【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 過(guò)程研究，但是受腐蝕劑的影響和光學(xué)顯微鏡分辨率和放大倍數(shù)的限制，很難準(zhǔn)確鑒別復(fù)雜組織、細(xì)小析出相及微缺陷等。 奧氏體不銹鋼與珠光體鋼的焊接，首先這兩種鋼的組織和成分都不相同，焊接在一起時(shí)，焊縫金屬是由兩種不同類型的母材以及填充金屬材料熔合而成。 珠光體鋼和奧氏體不銹鋼焊接， 不但要考慮珠光體鋼的焊接問(wèn)題（冷裂紋、熱裂紋、層狀撕裂、再熱裂紋、 HAZ 脆化和軟化）和奧氏體不銹鋼的焊接問(wèn)題（熱裂紋、晶間腐蝕、接頭等強(qiáng)性），而且還必須考慮兩種鋼焊接時(shí)產(chǎn)生 的新的問(wèn)題。 主要表現(xiàn)在： （ 1） 焊縫的稀釋。由于珠光體鋼中含有的合金元素比較低或者沒有，所以它對(duì)整個(gè)焊縫金屬的合金具有稀釋作用 。在這種稀釋的作用下使焊縫中的奧氏體形成元素含量減少，結(jié)果焊縫中可能會(huì)出現(xiàn)馬氏體組織，不斷發(fā)展，從而惡化了接頭質(zhì)量，還可能會(huì)出現(xiàn)裂紋。所以在焊接時(shí)應(yīng)選用含合金量比較高的焊條。 （ 2） 當(dāng)焊接時(shí)在焊接熱源的作用下，熔化的母材和填充材料相互混合的程度，在熔化池內(nèi)和邊緣是不相同的。在邊緣液態(tài)金屬溫度較低，流動(dòng)性能較差。由于珠光體與奧氏體鋼填充材料的成分相差懸殊．就使珠光體鋼 這邊的焊縫金屬會(huì)形成和焊縫金屬內(nèi)部成分不同的過(guò)渡層。這里含鉻，鎳量相對(duì)較少，主要是由馬氏體區(qū)組成。當(dāng)馬氏體區(qū)較寬時(shí)，會(huì)使焊縫接頭的韌性降低，在使用過(guò)程中容易出現(xiàn)局部裂紋而脆裂破壞。奧氏體型不銹鋼原則上不須進(jìn)行焊前預(yù)熱和焊后熱處理，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。另外還易發(fā)生脆化，在鐵素體生成元素的作用下生成的鐵素體引起低溫脆化以及耐蝕性下降和應(yīng)力腐蝕裂紋等缺陷。焊接接頭的力學(xué)性能一般良好，但當(dāng)在熱影響區(qū)中的晶界上有鉻的碳化物時(shí)會(huì)極易生成貧鉻層 。 而貧鉻層的出現(xiàn)將在使用過(guò)程中易產(chǎn)生晶間 腐蝕。為避免問(wèn)題的發(fā)生，應(yīng)采用低碳 (C≤0 ． 03％ )的牌號(hào)或添加鈦、鈮的牌號(hào)。為防止焊接金屬的高溫裂紋，通常認(rèn)為控制鐵素體是有效的，一般提倡在室溫下含 5％以上的鐵素體。對(duì)于以耐蝕性為主要用途的鋼，應(yīng)選用低碳和穩(wěn)定的鋼種，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮负鬅崽幚?；而以結(jié)構(gòu)強(qiáng)度為主要用途的鋼，不應(yīng)進(jìn)行焊接后熱處理，以防止變形和由于析出碳化物和發(fā)生脆化。 （ 3） 在由奧氏體不銹鋼和珠光體鋼組成的焊接接頭中．由于珠光體鋼的含碳量較高，而奧氏體不銹鋼則含合金元素較多，這樣就形成了在熔合區(qū)內(nèi)珠光體鋼一側(cè)兩邊形成了碳和碳化物形成元素 的濃度差。當(dāng)接頭處在 350～ 400℃ 長(zhǎng)期工作時(shí)，熔合區(qū)便出現(xiàn)明顯的碳的擴(kuò)散。結(jié)果 在 靠近熔合區(qū)的珠光體鋼母材上形成了脫碳層而軟化，在奧氏體焊縫一側(cè)產(chǎn)生了增碳層硬化。 （ 4） 由于奧氏體母材和焊縫金屬的線膨脹系數(shù)比珠光體母材大 30～ 50％，而熱導(dǎo)系數(shù)卻只有珠光體的 50％左右，在接頭處有很大的熱應(yīng)力，高溫下或者交變溫度下工作時(shí)易被氧化口，在反復(fù)的熱應(yīng)力的作用下，會(huì)形成所謂熱疲勞裂紋。 （ 5） 由于氫在這兩種鋼中的溶解度不同，使焊接熔池在結(jié)晶過(guò)程中。既有奧氏體組織又有鐵索體組織 。 兩者相互接近，氣體形成擴(kuò) 散，使擴(kuò)散氫得以聚集，為產(chǎn)生遲延武漢理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 裂紋創(chuàng)造了條 件，使焊接接頭受到破壞 [7]。 本實(shí)驗(yàn)研究 對(duì)象為 Q235 與 201 奧氏體 不銹鋼 ，選取合適的焊條， 在合適的焊接方法和工藝參數(shù)下 實(shí)施 焊接 。通過(guò)金相組織分析、硬度測(cè)試、熱處理等對(duì)焊接接頭的組織和性能進(jìn)行研究，為 異種鋼焊接作業(yè)提供參考依據(jù)。 武漢理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 2 實(shí)驗(yàn) 材料和方法 焊接材料 本實(shí)驗(yàn)采用 Q235 與 201 奧氏體不銹鋼作為母材進(jìn)行焊接。 Q235 和奧氏體不銹鋼的化學(xué)成分如表 1所示。 表 1 Q235 鋼與 201 奧氏體不銹鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù) %） C Mn Si Cr Ni Q235 201 ～ 1 16～ 18 ～ 獲取 6塊焊接試樣， 3 塊 Q235 鋼板， 3塊 201 奧氏體不銹鋼鋼板。實(shí)驗(yàn)時(shí)分成三組試樣，如圖 1，以便后期的實(shí)驗(yàn)對(duì)比。 201 鋼板厚度為 ， Q235 鋼板厚度為 5mm。 201 201 201 Q235 Q235 Q235 圖 1 焊接用鋼板 板材采用砂輪機(jī)切割，表面不光滑、邊上有毛刺且焊接區(qū)域內(nèi)存在鐵銹和污漬，需要進(jìn)行焊前的清理，采用砂輪機(jī)進(jìn)行打磨。 焊接方法的選擇 選擇焊接方法時(shí)必須符合以下要求：能保證焊接產(chǎn)品的質(zhì)量?jī)?yōu)良可靠，生產(chǎn)效率高；生產(chǎn)費(fèi)用低，能獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益 ；且實(shí)驗(yàn)條件可得。 選擇的一般方法是：針對(duì)產(chǎn)品的材料性能和結(jié)構(gòu)特征，根據(jù)各種焊接方法的特點(diǎn)，結(jié)合產(chǎn)品的生產(chǎn)類型和生產(chǎn)條件等因素，做綜合分析。 手工焊條電弧焊是用手工操縱焊條進(jìn)行焊接的一種電弧焊方法。圖 2 為手弧焊過(guò) 程示意圖，焊條和工件之間產(chǎn)生的電弧將焊條和工件局部加熱到熔化狀態(tài)，焊條端部熔化武漢理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 后熔滴和熔化的母材融合在一起形成熔池，隨著電弧向前移動(dòng)，熔池液態(tài)金屬逐步冷卻結(jié)晶，形成焊縫。 手工電弧焊是一種非常普遍的、易于使用的焊接方法。折中焊接方法很簡(jiǎn)單，可以用來(lái)焊接所有的材料，對(duì)于室外使用有很好的適應(yīng)性，在電弧焊中，電弧長(zhǎng)度取決于人的手；當(dāng)你改變電極與工件的縫隙時(shí)，你也改變了電弧的長(zhǎng)度。在大多數(shù)情況下，焊接采用直流電，電極即作為電弧載體，同時(shí)也作為焊縫填充材料。 手工焊條電弧焊勞動(dòng)條件差 ， 生產(chǎn)率低 。 因此 ， 手弧焊適用于焊接單 件或小批量的產(chǎn)品 ， 短的 、 不規(guī)則的 、 各種空間位置的以及其它不易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化焊接的焊縫 。 工件厚度一般在 以上 ， 1mm以下的薄板不適合手弧焊 。 手弧焊適用于碳鋼 、 低合金鋼 、 不銹鋼 、 銅及銅合金等金屬材料的焊接 ， 鑄鐵焊補(bǔ)和各種金屬材料的堆焊等 [8]。 本實(shí)驗(yàn)中，考慮到焊接實(shí)驗(yàn)條件的限制，并且手工電弧焊焊接方便，能夠進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)，且操作簡(jiǎn)單，適合我們進(jìn)行焊接，同時(shí)手工電弧焊成本低，所以我們首先選擇手工電弧焊進(jìn)行焊接。實(shí)驗(yàn)室使用焊機(jī)型號(hào)為 ZX73X400。 圖 2 手工電弧焊 焊接工藝設(shè)計(jì) 焊條的選擇 （ 1）在技術(shù)文件沒有明確要求情況下，電焊條的選用應(yīng)根據(jù)母材的化學(xué)成份、機(jī)械性能、焊接接頭的抗裂性、焊前預(yù)熱、焊后熱處理及使用條件等因素綜合考慮，可參照表 2進(jìn)行。 表 2 電焊條的選擇 牌號(hào) 型號(hào) 工況 Q235 J422 E4303 一般結(jié)構(gòu) 201奧氏體不銹鋼 A102 E30816 一般結(jié)構(gòu) （ 2）異種鋼之間的焊接，焊條的選用，應(yīng)符合下列要求 武漢理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 由前述分析，奧氏體不銹鋼與珠光體鋼焊接時(shí)易出 現(xiàn)稀釋的問(wèn)題，所以焊接時(shí)，焊條易采用含合金較多的型號(hào)，以彌補(bǔ)稀釋，在這里為了彌補(bǔ)奧氏體母材的元素遷移，最好采用奧氏體焊條進(jìn)行焊接，這樣既能夠彌補(bǔ)元素稀釋，又能夠優(yōu)化焊縫區(qū)的應(yīng)力分布，提高力學(xué)性能。 由上面可知， 201 奧氏體不銹鋼進(jìn)行對(duì)接焊時(shí)，采用 A102 焊條； Q235 鋼進(jìn)行對(duì)焊時(shí)采用 J422； 201 奧氏體不銹鋼與 Q235 進(jìn)行對(duì)焊時(shí)采用 A102 焊條。 由于三組試樣需要在焊后進(jìn)行對(duì)比研究，所以三組試樣焊接采用同種型號(hào) A102 焊條進(jìn)行焊接。 綜上所述，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室資源，本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行焊接時(shí)采用 A102 焊條，型號(hào)為 E30816[9]。 焊件坡口形式的選擇 要考慮在施焊和坡口加工可能的條件下，盡量減小焊接變形，節(jié)省焊條，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低成本，最主要的就是保證焊接過(guò)程中能夠焊透。一般主要根據(jù)板厚選擇。 對(duì)于 201 奧氏體不銹鋼對(duì)接焊，厚度為 ，不用開坡口；對(duì)于 Q235 對(duì)接焊，板厚為 5mm，最好做出 V字型坡口；對(duì)于 201 與 Q235 對(duì)接焊，由于板厚差過(guò)大，應(yīng)對(duì)較厚板材的對(duì)接邊緣進(jìn)行削斜處理。開出坡口后，三組試樣如下圖： 圖 3 三組試樣的坡口形式 工藝參數(shù)選擇 選擇合適的焊接工藝參數(shù)，對(duì)提高焊接質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率是十分重要。焊接工藝參數(shù)（焊接規(guī)范）是指焊接時(shí)，為保證焊接質(zhì)量而選定的諸多物理量。 焊條直徑 焊條直徑可根據(jù)焊件厚度、接頭型式、焊縫位置、焊道層次等因素進(jìn)行選擇。焊件厚度越大，可選用的焊條直徑越大。焊條直徑與厚度的關(guān)系見表 3： 表 3 焊條直徑與焊件厚度的關(guān)系 焊條厚度 /mm 2 3 4～ 5 6～ 12 ≥ 13 武漢理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 焊條直徑 /mm 2 ～ 4 4～ 5 4～ 6 焊接電流 （ 1）實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中焊工都是根 據(jù)試焊的試驗(yàn)結(jié)果，并根據(jù)自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)選擇焊接電流的。 （ 2）電流過(guò)大，很難引弧，焊條容易粘在焊件上，魚鱗紋粗，兩側(cè)融合不好。 （ 3）電流太小，焊接時(shí)飛濺和煙霧大，焊條發(fā)紅，熔池表面寬，容易燒穿、咬邊。 （ 4）電流合適，容易引弧電弧穩(wěn)定，飛濺小，能聽到均勻的噼啪聲，焊縫兩側(cè)圓滑的過(guò)渡到母材，表面魚鱗紋很細(xì)，焊渣容易敲掉 [10]。 根據(jù)表 4，確定焊接電流。 表 4 焊條直徑與焊接電流關(guān)系 焊條直徑/mm 焊 接電流/mm 25～ 40 40～ 65 50～ 80 100～ 130 160～ 210 260～ 270 260～ 300