【正文】 現(xiàn)熱裂紋。一般認為碳當量 CE小于 ％的鋼材焊接時基本無淬硬傾向，焊接性良好。若為了提高生產(chǎn)率而采用較大的線能量，焊后須采用 8001100的正火處理來改善其韌性。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。 由于世界各國和各研究單位所采用的實驗方法和鋼材的合金體系不同，各自建立了有一定使用范圍的碳當量計算公式，見表 [8] 太原科技大學（論文 ） 13 表 常用合金結(jié)構(gòu)鋼碳當量公式 序號 碳當量公式 試用鋼種 1 國際焊接學會（ IIW）推薦： CE(IIW)=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15 含碳量較高 (Wc≥ %)、強度級別中等(σb=500900Mpa)的非調(diào)質(zhì)低合金高強鋼 2 日本 JIS標準規(guī)定： Ceq(JIS)=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14 低合金高強鋼（ σb=5001000Mpa）化學成分： Wc≤ %、 Wsi≤ %、 ωMn≤ % ωNi≤ %、 ωCr≤ %、 ωMo≤ % ωV≤ %、 ωB≤ % 3 美國焊接學會 (AWS)推薦 Ceq(AWS)=C+Mn/6+Si/24+Ni/15+Cr/5+Mo/4+(Cu/13 +P/2) 碳鋼和低合金高強鋼，化 學成分： ω% ωMn%、 ωNi%、 ωMo%、ω Cr%、 ωCu=%、 ωp=%% 本文中我根據(jù) （ AWS）推薦的公式：Ceq=C+Mn/6+Si/24+Ni/+Cr/5+Mo/4+(Cu/13+P/2)%； 0Cr18Ni9碳當量： Ceq=++18/5+=% 16MnR碳當量： Ceq=++ =% 根據(jù)圖 接性如何。各種元素中，碳對裂紋敏感 性的影響最為顯著。但由于鉻原子比碳原子半徑大， 擴散速度小， 來不及向晶界擴散， 晶界附近大量的鉻和碳的化合成碳化鉻， 造成奧氏體邊界貧鉻，會引起晶間腐蝕。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。不銹鋼具有抗腐蝕能力的必要條件是含鉻量大于 12%。 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。 （ 2） 0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼的成分，如碳、硫、鎳等會在熔池中形成低熔點共晶，如硫與鎳形成的 Ni3S2熔點為 6450C，而 Ni Ni3S2共晶的熔點只有 6250C。根據(jù)兩種母材的化學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)，設計合理的焊接坡口，然后進行焊接工藝評定，確定所選的的焊接工藝是可行的 [7]。 太原科技大學（論文 ） 11 第三章 16MnR 和 0Cr18Ni9 的焊接工藝研究 焊接工藝設計思路 本課題研究的思路：本課題主要對 16MnR和 0Cr18Ni9的異種鋼的焊接進行工藝試驗，首先分析材料的焊接性，對材料的成分和力學性能進行分析，并計算其碳當量，分析其焊接性的難易成度。 通過焊接檢驗手段分析焊縫成型是否良好，并對接頭進行力學性能驗 ，以此來分析所擬定的工藝參數(shù)對焊縫組織的影響。 研究內(nèi)容 通過查閱和調(diào)研大量資料，了解 16MnR鋼與 0Cr18Ni9鋼的特點和性能。由此可見， 0Cr18Ni9在實際生產(chǎn)當中也有著廣泛用途。 16MnR可用于制造石油、化工、氣體分離、氣體貯運的容器或其他類似設備，如各種塔器、換熱器、貯罐、罐車等，因此 16MnR在實際生產(chǎn)中具有廣 泛用途。 ，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（論文 ） 10 ，特別是塑性和韌性明顯下降； 性的下降以及焊接應力的存在，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。與同種材料相比，材料的物理、化學性能及化學成分等有顯著差異，異種材料焊接從焊接性和操作技術(shù)上都比同種材料焊接困難 [5]。今后的工作是充分利用現(xiàn)代分析測試技術(shù) ,采用多學科交叉的方式進行綜合和系統(tǒng)研究。 異種綱的焊接雖然已積累了大量的研究成果 ,但許多問題仍有待進一步深入研究 ,如碳遷移、 高溫失效行為、 顯微組織特征與轉(zhuǎn)變等。 ,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 。 異種鋼焊接接頭是不可避免的 ,有時也是從 經(jīng)濟和便利等方面考慮而采用的。由于焊接接頭的化學成分太原科技大學（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)相當復雜的組織結(jié)構(gòu)，使焊接接頭的金相組織不均勻 [4]。由于熔池內(nèi)的溫度與熔池邊緣熔合線的溫度不一樣，造成焊縫成分不均勻。 異種鋼焊接與同種鋼焊接相比存在一些問題，例如焊后焊縫化學成分不均勻，隨之造成焊接接頭的金相組織、力學性能、應力分布的不均勻 [4]。焊接技術(shù)的優(yōu)秀成果在航空航天、核能、船舶、電力、電子、海洋鉆探、高層建筑等領域得到廣泛應用。 馬氏體鋼和鐵素體鋼的熱導率為碳鋼的 1/2左右，而奧氏體不銹鋼熱導率比碳鋼要 低 1/3左右。 奧氏體不銹鋼線膨脹系數(shù)比碳鋼約大 50%，而馬氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼的線膨脹系數(shù)與碳鋼大致相似。 表 常用不銹鋼化學成分 類 別 鋼號 化學成分 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 常用不銹鋼力學性能 類 型 鋼號 熱處理 力學性能（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。太原科技大學（論文 ） 7 其中鉻是決定不銹鋼耐腐蝕和抗氧化性能的主要元素，根據(jù)不銹鋼中所含合金元素的多少 及在室溫下金相組織不同，可分為奧氏體不銹鋼（ 188型、 1812型、2520型）、鐵素體不銹鋼及馬氏體不銹鋼三大類 [2]。 常用低碳調(diào)質(zhì)鋼成分、力學性能見表 [2]。因此，低碳調(diào)質(zhì)鋼提高強度不單純通過合金強化，還要通過熱處理 —— 調(diào)制強化處理。并具有良好的塑性和耐磨性。 表 熱軋、正火鋼的化學成分 σs (MPa) 牌號 化學成分（ %） C Si Mn V Nb S P 294 09MnV ≤ ≤ ≤ 09MnNb ≤ ≤ ≤ 343 14MnNb ≤ ≤ 16Mn ≤ ≤ 392 15MnV ≤ ≤ 15MnTi ≤ ≤ 表 熱軋、正火 鋼的力學性能 牌號 力學性能 熱處理狀態(tài) σs MPa (kgf/m㎡ ) σb MPa (kgf/m㎡ ) δs (%) AKU J(kgf此外， 鈮、釩、鈦還能與碳、氮形成化合物。 熱軋正火鋼都在熱軋或正火狀態(tài)下使用，屬非熱處理強化的低合金結(jié)構(gòu)，主要是通過錳元素顯著的固溶強化作用，使鐵素體強化，從而使低合金結(jié)構(gòu)鋼具有比碳鋼高得多的強度與其他性能，其成分、性能分別見表 。釩含量增加 %，抗拉強度約提高30MPa,屈服點相應提高 35MPa；鋼中鉻含量每增加 1%抗拉強度和屈服點相應提高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提高 34MPa和 45MPa[1]。碳含量增加 %，鋼的抗拉強度可提高 70MPa，屈服點提高 28MPa,。 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。通過加入一種或幾種合金元素以獲得比碳素鋼高得多的機械強度，并保證具有一定的塑性和韌性，或者使鋼有一定的特殊性能，如 :耐低溫、耐高溫、耐腐蝕性能，以及優(yōu)異的加工性和焊接性。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)。如何有效地把握機會，迎接挑戰(zhàn)，保證今后可持續(xù)的健康發(fā)展，是我國焊接行業(yè)面臨的重要課題 國外焊接發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 在科學技術(shù)飛速發(fā)展的當今時代，近百年看來 焊接已成為應用最廣的材料加工技術(shù)，從核能發(fā)電到微電子技術(shù)的發(fā)展，從探索宇宙空間到深海資源開發(fā)，從汽車到家電產(chǎn)品制造均離不開焊接技術(shù)，特別是國外一些發(fā)達國家對焊接技術(shù)更是嚴格當代許多最重的工程技術(shù)問題必須才采用焊接才能接決，而且焊接接頭要在個各種條件，甚至嚴酷條件下工作焊接技術(shù)在新世紀面臨重大挑戰(zhàn)。 焊接在未來的工業(yè)經(jīng)濟中不僅具有廣闊的應用空間，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?？紤]到我國焊接生產(chǎn)效率增長的實際 空間，生產(chǎn)率和勞動力之間的聯(lián)動關系等方面因素，未來我國焊接勞動力的需求可能在百萬數(shù)量級以上。屆時我國鋼產(chǎn)量將介于 3億噸之間。 在工業(yè)發(fā)達國家，焊接用鋼量基本達到其鋼材總量的 60%70%。 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。考慮到美國制造業(yè)工業(yè)產(chǎn)值為我國的45倍，人均勞動生產(chǎn)率為我國 25倍的狀況，以及中、美兩國焊接生產(chǎn)力水平方面的因素，即使按照比較保守的方法估算：我國目前焊接行業(yè)的就業(yè)人數(shù)應有1000萬人左右 [23]。 有關數(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)達到 8000多萬。這些企業(yè)在我國工業(yè)經(jīng)濟建設中影響深、涉及面廣、具有舉足輕重的影響和作用。 太原科技大學（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)由焊接及相關技術(shù)的“使用者”、焊接器材（括焊接材料、焊接設備、輔機具和切割器具）的“供應 者”和提供相關支持服務的組織或機構(gòu)（包括科研院所、學校、培訓機構(gòu)、檢測機構(gòu)、實驗室、器材經(jīng)銷商等）組成。更重要的是，壓力容器的破壞事故常常造成巨大損失，我國近年來這類事故也時有發(fā)生，不僅對國民經(jīng)濟的發(fā)展造成很大影響，還對人民群眾的生命財產(chǎn)安全構(gòu)成了威脅。 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。為了盡快彌補這一差距，需要我們現(xiàn)代化的科技人才而我們也需要付出更多。有關這方面的研究成果和文獻 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。焊接接頭的性能好壞，直接關系著設備使用的安全性。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。在有些情況下，單一的某種材料很難勝任，因此，采用焊接方法制造異 種鋼復合零部件受到人們的廣泛重視。在此之前，本論文還詳細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。本論文詳細介紹了低合金鋼和異種鋼 相關 的基本知識，并具體分析了 0Cr18Ni9和 16MnR的焊接性，同時考慮了異種鋼焊接所具有的特點 及焊接缺陷的防止 ，制定了 0Cr18Ni9和 16MnR焊接工藝，采用二氧化碳氣體保護焊的方法， 使用 E309LT11藥芯焊絲進行焊接 工藝試驗 ,焊絲規(guī)格為直徑 ,CO2純度 %。太原科技大學（論文 ） I 目錄 摘要 ................................................. Ⅲ Abstract..................