【正文】 當(dāng)量 CE小于 ％的鋼材焊接時(shí)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(shí)，注意以下主要問題 ［９］ ： 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，而使過熱區(qū)脆化，沖擊韌度下降。 由于世界各國(guó)和各研究單位所采用的實(shí)驗(yàn)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(dāng)量計(jì)算公式，見表 ［９］ 太原科技大學(xué)（論文 ） 13 表 常用合金結(jié)構(gòu)鋼碳當(dāng)量公式 序號(hào) 碳當(dāng)量公式 試用鋼種 1 國(guó)際焊接學(xué)會(huì)（ IIW）推薦： CE(IIW)=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15 含碳量較高 (Wc≥ %)、強(qiáng)度級(jí)別中等(σb=500900Mpa)的非調(diào)質(zhì)低合金高強(qiáng)鋼 2 日本 JIS標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定： Ceq(JIS)=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14 低合金高強(qiáng)鋼（ σb=5001000Mpa）化學(xué)成分： Wc≤ %、 Wsi≤ %、 ωMn≤ % ωNi≤ %、 ωCr≤ %、 ωMo≤ % ωV≤ %、 ωB≤ % 3 美國(guó)焊接學(xué)會(huì) (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(qiáng)鋼，化學(xué) 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(dāng)量： Ceq=++18/5+=% 16MnR碳當(dāng)量： Ceq=++ =% 根據(jù)圖 性如何。各種元素中，碳對(duì)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(kuò)散速度小， 來不及向晶界擴(kuò)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(huì)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(kuò)散速度大于鉻在奧氏體中的擴(kuò)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(shí)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(huì)在熔池中形成低熔點(diǎn)共晶，如硫與鎳形成的 Ni3S2熔點(diǎn)為 6450C，而 Ni Ni3S2共晶的熔點(diǎn)只有 6250C。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 ［８］ 。 太原科技大學(xué)（論文 ） 11 第三章 16MnR 和 0Cr18Ni9 的焊接工藝研究 焊接工藝設(shè)計(jì)思路 本課題研究的思路：本課題主要對(duì) 16MnR和 0Cr18Ni9的異種鋼的焊接進(jìn)行工藝試驗(yàn)，首先分析材料的焊接性，對(duì)材料的成分和力學(xué)性能進(jìn)行分析，并計(jì)算其碳當(dāng)量，分析其焊接性的難易成度。 通過焊接檢驗(yàn)手段分析焊縫成型是否良好，并對(duì)接頭進(jìn)行力學(xué)性能驗(yàn) ，以此來分析所擬定的工藝參數(shù)對(duì)焊縫組織的影響。 研究?jī)?nèi)容 通過查閱和調(diào)研大量資料，了解 16MnR鋼與 0Cr18Ni9鋼的特點(diǎn)和性能。由此可見， 0Cr18Ni9在實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)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(yùn)的容器或其他類似設(shè)備，如各種塔器、換熱器、貯罐、罐車等，因此 16MnR在實(shí)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(xué)（論文 ） 10 ，特別是塑性和韌性明顯下降； 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。與同種材料相比，材料的物理、化學(xué)性能及化學(xué)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 ［６］ 。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。 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(jìn)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(gè)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(shí)也是從經(jīng) 濟(jì)和便利等方面考慮而采用的。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 ［５］ 。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(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]。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(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。 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。 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(xué)成分 類 別 鋼號(hào) 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(hào) 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(qiáng)度 σb MPa 屈服強(qiáng)度 σs MPa 伸長(zhǎng)率 δ % 收縮率 216。太原科技大學(xué)（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 ［３］ 。 常用低碳調(diào)質(zhì)鋼成分、力學(xué)性能見表 ［３］ 。因此，低碳調(diào)質(zhì)鋼提高強(qiáng)度不單純通過合金強(qiáng)化，還要通過熱處理 —— 調(diào)制強(qiáng)化處理。并具有良好的塑性和耐磨性。 表 熱軋、正火鋼的化學(xué)成分 σs (MPa) 牌號(hào) 化學(xué)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(xué)性能 牌號(hào) 力學(xué)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(qiáng)化的低合金結(jié)構(gòu)，主要是通過錳元素顯著的固溶強(qiáng)化作用，使鐵素體強(qiáng)化，從而使低合金結(jié)構(gòu)鋼具有比碳鋼高得多的強(qiáng)度與其他性能，其成分、性能分別見表 。釩含量增加 %，抗拉強(qiáng)度約提高30MPa,屈服點(diǎn)相應(yīng)提高 35MPa；鋼中鉻含量每增加 1%抗拉強(qiáng)度和屈服點(diǎn)相應(yīng)提高10MPa和 35MPa,此外還能顯著提高鋼的高溫強(qiáng)度；鋼中銅含量每增加 1%，抗拉強(qiáng)度和屈服點(diǎn)相應(yīng)提高 55MPa和 80MPa,同時(shí)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(qiáng)度和屈服點(diǎn)相應(yīng)提高 34MPa和 45MPa[1]。碳含量增加 %，鋼的抗拉強(qiáng)度可提高 70MPa，屈服點(diǎn)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(jī)械強(qiáng)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(duì)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)。如何有效地把握機(jī)會(huì)，迎接挑戰(zhàn)，保證今后可持續(xù)的健康發(fā)展，是我國(guó)焊接行業(yè)面臨的重要課題 國(guó)外焊接發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) 在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的當(dāng)今時(shí)代，近百年看來焊 接已成為應(yīng)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(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)焊接技術(shù)更是嚴(yán)格當(dāng)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(gè)各種條件，甚至嚴(yán)酷條件下工作焊接技術(shù)在新世紀(jì)面臨重大挑戰(zhàn)。 焊接在未來的工業(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?？紤]到我國(guó)焊接生產(chǎn)效率增長(zhǎng)的實(shí)際空 間，生產(chǎn)率和勞動(dòng)力之間的聯(lián)動(dòng)關(guān)系等方面因素，未來我國(guó)焊接勞動(dòng)力的需求可能在百萬數(shù)量級(jí)以上。屆時(shí)我國(guó)鋼產(chǎn)量將介于 3億噸之間。 在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，焊接用鋼量基本達(dá)到其鋼材總量的 60%70%。 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)?？紤]到美國(guó)制造業(yè)工業(yè)產(chǎn)值為我國(guó)的45倍，人均勞動(dòng)生產(chǎn)率為我國(guó) 25倍的狀況，以及中、美兩國(guó)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(guó)目前焊接行業(yè)的就業(yè)人數(shù)應(yīng)有1000萬人左右 [1]。 有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明： 2020年我國(guó)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。這些企業(yè)在我國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)建設(shè)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(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。更重要的是，壓力容器的破壞事故常常造成巨大損失，我國(guó)近年來這類事故也時(shí)有發(fā)生，不僅對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展造成很大影響，還對(duì)人民群眾的生命財(cái)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(guó)內(nèi)壓力容器常用鋼材。為了盡快彌補(bǔ)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(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(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。焊接接頭的性能好壞，直接關(guān)系著設(shè)備使用的安全性。特種鋼有優(yōu)良的耐蝕性、耐磨性、強(qiáng)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。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(fù)合零部件受到人們的廣泛重視。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)。本論文詳細(xì)介紹了低合金鋼和異種鋼 相關(guān) 的基本知識(shí)，并具體分析了 0Cr18Ni9和 16MnR的焊接性，同時(shí)考慮了異種鋼焊接所具有的特點(diǎn) 及焊接缺陷的防止 ，制定了 0Cr18Ni9和 16MnR焊接工藝，采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的方法， 使用 E309LT11藥芯焊絲進(jìn)行焊接 工藝試驗(yàn) ,焊絲規(guī)格為直徑 ,CO2純度 %。太原科技大學(xué)（論文 ） I 目錄 摘要 .............................................. Ⅲ Abstract ..........................