 C r l 6 Ni 9设备进行打底焊时。起弧处与收弧处重叠，收弧时，电弧逐渐提高并填焊丝。这样避免丁未熔合。减少丁打底层焊道收弧处的缩孔，通过观察x射线探伤片可知。由于收弧太快仍存在极少量的，打底层收缩孔，经过一敬遁嫠后，生部合格。通过提高氧气纯度。采用短弧焊接(使焊墼前端始终受到氩气的保护)普工艺措施限制氢、氯等气体的来谍。因气
孔造成x射线探仿不台格的片散很少 。
—
焊接方向： — 电特性
电流类型和极性：TIG 直流正接
喷嘴
Ar
≥99.75% 5~7/Min
拖罩
—
—
—
—
—
—
最大线能量： — 8-15 背面 预热
焊后热处理
最小预热温度：— 温度范围： 1065O C ~1020 O C
最大层间温度：180 处理时间： — 操作技术
钨极类型和尺寸： 钍钨极Φ3.0 喷嘴孔径： Φ8～10 内部或层间清理： 砂轮机打磨 背部清根： — 焊接层
焊接方法
次 1 2 3 4 空白
TIG SMAW SMAW SMAW
牌号
直径
电流 120~130 180~300 180~200 200~220
电压 11~12 24~26 24~26 24~26
5~10
填充金属
电特性
焊接速度 备注
H021CrNi10 3 A102 A102 A102
4 4 4
结论及心得
0cr18ni9在低温压力容器制造中的焊接性能，力学性能，使用性能和焊接工艺在世界上45 ％的钢的连接是用焊接方法来完成的，手工电弧焊又是我们生活生而中不可缺少的一部分，目前我用的越来越多的钢就奥氏体不锈钢，所以对于奥氏体不锈钢的焊接的研究已经越来越迫在眉睫。我做这篇论文就是从手工电弧焊方面来研究奥氏体不锈钢的焊接。0Cr18Ni9不锈钢的耐磨性、硬度、耐腐蚀性都有了显著地提高。TIG（钨极氩弧惰性气体保护焊）焊技术是一种比较先进的表面焊接技术，生产效率和质量高。钨极氩弧焊时，母材金属加热特点介于气焊和焊条电弧焊之间，加之在很小的焊接电流下，电弧依然可以稳定燃烧，特别适于焊接薄件的奥氏体型不锈钢薄件。钨极氩弧焊是能清晰度观察到焊接熔池和焊接情况，因此，在要求保证焊透及反面又有一定成型的情况下，单面焊采用内壁通氩气的钨极氩弧封底焊的方法。在施焊过程中，不会产生飞溅，焊缝成型美观，焊缝不存在渣壳，无需清理。主要从材料的力学性能化学成分，和通过焊接性的分析来讨论奥氏体不锈钢的焊接性能。最能直观表现奥氏体不锈钢焊接性能的就是焊接工艺知道书，我们通过焊接工艺指导书的编制来反应奥氏体不锈钢的焊接性能。不锈钢由于具有优良的耐蚀性、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。
参考文献
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