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一、任務描述

按給定的基本母材設計壓力容器橢圓形型封頭與設備筒體處的焊接接頭型式及坡口型式,選擇合適的焊接方法及焊接材料

二、焊接母材304不銹鋼簡介

304不銹鋼是一種通用性的不銹鋼材料，防銹性能比200系列的不銹鋼材料要強。耐高溫方面也比較好，一般使用溫度極限小于650℃。304不銹鋼具有優良的不銹耐腐蝕性能和較好的抗晶間腐蝕性能。對氧化性酸，在實驗中得出：濃度≤65%的沸騰溫度以下的硝酸中，304不銹鋼具有很強的抗腐蝕性。對堿溶液及大部分有機酸和無機酸亦具有良好的耐腐蝕能力。 

304不銹鋼化學牌號為06cr19ni10 

304不銹鋼化學成份

       C       Si      Mn    P      S        Cr        Ni        Mo

≤0.08 ≤1.00 ≤2.00 ≤0.15 ≤0.03 18.00-20.00 8.00~10.50    -

物理性能：

抗拉強度 σb (MPa)≥520
條件屈服強度 σ0.2 (MPa)≥205
伸長率 δ5 (%)≥40
斷面收縮率 ψ (%)≥60
硬度：≤187HB;≤90HRB;≤200HV

三、TIG焊工藝

TIG焊又稱鎢極氬弧焊，是一種非熔化極惰性氣體保護焊，其工藝過程：在惰性氣體保護下，通過鎢極與薄壁不銹鋼板之間產生電弧產生的熱熔化鋼板的對接而形成熔池來產生焊縫，屬于自熔化焊接。不銹鋼薄板采用鎢極氬弧焊比其它焊接方法有非常好的優越性能：焊縫質量高；電弧熱量集中，功率密度大，熱影響區小；單面焊雙面成型，明弧操作，便于對電弧熔池的觀察；板材表面及焊縫質量好。

因此，采用TIG焊接方法對薄壁不銹鋼板進行焊接適應了現代產品高質量的要求，是焊接生產由手工向自動化發展的標志。

焊接電流

焊接電流是鎢極氬弧焊最主要的工藝參數，電弧熱量正比于焊接電流，要改變電弧功率主要通過改變焊接電流的大小來實現。焊接時，增加焊接電流可以增加熔深和熔寬，即可焊的板厚增加。在焊接條件和其它工藝參數不變的情況下，一定厚度的薄壁不銹鋼板的焊接電流只能在一定范圍內調節，超出此范圍，就會產生焊接缺陷。

焊接速度

焊接速度與線能量有關，線能量反比于焊接速度，焊接速度決定著對每單位長度焊縫所提供的能量，同時影響熔深和熔寬，焊接速度的快慢直接影響焊縫的質量。如果提高焊接速度，線能量將會降低，可避免金屬過熱，減少熱影響區，熔深和熔寬也減小。因此在保證焊接質量的前提下，盡量提高焊接速度。但焊接速度過快會產生保護效果差，焊縫正反面不均勻和未焊透等缺陷。所以在鎢極氬弧焊的時候，焊接速度比較才能保證焊接質量。

電弧電壓和電弧長度

電弧的熱量也正比與電弧電壓，根據鎢極氬弧焊的電弧靜特性，焊接過程中電弧電壓只與電弧的高度有關，而對焊接電流影響很小。因此，在焊接電流一定的情況下，改變電弧電壓可以電弧的功率。電弧電壓和弧長存在一個簡單的線性函數關系，當弧長增加時，電弧電壓成正比增加，電弧功率增加。但電弧長度超出一定的范圍后，在弧長增加的同時，弧柱的截面積也增加，熱效率降低，保護效果變差。焊接時電弧長度對熱影響區有直接的影響。薄壁不銹鋼板焊接時，鎢極伸出噴嘴的長度一般在8-10mm左右，電弧的長度控制在2mm左右為最佳。

4、焊接電極

鎢極氬弧時采用的電極材料一般為鈰鎢和釷鎢，焊接時要求電極有發射電子能力強、容易引弧、電弧的穩定性好，尤其在高溫的時候不易熔化，許用電流大等性能。目前被廣泛使用的鈰鎢具有電子逸出功比釷鎢電極低10%；弧束細長，熱量集中，可提高電流密度5-8%；使用壽命長，是釷鎢的一倍；引弧容易、方便、穩定優點。所以，鈰鎢的使用率更高。在選定電極材料后，要根據焊接電流的大小選擇合適直徑的電極，不同直徑的電極有不同電流使用范圍見表4.1。另外鎢極的形狀對焊接有一定的影響。電極端部的錐角α和端部平臺直徑對電弧的穩定和焊縫成形有重要的影響。端部角度如果太小，電流密度將提高，焊縫容易產生弧坑，所以不同直徑的鎢極α角和平臺要求是不一樣的，具體見表4.2。

表4.1

表4.2

保護氣體

TIG焊所采用的保護氣體一般為氬氣。氬氣是一種單原子惰性氣體，它即不與金屬反應，也不熔于金屬中，本身的導熱系數小，高溫時不分解。但用氬氣作為保護氣時焊接速度慢，生產效率低。

用Ar+H2混合氣體可以提高電弧能量，增加焊接速度。在氬氣中加入氫氣，可以提高電弧電壓，從而提高電弧熱功率，增加熔深，提高焊接速度。表4.3是在其它工藝參數一定的情況下，分別用Ar和Ar+H2作為保護氣時的焊接速度比較。

表4.3

可見，采用Ar+ H2混合氣體可明顯提高焊接速度。用Ar+ H2混合氣體焊接1.6mm以下的不銹鋼板對接接頭，焊接速度比純氬快50%，此外還有防止咬邊和抑制CO氣孔產生作用。因此，采用Ar+H2混合氣體不僅可以獲得優質焊縫而且還可以保證焊接生產效率，克服了氬弧焊速度慢的缺點，是逐漸被接受的保護氣體。

四、焊接操作

在不銹鋼薄板的TIG焊過程中，要獲得高質量的焊縫，除板材、焊接設備、焊接專機外，操作技術和焊接工藝參數也很重要。據多年焊接經驗，焊接不銹鋼薄板時要注意以下幾點：

工件在焊接之前，必須進行除油和除銹處理，保證工件被焊面無彎曲和毛刺。

工件在焊接過程中，會自動收縮變形，所以在工件裝夾的時候，起焊位置不銹鋼板要對緊，而在結束焊接的位置兩不銹鋼板對接面之間要留一定的間隙，來留給工件自動收縮。如果不留間隙，則在焊接過程中，會產生焊縫搭接現象，會造成未焊透的焊接缺陷。表4是不銹鋼薄板焊接時焊接結束位置留有間隙大小。

表4.4

在焊接過程中，要保持電弧長度不變和電極始終在焊縫的中心位置。電弧長度的改變會影響電弧的熱功率，使焊縫背面成型不均勻，嚴重的會造成焊穿或未焊透等缺陷；電極偏離焊縫中心會造成兩板材受熱不均，出現未焊透和焊穿缺陷。

下表是不銹鋼薄板焊接的工藝參數：

表4.5