焊接说明书.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流焊接说明书.精品文档.1Cr18Ni9Ti钢与2Cr13不锈钢的平板对接 学生:刘 亮(2007106208)指导老师:王燕 (三峡大学 机械与材料学院)摘要:本说明书分析了1Cr18Ni9Ti钢与2Cr13不锈钢的的化学成分、力学性能和它的焊接性,并在此基础上制定了一套手工电弧焊的设计工艺,包括材料的焊接性能分析、焊接设备描述、手工电弧焊的各项工艺参数、焊接前的准备、焊后处理以及焊接检验。关键词:1Cr18Ni9Ti钢与2Cr13不锈钢 手工电弧焊1. 母材的焊接性能分析1.1 母材的成分及性能母材规格:1Cr18Ni9Ti钢与2Cr13不
2、锈钢各一块,规格:10100300,手工电弧焊。母材的力学性及成分能如下表:表1 1Cr18Ni9Ti钢的力学性能牌号力学性能(MPa)(MPa)(%)(%) (J)1Cr18Ni9Ti2205504055/表2 1Cr18Ni9Ti钢的化学成分牌号化学成分(%)CSiMn1Cr18Ni9Ti0.121.002.00表3 2Cr13不锈钢的力学性能牌号力学性能(MPa) (MPa)(%)(%) (J)2Cr13440635205063表4 2Cr13不锈钢的化学成分牌号化学成分(%)CSiMn2Cr130.160.25 1.00 1.001.2 1Cr18Ni9Ti钢与2Cr13不锈钢的用途1
3、.2.1汽轮机叶片的功用,结构特点及技术要求汽轮机是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械。又称蒸汽透平。主要用作发电用的原动机,也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。还可以利用汽轮机的排汽或中间抽汽满足生产和生活上的供热需要 。汽轮机由转动部分和静止部分两个方面组成。转子包括主轴、叶轮、动叶片和联轴器等。静子包括进汽部分、汽缸、隔板和静叶栅、汽封及轴承等。汽轮机换叶片是汽轮机中动静叶片用钢的总称。汽轮机叶片受高温高压蒸汽的作用,工作中承受着较大的弯矩,高速运转 中的动叶片还要承受很高的离心力;处于湿燕汽区的叶片,特别是末级,要经受电化学腐蚀及水滴冲蚀。动 叶片还要承受很复杂的激
4、振力。因此,叶片用钢应满足以下要求: 有足够的室温、高温力学性能和抗姗变性能;有高的抗振动衰减能力;高的组织稳定性;良好的耐腐蚀和抗冲蚀能力;良好的工艺性能。 图1 汽轮机 根据叶片的功能可将叶片分为静叶片和动叶片。隔板用于固定静叶片,并将汽缸分成若干个汽室。动叶处安装在转子叶轮或转鼓上,接受喷嘴叶栅射出的高速气流,把蒸汽的动能转换成机械能,使转子旋转。叶片一般由叶型、叶根和叶顶三个部分组成。叶型是叶片的工作部分,相邻叶片的叶型部分之间构成汽流通道,蒸汽流过时将动能转换成机械能。按叶型部分横截面的变化规律,叶片可以分为等截面直叶片、变截面直叶片、扭叶片、弯扭叶片。等截面直叶片:断面型线和面积沿
5、叶高是相同的,加工方便,制造成本较低,有利于在部分级实现叶型通用等优点。但是气动性能差,主要用于短叶片,弯扭叶片:截面型心的连线连续发生扭转,具有良好的拨动特性及强度,但制造工艺复杂,主要用于长叶片。叶根是将叶片固定在叶轮或转鼓上的连接部分。它应保证在任何运行 图2汽轮机叶片条件下的连接牢固,同时力求制造简单、装配方便。T形叶根:加工装配方便,多用于中长叶片。菌形叶根:强度高,在大型机上得到广泛应用。叉形叶根:加工简单,装配方便,强度高,适应性好。枞树型叶根:叶根承载能力大,强度适应性好,拆装方便,但加工复杂,精度要求高,主要用于载荷较大的叶片。汽轮机的短叶片和中长叶片通常在叶顶用围带连在一起
6、,构成叶片组。长叶片刚在叶身中部用拉筋连接成组,或者成自由叶片。围带的作用:增加叶片刚性,改变叶片的自振频率,以避开共振,从而提高了叶片的振动安全性;减小汽流产生的弯应力;可使叶片构成封闭通道,并可装置围带汽封,减小叶片顶部的漏气损失。拉筋:拉筋的作用是增加叶片的刚性,以改善其振动特性。但是拉筋增加了蒸汽流动损失,同时拉筋还会削弱叶片的强度,因此在满足了叶片振动要求的情况下,应尽量避免采用拉筋,有的长叶片就设计成自由叶片。1.2.2叶片的成分及要求 叶片材料应用1Crl3、ZCrz3等及以此为基含有 Mo、W、Nb、B、Ni等强化元素的12%一13%Cr钢, 有良好的抗振性能和抗腐蚀性能,成为
7、汽轮机叶片的主要材料但在某些工作温度簇400和要求抗腐蚀 性不高的过热燕汽区工作的叶片,可用一些低合金钢 制作叶片以降低造价,如ZoerMo、ZsMnZv及 15MnMoVCu等。在湿蒸汽区工作的叶片需用抗腐蚀 性高的不锈钢,并随着使用温度的提高及叶片尺寸的 加大要使用有更高高温强度或强度的叶片用钢材料。 1Cr13、2Cr13等可用于工作温度簇45。C叶片。温度 超过500,需在ICr13型的基础上,加入多元合金 元素Mo、W、Nb、B、Ni等强化的钢。如CrllMoV 钢用于工作温度簇540的高温区叶片; CrlZWNIMoV用于工作温度(580C的高温区叶片, CrlZWMoNbVB钢用
8、于590以下的高温区叶片。 ZCrlZNIMo1WIV(美国钢号C一422)用于大容量汽轮 机动叶片,其室温屈服强度)760 MPa。大容量机组 末级叶片因其尺寸大因而所受离心力大,采用有高屈 服强度的合金元素强化的12%Cr钢:如高度为851 mm叶片,用ZCrllNIMo1V钢(工厂牌号),其屈服强 度不低于655 MPa;高度在1000 mm左右的叶片,采 用ZCrlZNiZWIMolV,其屈服强度不低于735 MPa。 另外,尚可用降低回火温度,以牺牲少量的塑性和韧 性,获得高的强度的方法。更先进的方法是采用比重 小和强度高的材料,如钦合金材料TIA16V4和 TIA17Mo4等以及正
9、在研究采用的碳化物或玻璃纤维 增强塑料作为末级长叶片材料,后者比重仅为钢的四分之一。 叶片表面强化保护末级叶片和次末级叶片,尤 其在叶片上部进汽侧背弧处有严重的水冲蚀损坏问 题,解决的方法是进行表面强化保护处理,如银焊司太 立合金片、表面淬硬、电火花强化、镀铬、等离子喷镀、 渗氮等。其中以司太立合金片的抗水冲蚀效果最好。1.3 1Cr18Ni9Ti钢与2Cr13不锈钢的热处理 不锈钢1Cr18Ni9Ti就是普通的不锈钢,组织特征为奥氏体型。如果用于700的高温,1Cr18Ni9Ti 应该是可以胜任的,因为它既是奥氏体不锈钢,又是应用很广泛的奥氏体热强钢,不过最好不要超过750,其热处理为固溶处
10、理,即加热至1000以上,保温一定时间 后水淬,再采用高于使用温度60100做时效。2Cr13密度为7.75g/cm3 ,组织特征为马氏体型,淬火状态下硬度高,耐蚀性良好。用作汽轮机叶片。2Cr13马氏体不锈钢,焊接要预热的。2Cr13和1Cr18Ni9Ti焊接用奥氏体不锈钢焊条A302或A307都行。焊接时控制焊缝稀释率,不摆动焊接,采用较小的电流。2Cr13焊接焊材可以选用:1.抗大气腐蚀选G202,G207,需预热150-300度,焊后回火700-730度;2.耐有机酸并耐热选:G211,需预热150-300度;3.良好塑性:A102,A107,A202,A207,A302,A307,补
11、焊预热,厚大件预热。2.焊接方法的选择和分析2.1手工电弧焊的要求手工电弧焊使用各种各样的方法保护焊接熔池,防止和大气接触。热能由电弧提供。手工电弧焊的焊接技术使用不同的方法保护焊接熔池,防止和大气接触。热能也是由电弧提供。和MIG焊一样,电极为自耗电极。金属电极外由矿物质熔剂包覆,熔剂熔化时形成焊渣盖住焊接熔池。此外,包覆的熔剂还释放出气体保护焊接熔池,而且,还含有合金元素用来补偿合金熔池的合金损失。在有些情况下,包覆的熔剂内含有所有合金元素,中部的焊条仅是碳钢。 然而,在采用这些类型的焊条时,需要特别小心,因为所有飞溅都具有软钢性质,在使图3 手工电弧焊原理图用过程中焊缝会锈蚀。如果使用直
12、流电弧,焊条连接到正极,但如果使用钛型焊条,也可以使用交流电弧。电压一般为2030伏,电流取决于焊接材料的厚度、焊条规格、焊接结构,范围在 15400安。2.2手工电弧焊的主要特点手工电弧焊是利用电弧的热量加热,熔化金属进行焊接的,不锈钢焊条电弧焊是用特工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。手工电弧焊的优点: (1) 采用气体和熔渣联合保护 焊条电弧焊以外部涂有涂料的焊条作为电极和填充金属,电弧在焊条的端部和被焊工件表面之间燃烧,涂料在电弧热的作用下,一方面可以产生气体保护电弧,另一方面可以产生熔渣覆盖在熔池表面,防止熔化金属与周围 图4手工电弧焊气体的相互作用,熔潭更重要的作用是与熔化金属产生物理
13、化学反应或填加合金元素,改善焊缝金属的性能(2) 适应性强 焊条电弧焊具有工艺灵活,适应性强的特点,适用于各种厚度,各种结构开关及位置的焊接,可以应用于维修及装配中的短焊缝的焊接,特别是可以用于难以达到的部位的焊接。(3)对焊接接头的装配要求较低 由于焊接过程中用手工操作控制电弧长度,焊条角度,焊接速度等,因此,对焊接接头装配尺寸要求可相对降低,同时还易于通过改变工艺操作来控制焊接变形和改善接头应力状况。(4)应用范围广 焊条电弧焊配用相应的焊条,适合大多数工业用碳钢,合金钢,不锈钢,铸铁和铜,铝,镍及基合金的焊接。(5)焊接设备简单 焊条电弧焊使用的电焊机结构简单操作轻便 ,灵活,维修方便。
14、 手工电弧焊的缺点:焊条电弧焊生产效率较低,焊工劳动强度大,而且对焊工的操作技术水平要求较高。3.焊接设备的选择3.1设备类型 设备:手工电弧焊设备主要包括电焊机,电缆,电焊钳,电焊条,焊件。 电焊机用于提供焊接所需的能量。常用的是各种弧焊电源,它的空载电压为60100V,工作电压为2545V,输出电流为501000A。手工电弧焊时,弧长常发生变化,引起焊接电压变化。为使焊接电流稳定,所用弧焊电源的外特性应是陡降的,即随着输出电压的变化,输出电流的变化应很小。电缆的作用是焊接时输送由电焊机所提供的焊接所需要的能量。焊接机头(即电焊钳),它的作用是将焊接能源设备输出的能量转换成焊接热,并不断送进
15、焊接材料,同时机头自身向前移动,实现焊接。手工电弧焊用的电焊钳,随电焊条的熔化,须不断手动向下送进电焊条,并向前移动形成焊缝。焊条由焊芯及药皮两部分构成。焊条是在金属焊芯外将涂料(药皮)均匀、向心地压涂在焊芯上。焊条种类不同,焊芯也不同。焊芯即焊条的金属芯,为了保证焊缝的质量与性能,对焊芯中各金属元素的含量都有严格的规定,特别是对有害杂质(如硫、磷等)的含量,应有严格的限制,优于母材。 焊条中被药皮包覆的金属芯称为焊芯。焊芯一般是一根具有一定长度及直径的钢丝。焊接时,焊芯有两个作用:一是传导焊接电流,产生电弧把电能转换成热能,二是焊芯本身熔化作为填充金属与液体母材金属熔合形成焊缝。焊件即由焊接
16、方法连接的组件。焊接材料:A307是碱性药皮的不锈钢焊条,熔敷金属具有良好的抗裂性能及抗氧化性能。表5 A307焊条的化学成分化学成分CMnSiSPCuNiMoCr所占比例0.150.52.50.90.030.040.7512140.752225材料:1Cr18Ni9Ti钢与2Cr13不锈钢各一块,规格:10100300平板3.2电焊机的选择交直流两用弧焊机采用硅整流电路设计,可用于所有牌号焊条的交流或直流手工电弧焊接,主要焊接2.5mm上以钢板;焊接电流无级调节,电流调节方便,保证不同焊接情况下电弧的稳定性;焊接过程中引弧容易,电弧稳定,工作可靠,使用方便,维修简单,效率高,寿命长,用途广;
17、适用于焊接低碳钢、中碳钢、低合金钢及铸件等。电焊机采用半导体集成电路控制,精确度高;焊接过程可分加压、焊接、维持、焊接、维持、休息六个程序在099个周波内调节;焊接电流可在控制系统作40%100%的细调;控制系统具有功率因数自适应功能;电极间的压力可调并恒定不变。3.2.1焊接参数的选择 焊条电弧焊的焊接参数主要有焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接层数、电源种类及极性等。 (一)焊条直径的选择 焊条直径的选择主要取决于焊件厚度、接头型式、焊缝位置及焊接层次等因素。在不影响焊接质量的前提下,为了提高劳动生产率,一般倾向于选择较大直径的焊条。厚度较大的焊件,应选用较大直径的焊条。平焊时,所用焊条的
18、直径可大些;立焊时,所用焊条的直径最大不超过5mm;横焊和仰焊时,所用焊条的直径一般不超过4mm。开坡口多层焊时,为了防止产生未焊透的缺陷,第一层焊缝宜采用直径32mm的焊条。 在一般情况下,可根据焊件厚度选择焊条直径(如下表5所示):表6 焊条直径与焊件厚度的关系焊件厚度(mm)2 2-3 3-4 5-1212焊条直径(mm) 2 2.5 3.2 4-5 5由以上知,板材厚度为10mm,故选用的焊条直径d为5mm。(二)焊接电流的选择 焊接电流的大小,对焊接质量及生产率有较大影响。电流过小,电弧不稳定,易造成夹渣和未焊透等缺陷,而且生产率低;电流过大,则容易产生咬边和烧穿等缺陷,同时飞溅增加
19、。因此,焊条电弧焊焊接时,焊接电流要适当。 焊接电流的大小,主要根据焊条类型、焊条直径、焊件厚度、接头型式、焊缝空间位置及焊接层次等因素来决定,其中,最主要的因素是焊条直径和焊缝空间位置。在使用一般结构钢焊条时,焊接电流大小与焊条直径的关系可用经验公式(32)进行试选:Ikd (32)其中 I焊接电流(A) d焊条直径(mm) k与焊条直径有关的系数。d与k的关系见下表6。焊条直径d(mm) 1.6 2-2.5 3.2 4-6系数k(mm) 15-25 20-30 30-40 40-50表7 不同焊条直径时的k值另外,焊缝的空间位置不同,焊接电流的大小也不同。一般,立焊时电流应比平焊时小152
20、0;横焊、仰焊比平焊电流小1015。焊接厚度大,往往取电流的上限值。含合金元素较多的合金钢焊条,一般电阻较大,热膨胀系数大,焊接过程中电流大,焊条易发红,造成药皮过早脱落,影响焊接质量,而且合金元素烧损多,因此焊接电流相应减小。由以上知,焊接直径为5mm,故焊接系数为40-50。又焊接直径与焊接电流存在以下关系:焊条直径(mm) d2.0 d2.5 d3.2 d4.0 d5.0焊接电流(A) 40-80 50-100 70-120 90-160 140-200表8 焊接直径与焊接电流的关系 故焊条直径d为5mm,焊接电流为200A。(三)电弧电压的选择 电弧电压是由电弧长来决定。电弧长,则电弧
21、电压高;电弧短,则电弧电压低。在焊接过程中,电弧过长,会使电弧燃烧不稳定,飞溅增加,熔深减小,而且外部空气易侵入,造成气孔等缺陷。因此,要求电弧长度小于或等于焊条直径,即短弧焊。在使用酸性焊条焊接时,为了预热待焊部位或降低熔池温度,有时将电弧稍微拉长进行焊接,即所谓的长弧焊。 根据U=(14+0.05I)+2V公式,选择电压为26V。(四)焊接层数的选择 在中、厚板焊条电弧焊时,往往采用多层焊。层数多些,对提高焊缝的塑性、韧性有利,尤其是冷弯角。但要防止接头过热和扩大热影响区的有害影响。另外,层数增加,往往使焊件变形增加。因此,要综合考虑加以确定。焊缝层数视焊图5 多层焊的焊缝和焊接顺序 件厚
22、度而定。中、厚板一般都采用多层焊。焊缝层数多些,有利于提高焊缝金属的塑性、韧性。对质量要求较高的焊缝,每层厚度最好不大于4-5mm。图4-8所示为多层焊的焊缝,其焊接顺序按照图中的序号进行焊接。又I=(20-30)d,d6mm,故要采用多道焊才能保证良好的成型。此处选用3层焊道,每层厚度3-4mm。(五)电源种类和极性的选择 直流电源,电弧稳定,飞溅小,焊接质量好,一般用在重要的焊接结构或厚板大刚度结构的焊接上。其它情况下,应首先考虑用交流焊机,因为交流焊机构造简单,造价低,使用维护也较直流焊机方便。 极性的选择,则是根据焊条的性质和焊接特点的不同,利用电弧中阳极温度比阴极温度高的特点,选用不
23、同的极性来焊接各种不同的焊件。一般情况下,使用碱性焊条或薄板的焊接,采用直流反接;而酸性焊条,通常选用正接。综上所述,板材需开V形坡口,焊条选用A307,焊条直径为5mm。电焊机的电源特性为直流反接,焊接电流为200A,故选用ARC-250型便携式逆变直流手弧焊机。3.2.2 电路控制系统电焊机的工作原理是利用正负两极在瞬间短路时产生的高温电弧来熔化电焊条上的焊料和被 图6 电焊机 焊材料,来达到使它们结合的目的。电焊机的结构十分简单,说白了就是一个大功率的变压器,将220V交流电变为低电压,大电流的电源,可以是直流的也可以是交流的。电焊变压器有自身的特点,就是具有电压急剧下降的特性。在焊条引
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