【正文】 09MnV 熱軋 ≥ 294（ 30） ≥ 431（ 44） ≥ 22 ≥ 59（ 6） 09MnNb 熱軋 ≥ 294（ 30） ≥ 412（ 42） ≥ 22 ≥ 59（ 6） 14MnNb 熱軋 ≥ 343（ 35） ≥ 490（ 50） ≥ 20 ≥ 59（ 6） 16Mn 熱軋 ≥ 343（ 35） ≥ 490（ 50） ≥ 21 ≥ 59（ 6） 15MnV 熱軋 ≥ 392（ 40） ≥ 529（ 54） ≥ 18 ≥ 59（ 6） 15MnTi 熱軋 ≥ 392（ 40） ≥ 529（ 54） ≥ 19 ≥ 59（ 6） 低碳調(diào)質(zhì)鋼的特性是具有較高的屈服強度（ 490980MPa）。一般鋼中通過增加合金元素的含量來提高強度，其結(jié)果是塑性和韌性降低，而且隨著強度提高越多，塑性和韌性降低越多。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，使碳原子的擴散激活能增加，將阻礙馬氏體分解和碳化物聚集長大。 表 常用低碳調(diào)質(zhì)鋼化學(xué)成分 牌號或名稱 熱處理狀態(tài) C Si Mn P S Mo 其它 15MnMoVNRe QJ60 淬火加雙相區(qū)回火 ≤ ≤ ≤ V, N, 15MnMoVN 調(diào)質(zhì)或正火加回 火 ≤ ≤ V, N, 14MnMoNbB 調(diào)質(zhì) ≤ ≤ Nb, B, 表 常用低碳調(diào)質(zhì)鋼的力學(xué)性能 牌號或名稱 板厚 （ mm） 拉伸性能 沖擊性能 σb (MPa） σs（ MPa） δs(%) 試驗溫度（ %） 缺口型式 沖擊功 (J) 15MnMoVN 1840 ≥ 690 ≥ 590 ≥ 15 40 U ≥ 27 15MnMoVNRe QJ60 ≤ 16 1730 ≥ 588 ≥ 568 40 U ≥ 14MnMoVNbB ＜ 8 810 ＞ 1050 ≥ 755 ≥ 686 ≥ 12 ≥ 13 ≥ 14 40 U ≥ 31 不銹鋼 不銹鋼中含有大量的合金元素，如鉻、鎳、鈦、鈮、錳、鉬、銅等合金元素。常用的奧氏體不銹鋼牌號、化學(xué)成分及力學(xué)性能見表 。 % 沖擊韌度J/c㎡ 奧 氏 體 型 0Cr18Ni 9 1Cr18Ni 9 2Cr18Ni 9 0Cr18Ni 9Ti 0Cr18Ni 9Nb 1Cr18Ni12MoTi 10801130 11001150 11001150 10001100 10001100 10001100 水 水 水 水 水 水 492 541 570 541 541 541 197 197 216 197 197 216 45 45 40 40 40 40 60 50 55 55 55 55 太原科技大學(xué)（論文 ） 8 不銹鋼的物理性能與碳鋼相比，有如下差異 [3]： 奧氏體不銹鋼密度大于碳鋼，而碳鋼密度稍大于馬氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼。 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。 研究意義 異種鋼焊接研究意義 焊接作為先進制造技術(shù)的重要組成部分在國民經(jīng)濟的發(fā)展和國家建設(shè)中發(fā)揮了重要作用。 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]。異種鋼焊接時，由于填充金屬以及兩種被焊金屬之間的化學(xué)成分有很大差別，在電弧熱的作用下，焊縫兩側(cè)的母材將溶入焊縫金屬內(nèi)，使焊縫金屬的合金元素含量降低或增加。采用電弧焊時，熔池內(nèi)的金屬溫度高，流動性好，在電弧力的攪動下充分混合，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，其流動困難，無法與熔池內(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。 異種鋼本身導(dǎo)熱性及線膨脹系數(shù)造成不同的焊接壓力，其分布就不均勻，再加上焊接接頭的化學(xué)成分和金相組織不同，其結(jié)果必然帶來力學(xué)性能和應(yīng)力分布的不均勻性。但其所存在的一些固有的特殊問題妨礙或限制了它的廣泛采用 ,主要有以下幾點 : ,異種鋼焊接接頭區(qū)的機械性能 (如拉伸、 沖擊、 彎曲等 )一般優(yōu)于被焊母材的性能 ,但高溫下或高溫長期運行后 ,接頭區(qū)的性能劣于母材； ,該區(qū)韌性較低 ,是一個高硬度脆性層 ，也是導(dǎo)致構(gòu)件失效破壞的薄弱區(qū) ,它會降低焊接結(jié)構(gòu)的使用可靠性 。 。異種金屬的焊接是一項綜合性的，極其復(fù)雜的技術(shù)，它涉及物理，化學(xué)，電子，冶金，材料，機械，計算等多方面知識。 16MnR 與 0Cr18Ni9 的焊接研究意義 16MnR和 0Cr18Ni9的焊接屬于異種鋼的焊接問題 ， 其具有一般異種材料焊接的共同特點。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)果會使接頭處產(chǎn)生裂紋或更大的焊接變形 。 16MnR與 0Cr18Ni9的焊接不僅具有以上異種鋼焊接的共同困難，而且也具有它們自己的獨特的特點，解決好這兩種鋼的焊接問題還需要做在試驗基礎(chǔ)上作深入分析，才能在焊接生產(chǎn)過程中選用適當(dāng)?shù)暮附硬牧?、制定合適的焊接工藝，進而獲得良好的焊接接頭和較好的使用性能。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]。 這兩種材料均常用于化工容器等重要設(shè)備的生產(chǎn)，研究這兩種材料的焊接問題不僅對于實際生產(chǎn)意義重大，而且更重要的是可以直接為保護人民的財產(chǎn)安全作出貢獻。 通過對材 料的焊接性分析，選擇適當(dāng)?shù)暮附臃椒ǎ⒊醪街贫ê侠淼暮附庸に噮?shù)。 總結(jié)結(jié)論。其次是根據(jù)其含有的化學(xué)成分有可能產(chǎn)生的缺陷進行分析和制定相應(yīng)的措施，焊接異種鋼時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。 材料的焊接性分析 16MnR 和 0Cr18Ni9 鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能 表 16MnR鋼和 0Cr18Ni9鋼的化學(xué)成分（ %） [8] 鋼號 C Mn Si S P Cr Ni 16MnR ～ ～ ～ ～ ～ 0Cr18Ni9 ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ～ ～ 表 16MnR鋼和 0Cr18Ni9鋼的力學(xué)性能 [8] 鋼號 ／ MPa σb ／ MPa δs ／ MPa HB 備注 16MnR 325～ 360 490～ 620 21～ 32 150～ 200 熱軋或正火 0Cr18Ni9 250～ 300 550～ 700 35～ 50 150～ 190 正火 +回火 0Cr18Ni9 鋼的焊接性分析 焊接裂紋 （ 1） 0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)大約只有低合金鋼的一半，而線膨太原科技大學(xué)（論文 ） 12 脹系數(shù)卻大很多，所以焊后在接頭中會產(chǎn)生較大的焊接內(nèi)應(yīng)力。 （ 3） 0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼的液固相線的區(qū)間較大 ，結(jié)晶時間較長，且奧氏體結(jié)晶的枝晶方向性強，所以雜質(zhì)偏析現(xiàn)象比較嚴重 [8]。 焊接接頭的晶間腐蝕 晶間腐蝕是奧氏體金屬最危險的破壞形式之一。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。室溫下碳在 奧氏體中的溶解度很小，約為 ～ %，當(dāng)奧氏體鋼中含碳量超過 ～ %時，碳元素就不斷地向奧氏體晶界擴散，并和鉻元素化合形成鉻化合物 （ Cr23C6） 。 . 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)成分進行間接的評定鋼材的冷裂紋的敏感性?？梢园唁撝泻辖鸬暮堪聪喈?dāng)于碳含量折算疊加起來，作為粗略評定鋼材冷裂紋的傾向的參數(shù)指標，即所謂的碳當(dāng)量（ CE或 Ceq）。 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度級別，強度級別較低的低合金結(jié)構(gòu)鋼如 300400MPa級，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，強度級別提高，鋼的焊接性逐漸變差。應(yīng)采用適當(dāng)?shù)偷木€能量等工藝措施來抵制過熱區(qū)奧氏體晶粒長大及魏氏組織的出現(xiàn)，它是防止過熱區(qū)脆化的關(guān)鍵。 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鋼碳當(dāng)量較上述稍高，出現(xiàn) 冷裂紋，尤其在拘束應(yīng)力較大或接頭擴散氫含量較高的情況下，采取控制焊接線能量，降低含氫量預(yù)熱和及時后熱等措施可以防止冷裂的產(chǎn)生。 ③層狀撕裂，一般板厚厚度大于 16mm時易產(chǎn)生撕裂，角接頭， T形接頭比對接易產(chǎn)生這種層狀撕裂。 相對于 0Cr18Ni9鋼， 16MnR鋼焊接性更好。 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)來決定的 [9]。 焊接工藝的制定 確定焊接方法 異種材料的焊接常用熔焊，熔焊在異種材料的焊接中應(yīng)用很廣，主要的熔焊方法有焊條電弧焊、氣體保護焊、埋弧焊等 [10]。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焊。半自動 CO2氣體保護焊的成本只為手工電弧焊及埋弧焊的40%50%。半自動 CO2氣體保護焊的穿透能力強，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。 CO2氣體保護焊熔渣少，電弧氣氛中的含氫量較易控制，可減少發(fā)生冷裂紋傾向。 CO2氣體保護焊電弧可見，能觀察到焊接的全過程，容易操作，可進行全位置焊接。 CO2氣體保護焊的電弧熱量較集中，焊接速度快，熔池小，氣體對焊縫區(qū)有冷卻作用，熱影響區(qū)窄，使構(gòu)件焊后變形小 。 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。 為了保證異種材料焊接接頭在使用中的可靠和安 全，選擇焊接材料時不僅要保證焊接接頭的強度，而且還應(yīng)保證具有較高的塑韌性。 （ 2） .當(dāng)焊縫金屬的強度和塑性不能相互兼顧時，則應(yīng)該選用塑性較好的焊接材料。 （ 4） .具有良好的工藝性，焊縫成形美觀。 （ 6） .為了改善異種金屬焊接性能，對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渡層。保證焊縫接頭區(qū)的強度性能是異種鋼焊接性中首要考慮的問題。屈服強度與抗拉強度之比稱為屈強比，是一個選擇材料的重要參數(shù)，對不同用途的焊接結(jié)構(gòu)有不同的要求。 材料選用與焊接試板 選用板材 0Crl8Ni9與 16MnR， 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 %。用以上材料焊成 1Crl8Ni9與 16MnR試板，使用 E309LT11藥芯焊絲。焊件邊緣開坡口的目的是為了保證施焊過程中焊件全部厚度內(nèi)充分焊透，以形成牢固的接頭。 (2)清理坡口表面 。 (3)焊絲需去油、銹；保護氣體應(yīng)保持干燥，焊絲包裝應(yīng)完好，如有破損而導(dǎo)致焊絲污染或彎折、紊亂時應(yīng)部分棄之。 (5)用定位焊的方法固定焊件間的相對位置，防止焊件在焊接過程中變形，使焊接作業(yè)能正常進行。 (7)組裝后，應(yīng)對 接頭進行檢驗，合格后方可施焊 [10] 材料的準備情況 0Crl8Ni9與 16MnR焊接選用板厚為 30mm的鋼板進行焊接，采用對接接頭的形式用二氧化碳氣體保護焊的方法進行焊接。