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模块二、焊条电弧焊及工艺
任务四 奥氏体不锈钢的焊条电弧焊
【任务描述】
图为生产中常见的奥氏体不锈钢管道的焊接示意图，材料为06Cr19Ni10奥氏体不锈钢，规格为Φ60×5，根据有关标准和技术要求，采用焊条电弧焊进行焊接，请制定正确的焊接工艺，并填写焊接工艺卡。
任务四 奥氏体不锈钢的焊条电弧焊
【工艺分析】
工艺分析包括材料的焊接性分析，焊条的选用，焊接电流等焊接参数及焊接操作措施（焊前准备、操作技术等）选择等内容。
一、材料的焊接性分析
奥氏体不锈钢焊接性良好。但若焊接材料选用不当或焊接工艺不正确时，会产生晶间腐蚀、热裂纹和应力腐蚀开裂等缺陷。
1．晶间腐蚀　　
产生在晶粒之间的一种腐蚀称晶间腐蚀。晶间腐蚀导致晶粒间的结合力丧失，强度几乎完全消失，当受到应力作用时，即会沿晶界断裂，所以是不锈钢最危险的一种破坏形式。
任务四 奥氏体不锈钢的焊条电弧焊
【工艺分析】
（1）晶间腐蚀产生的原因
晶间腐蚀的原因是由于晶粒边界形成贫铬区（含铬量小于10.5%）造成的。
当温度在450°C～850°C时，碳在奥氏体中的扩散速度大于铬在奥氏体中扩散速度。当奥氏体中碳的质量分数超过它在室温的溶解度（0.02%～0.03%）后，就不断地向奥氏体晶粒边界扩散，并和铬化合形成碳化铬（Cr23C6）。但是铬的原子半径较大，扩散速度较小，来不及向边界扩散，从而造成奥氏体边界贫铬，在腐蚀介质作用下，就会产生晶间腐蚀。
加热温度小于450°C或大于850°C时都不会产生晶间腐蚀。因为温度低于450°C时，原子扩散速度慢；温度高于850℃时，晶粒内铬的扩散速度快，晶界都不合形成贫铬区。450℃～850℃称为晶间腐蚀的危险温度区或称敏化温度区。
奥氏体不锈钢不仅在焊缝和热影响区造成晶间腐蚀，有时在焊缝和母材金属的熔合线附近，也会发生如刀刃状的晶间腐蚀，称为刀状腐蚀。刀状腐蚀只发生在含有铌、钛等稳定剂的奥氏体钢的焊接接头中。
任务四 奥氏体不锈钢的焊条电弧焊
【工艺分析】
（2）防止晶间腐蚀的措施
控制含碳量：尽量采用超低碳（C≤0.03%）不锈钢。
添加稳定剂：钢材和焊接材料中加入钛、铌等与碳亲和力比铬强的元素。
固溶处理或均匀化处理：焊后把焊接接头加热到1050°C～1100°C，迅速冷却，形成稳定的单相奥氏体组织。进行850°C～900°C保温2h的均匀化处理。
采用双相组织：焊缝形成奥氏体加铁素体的双相组织。一般控制焊缝金属中铁素体含量为5%～10%。
快速冷却:设法增加焊接接头的冷却速度，工艺上采用小电流、大焊速、短弧、多道焊等措施。
注意焊接顺序，与腐蚀介质接触的焊缝应最后焊接
任务四 奥氏体不锈钢的焊条电弧焊
【工艺分析】
2.焊接热裂纹　　
奥氏体不锈钢焊接时比较容易产生热裂纹，特别是含镍量较高的奥氏体不锈钢更易产生。
（1）焊接热裂纹产生的原因
1）奥氏体不锈钢的导热系数小，线膨胀系数却大得多，焊接应力大。
2）奥氏体不锈钢中的碳、硫、磷、镍等易在熔池中形成低熔点共晶。
3）奥氏体不锈钢的液、固相线的区间较大，杂质偏析现象比较严重。
（2）防止热裂纹的措施
1）采用双相组织的焊缝，可打乱柱状晶方向，细化晶粒，减少低熔点共晶物偏析。
2）焊接工艺上采用碱性焊条、小电流、快速焊，收尾时尽量填满弧坑及采用氩弧焊打底等也可防止热裂纹产生。
3）严格限制焊缝中的硫、磷等杂质含量，以减少低熔点共晶。
任务四 奥氏体不锈钢的焊条电弧焊
【工艺分析】
3.应力腐蚀开裂
应力腐蚀开裂是在拉应力和特定腐蚀介质共同作用下而发生的一种破坏形式，是奥氏体不锈钢非常敏感且经常发生的腐蚀破坏形式。
（1）应力腐蚀开裂产生的原因
奥氏体不锈钢导热性差、线胀系数大，产生较大的焊接残余拉应力，在腐蚀介质的作用下，焊接接头出现了应力腐蚀裂纹。应力腐蚀裂纹通常表现为穿晶扩展，裂纹尖端常出现分枝，裂纹整体为树枝状。严重时裂纹可穿过熔合线进入热影响区。
（2）防止应力腐蚀开裂的措施
1）合理地设计焊接接头，避免腐蚀介质在焊接接头部位聚集，降低或消除焊接接头应力集中。
2） 消除或降低焊接接头的残余应力。如焊后消除应力退火，喷丸和锤击焊缝等。
3）正确选用材料，选用对应力腐蚀开裂敏感性低的母材和焊接材料。
任务四 奥氏体不锈钢的焊条电弧焊
【工艺分析】
二、焊条的选用
1.焊条的型号（牌号）
奥氏体不锈钢焊条的选用，要求焊缝金属化学成份与母材相同或相近，并尽量降低焊缝金属中碳的质量分数和硫、磷杂质的质量分数。
任务四 奥氏体不锈钢的焊条电弧焊
【工艺分析】
二、焊条的选用
2．焊条的直径
焊条直径的选择主要考虑工件的厚度、焊缝空间位置及焊接层次等因素。
任务四 奥氏体不锈钢的焊条电弧焊
【工艺分析】
三、焊接电流
奥氏体不锈钢焊芯的电阻大，焊接时产生的电阻热大，所以同样直径的焊条，焊接电流值应比低碳钢焊条小20%左右。
任务四 奥氏体不锈钢的焊条电弧焊
【工艺分析】
四、焊接操作措施
1.将坡口及其两侧20～30mm范围内用丙酮擦净，幷涂白垩粉（或飞溅防粘剂），以避免奥氏体不锈钢表面被飞溅金属损伤，影响耐腐蚀性能。
2．焊接时采用窄焊道技术，焊条尽量不作横向摆动，焊道宽度不超过焊条直径的3倍。
3.多层多道焊每道厚度应小于3mm，并控制道间温度在60℃以下。
4.焊后可采用如水冷、风冷等措施强制冷却，焊后变形只能用冷加工矫正。
任务四 奥氏体不锈钢的焊条电弧焊
【工艺确定】
一、焊接性
06Cr19Ni10为碳的质量分数低于0.08％，铬的质量分数为18～20％，镍的质量分数为8～11％的奥氏体不锈钢，焊接性良好，焊接时一般不需采取特殊的工艺措施。
二、焊接工艺
1.焊条：根据焊缝金属化学成份与母材相同或相近原则，06Cr19Ni10奥氏体不锈钢选用E308-16（A102）或E308-15（A107）焊条。焊二层，第一层焊条直径Φ2.5，盖面层焊条直径Φ3.2。
2.电源与极性：E308-15（A107）直流反接。E308-16（A102）可交直流两用，尽量采用直流反接。
3.焊接参数：焊接电流，第一层，Φ2.5、60～80A；盖面层Φ3.2、80～100A；电弧电压18V～21V。焊接速度6～8m/h。
4.焊接时采用窄焊道，焊条不作横向摆动，控制道间温度在60℃以下。
相关知识（任务四）
1．堆焊及其特点
堆焊是用焊接的方法将具有一定性能的材料堆敷在焊件表面上的一种工艺过程，其目的不是为了连接焊件。其目的有二：一是在焊件表面获得耐磨、耐热、耐蚀等特殊性能的熔敷金属层，二是为了恢复磨损或增加焊件的尺寸。
焊条电弧堆焊的特点是方便灵活、成本低、设备简单，但生产率较低，劳动条件差，只适于小批量的中小型零件的堆焊。
2.堆焊工艺特点
堆焊最易出现的问题就是焊接裂纹，同时还易产生焊接变形，所以堆焊有以下工艺特点。
（1）堆焊前，必须清除尽堆焊表面的杂物、油脂等。
（2）焊前须对工件预热和焊后缓冷。预热温度一般为100℃～300℃。须注意铬镍奥氏体不锈钢时，可不进行预热。
（3）修补堆焊所用的焊条成分一般和焊件金属相同。但堆焊特殊金属表面时，应选用专用焊条。
相关知识（任务四）
（4）为了使各焊道间紧密连接，堆焊第二条焊道时，必须熔化第一条焊道宽度的1/3～1/2。
相关知识（任务四）
（5）多层堆焊时，第二层焊道的堆焊方向应与第一层互相成90°。同时为了使热量分散，还应注意堆焊顺序。
相关知识（任务四）
（6）轴堆焊时，可采用纵向对称堆焊和横向螺旋形堆焊两种方法。
（7）通常将焊件的堆焊面放成垂直位置，用横焊方法进行堆焊，或将焊件放成倾斜位置用上坡焊堆焊，并留3～5mm的加工余量。
（8）堆焊时，尽量选用低电压、小电流焊接，以降低熔深、减小母材稀释率和电弧对合金元素的烧损。

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