不銹鋼焊接接頭
關(guān)注創(chuàng)建者：klapp 創(chuàng)建時(shí)間：2018-12-21
不銹鋼焊接接頭的視頻教程
ABAQUS精品課A28—考慮焊接殘余應(yīng)力帶肋薄壁不銹鋼管混凝土軸壓（附不銹鋼本構(gòu)小程序）
具體內(nèi)容如下： 1、帶肋薄壁復(fù)式不銹鋼管混凝土軸壓詳細(xì)建模過(guò)程 2、各部件相互作用關(guān)系設(shè)置 3、焊接殘余應(yīng)力的添加 4、后處理操作
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不銹鋼焊接接頭的實(shí)例教程
摘要:
針對(duì)不銹鋼地鐵車頂結(jié)構(gòu)中的四種類型MAG焊典型焊接接頭進(jìn)行試驗(yàn)和有限元模擬分析?；跓嵋涣ν耆詈侠碚摵蜔釓椝苄杂邢拊椒?，利用大型有限元分析軟件ABAQUS求解焊接過(guò)程中和焊后的溫度及應(yīng)力，模擬研究不銹鋼地鐵車頂?shù)湫?em>焊接接頭的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)的演化行為以及殘余應(yīng)力的分布規(guī)律，并進(jìn)行相應(yīng)的焊接試驗(yàn)。
結(jié)果表明:熔池計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好;平板對(duì)接形式的應(yīng)力分布是不銹鋼車頂各類典型接頭應(yīng)力分布的本質(zhì)形式;對(duì)于T型接頭和卷邊接頭形式，豎板的應(yīng)力分布不同。該有限元分析為不銹鋼地鐵車頂焊接制造提供了參考。
0 前言
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，地鐵交通系統(tǒng)以其交通便捷性、準(zhǔn)時(shí)性、載客量等優(yōu)點(diǎn)在各大城市得到大力發(fā)展，對(duì)地鐵車輛的需求越來(lái)越多。不銹鋼以其良好的耐腐蝕性、輕量化、維護(hù)成本低、耐高溫、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于地鐵車輛的生產(chǎn)制造中不銹鋼車體結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)碳鋼車體、鋁合金車體的差異較大，其成形焊接工藝也不同。
其中車頂作為車體重要的大型組成構(gòu)件，與側(cè)墻和底架相比，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度高，焊接接頭形狀復(fù)雜多樣，導(dǎo)致焊接溫度變化和應(yīng)力分布情況復(fù)雜。不銹鋼熱導(dǎo)率低、線膨脹系數(shù)大，在焊接時(shí)容易產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，而大量的殘余應(yīng)力對(duì)車頂強(qiáng)度和使用壽命等都有較大的影響。因此需要分析不銹鋼車頂?shù)母鞣N焊接接頭的應(yīng)力，掌握接頭殘余應(yīng)力分布。
本研究分析不銹鋼地鐵車頂結(jié)構(gòu)的四種典型的焊接接頭形式，利用大型有限元分析軟件ABAQUS對(duì)四種典型接頭焊接過(guò)程中和焊后的溫度及應(yīng)力進(jìn)行求解，模擬研究不銹鋼地鐵車頂?shù)湫?em>焊接接頭的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)的演化行為以及殘余應(yīng)力的分布規(guī)律，并進(jìn)行相應(yīng)的焊接試驗(yàn)。
展開(kāi) 300系列奧氏體不銹鋼因其較高抗氫脆性和和焊接性被廣泛應(yīng)用于含氫環(huán)境的承載構(gòu)件，服役前常通過(guò)預(yù)應(yīng)變來(lái)提高其強(qiáng)度。預(yù)應(yīng)變使奧氏體不銹鋼產(chǎn)生應(yīng)變硬化的同時(shí)也會(huì)使其組織發(fā)生明顯改變，如亞穩(wěn)定奧氏體不銹鋼在塑性變形過(guò)程中會(huì)經(jīng)歷從奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)棣痢漶R氏體的應(yīng)力誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變，這些組織改變將影響奧氏體不銹鋼的氫脆敏感性。焊接是奧氏體不銹鋼常用的連接手段，其過(guò)程中復(fù)雜的熱循環(huán)使焊接接頭組織和性能更為不均勻，因此，研究預(yù)應(yīng)變對(duì)奧氏體不銹鋼焊接接頭組織演變和氫脆失效機(jī)制的影響對(duì)理解奧氏體不銹鋼氫脆尤為重要。
【成果簡(jiǎn)介】
近日，天津大學(xué)材料學(xué)院研究人員李曉剛、龔寶明（通訊作者）、鄧彩艷（通訊作者）和李一哲（通訊作者）在Corrosion Science發(fā)表題為名為“Effect of pre-strain on microstructure and hydrogen embrittlement of K-TIG welded austenitic stainless steel”的研究論文。研究人員將奧氏體不銹鋼焊接接頭分別進(jìn)行了不同程度預(yù)應(yīng)變后在相同條件下進(jìn)行預(yù)充氫來(lái)研究預(yù)應(yīng)變對(duì)接頭氫脆失效機(jī)制的影響。隨著預(yù)應(yīng)變水平的升高，接頭失效位置從焊縫轉(zhuǎn)移至母材，研究人員提出失效位置的轉(zhuǎn)變與焊縫、母材不同的應(yīng)力誘發(fā)α′馬氏體轉(zhuǎn)變傾向有關(guān)。低預(yù)應(yīng)變下，焊縫中預(yù)先存在較高的密度位錯(cuò)，裂紋優(yōu)先在位錯(cuò)塞積和氫集中的交互作用處萌生，最終接頭失效于焊縫；高預(yù)應(yīng)變下，母材中貧鎳帶發(fā)生嚴(yán)重的應(yīng)力誘發(fā)馬氏體馬氏體轉(zhuǎn)變，馬-奧相界處提供了更多的氫和位錯(cuò)的累積位置，裂紋優(yōu)先于此處產(chǎn)生，接頭氫脆失效位置轉(zhuǎn)移到母材。
展開(kāi) 奧氏體不銹鋼具有良好的焊接性，目前工業(yè)上應(yīng)用最廣，焊接時(shí)一般不需要采取特殊的工藝措施，本文比較詳細(xì)的分析了奧氏體不銹鋼在焊接時(shí)產(chǎn)生熱裂紋、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂、焊接接頭的脆化（低溫脆化、σ相脆化、熔合線脆斷）原因和防治措施。
通過(guò)焊接特點(diǎn)理論和實(shí)踐分析，著重介紹了奧氏體不銹鋼在焊接不同材料和處于不同工作環(huán)境條件時(shí)焊條的選用原則方法，只有工藝措施和焊條選用合理，才可以焊接出完美的焊縫。
不銹鋼在航空、石油、化工和原子能等工業(yè)中得到日益廣泛的應(yīng)用，不銹鋼按化學(xué)成分分為鉻不銹鋼、鉻鎳不銹鋼，按組織分為鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、奧氏體不銹鋼和奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼。
在不銹鋼中，奧氏體不銹鋼(18-8型不銹鋼)比其他不銹鋼具有更優(yōu)良的耐腐蝕性；強(qiáng)度較低，而塑性、韌性極好；焊接性能良好，其主要用作化工容器、設(shè)備和零件等，它是目前工業(yè)上應(yīng)用最廣的不銹鋼。雖然奧氏體不銹鋼有諸多優(yōu)點(diǎn)但是若焊接工藝不正確或焊接材料選用不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生很多缺陷，最終影響使用性能。
一、 奧氏體不銹鋼的焊接特點(diǎn)
（一）容易出現(xiàn)熱裂紋
奧氏體不銹鋼在焊接時(shí)熱裂紋是比較容易產(chǎn)生的缺陷，包括焊縫的縱向和橫向裂紋、火口裂紋、打底焊的根部裂紋和多層焊的層間裂紋等，特別是含鎳量較高的奧氏體不銹鋼更容易產(chǎn)生。
1. 產(chǎn)生原因
（1）奧氏體不銹鋼的液、固相線的區(qū)間較大，結(jié)晶時(shí)間較長(zhǎng)，且單相奧氏體結(jié)晶方向性強(qiáng)，所以雜質(zhì)偏析比較嚴(yán)重。
（2）導(dǎo)熱系數(shù)小，線膨脹系數(shù)大，焊接時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的焊接內(nèi)應(yīng)力（一般是焊縫和熱影響區(qū)受拉應(yīng)力）。
（3）奧氏體不銹鋼中的成分如C、S、P、Ni等，會(huì)在熔池中形成低熔點(diǎn)共晶。例如， S與Ni形成的Ni3S2熔點(diǎn)為645℃,而Ni- Ni3S2共晶體的熔點(diǎn)只有625℃。
2.
展開(kāi) 在不銹鋼的應(yīng)用中對(duì)不銹鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接和切割是不可避免的。由于不銹鋼本身所具有的特性，與普碳鋼相比不銹鋼的焊接及切割有著其特殊性，更易在其焊接接頭及熱影響區(qū)(HAZ)產(chǎn)生各種缺陷。焊接時(shí)要特別注意不銹鋼的物理性質(zhì)。例如奧氏體型不銹鋼的熱膨脹系數(shù)是低碳鋼和高鉻系不銹鋼的1.5倍；導(dǎo)熱系數(shù)約是低碳鋼的1/3，而高鉻系不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)約是低碳鋼的1/2；比電阻是低碳鋼的4倍以上，而高鉻系不銹鋼是低碳鋼的3倍。這些條件加上金屬的密度、表面張力、磁性等條件都對(duì)焊接條件產(chǎn)生影響。
馬氏體型不銹鋼一般以13%Cr鋼為代表。它進(jìn)行焊接時(shí)，由于熱影響區(qū)中被加熱到相變點(diǎn)以上
的區(qū)域發(fā)生γ—α(M)相變，因此存在低溫脆性、低溫韌性惡化、伴隨硬化產(chǎn)生的延展性下降等問(wèn)題。因而對(duì)于一般馬氏體型不銹鋼焊接時(shí)需進(jìn)行預(yù)熱，但碳、氮含量低的和使用丁系焊接材料時(shí)可不需預(yù)熱。焊接熱影響區(qū)的組織通常又硬又脆。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，可通過(guò)進(jìn)行焊后熱處理使其韌性和延展性得到恢復(fù)。另外碳、氮含量最低的牌號(hào)，在焊接狀態(tài)下也有一定的韌性。
鐵素體型不銹鋼以18%Cr鋼為代表。在含碳量低的情況下有良好的焊接性能，焊接裂紋內(nèi)敏感性也較低。但由于被加熱至900℃以上的焊接熱影響區(qū)晶粒顯著變粗，使得在室溫下缺少延伸性和韌性，易發(fā)生低溫裂紋。也就是說(shuō)，一般來(lái)講鐵素體型不銹鋼有475℃脆化、700—800℃長(zhǎng)時(shí)間加熱下發(fā)生“相脆性、夾雜物和晶粒粗化引起的脆化、低溫脆化、碳化物析出引起耐蝕性下降以及高合金鋼中易發(fā)生的延遲裂紋等問(wèn)題。通常應(yīng)在焊接時(shí)進(jìn)行焊前預(yù)熱和焊后熱處理，并在具有良好韌性的溫度范圍進(jìn)行焊接。
奧氏體型不銹鋼以18% Cr—8%Ni鋼為代表。原則上不須進(jìn)行焊前預(yù)熱和焊后熱處理。一般具有良好的焊接性能。但其中鎳、鉬含量高的高合金不銹鋼進(jìn)行焊接時(shí)易產(chǎn)生高溫裂紋。
展開(kāi) 焊接碳鋼和304或316不銹鋼時(shí),以及其他異種不銹鋼焊接時(shí)(表2),多數(shù)情況下考慮選用309L焊材。如果希望得到更高的Cr含量,則選用312型。
需要指出的是,奧氏體不銹鋼的熱膨脹率比碳鋼高50%。當(dāng)焊接時(shí),熱膨脹率的差異會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,從而導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生,這時(shí)需要選擇合適的焊材或指定合適的焊接工藝(圖3)。
圖3 焊接碳鋼和不銹鋼時(shí),由于熱膨脹率不同導(dǎo)致的翹曲變形需更大程度的補(bǔ)償
什么是合適的焊前清理操作?
當(dāng)與其他材料焊接時(shí),首先使用不含氯離子的溶劑清除油污、標(biāo)記和灰塵。此外,焊接不銹鋼時(shí)首先要注意的就是避免受到碳鋼的污染而影響耐蝕性。一些公司采用不銹鋼和碳鋼分開(kāi)存放以避免交叉污染。在清理坡口周圍區(qū)域時(shí),使用針對(duì)不銹鋼的專用磨砂輪和刷子。有時(shí)還需要對(duì)接頭處進(jìn)行二次清理。由于不銹鋼焊接時(shí)的電極補(bǔ)償操作比焊接碳鋼時(shí)更難,因此其接頭清理工作非常重要。
什么是正確的焊后清理操作?
展開(kāi) 
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不銹鋼焊接管切割零件去毛刺除氧化皮研磨拋光工藝技術(shù)方法
不銹鋼管按生產(chǎn)工藝可分為不銹鋼無(wú)縫管與焊接管。無(wú)縫管由鋼棒經(jīng)穿孔、拉撥、軋制生產(chǎn)而成，焊接管由鋼板經(jīng)卷板、焊接而成。從抗壓強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，無(wú)縫管要優(yōu)于焊接管，但焊接管的優(yōu)勢(shì)是成本低，工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高。今天我們就來(lái)分享一個(gè)由304不銹鋼焊接管鋸切后的小圓管的鏡面打磨拋光案例。這種研磨工藝方法也適用其他如201、316、321或鎳鈦合金等材質(zhì)的五金加工件采用鋸切
一、 壓力容器用不銹鋼及其焊接特點(diǎn) 所謂不銹鋼是指在鋼中加進(jìn)一定量的鉻元素后，使鋼處于鈍化狀態(tài)，具有不生銹的特性。為達(dá)到此目的，其鉻含量必須在12％以上。為進(jìn)步鋼的鈍化性，不銹鋼中還往往需加進(jìn)能使鋼鈍化的鎳、鉬等元素。一般所指的不銹鋼實(shí)際上是不銹鋼和耐酸鋼的總稱。不銹鋼并不一定耐酸，而耐酸鋼一般均具有良好的不銹性能。 不銹鋼按其鋼的組織不同可分為四類，即奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、奧
奧氏體不銹鋼的焊接接頭強(qiáng)韌性很好,一般不需要焊前預(yù)熱和焊后熱處理。在不銹鋼焊接領(lǐng)域,奧氏體不銹鋼占全部不銹鋼用量的80%,因此本文的重點(diǎn)就是奧氏體不銹鋼的焊接。
2.4.4為提高不銹鋼焊接接頭耐蝕性，應(yīng)將多層焊接頭錯(cuò)開(kāi)，在保證熔合良好的條件下，采用小電流、短電弧、快速焊工藝，并將層間溫度控制在60℃以下。
2.4.5為提高焊接接頭在H2S濕性環(huán)境下的耐腐蝕性能，現(xiàn)場(chǎng)接頭施焊完畢后，可用小木錘輕擊焊道表面，釋放焊接殘余應(yīng)力，但不應(yīng)過(guò)于用力，導(dǎo)致管材變形。
2.4.6焊后應(yīng)立即用不銹鋼絲刷清理不銹鋼管道焊縫表面，并按設(shè)計(jì)要求立即進(jìn)行酸洗鈍化。
還記得去年咱們報(bào)道的關(guān)于：遠(yuǎn)大科技集團(tuán)研發(fā)的不銹鋼芯板技術(shù)建成的活樓嗎？
起因是我們看到了一則日本媒體對(duì)中國(guó)建筑的報(bào)道：
根據(jù)報(bào)道我們了解到這座建筑來(lái)自于湖南省省會(huì)長(zhǎng)沙，是遠(yuǎn)大活樓“家園1號(hào)”。這座樓之所以被關(guān)注，是因?yàn)檫@座11層公寓樓僅用29個(gè)小時(shí)就建成了！
確切的說(shuō)，這座11層不銹鋼公寓樓僅用28小時(shí)45分鐘就完全建成了，它使用了一種特殊技術(shù)
不銹鋼的焊接 的9大問(wèn)題
1.什么是不銹鋼和不銹耐酸鋼？
答：金屬材料中主加元素“鉻”含量（還需加入鎳、鉬等其它元素）
能使鋼處于鈍化狀態(tài)、具有不銹特性的鋼。耐酸鋼則是指在酸、堿、鹽 等強(qiáng)腐蝕介質(zhì)中耐蝕的鋼。
2.什么叫奧氏體不銹鋼 ？常用的牌號(hào)有哪些？
答：奧氏體不銹鋼應(yīng)用最廣泛
如何焊接低碳鋼?
低碳鋼含碳量少，塑性好，可以制備成各種形式的接頭和構(gòu)件。在焊接過(guò)程中，不容易產(chǎn)生淬硬組織，產(chǎn)生裂紋的傾向也很小，同時(shí)又不容易產(chǎn)生氣孔，它是最好焊的材料。
采用氣焊、手工電弧焊、埋弧自動(dòng)焊、氣體保護(hù)焊等方法焊接低碳鋼，都能獲得良好的焊接接頭。采用氣焊時(shí)不要長(zhǎng)時(shí)間加熱，否則熱影響區(qū)的晶粒容易變大
奧氏體不銹鋼的焊接接頭強(qiáng)韌性很好,一般不需要焊前預(yù)熱和焊后熱處理。在不銹鋼焊接領(lǐng)域,奧氏體不銹鋼占全部不銹鋼用量的80%,因此本文的重點(diǎn)就是奧氏體不銹鋼的焊接。
如何選擇正確的不銹鋼焊材?
如果母材是相同的,首要準(zhǔn)則就是“與母材匹配”。例如焊接310或316不銹鋼,就選擇相應(yīng)的焊材。
在GB150.4《壓力容器》第8.2.5條中規(guī)定：“除設(shè)計(jì)文件另有規(guī)定，奧氏體型不銹鋼、奧氏體-鐵素體型不銹鋼的焊接接頭可不進(jìn)行熱處理”。
TSG21-2016 “容規(guī)”的第3.2.11條規(guī)定：“奧氏體不銹鋼和有色金屬制壓力容器焊接后一般不要求做焊后熱處理，如有特殊要求需進(jìn)行熱處理時(shí)，應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)圖樣上注明。”
不銹鋼管的焊接通常由打底焊、填充焊、蓋面焊幾部分組成。不銹鋼管打底焊是不銹鋼管焊接中最關(guān)鍵的一環(huán)，它不僅關(guān)系到工程的質(zhì)量，而且關(guān)系到工程的進(jìn)度，目前不銹鋼打底分為背面充氬和不充氬兩種工藝。背面充氬保護(hù)又分為實(shí)芯焊絲+TIG工藝和實(shí)芯焊絲+TIG+水溶性紙工藝兩種；背面不充氬保護(hù)又分為藥芯焊絲打底焊和焊棒(藥皮焊絲)打底TIG焊。
不銹鋼打底焊通常采用TIG工藝，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，我們可采用以下四種方法進(jìn)行打底焊
