【正文】 .... 11 0Cr18Ni9 鋼的焊接性分析 ............................... 12 . 16MnR 的焊接性分析 ................................... 12 焊接工藝的制定 ............................................ 15 確定焊接方法 .......................................... 15 選擇焊接材料 .......................................... 17 焊接過程 ................................................... 17 焊前準(zhǔn)備 .............................................. 17 制定焊接工藝參數(shù) ...................................... 19 焊后熱處理 ............................................ 22 第四章 焊接工藝評定 ................................................................ 23 焊縫力學(xué)性能試驗及性能分析 ................................. 23 焊接接頭拉伸試驗 ...................................... 23 焊接接頭沖擊試驗 ...................................... 24 焊接接頭彎曲試驗 ...................................... 25 試驗結(jié)果 .............................................. 25 太原科技大學(xué)（論文 ） II 性能分析 .......................................... 26 金相組織觀察 ........................................... 26 金相試驗 .............................................. 26 化學(xué)成分分析 ...................................... 27 組織分析 .............................................. 27 焊后檢驗 ................................................... 28 第四章 結(jié)論 ......................................... 29 參考文獻(xiàn) ............................................. 30 致謝 ................................................. 31 附錄 ................................................. 32 太原科技大學(xué)（論文 ） III 0Cr18Ni9鋼與 16MnR鋼的焊接工藝研究 摘要 異種鋼的焊接 將我國的工業(yè)帶入了一個新的領(lǐng)域，它達(dá)到了很多單一材料無法達(dá)到的技術(shù)要 求，同時，異種剛焊接 是各種材料焊接中的難點，本文通過分析異種鋼焊接的特點，以 0Cr18Ni9+16MnR為例，具體介紹了異種鋼的焊接方法。在此之前，本論文還詳細(xì)論述了異種鋼焊接的研究意義和現(xiàn)代焊接的發(fā)展趨勢。特種鋼有優(yōu)良的耐蝕性、耐磨性、強韌性和良好的可加工性，外觀的精美性，以及無毒無害性，廣泛地應(yīng)用與宇航、海洋、軍工、化工、能源等方面，以及日用家具、建筑裝潢、交通車輛的裝飾上。有關(guān)這方面的研究成果和文獻(xiàn) 資料雖然很多，但較為系統(tǒng)的還是寥寥無幾，在實際工作中，一部分有關(guān)的焊接技術(shù)人員和焊工，對異種鋼的焊接知識了解不多，有的甚至直接照搬低合金鋼的工藝和方法。 16MnR鋼與 0Cr18Ni9鋼的焊接屬于異種鋼的焊接，二者均是國內(nèi)壓力容器常用鋼材。 太原科技大學(xué)（論文 ） 2 國外內(nèi)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 國內(nèi)焊接發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 焊接行業(yè)由焊接及相關(guān)技術(shù)的“使用者”、焊接器材（括焊接材料、焊接設(shè)備、輔機具和切割器具）的“供應(yīng) 者”和提供相關(guān)支持服務(wù)的組織或機構(gòu)（包括科研院所、學(xué)校、培訓(xùn)機構(gòu)、檢測機構(gòu)、實驗室、器材經(jīng)銷商等）組成。 有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果表明： 2020年我國第二產(chǎn)業(yè)的就業(yè)人數(shù)已經(jīng)超過了 2億，其中制造業(yè)的就業(yè)人數(shù)達(dá)到 8000多萬。 2020年的焊接材料數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果表明：我國焊接材料的總產(chǎn)量已經(jīng)攀升到了 ，與美、日、歐的總和相當(dāng)。屆時我國鋼產(chǎn)量將介于 3億噸之間。 焊接在未來的工業(yè)經(jīng)濟中不僅具有廣闊的應(yīng)用空間，而且還將對產(chǎn)品質(zhì)量、企業(yè)的制造能力及其競爭力產(chǎn)生更大的影響。對采用特殊工藝制備的新型材 料，如電子信息材料，納米材料金屬間化合物，工程陶瓷及復(fù)合材料等常采用特殊的連接方法，而且難度很大要求很高在高新技術(shù)的發(fā)展過程中，焊接與連接技術(shù)面臨新的挑戰(zhàn)。 低合金結(jié)構(gòu)鋼為保證鋼材具有良好的焊接性，鋼中的碳含量均控制在 %以下。釩含量增加 %，抗拉強度約提高30MPa,屈服點相應(yīng)提高 35MPa；鋼中鉻含量每增加 1%抗拉強度和屈服點相應(yīng)提高10MPa和 35MPa,此外還能顯著提高鋼的高溫強度；鋼中銅含量每增加 1%，抗拉強度和屈服點相應(yīng)提高 55MPa和 80MPa,同時還改善了鋼的抗大氣腐蝕性能；鎳元素在鋼中能改善鋼的缺口韌性，其含量每增加 1%，抗拉強度和屈服點相應(yīng)提高 34MPa和 45MPa[1]。此外， 鈮、釩、鈦還能與碳、氮形成化合物。并具有良好的塑性和耐磨性。 常用低碳調(diào)質(zhì)鋼成分、力學(xué)性能見表 [2]。 表 常用不銹鋼化學(xué)成分 類 別 鋼號 化學(xué)成分 碳 硅 錳 硫 磷 鉻 鎳 鈦 奧 氏 體 型 0Cr18Ni9 1Cr18Ni9 2Cr18Ni9 1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni11Nb ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ 17.0 19.0 0 11.00 表 常用不銹鋼力學(xué)性能 類 型 鋼號 熱處理 力學(xué)性能（不小于） 淬火溫度 0C 冷 卻 劑 回火溫度 0C 冷 卻 劑 抗拉強度 σb MPa 屈服強度 σs MPa 伸長率 δ % 收縮率 216。 馬氏體鋼和鐵素體鋼的熱導(dǎo)率為碳鋼的 1/2左右，而奧氏體不銹鋼熱導(dǎo)率比碳鋼要 低 1/3左右。 異種鋼焊接與同種鋼焊接相比存在一些問題，例如焊后焊縫化學(xué)成分不均勻，隨之造成焊接接頭的金相組織、力學(xué)性能、應(yīng)力分布的不均勻 [4]。由于焊接接頭的化學(xué)成分太原科技大學(xué)（論文 ） 9 不均勻，在焊接熱循環(huán)的作用下各區(qū)域的金相組織也不同，往往在局部出現(xiàn)相當(dāng)復(fù)雜的組織結(jié)構(gòu)，使焊接接頭的金相組織不均勻 [4]。 ,在焊接邊界兩側(cè)各產(chǎn)生一個富碳區(qū)和貧碳區(qū) ,是裂紋起源于焊接邊界的 主要原因之一 。今后的工作是充分利用現(xiàn)代分析測試技術(shù) ,采用多學(xué)科交叉的方式進(jìn)行綜合和系統(tǒng)研究。 ，由于金相組織的變化以及新生成的物相結(jié)構(gòu)或化合物，可使焊接接頭的性能惡化，給焊接帶來很大困難； 太原科技大學(xué)（論文 ） 10 ，特別是塑性和韌性明顯下降； 性的下降以及焊接應(yīng)力的存在，異種材料焊接接頭容易產(chǎn)生裂紋，尤其是焊接熔合區(qū)和熱影響區(qū)更容易產(chǎn)生裂紋，甚至發(fā)生斷裂。由此可見， 0Cr18Ni9在實際生產(chǎn)當(dāng)中也有著廣泛用途。 通過焊接檢驗手段分析焊縫成型是否良好，并對接頭進(jìn)行力學(xué)性能驗 ，以此來分析所擬定的工藝參數(shù)對焊縫組織的影響。根據(jù)兩種母材的化學(xué)成分和板厚制定合適的焊接工藝，選擇合適的焊接方法和焊接參數(shù)，設(shè)計合理的焊接坡口，然后進(jìn)行焊接工藝評定，確定所選的的焊接工藝是可行的 [7]。 綜上所述， 0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼焊接時比較容易產(chǎn)生熱裂紋，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層間焊的層間裂紋等。其原因是奧氏體不銹鋼處在 450～ 8500C溫度下，碳在奧氏體中的擴散速度大于鉻在奧氏體中的擴散速度。各種元素中，碳對裂紋敏感 性的影響最為顯著。這類鋼焊接時，注意以下主要問題 [8]： ⑴熱影響區(qū)脆化 16MnR鋼焊接時，熱影響區(qū)中被加熱到 1100度以上的過熱區(qū)是焊接接頭的薄弱區(qū)域，奧氏體晶粒的顯著長大和一些難熔 質(zhì)點的熔入會直接影響過熱區(qū)性能變化，會形成魏氏組織及其它塑性低的混合組織和 MA組元等，而使過熱區(qū)脆化，沖擊韌度下降。一般認(rèn)為碳當(dāng)量 CE小于 ％的鋼材焊接時基本無淬硬傾向，焊接性良好。為了防止在板材結(jié)構(gòu)中這種層狀撕裂的產(chǎn)生可采用： ； ，以減輕鋼板 Z向所承受的應(yīng)力應(yīng)變； 前提下選用強度級別較低的焊接材料； 。異種鋼直接焊接時將會遇到下述困難：當(dāng)兩種被焊金屬的線膨脹系數(shù)相差很大時，由于焊接以及母材的冷卻收縮不一致，從而產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力，還會使焊接接頭在高溫應(yīng)用時產(chǎn)生熱應(yīng)力；當(dāng)被焊金屬的導(dǎo)熱率 不同時，會改變焊接時的溫度場分布，從而改變焊縫的結(jié)晶條件；當(dāng)被焊金屬的電磁性相差很大時，焊縫成型不良等。 CO2氣體保護(hù)焊 具有以下優(yōu)點： 1. 焊接成本低。 3. 抗銹蝕能力強、抗裂性好。 5. 厚變形量小。異種鋼街頭的焊縫和熔合區(qū)，由于有合金元素被稀釋和碳遷移等因素的影響，存在著一個過液區(qū)，其化學(xué)成分和金相組織不均勻，而且物理性能也不同，甚至力學(xué)性能也有很大差異，可能引起缺陷或嚴(yán)重降低性能，所以必須按照母材的成分、性能、接頭形式和使用要求正確地選擇焊接材料 [2]。 （ 3） .能防止氣孔、夾渣、冷裂紋和熱裂紋等缺陷的產(chǎn)生，使焊縫具有一定的致密性。 焊縫與母材的韌性匹配有三種即超強匹配、等強匹配、以及低強匹配。 16MnR鋼和 0Cr18Ni9鋼的焊接可以選擇低強匹配的原則。 表 材料化學(xué)成分及力學(xué)性能 焊接過程 焊前準(zhǔn)備 焊件焊前的清理工作 (1)檢查裝配間隙和坡口角度。為了保證焊縫質(zhì)量在焊接以前必須把坡口表面的油、漆、銹等雜質(zhì)清除，范圍是焊縫兩側(cè)各 20— 30mm，必須使坡口表面出現(xiàn)金屬光澤。 (6)為了使焊件在焊接以后緩慢而均勻地冷卻，防止焊縫及熱影響區(qū)出現(xiàn)裂紋，要對焊件進(jìn)行預(yù)熱?？刂?熔合比即控制被焊金屬母材的熔化量，焊縫金屬合金稀釋度。 表 二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊坡口角度、焊道層數(shù) 焊層 坡口角度 150 600 900 1 4850 4345 4043 2 4043 3540 2530 3 3639 2530 1520 4 3537 2025 1215 5 3336 1722 812 由于本設(shè)計選用的是 30mm的板厚，并采用對焊的焊接接頭，所以坡口選取V形坡口即可。焊接線能量越大，母材熔入焊縫越多。焊接電流越大，熔深越大，焊條熔化的快，焊接效率也越高，但是焊接電流太大時，飛濺和煙霧大，焊條尾部易發(fā)紅，部分涂層要失效或崩落，而且容易產(chǎn)生咬邊、焊瘤、燒穿等缺陷，增大焊件變形，焊接接頭的韌性降低；太原科技大學(xué)（論文 ） 20 焊接電流太小，則引弧困難，焊條容易粘連在工件上，電弧不穩(wěn)定，易產(chǎn)生未焊透、未熔合、氣孔和夾渣等缺陷，且生產(chǎn)率低。 焊接速度 焊條電弧焊的焊接速度是指焊接過程中焊條沿焊接方向移動的速度，即單位時間內(nèi)完成的焊縫長度。 為了0Crl8Ni基體內(nèi)碳化物、 γ’ 相等以得到均勻的過飽和固溶體，便于時效時重新析出顆粒細(xì)小、分布均勻的碳化物，同時消除由于冷熱加工產(chǎn)生的應(yīng)力，使合金發(fā)生再結(jié)晶獲得適宜的晶粒度，以保證合金高溫抗蠕變性能[17]。熱軋時金屬塑性高，變形抗力低，大大減少了金屬變形的 能量消耗 [17]。對異種鋼接頭來說，由于焊接接頭與兩種被焊金屬的合金相結(jié)構(gòu)和性能不同，焊后熱處理的問題要慎重考慮。因此，異種鋼后熱處理是否采用，選擇何種熱處理規(guī)范，需對具體構(gòu)件所用的鋼材、焊縫成分、結(jié)構(gòu)形狀等實際情況，進(jìn)行仔細(xì)分析，通過試驗，才能確定。這兩種材質(zhì)構(gòu)成的接頭，在焊后冷卻、熱處 理以及使用中，在熔合區(qū)附近產(chǎn)生很大的應(yīng)力，而異種鋼接頭區(qū)殘余應(yīng)力的存在是影響接頭強度和使用性能的重要原因。拉伸試驗在材料試