常用金屬材料的焊接(低溫用鋼、高錳鋼、時效鋼、耐熱鋼)

1、常用金屬材料的焊接(低溫用鋼、高錳鋼、時效鋼、耐熱鋼） 來源：中國焊接資源網(作者：jql原文：常用金屬材料的焊接(低溫用鋼、高錳鋼、時效鋼、耐熱鋼）(41 試述Ni9低溫用鋼的焊接工藝。Ni9鋼是低碳馬氏體型低溫用鋼，其化學成分，見表23。表23 Ni9鋼的化學成分（質量分數） （%）溫度等級()CNiSiMnPS-1960.138.509.500.150.300.900.0350.04Ni9鋼具有良好的低溫韌性和焊接性，常用的焊接方法是手弧焊，其次是埋弧焊和鎢極氬弧焊。焊接材料 Ni9低溫鋼常用的焊接材料有Ni的質量分數約60%以上的Inconel型、Ni的質量分數約40%的FeNi基型、

2、Ni的質量分數為13%的奧氏體不銹鋼型和Ni11%的鐵素體型等，其中Ni基與Fe-Ni基的焊接材料低溫韌性好，線膨脹系數與Ni9鋼相近，但成本高、屈服點偏低。Ni的質量分數為13%-Cr16%型焊接材料的成本低、屈服點高，但低溫韌性稍差，線膨脹系數與Ni9鋼有很大差異。Ni9鋼手弧焊用焊接材料為Ni60Cr15Mo、Ni55Cr22Mo9、Ni67Cr16Mo3、Cr15Ni70Mn4Mo4Nb；埋弧焊用焊接材料為Ni67Cr16Mn3Ti、Ni58Cr22Mo9W；鎢極氬弧焊用焊接材料為Ni11、Ni70Mo18CrW。焊接工藝 焊前一般不預熱，當板厚超過50mm時可預熱50，冷變形超過3%

3、時應進行退火處理，退火 火為550558。焊接線能量應控制在45kJ/cm以下，一般常用735kJ/cm。手弧焊時焊條直徑不超過4mm。當采用有弧坑裂紋傾向的焊條焊接Ni9鋼時，打底焊應采用穿透法焊接，把弧坑盡可能留在背面，以便清根時能把弧坑裂紋消除掉。埋弧焊時焊絲直徑不超過3.2mm。42 試述0Cr21Ni6Mn9超低溫無磁鋼的焊接工藝。0Cr21Ni16Mn9N鋼是奧氏體型超低溫用鋼，其化學成分，見表24。表24 0Cr21Ni16Mn9N鋼的化學成分（質量分數） （%）CSiMnNiCrNSP0.081.08.010.05.508.019.5021.500.150.300.030.03

4、此鋼由中國科學院金屬研究所研制成,目前尚未列入國標中。0Cr21Ni16Mn9N鋼焊接時的主要問題是防止出現熱裂紋、降低低溫韌性和預防碳化物析出。為此，焊縫中應有一定量的鐵素體，以防產生熱裂紋，但鐵素體的存在又會使低溫韌性變壞，磁性增高，目前使用的0Cr21Ni16Mn9N鋼中，焊接時僅在熔合區(qū)出現少量鐵素體，對低溫韌性和磁性影響不大。0Cr21Ni16Mn9N鋼在650750回火時，或被加熱到該溫度范圍的焊接熱影響區(qū)會沿晶界析出大量碳化物Cr23C6，導致脆性，所以焊接時必須嚴格控制焊接線能量和層間溫度，不能預熱和后熱，必要時還可采取強迫冷卻的措施以防止析出碳化物。目前，0Cr21Ni16M

5、n9N鋼的焊接僅限于鎢極氬弧焊和真空電子束焊，鎢極氬弧焊時采用的填充焊絲化學成分，見表25。表25 填充焊絲的化學成分（質量分數）（%）CSiMnNiCrNSP0.040.058.010.013.016.019. 022.00.150.200.020.02焊接根部第一層焊縫時，必須用氬氣保護背面，層間溫度要控制在100以下，背面只能用砂輪打磨清根，不能用碳弧氣刨清根，以免滲碳。43 試述15Mn26Al4超低溫用鋼的焊接工藝。15Mn26Al4鋼是為了節(jié)約Ni、Cr而用Mn、Al代替的奧氏體超低溫用鋼，工作溫度為-253，其化學成分見表26。表26 15Mn26Al4鋼的化學成分（質量分數）（

6、%）CMnAlSiSP0.130.1924.527.03.804.700.60.0350.035焊接15Mn26Al4鋼的主要問題是：鋁的過渡系數低 鋁是一種活潑元素，焊接時特別容易被燒損，過渡系數均小于50%，因此要適當提高焊接材料中鋁的含量，但鋁是鐵素體形成元素，含量過高會出現奧氏體加鐵素體的雙相組織，給焊絲的冷、熱加工帶來極大的困難，通常用鉻、鉬來部分代替鋁。焊縫中的氣孔 鋁的強烈還原作用增加了焊縫產生氣孔的傾向。焊縫中的熱裂紋 15Mn26Al4鋼焊接時有一定的熱裂傾向，在焊縫中有少量鐵素體存在時，有助于消除熱裂紋。15Mn26Al4鋼焊接時常用的焊接方法是手弧焊、鎢極氬弧焊和埋弧焊，

7、焊接材料見表27。表27 15Mn26Al4鋼用焊接材料焊接方法焊接材料化學成分（質量分數） （%）CSiMnSPCrMoAlNi手弧焊15Mn26Al3Cr15Mn26Al3MoE2-26-210.130.190.130.190.202.02.00.7025.029.025.029.06.00.020.020.0250.0250.0250.0301.502.50_24.028.01.02.02.53.52.53.5_17.021.0鎢極氬弧焊15Mn26Al40.130.190.624.527.00.020.0253.84.7埋弧焊焊絲12Mn27Al60.150.626.028.50.03

8、0.03焊劑（%）Ca0915, CaF24555, Al2O32028, ZrO224SiO25, Mn12, S0.02, P0.05焊接工藝參數：手弧焊焊條4.0mmI120mm140A；3.2mmI80mm110A埋弧焊焊絲4.0mmI450mm550A；U3235V，u2835m/h44 試述Ni18馬氏體時效鋼的焊接工藝。Ni18是馬氏體時效超高強鋼，當含鎳量大于6%時，高溫奧氏體冷卻至室溫時將轉變?yōu)轳R氏體組織，再加熱至500，該馬氏體組織仍保持穩(wěn)定，因此有可能進行時效強化。Ni18馬氏體時效鋼的優(yōu)異性能是具有高的屈服點和斷裂韌性以及良好的工藝性能，其化學成分，見表28。表28 N

9、i18鋼的化學成分（質量分數） （%）CNiMnSiCoMoTiAlSP0.010.02717.3318.230.0340.050.057.568.114.735.100.450.550.0450.140.0050.0080.0050.007焊接Ni18鋼的主要問題是：焊接熱影響區(qū)的軟化 Ni18鋼焊接熱影響區(qū)被加熱到800以上的區(qū)段，完全轉變?yōu)閵W氏體，冷卻時轉變?yōu)榇执蟮鸟R氏體，性軟、硬度低，需經再時效后，才能恢復其硬度。焊縫金屬的強度和韌性下降 焊縫中的鈦、鉬會引起嚴重偏析，形成逆轉奧氏體，使焊縫金屬的強度和韌性均下降。熱裂紋傾向 由于鋼中含錳量少，對硫很敏感，因此焊縫有一定的熱裂傾向。鈦的

10、硫化物TiS在焊接加熱時被液化，冷卻過程中在熱影響區(qū)會形成液化裂紋。應力腐蝕 Ni18鋼在11801380時會產生一種雖不影響韌性，但對應力腐蝕非常敏感的熱脆性。Ni18鋼焊接用的焊絲化學成分，見表29。表29 Ni18鋼焊接用焊絲的化學成分（質量分數） （%）焊接層次TiMoCoAlCSiMnNiPSN打底層填充層0.380.304.874.508.088.060.020.110.0140.010.050.05痕跡0.0518.1217.040.0050.0050.00150.0060.00660.005由于奧氏體向馬氏體轉變時的溫度為155100，所以焊接Ni18時效鋼時不應預熱，層間溫度

11、也應控制在100以下，常用的焊接方法有鎢極氬弧焊、熔化極氬弧焊和埋弧焊，其中以鎢極氬弧焊用得最多。45 試述奧氏體高錳鋼的特點及其焊接性。奧氏體高錳鋼是指碳的質量分數為0.9%1.3%、錳的為11%14%的鑄鋼。這種鋼在10001100范圍內加熱時，可以得到單一的奧氏體組織，然后迅速在水中冷卻淬火（水韌處理）能保持單相奧氏體狀態(tài)。奧氏體高錳鋼具有很高的韌性，是一種非常強韌的非磁性合金，在沖擊載荷作用下，表面層將發(fā)生加工硬化而具有高耐磨性，但切削加工困難，僅限于作鑄件使用，廣泛用于制造要求高耐磨性并承受沖擊載荷的零件，牌號為ZGMn13，其化學成分，見表30。表30 ZGMn13鋼的化學成分（質

12、量分數） （%）牌 號CMnSiSPZGMn13-11.101.5011.0014.000.301.000.0500.090ZGMn13-21.101.40ZGMn13-30.901.300.300.800.080ZGMn13-40.901.200.070ZGMn13高錳鋼的焊接較差，焊接時的主要問題是：熱影響區(qū)碳化物的析出 高錳鋼經1050水韌處理后，碳全部固溶于奧氏體中，室溫下呈單相奧氏體組織，具有良好的韌性，但當重新加熱超過250時，碳就會沿晶界析出碳化物，使材料的韌性大大下降，因此焊補后，在熱影響區(qū)的一個區(qū)段內會不同程度地析出碳化物，不僅失去韌性變脆，而且還會降低耐磨性和沖擊韌度。解決

13、的措施是加快施焊時焊件的冷卻速度，縮短在高溫下停留的時間，以減少碳化物的析出。熱裂紋傾向嚴重 ZGMn13高錳鋼的線膨脹系數是低碳鋼的1.6倍，但熱導率僅是低碳鋼的1/6，所以焊接時會產生很大的應力，在S、P有害雜質的作用下，產生焊縫熱裂紋和熱影響區(qū)的液化裂紋。解決的措施是嚴格控制母材中的S、P含量，特別是焊接材料中的S、P含量；其次是采用錘擊焊縫等工藝措施，減少焊接應力。46 如何正確地選用ZGMn13奧氏體高錳鋼焊接時的焊接材料？焊條 用于ZGMn13奧氏體高錳鋼焊接的焊條為低碳鋼焊芯，并在藥皮中加入適量合金元素，使熔敷金屬得到高錳鋼的化學成分和力學性能。用于焊接ZGMn13奧氏體高錳鋼的

14、焊條有兩種類型：一種是高錳鋼型焊條D256（EDMn-A-16）和（EDMn-B-16），主要用于堆焊受嚴重沖擊磨料磨損零件，如碎石機顎板等；另一種是Cr-Mn型焊條D276（EDCrMo-B-16）和D277（EDCrMo-B-15），其堆焊金屬處于介穩(wěn)定狀態(tài)的高錳奧氏體，當受到強烈沖擊后轉變?yōu)轳R氏體，主要用于耐氣蝕的堆焊或高錳鋼堆焊，如水輪機葉片、挖掘機斗齒等。焊絲 焊接ZGMn13奧氏體高錳鋼用焊絲有Mn-Ni、Mn-Cr、Mn-Mo、Mo-Ni-Cr系高錳鋼焊絲和Cr-Ni、Cr-Ni-Mn系合金鋼焊絲，其化學成分，見表31。Cr-Ni系焊絲不僅具有較高的耐腐蝕性能，能沖擊載荷下能聲速

15、被加工硬化，而且還在焊接高錳鋼與碳鋼或低合金鋼的異種鋼時容許有較高的稀釋，可用來作為高錳鋼與碳鋼焊接時的填充材料。表31 ZGMn13高錳鋼用焊絲的化學成分（質量分數） （%）類 型CMnNiCrMoSiPSMn-NiMn-CrMn-MoCr-Ni0.70.90.70.90.70.90.061316162313160.743.55.02.129.8712.2620.890.61.40.41.00.240.41.00.0170.070.070.0130.0147 試述ZGMn13奧氏體高錳鋼的焊接工藝。焊補或焊接ZGMn13奧氏體高錳鋼時，應該采用熱源集中、線能量小的焊接方法，如手弧焊、熔化極氣

16、體保護焊等，不推薦使用氣焊和鎢極氬弧焊。焊補或焊接工藝：1）焊前必須清理焊補處的泥垢、油垢和鐵銹，仔細檢查有無起層、裂紋、夾砂、氣孔和縮孔等缺陷。若有這些缺陷，必須用砂輪或電弧氣刨鏟出。磨損的部位必須用砂輪磨去硬化層，因為硬化層的金屬對裂紋十分敏感。2）焊前不應預熱，多層焊時層間溫度不應超過300，以防止過熱使熱影響區(qū)脆化。3）焊接時要盡可能地采用小線能量，盡量減少基本金屬受熱，采取措施為盡可能地加快接頭的冷卻。為此，用短弧、直流反極性、跳焊、短段焊、間隙焊、脈沖焊等工藝措施，采用這些措施能在一定程度上減少碳化物的析出。4）為防止產生熱裂紋，可采用Cr-Mn或Cr-Ni奧氏體鋼焊條打底。如果在

17、低碳鋼或低合金鋼上堆焊ZGMn13奧氏體高錳鋼時，可以先焊一層Cr-Ni或CR-Mn奧氏體鋼作隔離焊道，以防產生裂紋。5）焊后為消除焊接應力，可用尖錘錘擊焊接區(qū)。為使熔敷金屬得到奧氏體組織，錘擊后要迅速將焊接區(qū)進行噴水冷卻。48 試述1Cr18Ni25Si2熱處理爐用耐熱鋼的焊接工藝。1Cr18Ni25Si2鋼屬奧氏體鋼，適合在9001000高溫下工作，是熱處理爐用鋼，其化學成分，見表32。表32 1Cr18Ni25Si2鋼的化學成分（質量分數） （%）CSiMnCrNiSP0.30.4231.5171823260.030.031Cr18Ni25Si2鋼的焊接性尚可，常采用手弧焊焊接，但由于導

18、電性、導熱性較差，線膨脹系數比碳鋼大1.5倍，所以當焊接熔池較大及引起焊縫金屬在高溫停留時間過長時，易產生熱裂紋。焊接工藝：1）焊條選用E2-26-21-16（A402）、E2-26-21-15（A407）。2）焊前一般不預熱，有時為防止產生裂紋，可將焊接區(qū)預熱至250300。3）焊接電源有機用直流反接。4）采用較小的線能量，以得到淺而短小的焊接熔池，防止產生裂紋。施焊過程中焊條不作橫向擺動或縱向擺動，熄弧前應將弧坑填滿，防止產生弧坑裂紋。5）焊件較厚時可采用多層焊，但層間必須仔細清除渣殼，并等溫度降到近室溫或預熱溫度后，再繼續(xù)焊接。6）為改善焊縫組織，消除焊接應力，焊后應將焊件進行熱處理。熱

19、處理時將焊件加熱至10501100，焊件厚度每25mm保溫1h，然后水冷或空氣中自然冷卻。49 試述1Cr5Mo耐熱鋼的焊接性及手弧焊工藝。1Cr5Mo屬于中合金馬氏體耐熱鋼，其化學成分，見表33。表33 1Cr5Mo鋼的化學成分（質量分數） （%）CSiMnCrMoSP0.64.06.00.450.600.030.0351Cr5Mo鋼焊接性較差，在空氣中冷卻時具有淬硬傾向，易產生裂紋，為此，焊前需采取預熱措施，焊后還需進行適當的熱處理。1Cr5Mo鋼常用的焊接方法是手弧焊和氣焊，手弧焊時可分別采用不銹鋼焊條或耐熱鋼焊條進行施焊。采用不銹鋼焊條的焊接工藝1）焊條選用E1-23-13-15（A3

20、02）、E1-23-13-16（A307）。2）焊前將坡口面及其兩側各10mM范圍內的污物清理干凈，并將焊口預熱至200。3）定位焊用焊條應與正式焊接相同，管子焊接時定位焊縫應均布4點，管子的兩端頭應用尖鏟削或緩坡形，不允許有裂紋、夾渣存在。4）焊條按規(guī)定要求進行烘焙。5）施焊過程中，應不使焊件受風、雨的侵襲。焊接管子時應將其兩端堵死，避免受管內過堂風影響。6）每個接頭盡量要連續(xù)焊完，不得已中斷時，焊口要用石棉包好，使其緩冷，再焊時需重新預熱。7）施焊時采用短弧焊，層間焊道接頭應互相錯開3050mm。8）弧坑應填滿，換焊條動作要快，不得隨意在焊件表面引弧，防止損傷表面材質。9）層間應徹底清渣，

21、施焊過程中，焊口兩側各100mm區(qū)域內，溫度不應低于預熱溫度。10）焊后焊縫應緩慢冷卻。采用耐熱鋼焊條的焊接工藝1）焊條選用E1-5MoV-15（R507）。2）定位焊前應進行預熱，預熱溫度按焊件壁厚選??；壁厚16mm，預熱200250；壁厚1624mm，預熱250300；壁厚24mm，預熱300350。3）施焊過程中焊件溫度不低于200250。4）焊后立即進行無中斷高溫回火處理，消除焊接應力。處理工藝參數為：升溫速度不大于200/h，加溫至75010；保溫時間為24h；降溫速度不大于200/h，降至250后空冷。50 試述1Cr5Mo耐熱鋼的氣焊工藝。管壁較薄的1Cr5Mo鋼管可采用氣焊。氣焊用焊絲有不銹鋼H1Cr24Ni3、H1Cr24Ni20或耐熱鋼H1Cr5Mo。施焊時，可先用氣焊火焰將焊口處預熱到200以上，預熱時注意不要用