花常青畢業(yè)設(shè)計

目錄TOC\o"1-2"\h\z\t"樣式7,1,樣式8,2"摘要 1緒論 2第一章奧氏體不銹鋼及Q235鋼簡介 31.1奧氏體不銹鋼及其物理性質(zhì)簡介 41.2低碳鋼物理性質(zhì)及其特點 41.3奧氏體不銹鋼及其焊接性 51.4低碳鋼及其焊接性 51.5不銹鋼焊接的防范措施 5第二章18-8鋼及Q235焊接時容易遇到的問題 52.1晶間腐蝕 62．2焊接熱裂紋 62.3應(yīng)力腐蝕開裂 62.4焊縫脆化 62.5焊接變形的防止方法 72.6Q235鋼焊接時容易遇到的問題 7第三章奧氏體不銹鋼的焊接特點 73.1焊接熱裂紋 73.2晶間腐蝕 83.3應(yīng)力腐蝕開裂 83.4焊接接頭的σ相脆化 8第四章奧氏體不銹鋼與Q235焊材選用 84.1奧氏體不銹鋼的選材 84.2奧氏體不銹鋼焊接要點 94.3Q235的選材 9第五章低碳鋼與奧氏體不銹鋼的焊接性分析 95.1焊縫金屬化學(xué)成分的稀釋 105.2凝固過渡層的形成 115.3碳遷移過渡層的形成 125.4殘余應(yīng)力的形成 12第六章低碳鋼與奧氏體不銹鋼的焊接工藝要點 126.1焊接方法 126.2焊接材料 126.3焊接工藝要點 12第七章實例分析 137.1工件的下料以及組裝 137.2焊接工藝的制定 14參考文獻(xiàn) 15致謝 16摘要通過半年的工廠實習(xí)，我學(xué)到了很多知識，將理論與實踐結(jié)合，本文主要寫了異種鋼的焊接，以及機(jī)械工件的制作，其在焊接與制作過程中發(fā)現(xiàn)其所需知識與在校所學(xué)課程相符，例如，制定焊接工藝，焊后檢驗，焊接變形的矯正，合理選用焊接工裝夾具，和焊接注意問題及解決辦法。運(yùn)用所學(xué)知識解決遇到的問題。關(guān)鍵詞：焊接工藝焊后檢驗焊接變形緒論古代焊接技術(shù)長期停留在鑄焊、鍛焊和釬焊的水平上，使用的熱源都是爐火，溫度低、能量不集中，無法用于大截面、長焊縫工件的焊接，只能用以制作裝飾品、簡單的工具和武器。隨著焊接技術(shù)越來越發(fā)展，推廣的領(lǐng)域越來越廣，從平焊到各種位置焊接，從陸地焊接到水下焊接，從單一金屬到異種金屬焊接，工件越來越復(fù)雜難度越來越大。在近代的金屬加工中，焊接比鑄造、鍛壓工藝發(fā)展較晚，但發(fā)展速度很快。焊接結(jié)構(gòu)的重量約占鋼材產(chǎn)量的45%，鋁和鋁合金焊接結(jié)構(gòu)的比重也不斷增加?，F(xiàn)代的科技發(fā)展提高了焊接機(jī)械化和自動化水平，如焊機(jī)實現(xiàn)程序控制、數(shù)字控制、研制從準(zhǔn)備工序焊接到質(zhì)量監(jiān)控全部過程自動化的專用焊機(jī)，在自動焊接生產(chǎn)線上，推廣、擴(kuò)大數(shù)控的焊接機(jī)械手和焊接機(jī)器人，可以提高焊接生產(chǎn)水平，改善焊接衛(wèi)生安全條件。但是由于施焊空間及一些特殊因素造成的不便，導(dǎo)致不能運(yùn)用自動化焊接，而應(yīng)用操作簡便靈活的焊條電弧焊，下文介紹了采用焊條電弧焊焊接奧氏體不銹鋼與非合金鋼中的Q235。第一章奧氏體不銹鋼及Q235鋼簡介我在實習(xí)時主要就是把工件組裝與焊接，在一些工件組裝與焊接過程中其里面利用的技術(shù)基本上完全來自于我們所學(xué)的課程《焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)》。它門的焊接母材為奧氏體不銹鋼中的1Cr18Ni9與非合金鋼中的Q235。因為1Cr18Ni9是屬于奧氏體不銹鋼簡稱18-8鋼，而Q235屬于低碳鋼，它們的組織不同所以在焊接上存在一定的難度，所以下面以18-8鋼和Q235為例介紹一下它們的焊接。1.1奧氏體不銹鋼及其物理性質(zhì)簡介所有金屬都和大氣中的氧氣進(jìn)行反應(yīng)，在表面形成氧化膜。不幸的是，在普通碳鋼上形成的氧化鐵繼續(xù)進(jìn)行氧化，使銹蝕不斷擴(kuò)大，最終形成孔洞。可以利用油漆或耐氧化的金屬(例如，鋅，鎳和鉻)進(jìn)行電鍍來保證碳鋼表面，但是，正如人們所知道的那樣，這種保護(hù)僅是一種薄膜。如果保護(hù)層被破壞，下面的鋼便開始銹蝕。耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質(zhì)和酸、堿、鹽等化學(xué)浸蝕性介質(zhì)腐蝕的鋼。又稱不銹耐酸鋼。奧氏體系不銹鋼各元素含量碳C：≤0.12硅Si：≤1.00錳Mn：≤2.00硫S：≤0.030磷P：≤0.035鉻Cr：17.00～19.00鎳Ni：8.00～11.00鈦Ti：5(C％-0.02)～0.80[1]機(jī)械性能抗拉強(qiáng)度σb(MN/m2)>=550、屈服強(qiáng)度σs(MN/m2)>=200伸長率δ5（%）〉=40、收縮率ψ（%）〉=55硬度：≤187HB;≤90HRB;≤200HV而奧氏體不銹鋼的線膨脹系數(shù)比低碳鋼大將近50％，而熱導(dǎo)率僅為低碳鋼的1/3左右；奧氏體不銹鋼鐵素體不銹鋼雙相不銹鋼圖1-1幾種不銹鋼的顯微組織18-8鋼在0Cr18Ni9基礎(chǔ)上加入Ti、Nb等穩(wěn)定碳化物元素，抗晶間腐蝕的能力提高；18-8型不銹鋼按其化學(xué)成分中的碳的含量不同，可分為三個等級：一般含碳量（wc≤0.15%）、低碳級（wc≤0.08%）和超低碳級（wc≤0.03%）。1.2低碳鋼物理性質(zhì)及其特點低碳鋼是含碳<0.25%,硬度60HBW-90HBW,其含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，硅錳含量又較少，因此在通常情況下不會因焊接引起嚴(yán)重的硬化組織和產(chǎn)生淬火組織，其強(qiáng)度不高（一般在500MP以下），塑性和沖擊韌度優(yōu)良。其主要用于特殊板材和型材、薄板、帶材、焊絲結(jié)構(gòu)用型材、板材和棒材。焊接時具有以下特點；（1）可裝配成各種接頭形式，適應(yīng)各種不同位置的焊接，且焊接工藝和技術(shù)簡單，容易掌握。（2）塑性好焊接接頭產(chǎn)生裂紋的傾向小，適合制造各種大型結(jié)構(gòu)和受壓容器。（3）不需要使用特殊和復(fù)雜的工藝設(shè)備，對焊接電源和焊接材料沒有特殊要求，交直流焊機(jī)、酸堿性焊條和焊劑都可以使用。（4）如果焊接時熱輸入過大，例如焊條直徑或焊接電流選擇不當(dāng)，埋弧焊電流或焊接速度不當(dāng)，也可能因熱影響區(qū)的晶粒長大而引起塑性降低。1.3奧氏體不銹鋼及其焊接性焊接性是指金屬材料在一定的焊接工藝條件下(焊接方法、焊接材料、焊接工藝參數(shù)和結(jié)構(gòu)形式等)，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。它包括兩方面的內(nèi)容，一是結(jié)合性能，即在一定焊接工藝條件下，焊接接頭產(chǎn)生焊接缺陷的敏感性；二是使用性能，即在一定焊接工藝條件下，焊接接頭對使用要求的適應(yīng)性。影響金屬焊接性的因素很多，主要有材料(化學(xué)成分、組織狀態(tài)、力學(xué)性能等)、設(shè)計(結(jié)構(gòu)型式)、工藝(焊接方法、焊接規(guī)范等)及工作條件(工作溫度、負(fù)荷條件、工作環(huán)境等)等4個方面?；瘜W(xué)成分是影響金屬材料焊接性的主要因素。生產(chǎn)中，常根據(jù)鋼材的化學(xué)成分來評定其焊接性。由于鋼中含碳量對其焊接性的影響最為明顯，通常把鋼中合金元素含量對其焊接性的影響，按其作用換算成碳元素的相當(dāng)含量，即用碳當(dāng)量（CE）法評價金屬材料的焊接性。1.4低碳鋼及其焊接性因為其含碳量還不足25%且合金元素含量又較少，焊接接頭的塑性和沖擊韌度也很好，焊接時一般不需預(yù)熱、控制道間溫度及后熱，焊后也不必采取熱處理來改善組織，可以說在整個焊接過程中不需要特殊的工藝措施，其焊接性優(yōu)良。分析低碳鋼與奧氏體不銹鋼的焊接性。1.5不銹鋼焊接的防范措施控制焊接電流：不銹鋼的焊接規(guī)范要小于低碳鋼，電流量約為低碳鋼的80%。加快焊接速度：盡可能使用較快的焊接速度，目的是減少熱影響區(qū)寬度，縮短焊縫在敏化溫度區(qū)間的停留時間，使焊縫處于一次穩(wěn)定狀態(tài)，以及細(xì)化焊縫組織。合理選擇焊接材料：焊接時要選擇合適的焊接材料、保護(hù)氣氛。焊絲的化學(xué)成分對焊縫部位的耐蝕性有重要影響，焊條應(yīng)具有與母材相似的化學(xué)成分，這樣可以使焊縫金屬與母材具有相似的化學(xué)成分，一般被認(rèn)為可以實現(xiàn)最佳的耐腐蝕性。第二章18-8鋼及Q235焊接時容易遇到的問題18-8鋼在廣義上來說屬于奧氏體不銹鋼，它在焊接時容易遇到如下問題，例如：焊接接頭晶間腐蝕、焊接接頭熱裂紋、應(yīng)力腐蝕開裂、奧氏體焊縫的脆化、較大的焊接變形。圖2-1奧氏體不銹鋼焊接接頭可能發(fā)生晶間腐蝕的部位a—焊縫區(qū)b—HAZ敏化區(qū)c—熔合區(qū)2.1晶間腐蝕 晶間腐蝕在焊縫區(qū)，熔合區(qū)，熱影響區(qū)均有可能出現(xiàn)；通常用貧鉻理論來解釋。即當(dāng)奧氏體不銹鋼加熱至450～850℃的敏化溫度區(qū)時，鋼中的碳向奧氏體組織擴(kuò)散沿晶界沉淀析出Cr23C6，致使晶界邊界層含Cr量低于12％，大大降低了不銹鋼的耐腐蝕性和焊縫強(qiáng)度。如圖2-2晶間腐蝕的危害受腐蝕部位無尺寸上的變化，甚至仍舊保持金屬澤，不易察覺受到應(yīng)力作用時會沿晶界斷裂，強(qiáng)度幾乎完全消失是一種最危險的破壞形式。晶間腐蝕的防止措施采用低碳焊條、降低焊接電流、加快焊接速度。2．2焊接熱裂紋 焊接熱裂紋：焊接過程中，焊縫和熱影響區(qū)金屬冷卻到固相線附近的高溫區(qū)時所產(chǎn)生的裂紋。 最常見的是焊縫凝固裂紋，奧氏體不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)小，而線膨脹系數(shù)大，焊接過程中易于產(chǎn)生拉應(yīng)力,奧氏體不銹鋼在結(jié)晶時晶粒間存在很薄的液相層，塑性很低。裂紋的防治措施采用含S,P量少的焊絲、焊縫冷卻速度不可過快、采用小電流快速焊、收弧時填滿弧坑。2.3應(yīng)力腐蝕開裂 應(yīng)力腐蝕開裂是焊接接頭在特定腐蝕環(huán)境下受拉伸應(yīng)力時所產(chǎn)生的延遲開裂現(xiàn)象。應(yīng)力腐蝕開裂的防止措施采用合理的焊接順序，避免產(chǎn)生較大的焊接拉應(yīng)力避免焊縫與腐蝕介質(zhì)接觸避免焊縫產(chǎn)生咬邊等點蝕缺陷2.4焊縫脆化焊縫脆化：焊縫接頭在工作時，其韌性和塑性沒有達(dá)到要求，導(dǎo)致發(fā)生脆斷的現(xiàn)象。低溫狀態(tài)下尤為明顯。焊縫脆化產(chǎn)生的原因：焊接時過大殘余應(yīng)力，使得奧氏體焊縫產(chǎn)生“自生硬化”現(xiàn)象，降低了焊縫的塑性和韌性； 焊縫脆化的防治焊縫中鐵素體的存在，采用限制熱輸入的辦法，可以有效防止焊縫脆化。2.5焊接變形的防止方法奧氏體不銹鋼的焊接變形較大特別是環(huán)縫的焊接變形較難控制。(1)從工藝角度采取措施以較小的焊接規(guī)范(一般是碳鋼的90％左右)施焊，多道多層焊，嚴(yán)格控制層間溫度，使變形傾向減??；采用分段焊，使局部變形傾向減小以及盡量合理的布局焊縫，能布置對稱的盡量對稱布置，從而也降低應(yīng)力集中，減少變形的發(fā)生。(2)用焊接夾具控制變形縱縫的焊接變形可用卷板機(jī)來校正，環(huán)縫的收縮變形總之為減少焊接引起的變形，都是采用專用夾具，以機(jī)械約束力減小變形傾向，選用較小的焊接電流，并多層多道焊，分段焊，減小局部變形傾向。奧氏體不銹鋼含鉻大于18%，還含有8%左右的鎳及少量鉗、欽、氮等元素。綜合性能好，可耐多種介質(zhì)腐蝕，是應(yīng)用最廣泛的不銹鋼，以高Cr-Ni型最為普遍。2.6Q235鋼焊接時容易遇到的問題Q235屬于非合金鋼低碳鋼，它的焊接一般不需要特殊的工藝措施，但在工件厚度較大或環(huán)境溫度較低（T≤0℃）時，會因冷速加快而導(dǎo)致接頭裂紋傾向增加，例如在焊接直徑Φ≥3000mm且壁厚δ≥50mm的結(jié)構(gòu)、焊接壁厚δ≥90mm的第一層焊道、受壓容器壁厚δ≥20mm時的焊縫有可能產(chǎn)生裂紋。因此焊接時應(yīng)采取如下工藝措施：（1）焊前預(yù)熱，焊接時保持道間溫度。（2）采用低氫或超低氫型焊接材料。（3）連續(xù)施焊整條焊縫，避免中斷。（4）在坡口內(nèi)引弧，避免擦傷母材，注意熄弧時填滿弧坑。（5）不在低溫下進(jìn)行成形、矯正和裝配。（6）盡可能改善嚴(yán)寒的勞動條件。上述措施可單獨使用有時需要綜合使用。第三章奧氏體不銹鋼的焊接特點3.1焊接熱裂紋奧氏體不銹鋼由于其熱傳導(dǎo)率小，線膨脹系數(shù)大，因此在焊接過程中，焊接接頭部位的高溫停留時間較長，焊縫易形成粗大的柱狀晶組織，在凝固結(jié)晶過程中，若硫、磷、錫、銻、妮等雜質(zhì)元素含量較高，就會在晶間形成低熔點共品，在焊接接頭承受較高的拉應(yīng)力時，就易在焊縫中形成凝固裂紋，在熱影響區(qū)形成液化裂紋，這都屬于焊接熱裂紋。防止熱裂紋最有效的途徑是降低鋼及焊材中易產(chǎn)生低熔點共品的雜質(zhì)元素和使鉻鎳奧氏體不銹鋼中含有4%一12%的鐵素體組織。3.2晶間腐蝕在晶間上析出碳化鉻，造成品界貧鉻是產(chǎn)生晶間腐蝕的主要原因。為此，選擇超低碳焊材或含有鈮、欽等穩(wěn)定化元素的焊材是防止品間腐蝕的主要措施。3.3應(yīng)力腐蝕開裂應(yīng)力腐蝕開裂通常表現(xiàn)為脆性破壞，目發(fā)生破壞的過程時間短，因此危害嚴(yán)重。造成奧氏體不銹鋼應(yīng)力腐蝕開裂的卞要原因是焊接殘余應(yīng)力。焊接接頭的組織變化或應(yīng)力集中的存在，局部腐蝕介質(zhì)濃縮也是影響應(yīng)力腐蝕開裂的原因。晶間腐蝕焊縫脆化應(yīng)力腐蝕開裂3-1奧氏體不銹鋼焊縫缺陷處的金相組織3.4焊接接頭的σ相脆化σ相是一種脆硬的金屬間化合物，主要析集于柱狀晶的晶界。γ相和δ相都可發(fā)生σ相轉(zhuǎn)變。比如對于Cr25Ni20型焊縫在800℃~900℃加熱時，就會發(fā)生強(qiáng)烈的γ→δ轉(zhuǎn)變。對于鉻鎳型奧氏體不銹鋼，特別是鉻鎳鉬型不銹鋼，易發(fā)生δ→σ相轉(zhuǎn)變，這主要是由于鉻、鉬元素具有明顯的σ化作用，當(dāng)焊縫中δ鐵素體含量超過12％時，δ→σ的轉(zhuǎn)變非常顯著，造成焊縫金屬的明顯的脆化，這也就是為什么熱壁加氫反應(yīng)器內(nèi)壁堆焊層將δ鐵素體含量控制在3％圖3-2δ相含量對焊接熱烈傾向的影響圖3-3δ相在奧氏體基體上的分布a)單相γb)γ+δ第四章奧氏體不銹鋼與Q235焊材選用4.1奧氏體不銹鋼的選材奧氏體不銹鋼焊材的選擇原則是在無裂紋的前提下，保證焊縫金屬的耐蝕性能及力學(xué)性能與母材基本相當(dāng)，或高于母材，一般要求其合金成分大致與母材成分匹配。對于耐蝕的奧氏體不銹鋼，一般希望含一定量的鐵素體，這樣既能保證良好的抗裂性能，又能有很好的抗腐蝕性能。對耐熱用奧氏體鋼，應(yīng)考慮對焊縫金屬內(nèi)鐵素體含量的控制。對于長期在高溫運(yùn)行的奧氏體鋼焊件，焊縫金屬內(nèi)鐵素體含量不應(yīng)超過5％。綜上可知奧氏體不銹鋼具有良好的焊接性，常用的熔焊方法都能進(jìn)行焊接。但是由于電渣焊熱過程的特點，會使接頭的耐晶間腐蝕能力降低，并且在熔合線附近易產(chǎn)生嚴(yán)重的刀狀腐蝕，因此極少應(yīng)用。氣體保護(hù)CO2焊由于CO2氣體的強(qiáng)烈氧化性，使合金元素?zé)龘p嚴(yán)重，并且還會造成增碳，形成脺硬的馬氏體組織。所以也沒有得到推廣應(yīng)用，目前實用的焊接方法是手弧焊、埋弧焊和氬弧焊。4.2奧氏體不銹鋼焊接要點總的來說，奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的焊接性。幾乎所有的熔化焊接方法均可用于焊接奧氏體不銹鋼，奧氏體不銹鋼的熱物理性能和組織特點決定了其焊接工藝要點。（1）由于奧氏體不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)小而熱膨脹系數(shù)大，焊接時易于產(chǎn)生較大的變形和焊接應(yīng)力，因此應(yīng)盡可能選用焊接能量集中的焊接方法。（2）由于奧氏體不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)小，在同樣的電流下，可比低合金鋼得到較大的熔深。同時又由于其電阻率大，在焊條電弧焊時，為了避免焊條發(fā)紅，與同直徑的碳鋼或低合金鋼焊條相比，焊接電流較小。（3）焊接規(guī)范。一般不采用大線能量進(jìn)行焊接。焊條電弧焊時，宜采用小直徑焊條，快速多道焊，對于要求高的焊縫，甚至采用澆冷水的方法以加速冷卻，對于純奧氏體不銹鋼及超級奧氏體不銹鋼，由于熱裂紋敏感性大，更應(yīng)嚴(yán)格控制焊接線能量，防止焊縫晶粒嚴(yán)重長大與焊接熱裂紋的發(fā)生。（4）為提高焊縫的抗熱裂性能和耐蝕性能，焊接時，要特別注意焊接區(qū)的清潔，避免有害元素滲入焊縫。（5）奧氏體不銹鋼焊接時一般不需要預(yù)熱。為了防止晶粒長大及碳化物的析出，以及保證焊接接頭的塑、韌性和耐蝕姓，應(yīng)控制較低的層間溫度，一般不超過150℃4.3Q235的選材選擇焊接材料應(yīng)遵循等強(qiáng)匹配的原則，也就是根據(jù)母材強(qiáng)度等級及工作條件來選擇焊接材料。低碳鋼結(jié)構(gòu)通常使用抗拉強(qiáng)度平均值為420MPa的鋼材。第五章低碳鋼與奧氏體不銹鋼的焊接性分析下；低碳鋼與奧氏體不銹鋼焊接時，焊縫金屬平均成分是由兩種不同類型的母材和填充金屬混合組成，由于珠光體鋼中不含或只含有少量的合金元素，如低碳鋼融入焊縫金屬的比例增大，則會沖淡焊縫金屬的合金濃度，從而改變焊縫金屬的化學(xué)成分和組織狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為母材對焊縫金屬的稀釋作用。稀釋程度取決于母材金屬在焊縫金屬中所占的質(zhì)量比，低碳鋼與奧氏體不銹鋼的焊縫，希望母材在焊縫金屬中所占的比例要小即融合比要小，且穩(wěn)定，影響融合比的因素很多如焊縫形狀、焊接方法、焊接電流、電弧電壓。例如在Q235鋼與1Cr18Ni9鋼的焊縫金屬中如由于母材對焊縫金屬的過分稀釋，可使焊縫中奧氏體形成元素不足，結(jié)果在焊縫中出現(xiàn)馬氏體組織，使焊接接頭脆性增大導(dǎo)致焊接接頭形成裂紋通過圖5-1舍弗勒組織圖來分析奧氏體不銹鋼填充材料焊接Q235與1Cr18Ni9焊縫金屬的金相組織以及熔合比變化所帶來的影響。首先將鋼中的合金元素折算成鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量再在圖5-1中找出相應(yīng)的點，即可知道焊縫的正常冷卻組織中的相組成。A-A-奧氏體M-馬氏體F-鐵素體圖5-1不銹鋼舍弗勒組織圖1Cr18Ni9鋼與Q235鋼未焊前鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量的計算見表5-1分別為圖5-1中的a、b兩點，如果采用鎢極氬弧焊不加填充材料，假定這兩種金屬融入焊道中的比例各為一半，其融合比為50%則在圖5-1中會找出對應(yīng)的f點。f點所處焊縫位置為馬氏體組織。馬氏體組織是一個硬而脆的組織，容易使焊縫產(chǎn)生裂紋。表5-1Q235鋼和1Cr18Ni9鋼的鉻、鎳當(dāng)量鋼號化學(xué)成份（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）鉻當(dāng)量（%）鎳當(dāng)量（%）上圖中位置CMnSiCrNiQ2350.180.440.35--0.535.62b1Cr18Ni90.071.360.6617.89.6518.7911.42a表5-2焊縫熔敷金屬的鉻、鎳當(dāng)量焊條化學(xué)成份（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）鉻當(dāng)量（%）鎳當(dāng)量（%）上圖中位置型號牌號CMnSiCrNiE308-16A1020.071.220.4619.28.519.8711.15cE309-15A3070.111.320.4824.812.825.5216.76dE310-15A4070.181.40.5426.218.827.0124.9e對焊接1Cr18Ni9鋼和Q235鋼常用的幾種焊條的熔敷金屬進(jìn)行鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量的計算，計算結(jié)果見表5-2，首先選用不銹鋼焊條A102做為填充金屬，其鉻、鎳當(dāng)量對應(yīng)如圖5-1中的c點。此焊條焊接這兩種材料時假定這兩種材料融入焊縫中的數(shù)量相同，即兩種材料混合熔化后鉻和鎳當(dāng)量仍為原來的f點，則當(dāng)母材金屬的融合比發(fā)生變化時，焊縫金屬中鉻和鎳當(dāng)量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)將沿fc線段各點移動而變化。當(dāng)母材金屬融合比為40%時，即兩種母材金屬的熔合比為30%時，焊縫的鉻和鎳當(dāng)量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相當(dāng)于n點，從圖5-1上可以看出，g，n兩點的焊縫組織為奧氏體+馬氏體，焊頭接頭仍有形成裂紋的可能。在完全相同的條件下，若改變焊條熔敷金屬成分，用E309-15（A307）焊條進(jìn)行焊接，則焊條熔敷金屬鉻和鎳當(dāng)量為圖5-1中的d點。如果母材金屬熔合比為40%，焊縫的鉻和鎳當(dāng)量相當(dāng)于圖5-1中i點，此時焊縫金屬中含有體積分?jǐn)?shù)為5%的鐵素體組織，對抗裂性和耐蝕性均有利。若采用E301-15（A407）焊條焊接，則焊條熔敷金屬鉻和鎳當(dāng)量為圖5-1中e點，如果母材熔合比仍為30%-40%。即焊縫為于圖5-1中fe線段中k、l兩點，焊縫金屬為單相奧氏體組織，也易使焊接接頭產(chǎn)生裂紋。從上述分析可知，焊接1Cr18Ni9鋼和Q235鋼時，若不加填充金屬或用E308-16（A102）焊條焊接時，焊縫金屬不可避免地要出現(xiàn)硬而脆的馬氏體組織，導(dǎo)致焊縫產(chǎn)生裂紋。用E309-15（A307）焊條焊接時，母材金屬的熔合比要控制在30%以下，才能獲得金屬成分和為理想的奧氏體+鐵素體雙組織。綜上說述，由于珠光體鋼的稀釋作用，焊接金屬成分和組織會發(fā)生較大變化。但通過焊接方法和焊接材料以及母材金屬熔合比的控制，可以在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)調(diào)整焊接金屬的成分組織。5.2凝固過渡層的形成在焊縫金屬熔池邊緣，金屬在液態(tài)持續(xù)時間最短，溫度也較熔池中部低，液體金屬流動性較差，最先結(jié)晶形成固態(tài)。由于珠光體鋼與奧氏體不銹鋼化學(xué)成分相差懸殊，在珠光體鋼一側(cè)熔池邊緣，熔化的母材金屬和填充金屬不能充分地混合，在此側(cè)的焊縫金屬中珠光體鋼所占比例較大，且越靠近熔合線稀釋程度就越大；而在焊縫金屬熔池的中心，其稀釋程度就小。在珠光體鋼與奧氏體不銹鋼焊接時，在珠光體鋼一側(cè)熔合線的焊縫金屬存在一個成分梯度很大的過渡層，寬約為0.2～0.6mm。這種成分上的過渡變化區(qū)是因熔池凝固特性而造成的，故稱為凝固過渡層，實際上是高硬度的馬氏體脆性層。5.3碳遷移過渡層的形成碳從珠光體母材通過熔合區(qū)向焊縫擴(kuò)散，從而在靠近熔合區(qū)的珠光體母材上形成了一個軟化的脫碳層，而在奧氏體不銹鋼焊縫中形成了硬度較高的增碳層。過渡層的形成，造成脫碳層與增碳層硬度的明顯差別。在長時間高溫下工作時，由于對變形阻力的不同，將產(chǎn)生應(yīng)力集中，使接頭的高溫持久強(qiáng)度和塑性下降，可能導(dǎo)致沿熔合區(qū)斷裂。碳的遷移是形成過渡層的主要原因。碳的擴(kuò)散取決于本身擴(kuò)散能力，還與接頭的成分、組織和狀態(tài)有關(guān)。具體條件如下：（1）焊接過程中熔合區(qū)兩側(cè)分別為固體和液體，此時碳將由溶解度較低的母材向溶解度較大的熔池過渡。（2）焊縫凝固后熔合區(qū)兩側(cè)分別為奧氏體相和鐵素體相，碳將由溶解度低而擴(kuò)散系數(shù)高的鐵素體相的母材向溶解度高的奧氏體相焊縫中擴(kuò)散。（3）焊縫與母材中碳化物形成元素的種類與數(shù)量不同，在珠光體母材與奧氏體焊縫熔合時，焊縫中有較多的比鐵更強(qiáng)的碳化物形成元素，促使熔合區(qū)附近母材中的滲碳體分解，析出的碳原子越過熔合區(qū)擴(kuò)散到焊縫中，并在熔合區(qū)附近形成穩(wěn)定的碳化物。碳化物形成元素的差別是珠光體鋼與奧氏體不銹鋼焊接時形成碳遷移過渡層的主要原因。5.4殘余應(yīng)力的形成異種鋼焊接接頭，由于兩種鋼的線膨脹系數(shù)相差很大，不僅焊接時會產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，而且在交變溫度下工作，必然會產(chǎn)生交變熱應(yīng)力，從而有可能發(fā)生疲勞破壞。在焊態(tài)時，奧氏體焊縫承受拉應(yīng)力，珠光體母材承受壓應(yīng)力；焊后熱處理，并未消除殘余應(yīng)力，而只是使焊接殘余應(yīng)力重新分布。第六章低碳鋼與奧氏體不銹鋼的焊接工藝要點6.1焊接方法這類異種鋼焊接時應(yīng)注意選用熔合比小，稀釋率低的焊接方法如焊條電弧焊、鎢極氬弧焊熔化極氣體保護(hù)焊，埋弧焊要限制熱輸入，控制融合比，不過由于埋弧焊攪拌作用強(qiáng)烈，高溫停留時間長，形成的過渡層較為均勻。6.2焊接材料焊接材料選擇時必須考慮接頭的使用要求、稀釋作用、碳的遷移、殘余應(yīng)力及抗裂性等一系列問題。6.3焊接工藝要點（1）為了減少融合比，應(yīng)盡量選用小直徑的焊條和焊絲，并選用小電流、大電壓和高焊速進(jìn)行焊接。（2）如果低碳鋼有脺硬傾向，應(yīng)適當(dāng)預(yù)熱，其預(yù)熱溫度應(yīng)比低碳鋼同種材料焊接時略低一些。（3）對于較厚的焊接，為了防止因應(yīng)力過高而在熔合區(qū)出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，可以在低碳鋼的坡口表面堆焊過渡層，過渡層中應(yīng)含有較多的強(qiáng)碳化物形成元素，具有較小的脺硬傾向，也可用高鎳奧氏體不銹鋼焊條來堆焊過渡層，過渡層厚度一般為6-9mm。圖6-1低碳鋼坡口表面堆焊的過渡層（4）低碳鋼與奧氏體不銹鋼的焊接接頭，焊后一般不進(jìn)行熱處理。第七章實例分析例如我在車間實習(xí)時做過這樣一個工件如圖7-1，該工件焊接如果按正常的焊接方法進(jìn)行連續(xù)焊接的話，在焊后會出現(xiàn)很大的焊接變形，變形后導(dǎo)致數(shù)據(jù)與圖紙規(guī)定不符合要求。但是如果采取合適的焊接方法，焊后變形會比上述連續(xù)焊產(chǎn)生的變形小的多。此種方法就是先將法蘭與下部分點固結(jié)實，在反面焊縫處采用斷續(xù)焊縫進(jìn)行焊接，待焊得一層厚焊接另一面，坡口焊滿后，將坡口里除斷續(xù)焊接處也全部焊滿。圖7-17.1工件的下料以及組裝該工件組成由1Cr18Ni9鋼板卷制而成，其下料方法為等離子弧切割下料，法蘭為手工下料其材質(zhì)為Q235，其利用氧乙炔火焰切割，為保證圓的精度，采用輔助工具割規(guī)對鋼板進(jìn)行割圓。在1Cr18Ni9鋼板卷制過程中，首先按照圖紙計算1Cr18Ni9鋼板展開長度，具體算法如下：（1）按照圖紙計算1Cr18Ni9鋼板展開長度，假設(shè)其展開后長度為L（2）計算1Cr18Ni9鋼板卷之后圓的周長，半徑為r+A，則A取1Cr18Ni9鋼板中性層厚度，具體計算如下，A=（R-r）/2,因為鋼板在卷制后，發(fā)生了嚴(yán)重的變形，如果按內(nèi)徑算即r，則會造成把實際料計算過短，如果按外徑算即R，則會造成實際料計算過長，所以A取鋼板中性層長度。則L=兀（r+A）*2（3）不銹鋼板卷制好后采用焊條電弧焊把封口點固好，利用擋鐵定位原理將法蘭放在圓上在用焊條電弧焊進(jìn)行點固好。7.2焊接工藝的制定1、焊前準(zhǔn)備（1）下料方法的選擇1Cr18Ni9鋼板采用機(jī)械切割、等離子弧切割及碳弧氣刨等，Q235采用機(jī)械切及氧乙炔火焰切割。（2）坡口的制備適當(dāng)減小V形坡口角度。當(dāng)板厚大于10mm時，應(yīng)盡量選用焊縫截面較小的U形坡口，以減小融合比。1Cr18Ni9鋼板采用U形坡口，法蘭處坡口如下圖。（3）焊前清理將坡口兩側(cè)20mm～30mm范圍內(nèi)的焊件表面清理干凈，如有油污，可用丙酮或酒精等有機(jī)溶劑擦拭。對表面質(zhì)量要求特別高的焊件，應(yīng)在適當(dāng)范圍內(nèi)涂上用白堊調(diào)制的糊漿，以防飛濺金屬損傷表面。（4）表面防護(hù)避免損傷鋼材表面，不允許用利器劃傷鋼板表面，不允許隨意到處引弧等。2、焊接工藝參數(shù)的選擇焊接奧氏體不銹鋼時，應(yīng)控制焊接熱輸入和層間溫度，以防止熱影響區(qū)晶粒長大及碳化物析出。焊條電弧焊是最常用的焊接方法，具有操作靈活、方便等優(yōu)點。為提高焊縫金屬抗熱紋能力，宜選用堿性藥皮的焊條；對于耐蝕性要求高、表面成形要求好的焊縫，宜選用工藝性能良好的鈦鈣型藥皮焊條，又由于奧氏體不銹鋼的電阻較大，焊接時產(chǎn)生的電阻熱較大，同樣直