【正文】 ，對(duì) 0Cr18Ni9鋼和 16MnR鋼的性能及焊接特點(diǎn)也有了較深入的理解。 射線探傷的實(shí)質(zhì)是根據(jù)被檢工件 與其內(nèi)部缺陷戒指對(duì)射線能量密度的衰減程度的不同，而引起射線透過(guò)工件后的強(qiáng)度差異，使缺陷能在射線底片或 X光電視屏幕上顯示出來(lái) [28]。 沖擊試驗(yàn)結(jié)果表明， 0Cr18Ni9鋼和 16MnR鋼兩側(cè)的沖擊吸收功都能滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求， 16MnR焊接熱影響區(qū)的沖擊韌性低于基體的沖擊韌性，這是由于熱影響區(qū)中的液化裂紋弱化了基體的結(jié)果。拉伸試驗(yàn)在材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)機(jī)以規(guī)定的速率均勻地拉伸試樣，試驗(yàn)機(jī)可自動(dòng)繪制出拉伸曲線圖 [24]。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(duì)具體構(gòu)件所用的鋼材、焊縫成分、結(jié)構(gòu)形狀等實(shí)際情況，進(jìn)行仔細(xì)分析，通過(guò)試驗(yàn)，才能確定。熱軋時(shí)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]。 焊接速度 焊條電弧焊的焊接速度是指焊接過(guò)程中焊條沿焊接方向移動(dòng)的速度，即單位時(shí)間內(nèi)完成的焊縫長(zhǎng)度。焊接線能量越大，母材熔入焊縫越多?？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。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。 16MnR鋼和 0Cr18Ni9鋼的焊接可以選擇低強(qiáng)匹配的原則。 （ 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。 5. 厚變形量小。 CO2氣體保護(hù)焊 具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1. 焊接成本低。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(qiáng)度級(jí)別較低的焊接材料； 。這類鋼焊接時(shí)，注意以下主要問(wèn)題 [8]： ⑴熱影響區(qū)脆化 16MnR鋼焊接時(shí)，熱影響區(qū)中被加熱到 1100度以上的過(guò)熱區(qū)是焊接接頭的薄弱區(qū)域，奧氏體晶粒的顯著長(zhǎng)大和一些難熔 質(zhì)點(diǎn)的熔入會(huì)直接影響過(guò)熱區(qū)性能變化，會(huì)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(guò)熱區(qū)脆化，沖擊韌度下降。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(kuò)散速度大于鉻在奧氏體中的擴(kuò)散速度。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(jì)合理的焊接坡口，然后進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，確定所選的的焊接工藝是可行的 [7]。由此可見， 0Cr18Ni9在實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中也有著廣泛用途。今后的工作是充分利用現(xiàn)代分析測(cè)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]。 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。 常用低碳調(diào)質(zhì)鋼成分、力學(xué)性能見表 [2]。此外， 鈮、釩、鈦還能與碳、氮形成化合物。 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。 焊接在未來(lái)的工業(yè)經(jīng)濟(jì)中不僅具有廣闊的應(yīng)用空間，而且還將對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、企業(yè)的制造能力及其競(jìng)爭(zhēng)力產(chǎn)生更大的影響。 2020年的焊接材料數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：我國(guó)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)。 太原科技大學(xué)（論文 ） 2 國(guó)外內(nèi)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 國(guó)內(nèi)焊接發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) 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(jī)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(jī)構(gòu)（包括科研院所、學(xué)校、培訓(xùn)機(jī)構(gòu)、檢測(cè)機(jī)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)室、器材經(jīng)銷商等）組成。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(wú)幾，在實(shí)際工作中，一部分有關(guān)的焊接技術(shù)人員和焊工，對(duì)異種鋼的焊接知識(shí)了解不多，有的甚至直接照搬低合金鋼的工藝和方法。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(shì)。 焊接工藝評(píng)定合格。國(guó)內(nèi)外對(duì)特種鋼的焊接做了大量的研究工作，其焊接性、焊接材料及焊接工藝的研究幾乎與母材的研究同步，促進(jìn)了特種鋼的發(fā)展。在此情況下，研究 16MnR鋼與 0Cr18Ni9鋼的焊接就顯得十分必要了。 關(guān)于我國(guó)焊接行業(yè)的現(xiàn)狀，從整體上做定量的評(píng)估或許有些困難，但從各國(guó)焊接材料的產(chǎn)量可在一定程度 上反映出我國(guó)焊接行業(yè)的規(guī)模。因此，焊接行業(yè)將在今后 5至 10年繼續(xù)保持增長(zhǎng)的勢(shì)態(tài)。因此，低合金結(jié) 構(gòu)鋼在船舶、橋梁、高層建筑、管道、壓力容器、各種車輛和重型機(jī)械中得到廣泛應(yīng)用。 鋼中加入如鈮、釩、鈦等合金元素，可使鋼的晶粒顯著細(xì)化，從而使鋼具有太原科技大學(xué)（論文 ） 5 高的強(qiáng)度、塑性和韌性，并降低鋼的過(guò)熱及晶粒長(zhǎng)大傾向，并且能形成穩(wěn)定碳化物而使淬透性降低，從而改善焊接性。鋼中一般加入 Cr、太原科技大學(xué)（論文 ） 6 Ni、 Mo、 V、 Nb、 B、 Ti等元素，目的是保證足夠的淬透性和馬氏體回火穩(wěn)定性；使珠光體和貝氏體轉(zhuǎn)變推遲；使馬 氏體轉(zhuǎn)變的臨界冷卻速度下降，這些元 素還與碳形成碳化物，使碳原子的擴(kuò)散激活能增加，將阻礙馬氏體分解和碳化物聚集長(zhǎng)大。 比電阻按碳鋼、馬氏體鋼、鐵素體鋼、奧氏體鋼順序增大、奧氏體不銹鋼比電阻比碳鋼大 5倍，是銅的 40倍。采用電弧焊時(shí)，熔池內(nèi)的金屬溫度高，流動(dòng)性好，在電弧力的攪動(dòng)下充分混合，其成 分基本上是均勻的，而在熔合線處，金屬是液固兩相得糊狀，并受到固相母材的阻礙，其流動(dòng)困難，無(wú)法與熔池內(nèi)部充分混合，因此，其成分介于相鄰母材與焊縫金屬之間，其合金化呈現(xiàn)很大的濃度梯度。異種金屬的焊接是一項(xiàng)綜合性的，極其復(fù)雜的技術(shù)，它涉及物理，化學(xué)，電子，冶金，材料，機(jī)械，計(jì)算等多方面知識(shí)。0Cr18Ni9為化學(xué)工業(yè)用的良好耐蝕材料，可用于制作耐硝酸、冷磷酸、有機(jī)酸及鹽、堿溶液腐蝕的設(shè)備零件，耐酸容器及設(shè)備襯里、輸送管道等設(shè)備和零件，其他化工、化肥等部門的設(shè)備及零件 [6]。其次是根據(jù)其含有的化學(xué)成分有可能產(chǎn)生的缺陷進(jìn)行分析和制定相應(yīng)的措施，焊接異種鋼時(shí)在母材金屬的熱影響區(qū)出現(xiàn)淬硬組織，主要因兩種母材金屬化學(xué)成分、強(qiáng)度等不同，兩種母材含碳量不同、焊接工藝影響及焊接環(huán)境溫度的影響等因素。奧氏體不銹鋼就是由于晶界處形成貧鉻區(qū) （含鉻量小于 12%）而造成的。 圖 碳當(dāng)量 Ceq與板厚 δ的關(guān)系 Ⅰ 優(yōu)良 Ⅱ 較好 Ⅲ 尚好 Ⅳ 尚可 太原科技大學(xué)（論文 ） 14 16MnR的焊接性分析 低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接性主要決定于鋼中合金元素的含量即鋼種的強(qiáng)度級(jí)別，強(qiáng)度級(jí)別較低的低合金結(jié)構(gòu)鋼如 300400MPa級(jí)，由于鋼中合金元素含量較少，其焊接性良好，隨著鋼中合金元素增加，強(qiáng)度級(jí)別提高，鋼的焊接性逐漸變差。 ③層狀撕裂，一般板厚厚度大于 16mm時(shí)易產(chǎn)生撕裂，角接頭， T形接頭比對(duì)接易產(chǎn)生這種層狀撕裂。氬弧焊方法多用于異種鋼有色金屬或鋼與有色金屬的焊接，薄件用鎢極氬弧焊，厚件用熔化極氬弧焊或混合氣體保護(hù)焊。 CO2氣體保護(hù)焊電弧可見，能觀察到焊接的全過(guò)程，容易操作，可進(jìn)行全位置焊接。 （ 2） .當(dāng)焊縫金屬的強(qiáng)度和塑性不能相互兼顧時(shí)，則應(yīng)該選用塑性較好的焊接材料。屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之比稱為屈強(qiáng)比，是一個(gè)選擇材料的重要參數(shù)，對(duì)不同用途的焊接結(jié)構(gòu)有不同的要求。 (2)清理坡口表面 。 同種鋼焊接確定坡口角度和形式主要是依據(jù)母材的厚度，而異種鋼焊接其坡口角度的選擇除依據(jù)母材的厚度外，還有控制母材在焊縫金屬中的熔合比，因?yàn)槿酆媳鹊拇笮≈苯佑绊懞缚p金屬的化學(xué)成分和性能。接頭簡(jiǎn)圖如圖 太原科技大學(xué)（論文 ） 19 圖 .1 接頭簡(jiǎn)圖 圖 制定焊接工藝參數(shù) 焊接工藝參數(shù)對(duì)熔合比有直接影響。焊接過(guò)程中， 電弧不宜過(guò)長(zhǎng)，否則會(huì)出現(xiàn)電弧燃燒不穩(wěn)定、飛濺大、熔深淺及產(chǎn)生咬邊、氣孔等缺陷；若電弧太短容易粘條。熱軋能顯著降低能耗，降低成本。熱處理溫度和保溫時(shí)間選擇不當(dāng)可能在熔合區(qū)引起碳化物擴(kuò)散，從而降低構(gòu)件的工作性能。通過(guò)拉伸試驗(yàn)，可測(cè)定材料的一系列強(qiáng)度指標(biāo)和塑性指標(biāo)。由于 16MnR鋼的抗拉強(qiáng)度低于 580MPa，所以試樣的斷裂位置絕大 多數(shù)在相對(duì)強(qiáng)度較低的 16MnR母材一側(cè)上。其中，射線探傷按使用的射線源種類不同可分為 X射線探傷、 γ射線探傷和高能射線探傷等，在此我們使用 X射線探傷，來(lái)檢查焊縫內(nèi)部的缺陷情況 [20]。 另外，不論何種材料異種鋼的焊接，在沒有成熟經(jīng)驗(yàn)時(shí)，都必須在焊前進(jìn)行必要的工藝評(píng)定，從而選擇合適的焊材和恰當(dāng)?shù)暮附庸に嚒?Revised 22 June 2020。同時(shí)在這次論文中我也學(xué)到一些論文中應(yīng)該注意的一些問(wèn)題和制定工藝參數(shù)的步驟和一些方法，也使我對(duì)低合金鋼和不銹鋼有了更深一步的了解，相信在以后的學(xué)習(xí)中一定會(huì)給我?guī)?lái)一定的幫助。 太原科技大學(xué)（論文 ） 29 第四章 結(jié)論 本設(shè)計(jì)是 0Cr18Ni9鋼和 16MnR鋼采用手工電弧焊的方法進(jìn)行焊接，并 對(duì)此焊接工藝進(jìn)行研究，制定出二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的工藝參數(shù)。 金相組織觀察 金相試驗(yàn) 對(duì) 使用 E309LT11藥芯焊絲焊接時(shí)的試板焊縫裂紋處取樣，金相化學(xué)分析和金相試驗(yàn) [22]。 沖擊試樣圖 圖 HAZ沖擊試樣取樣示意圖 太原科技大學(xué)（論文 ） 25 試驗(yàn)設(shè)備 圖 沖擊試驗(yàn)機(jī) 焊接接頭彎曲試驗(yàn) 測(cè)定材料承受彎曲載荷時(shí)的力學(xué)特性的試驗(yàn)，是材料機(jī)械性能試驗(yàn)的基本方法之一。0Cr18Ni9的線膨脹系數(shù)比 16MnR鋼大 30%~50%，熱導(dǎo)率卻只有 16MnR鋼的 1/3。 后熱處理對(duì)同種鋼焊接來(lái)說(shuō)，其目的是改善街頭的組織和性能，消除部分焊接殘余應(yīng)力與促使焊縫金屬中氫的逸出。 固溶處理 首先固溶處理是指將合金加熱到高溫單相區(qū)恒溫保持，使過(guò)剩相充分溶解到固溶體中后快速冷卻，以得到過(guò)飽和固溶體的熱處理工藝 。 焊接電流 是 焊條電弧焊的主要工藝參數(shù)，焊接電流的選擇直接影響著焊接質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率。表 氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊坡口角度、焊道層數(shù)之間的關(guān)系。 (5)用定位焊的方法固定焊件間的相對(duì)位置，防止焊件在焊接過(guò)程中變形，使焊接作業(yè)能正常進(jìn)行。用以上材料焊成 1Crl8Ni9與 16MnR試板，使用 E309LT11藥芯焊絲。 （ 6） .為了改善異種金屬焊接性能，對(duì)不能形成固溶體的金屬，可在兩種被焊金屬之間加能形成固溶體的過(guò)渡層。 太原科技大學(xué)（論文 ） 16 選擇焊接材料 選擇焊接材料的依據(jù) 異種鋼焊接接頭質(zhì)量，在很大程度上取決于所選用的焊接材料。半自動(dòng) CO2氣體保護(hù)焊的穿透能力強(qiáng)，熔深比手工電弧深，熔敷速度快，可減少焊接層數(shù)，生產(chǎn)效率是手工焊的 14倍。 太原科技大學(xué)（論文 ） 15 異種鋼焊接的焊接性分析 異種鋼之間是否具有良好的焊接性，主要是由被焊金屬之間的性能差異程度和被焊金屬組合后所形成的合金金相結(jié)構(gòu)來(lái)決定的 [9]。 ⑵裂紋 ①冷裂傾向，鋼材冷裂敏感性主要取決于鋼材的淬硬傾向，而鋼材的淬硬傾向又主要取決于它的化學(xué)成分。 . 16MnR 的焊接性分析 碳當(dāng)量法 由于焊接熱影響區(qū)的淬硬性及冷裂紋傾向與鋼種的化學(xué)成分有密切關(guān)系，因此可以用化學(xué)成分進(jìn)行間接的評(píng)定鋼材的冷裂紋的敏感性。 （ 3） 0Cr18Ni9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)，且奧氏體結(jié)晶的枝晶方向性強(qiáng)，所以雜質(zhì)偏析現(xiàn)象比較嚴(yán)重 [8]。 通過(guò)對(duì)材 料的焊接性分析，選擇適當(dāng)?shù)暮附臃椒?，并初步制定合理的焊接工藝參?shù)。主要體現(xiàn)在： ，容易引起熱應(yīng)力，而且這種熱應(yīng)力不易消除，結(jié)果會(huì)使接頭處產(chǎn)生裂紋或更大的焊接變形 。但其所存在的一些固有的特殊問(wèn)題妨礙或限制了它的廣泛采用 ,主要有以下幾點(diǎn) : ,異種鋼焊接接頭區(qū)的機(jī)械性能 (如拉伸、 沖擊、 彎曲等 )一般優(yōu)于被焊母材的性能 ,但高溫下或高溫長(zhǎng)期運(yùn)行后 ,接頭區(qū)的性能劣于母材； ,該區(qū)韌性較低 ,是一個(gè)高硬度脆性層 ，也是導(dǎo)致構(gòu)件失效破壞的薄弱區(qū) ,它會(huì)降低焊接結(jié)構(gòu)的使用可靠性 。 工程上常見的異種鋼焊接可歸納為：不同珠光體鋼的焊接（如低碳鋼 Q235A與耐熱鋼 15CrMo）；不同奧氏體鋼焊接 (如奧氏體異種鋼 00Cr18Ni10與奧氏體耐熱鋼 0Cr23Ni1）；珠光體鋼與奧氏體鋼焊接（如珠光體 15Mn與奧氏體耐酸鋼0Cr18Ni9TI)；異種鋼 復(fù)合板的焊接 (如基層珠光體鋼 16Mn與覆層奧氏體耐酸鋼1Cr18Ni11Nb)[3]。常用的奧氏體不銹鋼牌號(hào)、化學(xué)成分及力學(xué)性能見表 。 m) 09MnV 熱軋 ≥ 294（ 30） ≥ 431（ 44） ≥ 22 ≥ 59（ 6） 09MnNb 熱軋 ≥ 294（ 30） ≥ 412（ 42） ≥ 22 ≥ 59（ 6