碳鋼低合金鋼不銹鋼的焊接

碳鋼低合金鋼不銹鋼的焊接第一頁，共54頁。材料的可釬焊性原則可釬焊性”和“工藝可釬焊性”。原則可釬焊性則取決于釬料與母材界面上所進行的物理與化學(xué)過程，材料能否進行釬焊的可能性工藝可釬焊由用一定方法得到的牢固的釬焊接頭的可能性來決定；第二頁，共54頁。材料的可釬焊性首要因素：材料本身的性質(zhì)CuandFeTiandAl第三頁，共54頁。材料的可釬焊性工藝因素：釬料、釬劑、釬焊方法CuandFeMoandWTiandAl第四頁，共54頁。材料的可釬焊性合金釬料釬焊時,其組分能否與母材形成化合物,要視其與母材和釬料基體的親和力及濃度.如用Ag-Si、Ag-Sn、Ag-Zn釬焊低碳鋼AgandFe不潤濕：對鐵的親和力：Si>Sn>Zn對銀的親和力：Zn>Si>

Sn第五頁，共54頁。材料的可釬焊性所以常常用含鋅的銀釬料來釬焊低碳鋼第六頁，共54頁。材料的可釬焊性如何減薄或防止界面化合物的生成呢？第七頁，共54頁。碳鋼釬焊特點鋼釬焊的難易程度首先取決于表面形成的氧化物成分和結(jié)構(gòu)。焊接時鋼表面往往要形成四種鐵的氧化物：所有氧化鐵均是多孔和不穩(wěn)定的，容易被還原性氣體所還原，也容易被釬劑去除，所以低碳鋼的釬焊是容易實現(xiàn)的。第八頁，共54頁。低合金鋼釬焊特點釬焊低合金鋼，如合金元素相當?shù)?，則金屬表面基本上還是鐵的氧化物，但隨著合金元素含量的提高，則還可能生成其他氧化物，在選擇釬劑是必須考慮此因素（活性或是保護氣）。另外，合金鋼常在淬火和回火狀態(tài)下使用，所以還必須考慮釬焊時發(fā)生的退火軟化等問題。第九頁，共54頁。釬料在軟釬料中，應(yīng)用最廣是錫鉛釬料。錫鉛釬料的釬焊溫度低，對母材性能不產(chǎn)生有害影響。但錫鉛釬料與鋼能形成FeSn金屬間化合物，所以要適當控制釬焊溫度及保溫時間。潤濕性能越來越好（密封接頭）第十頁，共54頁。釬料硬釬焊時，主要采用銅基釬料和銀基釬料。純銅由于熔點高，主要采用保護氣體釬焊。釬焊時鐵有溶于銅的傾向，而銅又能向鐵晶間滲入，因此釬焊強度大大提高，注意間隙不易過大（＜0.05mm）。使用黃銅時，為防止鋅的蒸發(fā)，采用快速加熱方法，如火焰釬焊、感應(yīng)釬焊等。黃銅釬料釬焊溫度低，鋼不會發(fā)生晶粒長大，釬焊接頭強度和塑性較好。第十一頁，共54頁。釬料硬釬焊時，主要采用銅基釬料和銀基釬料。采用銀基釬料時，主要采用BAg25CuZn、BAg45CuZn、BAgCuZnCd和BAg50CuZnCd釬料。銀基釬料工藝性能好，釬焊溫度比銅基釬料低，在鋼表面具有良好的鋪展性，釬焊接頭的強度和塑性都很好。表8.2銀銅鋅料釬焊的低碳鋼接頭的強度第十二頁，共54頁。釬劑釬焊碳鋼和低合金鋼時均需使用釬劑或保護氣體。。當采用錫鉛釬料時，可選用氯化鋅與氯化銨的混合液作釬劑或其他專用釬利。這種釬劑的殘渣—般都具有很強的腐蝕性，釬焊后應(yīng)對接頭進行嚴格清洗。第十三頁，共54頁。釬劑采用銅鋅釬料進行硬釬焊時，應(yīng)選用FB301或FB302釬劑(參見JB／T6045—92硬釬焊用釬劑，下同)，即硼砂或硼砂與硼酸的混合物：在火焰釬焊中，還可采用硼酸甲酯與甲酸的混合液作釬劑，其中起去膜作用的是B2O3蒸汽。當采用銀銅鋅釬料時，可選擇FBl02、FBl03和1FBl04釬劑，即硼砂、硼酸和某些氟化物的混合物。這種釬劑的殘渣具有一定的腐蝕性，釬焊后應(yīng)清除干凈。第十四頁，共54頁。接頭設(shè)計釬焊接頭應(yīng)該緊配合，設(shè)計要合理。當使用有機釬劑時，對于大多數(shù)釬料，接頭間隙0.05～0.13mm可以得到最好的力學(xué)性能爐中釬焊使用BCu釬料時推薦使用輕壓配合。BNi釬料和BAg釬料的接頭間隙應(yīng)控制在0～0.13mm的范圍內(nèi)，取決于合金的類型。第十五頁，共54頁。工藝和設(shè)備釬焊工藝過程:接頭設(shè)計表面準備裝配加熱冷卻后處理檢驗方法:火焰加熱、爐中加熱和感應(yīng)加熱表面準備：釬焊前可采用不同清洗工藝,包括機械、化學(xué)、電化學(xué)方法測試工件清潔程度：溶劑擦拭試驗、水膜破裂試驗

第十六頁，共54頁。工藝和設(shè)備采用機械或化學(xué)方法清理待焊表面，確保氧化膜和有機物徹底清除。清理后的表面不宜過于粗糙，不得粘附金屬屑?；蚱渌畚?。采用各種常見的釬焊方法均可進行碳鋼和低合金鋼的釬焊?；鹧驸F焊時，宜用中性或稍帶還原性的火焰，操作時應(yīng)盡量避免火焰直接加熱釬料和釬劑。感應(yīng)釬焊和浸沾釬焊等快速加熱方法非常適合于調(diào)質(zhì)鋼的釬焊，同時宜選擇淬火或低于回火的溫度進行釬焊，以防母材發(fā)生軟化。保護氣氛中釬焊低合金高強鋼時，不但要求氣體的純度高，而且必須配用氣體釬劑才能保證釬料在母材表面上的潤濕和鋪展。第十七頁，共54頁。后處理釬劑的殘渣可以采取化學(xué)或機械的方法來清除。有機釬劑的殘渣可用汽油、酒精、丙酮等有機溶劑擦拭或清洗：氯化鋅和氯化銨等強腐蝕性釬劑的殘渣，應(yīng)先在NaOH水溶液中中和，然后再用熱水和冷水清洗；硼酸和硼酸鹽釬劑的殘渣不易清除，只能用機械方法或在沸水中長時間浸煮解決。第十八頁，共54頁。應(yīng)用在日常生產(chǎn)中碳鋼和低合鋼釬焊，所括汽車部件、卡車部件、自行車部件和摩托車部件、雪上汽車部件、山地交通工具和類似工具。其他包括門窗框、輸送管、罐、各種類型容器、多孔和膨脹鋼面板、鋼隔斷和作篷架用的材料等。各種規(guī)格鋼制家俱切割工具和刀子、水壓罐、蓄水罐、電子設(shè)備、珩磨器具第十九頁，共54頁。不銹鋼的釬焊第二十頁，共54頁。不銹鋼所有金屬都和大氣中的氧氣進行反應(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)進行氧化，使銹蝕不斷擴大，最終形成孔洞?？梢岳糜推峄蚰脱趸慕饘伲ɡ?，鋅，鎳和鉻）進行電鍍來保證碳鋼表面，但是，正如人們所知道的那樣，這種保護僅是一種薄膜。如果保護層被破壞，下面的鋼便開始銹蝕

不銹鋼是在空氣、各種氣氛、水或各種酸、堿、鹽的水溶液中具有化學(xué)穩(wěn)定性而不致氧化生銹或受到腐蝕的鋼。工業(yè)中分為耐蝕和耐熱兩種目的。第二十一頁，共54頁。不銹鋼不銹鋼中常用合金元素：C、Cr、Ni、Mo、Mn、Ti、Si、Nb、N、Cu、Co、Al等。C：C是擴大γ相區(qū)元素，但不銹鋼中，因為C形成K，↓合金度，↓↓耐蝕性。若K沿晶界析出，則會產(chǎn)生晶間腐蝕，故不銹鋼一般為低C，只在需要較高強度時，才↑C量。（且低C也具有良好的焊接性和冷熱加工性）第二十二頁，共54頁。不銹鋼不銹鋼中常用合金元素：C、Cr、Ni、Mo、Mn、Ti、Si、Nb、N、Cu、Co、Al等。Cr：↑耐蝕性的最主要元素。在氧化性介質(zhì)中，Cr使鋼表面很快生成一層Cr的氧化膜（鈍化膜），從而↑耐蝕性，Si和Al同時也具有良好的鈍化性能；在非氧化性介質(zhì)中（如稀硫酸、鹽酸、有機酸）Cr不能形成鈍化膜，還要加入能形成鈍化膜的Ni、Mo、Cu等元素。Ni和Si都能↑Fe的電極電位，但Ni貴，而大量的Si會使鋼變脆，故只有Cr才為↑Fe電極電位的最常用Me。第二十三頁，共54頁。不銹鋼不銹鋼中常用合金元素：C、Cr、Ni、Mo、Mn、Ti、Si、Nb、N、Cu、Co、Al等。Ni：Ni是擴大γ相區(qū)元素，用來獲得A組織。但若單獨加Ni，低C鋼中Ni≥24%時，才能獲得單一A組織，≥27%Ni時才具有耐蝕性。但若Cr-Ni配合，則只需較少的Ni，其作用就很明顯。故不銹鋼中無單獨加Ni，而是Cr-Ni配合。第二十四頁，共54頁。不銹鋼不銹鋼中常用合金元素：C、Cr、Ni、Mo、Mn、Ti、Si、Nb、N、Cu、Co、Al等。Mo：↑不銹鋼的鈍化作用和耐蝕性，特別對有機酸和含Cl離子的介質(zhì)。Mo↓點腐蝕傾向。第二十五頁，共54頁。不銹鋼不銹鋼中常用合金元素：C、Cr、Ni、Mo、Mn、Ti、Si、Nb、N、Cu、Co、Al等。Mn、N：都是A形成元素，可代替Ni,但Mn↓耐蝕性，故不銹鋼中不單獨用Mn，而是用來代替部分N，或用Mn、N代替全部Ni。第二十六頁，共54頁。不銹鋼不銹鋼中常用合金元素：C、Cr、Ni、Mo、Mn、Ti、Si、Nb、N、Cu、Co、Al等。Si、Al：除↑鈍化能力外，Si↑鋼水的流動性和抗氧化性能，↑Cr-NiA不銹鋼的抗應(yīng)力腐蝕斷裂性能，在一般不銹鋼中為常存雜質(zhì)元素。Al還可產(chǎn)生沉淀硬化作用。（沉淀硬化不銹鋼）第二十七頁，共54頁。不銹鋼不銹鋼中常用合金元素：C、Cr、Ni、Mo、Mn、Ti、Si、Nb、N、Cu、Co、Al等。Cu：A形成元素，在A不銹鋼中同時加Mo和（1-3）%Cu，可↑其在硫酸中的耐蝕性。在FCr不銹鋼中加<1%Cu，可↑其在某些還原性介質(zhì)中的耐蝕性，并改善其韌性。第二十八頁，共54頁。不銹鋼不銹鋼中常用合金元素：C、Cr、Ni、Mo、Mn、Ti、Si、Nb、N、Cu、Co、Al等。Ti、Nb：都是強K形成元素，用于固定鋼中的C，使其生成穩(wěn)定K，↓C的有害作用，WTi>5*Wc，WNb>8*Wc，Ti、Nb還↑焊接性，但過高會↓高溫塑性。第二十九頁，共54頁。不銹鋼不銹鋼中常用合金元素：C、Cr、Ni、Mo、Mn、Ti、Si、Nb、N、Cu、Co、Al等。S、P：↑切削加工性能Re：↑切削性能，表面離子注入Re，↑鋼表面鈍化能力，↑耐蝕性。第三十頁，共54頁。不銹鋼不銹鋼中常用合金元素：C、Cr、Ni、Mo、Mn、Ti、Si、Nb、N、Cu、Co、Al等。第三十一頁，共54頁。不銹鋼不銹鋼中常用合金元素：C、Cr、Ni、Mo、Mn、Ti、Si、Nb、N、Cu、Co、Al等。第三十二頁，共54頁。按目前使用的不銹鋼的基體組織來看，可分為經(jīng)下幾類：M不銹鋼：（包括M+F）高溫狀態(tài)為單相A組織（或A+F），淬火冷卻后得到M（或M+F）組織。F不銹鋼：（包括F+M）加熱和冷卻時都不發(fā)生α≒γ轉(zhuǎn)變（或部分α≒γ轉(zhuǎn)變）始終保持F組織（或冷卻得到F+M組織）。A不銹鋼：加熱冷卻時都不發(fā)生α≒γ轉(zhuǎn)變，始終保持A組織。A-F雙相不銹鋼：組織為A+F加熱和冷卻時發(fā)生部分α≒γ轉(zhuǎn)變。沉淀硬化超高強度不銹鋼第三十三頁，共54頁。不銹鋼分類鐵素體不銹鋼。含鉻12％～30％。其耐蝕性、韌性和可焊性隨含鉻量的增加而提高，耐氯化物應(yīng)力腐蝕性能優(yōu)于其他種類不銹鋼。

奧氏體不銹鋼。含鉻大于18％，還含有8％左右的鎳及少量鉬、鈦、氮等元素。綜合性能好，可耐多種介質(zhì)腐蝕。

奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼。兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的優(yōu)點，并具有超塑性。

馬氏體不銹鋼。強度高，但塑性和可焊性較差。第三十四頁，共54頁。馬氏體不銹鋼馬氏體不銹鋼通常含12-17%Cr，低碳或高碳鋼（0.1-0.5%C）,如1Cr13、2Cr13、Cr17Ni2等。馬氏體不銹鋼的耐蝕性來源于Cr含量，1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13四種鋼中耐蝕性和強度順序剛好相反。這類合金能夠通過熱處理強化，強化后具有良好強度、塑性、韌性、耐蝕性等綜合性能。含C較低的1Cr13、2Cr13、1Cr17Ni2常用來制造結(jié)構(gòu)件如汽輪機葉片，含C較高的3cr13、4Cr13、9Cr18。常用于制造工具（如醫(yī)用手術(shù)工具、側(cè)量工具）不銹軸承、彈簧等。第三十五頁，共54頁。馬氏體不銹鋼Cr是F形成元素Cr%↑，γ相區(qū)↓，共折C量↓，當20%Cr時，單相γ相區(qū)消失。當Cr%=13%時，共析C量為0.2，故1Cr13為亞共析鋼，2-4Cr13為共析、過共析鋼。M不銹鋼的Me含量較少，價格比較便宜。它的耐蝕性、塑性、焊接性較A鋼、F鋼要差，但由于它加熱和冷卻時α≒γ轉(zhuǎn)變，故可通過HT來↑它的機械性能，故其C%量也較高。第三十六頁，共54頁。鐵素體不銹鋼也是Cr鋼，且Cr量較高?；境煞郑海?.25%.13~30%Cr。無NI。含有少量Mo、TI、Nb等。組織為單數(shù)F（或F＋少量M）。牌號0Cr13、Cr17、Cr28等碳含量極低不可淬火，加熱時無相變，故不能熱處理強化，隨著鉻含量的提高，其耐酸性也提高。多用于制造抵抗大氣、水氣、硝酸及鹽水等腐蝕，是耐蝕性良好的通用不銹鋼，也用于食品工廠設(shè)備，家用電器，家庭用具，也可作在高溫下工作的零件。第三十七頁，共54頁。F不銹鋼的主要缺點是因加熱和冷卻時無相變，故無法用HT改變其性能，只能采用冷變形強化。脆性很大第三十八頁，共54頁。引起脆性的主要原因有原始晶料粗大：F鋼鑄態(tài)組織、晶粒粗大、又不能通過冷熱加工過程中的相變來細化，只能通過壓力加工（鍛、軋）來碎化。σ相脆性：按Fe-Cr相圖，＞30%Cr在550~850oC溫度區(qū)域長時間停留會析出σ相。475oC脆性：在高Cr鋼中＞15%Cr時，在400~525oC溫度區(qū)域長時間停留，鋼在室溫下會變得很脆，這種現(xiàn)象以475oC最明顯，故稱這種脆性為475oC脆性。第三十九頁，共54頁。奧氏體不銹鋼A不銹鋼是應(yīng)用最廣泛的不銹鋼。是以Cr~Ni為主要Me的不銹鋼?；境煞荩?7~25%Cr、8~29%Ni、低C?；蚝猩倭縈O、TI、Nb、Cu等元素，組織為單相A。這類鋼強度不高，也不能熱處理強化。但耐蝕性、高溫強度及抗氧化性能好，塑性、焊接性及沖擊韌性高，因而應(yīng)用很廣。用于制作耐酸設(shè)備，如耐蝕容器、核能及設(shè)備襯里、輸送管道、耐硝酸設(shè)備的零件。第四十頁，共54頁。奧氏體不銹鋼的缺點但A不銹鋼切削性能差，易產(chǎn)生晶間腐蝕，應(yīng)力腐蝕和點腐蝕傾向也較大，且價格較高。A不銹鋼的強度較低，無法HT強化，只能采用冷變形來提高其強、硬度第四十一頁，共54頁。晶間腐蝕固溶處理后的A不銹鋼在400~800℃溫度范圍加熱保溫時，會出現(xiàn)晶間腐蝕。C%提高，腐蝕傾向提高。此外，在焊接及焊件的熱影響區(qū)也會產(chǎn)生晶間腐蝕。產(chǎn)生原因：鋼經(jīng)固溶處理后，K溶于A中，A中C處于過飽和狀態(tài)。當鋼于400~800℃停留時，富Cr的KCr23C6就要重新沿A晶界析出，且呈斷續(xù)網(wǎng)狀，從而使晶界圍圍A區(qū)貧Cr。造成晶間腐蝕。Cr%<11.7%防止措施：1、重新固溶處理。2、↓鋼中C量，使C量<400~800℃時C在A中溶解度。3、加入能形成穩(wěn)定K的Me如Ti、Nb的固定C，保證固溶的Cr量第四十二頁，共54頁。沉淀硬化不銹鋼這類鋼用于具有高強度、耐熱和耐腐蝕性能的場合。在這些合金中，加入了鋁、鈦、銅和鉬等合金元素?？梢允惯@些合金沉淀硬化。奧氏體和馬氏體雙相。應(yīng)用于航空航天，核能裝置、電子通信、儀器儀表等第四十三頁，共54頁。不銹鋼的釬焊特點表面氧化膜復(fù)雜：不銹鋼除含鐵外，還有鉻、鎳、錳、鈦、鉬、鎢、釩等元素，所以在它們表面上能形成多種氧化物，甚至復(fù)合氧化物。其中Cr2O3是比較穩(wěn)定的氧化物，較難去除，必須采用活性強的釬劑；在保護氣氛中釬焊時，只有在低露點（-52℃）的氫氣保護下，加熱到1000℃以上，才能將其還原。不銹鋼中含有鈦元素時，氧化物更穩(wěn)定，更難去除。第四十四頁，共54頁。不銹鋼的釬焊特點釬焊溫度選擇：對非熱處理強化的不銹鋼，選擇的釬焊溫度應(yīng)使晶粒不致嚴重長大。例如，1Cr18Ni9Ti不銹鋼的晶粒長大溫度為1150℃，故應(yīng)低于此溫度釬焊。奧氏體不銹鋼在釬焊加熱到427～876℃范圍時，由于碳化物的析出而引起晶間腐蝕，為此應(yīng)盡量避免在該溫度范圍內(nèi)釬焊。必須在次溫度區(qū)間進行釬焊時，應(yīng)盡可能縮短加熱時間。第四十五頁，共54頁。不銹鋼的釬焊特點其他問題：釬焊不含穩(wěn)定化元素(Ti，Nb)的奧氏體不銹鋼時，要避免在碳化物析出的溫度區(qū)間長時間加熱，可采用方法是:①對小工件可采用加熱時間短的火焰釬焊或感應(yīng)釬焊方法，并配合使用低熔點釬料。②在奧氏體化溫度區(qū)間釬焊，但釬焊溫度最好控制在1100℃左右，避免奧氏體晶粒長大使用銀釬料釬焊鐵素體不銹鋼時，由于釬料與母材電極電位相差較大，釬料與母材之間的界面在水中容易產(chǎn)生界面腐蝕。使用含鎳的銀釬料釬焊此類不銹鋼可改善接頭的耐蝕性。第四十六頁，共54頁。不銹鋼的釬焊特點其他問題：馬氏體不銹鋼需經(jīng)淬火和回火熱處理，因此釬焊或是在不銹鋼奧氏體化時進行，或是使用低熔點釬料在700℃以下進行，避免母材在釬焊過程中軟化沉淀硬化不銹鋼有時含有較多的鋁或鈦，在爐