q235钢与0cr18ni9钢焊接的焊接性及焊接-工艺研究设计论文
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主要内容、基本要求、主要参考资料等：
研究内容：
收集关于常见结构钢-不锈钢异种钢焊接的焊接工艺的基本特性、塑性变形性能研究方面的最新的文献资料，对文献资料进行整理和综述；收集并学习结构钢-不锈钢异种钢焊接的焊接微观组织研究的基本理论、方法等方面的相关文献资料，进行整理、学习和综述；设计结构钢-不锈钢异种钢焊接的焊接工艺研究在非均匀受热条件下变形组织研究的总体实验方案；按照实验方案要求准备实验所需设备、材料和辅助工具；根据实验方案进行实验，观察并记录实验现象和数据；对试样进行微观组织观察和研究；整理和分析实验所得数据和结果，探索其规律及机理。
基本要求：
收集关于常见结构钢-不锈钢异种钢焊接的焊接的基本特性、塑性变形性能研究方面的最新的文献资料，对文献资料进行整理和综述；收集并学习结构钢-不锈钢异种钢焊接的焊接的微观组织研究的基本理论、方法等方面的相关文献资料，进行整理、学习和综述；设计结构钢-不锈钢异种钢焊接的焊接在非均匀受热条件下变形组织研究的总体实验方案；按照实验方案要求准备实验所需设备、材料和辅助工具；根据实验方案进行实验，观察并记录实验现象和数据；对试样进行微观组织观察和研究；整理和分析实验所得数据和结果，探索其规律及机理。
参考资料：
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[2] 王立成,于捷，李彦，李卫东等，异种钢熔合区马氏体相变过程及组织.焊接学报,1999.
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的扩散行为金属学报,1999.
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[5] 高辉焊后固溶处理对SAF2205双相不锈钢耐腐蚀性能的影响石油化工设备2006.4
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目录
摘要 ......................................... I ABSTRACT ........................................ II 1 Q235钢的焊接. (3)
1.1 碳素结构钢的类别 (3)
1.2 碳素结构钢的应用及焊接特点 (3)
1.3 Q235钢的成分、性能及应用 (3)
1.3.1 Q235钢的成分 (3)
1.3.2 Q235钢的基本性能 (4)
1.3.3 Q235钢的应用 (4)
2 0Cr18Ni9钢的焊接 (5)
2.1 奥氏体不锈钢的类别 (5)
2.2 奥氏体不锈钢的应用及焊接特点 (6)
2.2.1 奥氏体不锈钢的应用 (6)
2.2.2 奥氏体不锈钢的焊接特点 (6)
2.3 0Cr18Ni9奥氏体钢的成分、性能及应用 (8)
2.3.1 0Cr18Ni9奥氏体钢的成分 (8)
2.3.2 0Cr18Ni9奥氏体钢的基本性能 (8)
2.3.3 0Cr18Ni9奥氏体钢的应用 (9)
2.4 奥氏体不锈钢的焊接性 (9)
3 Q235钢与0Cr18Ni9钢焊接性分析 (10)
4 Q235钢与0Cr18Ni9钢焊接材料选用 (10)
5 Q235钢与0Cr18Ni9钢焊接的焊接工艺性及要求 (11)
5.1 焊前准备 (12)
5.2.1 Q235钢的焊接工艺要求： (12)
5.2.2 0Cr18Ni9的焊接要求： (13)
5.2.3 焊条电弧焊 (14)
6 Q235钢与0Cr18Ni9钢复合钢板的焊接 (16)
7 Q235钢与0Cr18Ni9T钢焊接缺陷 (19)
7.1 焊接缺陷 (19)
7.2 焊接缺陷的分类及产生的原因 (19)
8 Q235钢与0Cr18Ni9钢防止裂纹的措施 (20)
8.1 裂纹产生的原因 (20)
8.2 裂纹防止措施 (20)
9 Q235钢与0Cr18Ni9钢焊后检验 (22)
9.1 焊接质量检验的意义 (22)
9.2 焊接检验的分类 (22)
9.2.1 非破坏性检验方法 (22)
9.2.2 破坏性检验方法 (24)
10 总结 (26)
致谢 (27)
参考文献 (28)
Q235钢与0Cr18Ni9钢焊接的焊接性及焊接工艺研究
摘要
碳素结构钢是碳素钢的一种。碳含量约0.05％～0.70％，有的可占0.90％。其可分为两类,即优质碳素结构钢和普通碳素结构钢。用途特别多，用量特别大，大多用于铁道、桥梁等建筑工程，加工承受静载荷的许多金属构件和不重要无需热处理的机械零件和普通焊接件。就碳素结构钢来说，它内部的碳所占的质量分数很低，因此它的各项性能比较优越，并且韧度适宜，因此在日常生活中它的用途十分的广泛。优质碳素结构钢质地好，杂质少，力学性能优良，可通过热处理后使用。
众所周知不锈钢就是对周围腐蚀性的环境有一定的耐腐蚀性的材质，周围具有腐蚀性的东西主要包括空气、水汽等较弱的腐蚀性的物质，并且还有化学上具有较强腐蚀性的酸碱盐等。不锈钢已经具有非常悠久的历史了，迄今仍被广泛应用，经久不衰，是现代建筑中不可或缺的材料。随着时代的不断发展和进步，我国的不锈钢产业也在世界上占有了一席之地，成为一个消费和出口大国，起着中流砥柱的作用。
Q235钢是种一般碳素结构钢，其优点包括冶炼容易，工艺性好，价廉，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。
0Cr18Ni9钢是一种奥氏体不锈钢，它具有耐蚀性、耐磨性和强韧性等优点。不锈钢中最重要的钢类，其生产和使用量近不锈钢总量的70%。
关键字碳素结构钢/碳素钢/Q235钢/0Cr18Ni9钢/奥氏体不锈钢
Q235 steel with OCr18Ni9 steel weld weldability and
the research of welding technology
ABSTRACT
Carbon structural steel is a kind of carbon steel. Carbon content is about 0.05% ~ 0.70%, and some can be accounted for 0.90%. It can be divided into two categories, namely high quality carbon structural steel and ordinary carbon structural steel. Use much more special, particularly large dosage, mostly used in railway, Bridges and other construction projects, many metal components processing under static load and it doesn't matter without heat treatment of machinery parts and components. In terms of carbon structural steel, its internal carbon by mass fraction is very low, so its performance is superior, and toughness is appropriate, therefore its use in our daily life is very broad. High quality carbon structural steel quality is good, less impurity, excellent mechanical properties, can be used after heat treatment.
Known for stainless steel is corrosive surroundings has certain corrosion resistance material, corrosive surrounding things including weak corrosive substance, such as air, water vapor, and chemistry has stronger corrosion resistance of acid and alkali salt, etc. Stainless steel has very long history, is widely used as of yet, enduring, is indispensable material in modern architecture. With the continuous development of The Times and progress, China's stainless steel industry also occupy a position in the world, become a consumer and exporter, plays a backbone role.
Q235 steel is a kind of general carbon structural steel, its advantages include smelting is easy, good manufacture ability, quality, on the mechanical properties can also meet the requirements of general engineering structure and general machine parts.
KEYWORDS Carbon structural steel,Carbon steel,Q235 steel, 0 cr18ni9 steel, Austenitic stainless steel
1 Q235钢的焊接
1.1 碳素结构钢的类别
Q235是碳素钢的一种。含碳量约0.05%～0.70%之间，有的可达0.90%。它有两种常用的结构，即优质的和普通的，普通的比较经济实惠，但是纯度相对较低，因此只能用于对性能要求不是太高的地方，尽管它的强度不是太高，不过塑性、韧性及冷变形性能比较好。最大的好处是不需要进行热处理，可以随时使用，方便快捷。在通常情况下他们被做成异形刚、条钢及钢板等。我国和有些国家根据交易的条件，将普通碳素钢分为三种：甲类钢（A类钢），只确保保力学性能，不确保化学成分，乙类钢（B类钢），只确保化学成分，不确保力学性能；特类钢（C类钢），既确保化学成分，又确保力学性能。
1.2 碳素结构钢的应用及焊接特点
碳素结构钢中碳的含量其实并不高，或者说比较低，但由于其含量低这直接带来了他的良好的焊接性能，并且韧度也是非常好的，因此应用范围非常的广泛，在日常的装修，大型建筑等都有应用。就优质碳素结构钢来说，它非常的纯净，因此掺杂相对较少，较之前者在力学上的性能较好，因此在使用的过程中，可以经过热处理再使用。在划分的过程中可以根据所含锰的量来划分。就所包含的碳量来说，如果含量是小于0.25%的，则可以直接使用而不经过热处理。
1.3 Q235钢的成分、性能及应用
1.3.1 Q235钢的成分
如表1-1 Q235钢分A、B、C、D四种型号。
表1-1四种型号Q235钢的元素的百分含量
型号C含量Mn含量Si含量S含量P含量
A级≤0.22 ≤1.40 ≤0.35 ≤0.045 ≤0.045
B级≤0.20 ≤1.40 ≤0.35 ≤0.045 ≤0.350
C级≤0.17 ≤1.40 ≤0.35 ≤0.040 ≤0.040
D级≤0.17 ≤1.40 ≤0.35 ≤0.035 ≤0.035 1.3.2 Q235钢的基本性能
Q235钢是属于普通的碳素结构钢，其具有冶炼容易、工艺性好、价廉的优点，力学性能也能满足普通工程结构及普通机器零件的要求。S、P和非金属夹杂物大多在相同含碳量及热处理条件下，塑性好，韧性低，加工成形后通常不热处理，一般在热轧条件下直接使用。所以人们常使用它。
Q235钢的力学性能如表1-2所示：
表1-2四种型号Q235钢的力学性能
牌号拉力强度MPa 屈服点MPa 伸长率（%）
Q235 375~500 235 26
1.3.3 Q235钢的应用
常用于建筑及工程结构。如制作钢筋或建造厂房房架、高压输电铁塔、桥梁、车辆、容器、船舶等，也广泛用作对性能要求低的机械零件。C、D级钢还用作一些专业用钢。
2 0Cr18Ni9钢的焊接
能抵抗大气腐蚀的钢称为不锈钢。不锈钢据金相组织的差别分为铁素体不锈钢、马氏体不锈铟和奥氏体不锈钢。不锈钢中，因奥氏体不锈钢比其他不锈钢有良好的耐腐蚀性、耐热性和塑性和可焊性，是目前用途最广的钢种。
不锈钢的焊接性：
焊接接头的抗腐蚀性
整体腐蚀：任何不锈钢在腐蚀性介质作用下，其工作表面总会有腐蚀现象产生,这种腐蚀叫整体腐蚀。晶间腐蚀常发生在奥氏体不锈钢中。晶间腐蚀发生于晶粒边界,因此叫晶间腐蚀。这种腐蚀可以发生在热影响区、焊缝或焊合线上，是奥氏体金厲最危险的破坏形式之一。
热裂纹：热裂纹是不镑钢焊接时比较容易产生的一种缺陷，包括焊缝的纵向和横向裂纹、弧坑裂纹、打底焊的焊根裂纹和多层焊的层间裂纹等。奥氏体不锈钢比较容易产生热裂纹。
2.1 奥氏体不锈钢的类别
奥氏体不锈钢，指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。钢中Cr量约18%、Ni 约8%～10%、C约0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量，并加入Mo、Cu、Si、Nb等元素发展起来的高Cr-Ni系列钢。奥氏体不锈钢不但具有无磁性，而且还具有高韧性和塑性，但是具有较低的强度，还不可以经相变使之强化，仅可经冷加工强化，如加入元素S，Ca，Se等，则具有良好的易切削性。
定义：常温下具有奥氏体组织的不锈钢。
分类：Fe-Cr-Ni (主体)
Fe-Cr-Mn
常用的奥氏体不锈钢根据其主要的合金元素Cr和Ni的含量不同可分为如下三种：
（1）18-8型奥氏体不锈钢，主要钢号有1Cr18Ni9和0Cr18Ni9;
（2）18-12Mo型奥氏体不锈钢，主要钢号有0Cr17Ni12Mo、0Cr18Ni12Mo2Ti
等；
（3）25-20型奥氏体不锈钢，主要钢号有0Cr25Ni20等。
2.2 奥氏体不锈钢的应用及焊接特点
2.2.1 奥氏体不锈钢的应用
奥氏体不锈钢最具典型的是18Cr-8Ni，它是不锈钢中用量最多，适用范围最大的优秀耐腐蚀材料，在大气、淡水、中性盐、有机酸、氧化能力很强的硝酸以及碱性情况下具有超常的耐腐蚀性，还具有在高温下抗氧化的特点，因此适用范围很广。不过奥氏体不锈钢焊接时因为热影响的部位易引起铬碳化合物晶界析出，这样不但可降低在晶界附近的铬含量，而且降低了耐腐蚀性能，在焊接部位周围易产生晶界腐蚀裂纹。
奥氏体不锈钢表面可产生一层钝化膜，因而其耐腐蚀性能优良，低温韧性较好，所以其被大量用作石油、化工、能源、海洋及各种车辆的加工制造上。特别是轨道车辆上的运用，不锈钢车辆有相当大的优点；不锈钢比铝或碳钢有更好的能量吸收作用；屈服强度高；加工硬化率高；延展性高。而且，不锈钢重量较轻可降低车体的重量；且与有更好的耐腐蚀。因而现在不锈钢不断大量的用于汽车火车的生产制造，提高了车辆的使用寿命，减小了车辆运行的成本。
由于在车辆加工制造过程中需经焊接，不锈钢焊接接头区易产生晶间腐蚀、刀口腐蚀、点蚀、应力腐蚀等。所以不锈钢焊接性问题非常严重。
2.2.2 奥氏体不锈钢的焊接特点
奥氏体钢的较高的变形能力和不可淬硬性，使其焊接性良好。但是，为了确保焊接接头的质量，常常要解决如接头各种形式的腐蚀、焊接热裂纹、体素体含量的控制及σ相脆化等问题。
1）焊接接头的晶间腐蚀
奥氏体不锈钢焊接件常常在焊接接头处产生晶间腐蚀现象，其原因根据贫铬理论, 即焊接时焊缝和热影响区在加热到450～850℃温度之间滞停一定时间的接头部
位，在晶界处析出高铬碳化物（Cr23C6），引起晶粒表层含铬量降低，形成贫铬区，经腐蚀介质的作用，使晶粒表层的贫铬区形成晶间腐蚀。此时腐蚀后焊接接头表面变化很小，受力时则会沿晶界断裂，近乎失去强度。
奥氏体不锈钢接头的晶间腐蚀如图2.1。
图2-1 奥氏体不锈钢接头的晶间腐蚀
1-敏化区腐蚀 2-焊缝晶间腐蚀 3-刀状腐蚀
图2.1奥氏体不锈钢接头的晶间腐蚀
为防止和减少焊接接头处的晶间腐蚀，采取的防止措施有：
(1) 就焊材上，可以通过采用低碳的或者超低碳的,比如A002等，或者用含钛、铌等焊条，因为这些都是稳定的化元素,如A137等；
(2) 焊丝或焊条向焊缝熔入一些铁素体形成元素,以达到想要的目的。
(3) 应当选用相比较而言小的焊接电流及相比较而言较快的焊接速度,以实现有效的减少焊接熔池太热的问题,并且加快冷却速度；
(4) 对于一些要求很高的焊件来说，要进行一定的焊后退火处理。
2）焊接热裂纹
焊缝中有较强的方向性，能够产生裂痕，与此同时，它能起到促使S、P等这些元素的相关产物的形成和聚集。并且值得一提的是，这种类型的钢，它的导热系数比较小，，与此相对应的是线胀系数较大，所以在焊接过程中要费更多的力气，这也为裂纹的产生创造了可能。为避免这些的发生我们要做到以下几点：
(1) 在选用焊材的过程中，应该选择碳含量较低的，并且可以选用包含适量的Mo、Si等铁素体的焊接材料；
(2) 在选择的过程中，应当尽量选用具有碱性的焊条，并且要在此基础上选择质地优良的,以达到焊接中控制S、P、C等所含的量的效果。
3）应力腐蚀开裂
应力腐蚀开裂的含义是这样的，它是焊接接头在某些腐蚀条件下，由于受到拉伸的作用，而产生了延迟开裂的现象。在焊接接头的失效形式中,奥其焊接接头的应
力腐蚀开裂是其中比较严重的。防止这种现象的措施如下:
(1) 就焊接工艺而言，需要采取适当的形式，以达到良好焊接的目的，避免发生应力集中或点蚀这些问题；并且适合的焊接顺序也是十分必要的；
(2) 选用焊材时，选择合适的焊材也是值得关注的，要达到使焊缝与母材具有高度的匹配这个标准；
(3) 消除应力的处理方法:焊接过后对其进行适当的热处理,例如焊接完成后对其进行退火;当然以实施热处理的时候，可以选择焊后锤击的方式来实现。
防止措施:
(1) 对铁的含量进行必要的限制，超合金化焊材是非常好的选择；
(2) 为缩小焊缝金属在高温下的滞留时间,应采用小规范；
(3) 在情况许可的情况下，固溶处理析出的σ相,并使σ相溶进奥氏体。
2.3 0Cr18Ni9奥氏体钢的成分、性能及应用
2.3.1 0Cr18Ni9奥氏体钢的成分
元素C Si M
n
S P Cr Ni
含量
≤
0.07
≤
1.00
≤
2.00
≤
0.030
≤
0.035
17.0
0～19.00
8.0
0～
11.00
2.3.2 0Cr18Ni9奥氏体钢的基本性能
0Cr18Ni9钢是奥氏体的基本钢种，应用范围最大；具有良好的抗腐蚀蚀性、抗热性；低温强度和机械性能；优良的冲压弯曲等热加工性；煤油热处理硬化特征和磁性；单相奥氏体组织，没有热处理硬化特征。
0Cr18Ni9钢的力学性能如表2-2：
表2-2 0Cr18Ni9钢的力学性能
抗拉强度σb (MPa) 条件屈服强
度σ0.2
(MPa)
断面收缩
率ψ (％)
伸长率
δ5 (％)
硬度
≥520 ≥205 ≥60 ≥40 ≤187HBS;≤90HRC;≤200HV
2.3.3 0Cr18Ni9奥氏体钢的应用
一、用于制造耐磨酸容器和耐磨设备的衬里、输送管道。
二、应用于抗晶界腐蚀性要求高的化学、煤炭、石油产业的野外露天机器，建材耐热零件及热处理有困难的零件。
（1）石油废气燃烧管道；
（2）发动机排气管；
（3）柴油机用消音部件；
（4）锅炉压力容器；
（5）化学品运输车；
（6）伸缩接头。
2.4 奥氏体不锈钢的焊接性
所谓奥氏体不锈钢的焊接性指的是被焊材料对焊接加工的适应能力。这不仅仅与材料本身的成分和组成有关，还与焊接所产生的热作用有直接关系。焊接性不属于材料的固有特点，而是随焊接技术的变化而不断改变的。奥氏体不锈钢的焊接性包括工艺焊接性和使用焊接性两种。
（1）工艺焊接性指奥氏体不锈钢材料对不同焊接方法的适应能力，除了与材料本身的成分与性能相关，还与与焊接热源的性质、保护方式、预热及后热等工艺措施有关。
（2）使用焊接性焊接的接头或者整体的结构，适合相应技术所规定的标准。
3 Q235钢与0Cr18Ni9钢焊接性分析
对于Q235钢来说，通常Q235钢碳的质量分数低，焊接性能好，塑性、韧性好，有适当强度，常轧制成薄板、钢筋等，用于桥梁、建筑等的结构和制造中。Q235是一种普通的碳素钢结构钢，含碳量约为0.2%，属于低碳钢，钢材的淬硬倾向比较小,焊接性优良，焊时无需经热处理。这种钢较易进行冶炼，工艺性优良，成本不高。碳素结构钢在通常条件下，都不需要热处理，可以直接在供应条件下使用。
对于0Cr18Ni9钢来说，工艺焊接性方面，很容易获得无缺陷的焊接接头，也不需要采用特殊的工艺措施，即结合性能良好。
对于使用焊接性，若位于腐蚀的介质间，焊接接头一般沿晶界腐蚀，也就是使用性能不好。
0Cr18Ni9奥氏体钢由于具有较高的变形能力并不可淬硬，所以总的来说焊接性能良好。
综上所述Q235钢与0Cr18Ni9钢都具有较好的焊接性性能，在生产中按标准来做的话能生产出符合要求的产品，使其性能还是能够满足条件的。
4 Q235钢与0Cr18Ni9钢焊接材料选用
Q235钢与0Cr18Ni9钢焊接时，焊接材料直接决定了焊缝的组织性能指标，并且影响十分的大，并且熔合区的性能等参数也和它有着密切的关系。所以我们应该按照一定的要求和标准去选择适当的材料用于用于填充。
表4-1 0Cr18Ni9钢的焊接材料选用
牌号
工作条件及
要求焊条型号焊条牌号
埋弧焊
焊丝
氩弧焊焊
丝
0Cr18Ni9i
300℃以下，
耐蚀E347-16 A132
H0Cr18N
i9TiAL
0Cr18Ni9i