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1、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
2、：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1.2.1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
3、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
4、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
5、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，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
6、：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
7、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钢用于590以下的高温区叶片。 ZCrlZNIMo1WIV(美国钢号C一422
8、)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
9、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6010
10、0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
11、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
12、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
13、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。 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
14、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
15、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
16、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；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
17、，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
18、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。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
19、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1520；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
20、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
21、，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
22、、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
23、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。在焊条引燃后电压下降，在电焊机的工作电压的调节，除了一次的220/380电压变换
24、，二次线圈也有抽头变换电压，同时还有用铁芯来调节的，可调铁芯电焊机一般是一个大功率的变压器，系利用电感的原理做成的，电感量在接通和断开时会产生巨大的电压变化，利用正负两极在瞬间短路时产生的高压电弧来熔化电焊条上的焊料.来达到使它们结合的目的。在焊条和工件之间施加电压，通过划檫或接触引燃电弧，用电弧的能量熔化焊条和加热母材。 在使用电焊机的时候，首先要先了解电源的电压和允许的插接功率，然后按照电焊机相应电压下的输入端组合接法调整好输入端子，再检查电焊机输出端是否在你所需要的接线状态，再检查电焊机外壳接地线是否接好，以上检查完毕以后即可接通电源使用。接上电源，打开开关，夹上焊条，调节电流，开始工作
25、。最基本的是要保护好眼睛，手脚一般即使受伤也不会很严重，电阻焊接，电渣焊接，自动焊接，眼睛一定要保护好，防护要齐全，面罩，手套，衣服.用的时候接地要良好，焊的时候电流要合适。3.2.3电焊机电缆 电焊机电缆（YH电缆）全称高强度橡套电焊机电缆，俗称焊把线，是YC电缆（通用橡套电缆）的一种。用于电焊机二次侧接线及连接电焊钳、电焊机的专用电缆，其特性是电阻大、电压低。工作电压一般为450V到750V。 电焊机电缆的结构为单线芯，一般为多跟铜丝组成铜 丝组，多组铜丝组则组成电焊机电缆的导体部分，所以YH电缆线体较粗，铜丝数百根。多组铜丝的周围被一层耐热聚酯薄膜绝缘包裹。 图7 电焊机电缆绝缘层一般为
26、纯天然橡胶，铜丝为无氧铜，这样，才能保证线芯的良好导电性及电缆的安全性。常用电焊机电缆的规格型号有16平方、25平方、35平方、50平方、70平方、95平方、120平方等。 电焊机电缆具有以下几个特性：（1）YH电缆是在低电压(最高电压为200V)大电流的条件下工作,要求具有一定耐性。 (2)焊把线电缆长期允许工作温度不应超过65。 (3)电机引接线电缆频繁地移动，扭绕和施放,要求柔软,弯曲性能好。 (4)在施放中易受到尖锐钢铁构件的刮、擦,故要求电缆绝缘抗撕、耐磨等机械性能好。 (5)使用环境条件复杂,如日晒、水沸、接触泥水、机油、酸碱液体等,要求有一定的耐气候性和耐油、耐溶剂性。 (6)有
27、时会碰到热焊件,要求耐热变形性好。 (7)经常移动,要求外径小,重量轻。由于对此种电缆电性能要求不高,且使用环境条件复杂,在结构上要求满足各种复杂的环境因素是不适宜的。使用时注意改善使用条件,防止外来破坏。4. 手工电弧焊的焊接焊接是被焊工件的材质（同种或异种），通过加热或加压或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子间的建和而形成永久性连接的工艺过程。焊接的物理本质是两种或两种以上同种或异种材料通过原子或分子之间的结合和扩散连接成一体的工艺过程。手工电弧焊是用手工操作焊条进行焊接的电弧焊方法。利用焊条与焊件之间建立起来的稳定燃烧的电弧，使焊条和焊件熔化，从而获得牢固的焊接接头，属
28、气渣联合保护。焊接时形成的连接两个被连接体的接缝称为焊缝。焊缝的两侧在焊接时会受到焊接热作用，而发生组织和性能变化，这一区域被称为热影响区。焊接时因工件材料焊接材料、焊接电流等不同，焊后在焊缝和热影响区可能产生过热、脆化、淬硬或软化现象，也使焊件性能下降，恶化焊接性。这就需要调整焊接条件，焊前对焊件接口处预热、焊时保温和焊后热处理可以改善焊件的焊接质量。 图8 手工电弧焊另外，焊接是一个局部的迅速加热和冷却过程，焊接区由于受到四周工件本体的拘束而不能自由膨胀和收缩，冷却后在焊件中便产生焊接应力和变形。重要产品焊后都需要消除焊接应力，矫正焊接变形。 在焊接的过程中，两块板件接头的连接方式为对接街
29、头。对接接头焊缝的横截面形状，决定于被焊接体在焊接前的厚度和两接边的坡口形式。焊接较厚的钢板时，为了焊透而在接边处开出各种形状的坡口，以便较容易地送入焊条或焊丝。坡口形式有单面施焊的坡口和两面施焊的坡口。选择坡口形式时，除保证焊透外还应考虑施焊方便，填充金属量少，焊接变形小和坡口加工费用低等因素。厚度不同的两块钢板对接时，为避免截面急剧变化引起严重的应力集中，常把较厚的板边逐渐削薄，达到两接边处等厚。对接接头的静强度和疲劳强度比其他接头高。在交变、冲击载荷下或在低温高压容器中工作的联接，常优先采用对接接头的焊接。 4.1 焊前准备焊接的过程是一个复杂的过程，有很多化学和物理反应交错其中。各种金
30、属的冶金反应及金属的相变伴随着焊接过程一直进行，所以焊接时我们不能盲目的去施焊，为了防止在焊接过程或焊后工件的焊接不彻底而出现缺陷，所以我们在焊接之前要有充分的准备。焊接前的准备工作只要有以下几点：1、技术准备 焊工在施焊前需要进行的技术准备工作为：熟悉产品图纸，了解产品结构；熟悉产品焊接工艺，了解产品焊接接头要求的焊工持证项目，掌握产品焊接接头的焊接参数。2、器材准备 焊工在施焊前需要进行的器材准备工作为：焊接设备及工装的检验调试；焊接参数调整，按焊接工艺的规定领取焊接材料。3、工件准备（1）坡口清理 施焊前焊工应检查坡口表面，不得有裂纹、分层、夹杂等缺陷，应清除焊接接头的内外坡口表面及坡口
31、两侧母材表面至少20mm范围内的氧化物、油污、熔渣及其它有害物质。（2）焊接接头组对 使用卡具定位或直接在坡口内点焊的方法进行焊接接头的组对，组对时应保证在焊接过程中焊点不得开裂，并不影响底层焊缝的施焊；控制对口错边量、组对间隙及棱角度等参数不超过按相应的产品制造、验收标准的规定。（3）焊前预热 为防止接头产生冷裂纹，应该采取预热措施。一般预热温度在150-400之间。但是焊前预热温度不宜过高，否则会在接头中引起晶间碳化物沉淀和形成铁素体的组织，还必需进行焊后调质处理。4.材料准备 A307不锈钢焊条在使用时应保持干燥。为防止产生裂纹、凹坑、气孔等缺陷，钛钙型药皮焊前经150-250烘干1h，
32、低氢型药皮焊前经200-300烘干1h。不能多次重复烘干，否则药皮易脱落。4.2 影响焊缝成型要素的控制 影响焊缝熔池及焊缝成形的要素有很多，影响关系也很复杂，例如焊接参数及焊接工艺的不同对焊缝的成形都有影响。下面介绍一些在焊接过程中对焊缝成形有关的一些要素的控制。4.2.1 焊接电弧长度的控制焊接电弧是由焊接电源供给的，具有一定电压的两电极间或电极与母材间，在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象。电弧的长度与焊条涂料种类和药皮厚度有关系。但都应尽可能采取短弧，特别是低氢焊条。电弧长可能造成气孔。短弧可避免大气中的O2、N2等有害气体侵入焊缝金属，形成氧化物等不良杂质而影响焊缝质量。焊条电弧焊
33、的电弧电压主要由电弧长度来决定：电弧长度越大，电弧电压越高，电弧长度越短，电弧电压越低。焊接电弧的长度也决定了焊接的线能量，焊接线能量是焊接过程中各种热现象的重要影响因素，它不但影响峰值温度的分布和冷却速度，还影响凝固时间，从而影响金属焊接接头的冶金特性和力学性能。在焊接过程中，应尽量使用短弧焊接。立焊、仰焊时弧长应比平焊更短些，以利于熔滴过渡，防止熔化金属下滴。碱性焊条焊接时应比酸性焊条弧长短些，以利于电弧的稳定和防止气孔。而且在焊接过程中，其他条件一定的情况下，焊接电弧越长，则焊接电压越高，热输入越大，但热散失却越快，电弧的能量密度反而降低，而不利于焊接成型，所以在焊接过程中要适当的控制焊
34、接电弧的长度。应尽量采用短弧焊接，弧长一般2-3mm，电弧过长易产生热裂纹。4.2.2 焊接速度的控制 单位时间内完成的焊缝长度称为焊接速度。焊接过程中，焊接速度应该均匀适当，既要保证焊透又要保证不焊穿，同时还要使焊缝宽度和余高符合设计要求。如果焊速过快，熔化温度不够，易造成未熔合、焊缝成形不良等缺陷；如果焊速过慢，使高温停留时间增长，热影响区宽度增加，焊接接头的晶粒变粗，力学性降低，同时使工件变形量增大。当焊接较薄工件时，易形成烧穿。 焊接速度直接影响焊接生产率，所以应该在保证焊缝质量的基础上采用较大的焊条直径和焊接电流，同时根据具体情况适当加快焊接速度，以提高焊接生产率。手工电弧焊时，焊接
35、速度由操作者凭经验来掌握，一般选用10-35cm/min的焊接速度。4.2.3 焊枪的摆动频率和幅度（即运条）控制运条：应采用短弧快速焊，一般不允许横向摆动，其目的是减少热量和热影响区宽度，提高焊缝抗晶间腐蚀能力和减少热裂纹的倾向。运条是焊接过程中最重要的环节，它直接影响焊缝的外表成形和内在质量。电弧引燃后，一般情况下焊条有三个基本运动：朝熔池方向逐渐送进、沿焊接方向逐渐移动、横向摆动。焊条朝熔池方向逐渐送进-既是为了向熔池添加金属，也为了在焊条熔化后继续保持一定的电弧长度，因此焊条送进的速度应与焊条熔化的速度相同。否则，会发生断弧或粘在焊件上。焊条沿焊接方向移动-随着焊条的不断熔化，逐渐形成
36、一条焊道。若焊条移动速度太慢，则焊道会过高、过宽、外形不整齐，焊接薄板时会发生烧穿现象；若焊条的移动速度太快，则焊条与焊件会熔化不均匀，焊道较窄，甚至发生未焊透现象。焊条移动时应与前进方向成 7080度的夹角，以使熔化金属和熔渣推向后方，否则熔渣流向电弧的前方，会造成夹渣等缺陷。焊条的横向摆动-为了对焊件输入足够的热量以便于排气、排渣，并获得一定宽度的焊缝或焊道。焊条摆动的范围根据焊件的厚度、坡口形式、焊缝层次和焊条直径等来决定。4.2.4 焊枪喷嘴与工件之间的距离及角度的控制对接焊缝及对接和角接组合焊缝，在焊缝两端设引弧板和引出板，必须在引弧板上引弧后再焊到焊缝区，中途接头则应在焊缝接头前方
37、1520mm处打火引弧，将焊件预热后再将焊条退回到焊缝起始处，把熔池填满到要求的厚度后，方可向前施焊。根据两焊件的厚度确定，焊接角度有两个万面，一是焊条与焊接前进方向的夹角为6075；二是焊条与焊接左右夹角有两种情况，当焊件厚度相等时，焊条与焊件夹角均为 45；当焊件厚度不等时，焊条与较厚焊件一侧夹角应大于焊条与较薄焊件一侧夹角。焊条与焊接方向的夹角在90度时，电弧集中，熔池温度高，夹角小，电弧分散，熔池温度较低。如12mm平焊封底层，焊条角度：50-70度，使熔池温度有所下降，避免了背面产生焊瘤或起高。又如，在12mm板立焊封底层换焊条后，接头时采用90-95度的焊条角度，使熔池温度迅速提高
38、，熔孔能够顺利打开，背面成形较平整，有效地控制了接头点内凹的现象。4.2.5 焊接各种工艺参数的控制焊接工艺参数对热影响区的大小和性能有很大的影响。合理的控制焊接参数，避免接头产生过热现象。因为奥氏体钢热导率小，热量不宜散失，容易造成过热；还有电阻率高，焊条存在尾红，因此焊接电流不易过高。采用小的工艺参数，如降低焊接电流，增大焊接速度等，都可以减小热影响区的尺寸。不仅如此，从防止过热组织和晶粒细化角度看，也是采用小参数比较好。一般而言，焊接所用的焊接电流和焊接热输入比焊接碳钢要小20%左右。4.3焊后热处理焊接残余应力是由于焊接引起焊件不均匀的温度分布，焊缝金属的热胀冷缩等原因造成的，所以伴随
39、焊接施工必然会产生残余应力。消除残余应力的最通用的方法是高温回火，即将焊件放在热处理炉内加热到一定温度和保温一定时间，利用材料在高温下屈服极限的降低，使内应力高的地方产生塑性流动，弹性变形逐渐减少，塑性变形逐渐增加而使应力降低。焊后热处理对金属抗拉强度、蠕变极限的影响与热处理的温度和保温时间有关。焊后热处理对焊缝金属冲击韧性的影响随钢种不同而不同。 在此采用的焊后热处理也是通过退火处理降低焊缝金属和热影响区的硬度，改善焊接接头的韧性，还可以降低焊接接头的残余应力。焊后热处理的制度必须根据母材和焊缝金属的具体条件和要求而定。对于此处的焊缝金属，焊后加热到600就可以恢复韧性，在850左右韧性效果
40、最好。焊后不需要用不锈钢丝刷清理接头，否则反而会产生点蚀，因此必需慎重对待清理工作。更不要随意用铁锤敲击，打冲眼等，这些都会引起腐蚀。可采用碳弧气刨清根后再砂轮打磨焊根的清根方法，以提高工效和产品质量。5. 焊接检验 焊接缺陷的存在，是焊接结构失效的重要原因之一。手工电弧焊焊接引起的缺陷主要有六类：裂纹、孔穴、固体夹杂、未焊透和未熔合、形状缺陷和其他缺陷。有些缺陷只要焊接工艺合理，操作规范是可以避免的，有些缺陷即使存在也不会影响焊接结构的正常使用。而焊接的检验过程就是要检验出那些影响结构正常工作的缺陷。焊接检验是对焊接接头和焊接件质量，按有关规程和标准所进行的检验。包括对外观的检验、无损检验和
41、结合强度检验。5.1 外观检验焊缝外观检验的主要是那些装配后仍可以观察到的缺陷。手工电弧焊焊接后合格的焊缝应达到外形均匀，成型较好，焊道与基体金属间过度平滑，焊渣和飞溅物基本清理干净。如若不然，则用下面的方法检验焊缝缺陷：用肉眼或借助量规、样板或用低倍放大镜观察焊缝以检查焊缝外观尺寸是否符合要求，检查焊缝外表气孔、咬边、焊瘤以及焊接裂纹等表面缺陷。（1） 焊缝万能量规：可以测量焊件焊前的坡口角度、间隙、错位、以及焊后余高、宽度、和角焊缝的高度、宽度等。（2） 样板：用以测量标准对接、角焊缝的外形尺寸。5.2 无损检测无损检测的目的是检查焊缝的表面及内部缺陷，夹杂、气孔、未熔合和未焊透等工艺缺陷
42、。无损检测一般是安排在外观检测之后进行，由于本焊接工艺易如出现裂纹，所以可选用超声波探伤和磁粉探伤。（1） 超声波探伤 超声波探伤是利用频率超过20kHz的超声波探测材料内部缺陷的无损检验法。一般在均匀的材料中，缺陷的存在将造成材料的不连续，这种不连续往往又造成声阻抗的不一致，由反射定理我们知道，超声波在两种不同声阻抗的介质的交界面上将会发生反射，反射回来的能量的大小与交界面两边介质声阻抗的差异和交界面的取向、大小有关。在一个钢工件中存在一个缺陷，由于这个缺陷的存在，造成了缺陷和钢材料之间形成了一个不同介质之间的交界面，交界面之间的声阻抗不同，当发射的超声波遇到这个界面之后，就会发生反射,反射
43、回来的能量又被探头接受到，在显示屏幕中横坐标的一定的位置就会显示出来一个反射波的波形，横坐标的这个位置就是缺陷在被检测材料中的深度。这个反射波的高度和形状因不同的缺陷而不同，反映了缺陷的性质。根据质量要求，超声波检验的等级分为A,B,C三个等级。A级检验采用一种角度的探头在焊缝的单面单侧进行检验,只对允许扫查到的焊缝截面进行探测.一般不要求作横向缺陷的检验.母材厚度大于50mm时,不得采用A级检验。B级检验原则上采用一种角度探头在焊缝的单面双侧进行检验,对整个焊缝截面进行探测.母材厚度大于100mm时,采用双面双侧检验.受几何条件的限制,可在焊缝的双面半日侧采用两种角度探头进行探伤.条件允许时
44、应作横向缺陷的检验。C级检验至少要采用两种角度探头在焊缝的单面双侧进行检验.同时要作两个扫查方向和两种探头角度的横向缺陷检验.母材厚度大于100mm时,采用双面侧检验。在此处，板材厚度为10mm，采用A级检验。（2） 磁粉探伤 磁粉探伤是将待测磁性金属构件加以磁化，再用润湿铁粉涂其表面以显示构件表面和邻近表面下裂纹的探伤方法。将待测物体置于强磁场中或通以大电流使之磁化，若物体表面或表面附近有缺陷（裂纹、折叠、夹杂物等）存在，由于它们是非铁磁性的，对磁力线通过的阻力很大，磁力线在这些缺陷附近会产生漏磁。当将导磁性良好的磁粉（通常为磁性氧化铁粉）施加在物体上时，缺陷附近的漏磁场就会吸住磁粉，堆集形
45、成可见的磁粉迹痕，从而把缺陷显示出来。此种方法对钢铁材料或工件表面裂纹等缺陷的检验非常有效；设备和操作均较简单；检验速度快，便于在现场对大型设备和工件进行探伤；检验费用也较低。但仅适用于铁磁性材料；仅能显出缺陷的长度和形状，而难以确定其深度；对剩磁有影响的一些工件，经磁粉探伤后还需要退磁和清洗。5.3结合强度检测通过对焊接层进行拉伸、剪切、冲击、刨削等试验，通过试验得到的数据与工件在正常条件下工作的数据相比较，从而评定不同情况下焊接层与基体金属结合强度及焊接层内聚强度是否符合在工件正常工作下的要求。6.结论通过各种检测，我们可以看到1Cr18Ni9Ti钢与2Cr13不锈钢焊接件的耐磨性，硬度，腐蚀性都得到了一定的提高。虽然手工电弧焊的生产率较低，生产效率低劳动强度大，但它的适用性强的特点仍然是其他焊接方法无法被取代的。手工电弧焊具有设备简单；操作灵活方便；能进行全位置焊接适合焊接多种材料等优点，在当今社会仍然被广泛的应用。在今后的焊接行业的发展中，我们的首要任务是降低手工电弧焊的劳动强度，并且要改善其工作环境,让施工者有一个良好的工作氛围。参考文献1刘会杰.焊接冶金与焊接性M.机械工业出版社.20082王宗杰.焊接方法及设备M.机械工业出版社.20103中国机械工程学会焊接分会.焊接词典M.2