异种钢焊接

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• 2)焊接方法
–锻件内侧用焊条电弧焊施焊;锻件与筒体焊接采用焊 条电弧焊打底,再用埋弧焊施焊。
• 3)内侧过渡层堆焊
–法兰盘内侧堆焊过渡层并延伸至坡口内侧。堆焊前采 用丙酮清理坡口内侧的油污等污染物,并用氧乙炔火 焰进行烘烤,以防止堆焊时产生裂纹和气孔。堆焊时 采用小电流、多层多道焊,焊条选择及焊接参数见表 。
A302 A307 A312 A502 A507
E16-25MoN-16 E16-25Mo6N-15
E16-25MoN-16 E16-25Mo6N-15
A502 A507
A502 A507
焊丝(埋弧焊或氩弧 焊)
H1Cr25Ni13 H1Cr20Ni10Mo6 H1Cr20Ni17Mn6Si2
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§4 异种钢的焊接
母材金相组织相同,焊缝金属与母材基体合金系和组织不同 母材金相组织不同 复合钢焊接结构件
• P钢和A钢焊接主要问题: – 焊缝成分的稀释 – 熔合区凝固过渡层的形成 – 碳迁移扩散层 – 接头的应力状态
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• (一)焊缝金属化学成分的稀释
–珠光体钢与奥氏体不锈钢焊接时,焊缝金属平均成分是 由两种不同类型的母材和填充金属混合所组成。
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珠光体钢与奥氏体不锈钢焊接时常用的焊接材料
母材牌号
第一种材料
第二种材料
低碳钢或普低钢
铬钼钢 (12CrMo、15CrMo、
30CrMo)
铬钼钒钢 (12Cr1MoV、15Cr1Mo1V)
铬钼钢 Cr5Mo
1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni2Ti Cr17Ni13Mo2Nb
Cr23Ni18 Cr25Ni13Ti
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影响碳迁移过渡层的形成与发展的因素: (1)接头在焊后的加热温度和保温时间 实践证明,焊接线能量对碳迁移 过渡层的形成无明显的影响,即使采用大的线能量,焊后也不一定出现明显 的迁移过渡层。而焊后加热到—定温度(500℃左右),保温一段时间后, 过渡层开始发展。随着温度升高,脱碳层逐渐加大,到800℃时达到最大值。 随加热时间的延长,扩散层也加宽。因此,一般情况下,异种钢接头不宜焊 后热处理。 (2)碳化物形成元素的影响 奥氏体焊缝中合金元素对碳的亲和力越大, 数量越多,则珠光体母材一侧的脱碳层就越宽。 (3)母材含碳量的影响 尽管碳从珠光体钢向焊缝迁移不是因母材与焊缝 中碳浓度差而造成,但母材中碳含量越高,迁移层发展则越快。 (4)镍的影响 :镍是石墨化元素,降低碳化物的稳定性,削弱碳与碳化物 形成元素的结合力。因此,焊缝中提高镍含量,有助于抑制碳的扩散。
• 采用高镍的填充金属,提高焊缝金属中镍的质量 分数,可以使脆化层的宽度明显降低。
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源自文库
奥氏体焊缝中镍含量对过渡层宽度的影响 Ⅰ—低合金钢母材 Ⅱ—奥氏体不锈钢焊缝 Ⅲ—过渡层
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• (三)碳迁移扩散层的形成
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在珠光体钢与奥氏体钢焊接或在焊后加热(热处理或高温运行)时,由 于熔合线两侧的成分相差悬殊,组织亦不相同,在一定温度下会发生某些 合金元素的扩散。其中扩散最强,影响明显的是碳。碳从珠光体母材通过 熔合区向焊缝扩散,从而在靠近熔合区的珠光体母材上形成一个软化的脱 碳层,在靠近熔合区的奥氏体焊缝中形成了硬度较高的增碳层,这种脱碳 层与增碳层总称为碳迁移过渡层。
a、当产品工作温度≤400℃时,通常选用A307或A507; b、当产品工作温度>400℃或焊接接头要求热处理时,则受压元 件对接接头可选用镍基焊接材料,而受压元件与附件的焊接选用高铬 镍不锈钢焊接材料。
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• 隔离层堆焊法
为了防止因应力过高而在回火处理或使用过程中在熔合区出现开裂现 象,可以在珠光体钢的坡口表面堆焊含有较多的强碳化物形成元素过渡 层 (如高铬镍奥氏体钢焊条或镍及镍合金电焊条Ni307)。过渡层厚度 一般为6-9mm。
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Q345钢锻件与0Cr18Ni10Ti钢焊接接头形式与 焊接层数
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Q345钢锻件与0Cr18Ni10Ti钢筒体堆焊的焊接参数
焊接层数
焊接方法
焊材型号及 规格/㎜
电源 极性
焊接 电流/A
电弧电压 焊接速度
/V
/(m/h)
坡口内侧 堆焊及第
8层
焊条 电弧焊
E309-16 φ4.0
–接触腐蚀介质或高温的一面由不锈钢板承担,而结构所 需强度和刚度则由碳钢或低合金钢板承担。
–广泛用于石油、化工、制药、制碱和航海等要求防腐和 耐高温的容器和管道等。其中以低合金钢与奥氏体不锈 钢合成的不锈复合钢板应用最为广泛。
–不锈复合钢板由于化学成分和物理性能差异很大,其焊 接性也存在重大差异,因而不能采用单一的焊接材料和 焊接工艺进行焊接,而应将覆层和基层区别对待。
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25Cr3MoWV钢板边 缘堆焊Cr25Ni20焊
缝的应力分布
实线—焊态 虚线— 经700℃2h退火
• 二、异种钢焊接工艺要点
1、焊接方法选择
为了降低母材的稀 释作用,应选用熔合比 小的焊接方法。
2、焊接参数选择
为了降低熔合比,应 尽量用小直径的焊条和 焊丝,并选用小电流、 大电压和快焊速。如果 珠光体钢有淬硬倾向, 应适当进行预热。
–由于珠光体钢中不含或只有少量的合金元素,如珠光体 钢溶入焊缝金属的比例增大,则会冲淡焊缝金属的合金 浓度,从而改变焊缝金属的化学成分和组织状态。这种 现象称为母材金属对焊缝金属的稀释作用。
–如果由于母材对焊缝金属的过分稀释,可使焊缝中奥氏 体形成元素不足,结果在焊缝中出现马氏体组织,使焊 接接头的脆性增大,导致焊接接头形成裂纹。
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图5-16 不锈复合钢板的搭接接头形式 a) 搭接焊缝为过渡层焊缝 b) 一面是过渡层焊缝,一面
是低碳钢焊缝
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图5-17不锈复合钢板的角接接头形式 a) 一面是不锈钢焊缝,一面是过渡层焊缝 b) b) 一面是低碳钢焊缝,一面是不锈钢焊缝
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• 凝固过渡层的大小与母材厚度、焊接参数和材料 有关。
• 凝固过渡层还与填充金属的成分有关,当过渡层 中镍含量低于5%~6%时,将产生马氏体组织。 脆性层宽度B与焊缝中镍含量成反比。当填充金属 选用1Cr18Ni9时,脆性层宽度为B1,是比较大的 ;当采用Cr15Ni25Mo6填充金属时,此脆性层宽 度缩小到B3。
直流 反接
130~150
24~30 0.52~0.61
焊接1~ 7层及 第9层
埋弧焊
H0Cr18Ni10 Ti 直流
φ5.0 正接 HJ260
450~480
34~36
35~36
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• 4)要严格控制焊接热输入,特别是用小的焊接电 流和快的焊接速度来将熔合比控制在最小值。
• 装配时,要求对接接头处不留任何间隙,最大装 配间隙不能超过1.0mm。正面第一层焊缝用埋弧 焊施焊。各层焊接参数及焊接材料选用见表。
• 正面焊缝全部焊接完毕,背面用碳弧气刨清根, 彻底打磨渗碳层后,进行背面第八层焊缝的焊接 ,采用焊条电弧焊施焊。
• 焊接接头内部质量经X光射线探伤满足JB47301994Ⅱ级以上标准。
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复合钢板的焊接特点
–复合钢板是由两种材料复合轧制而成的双金属板。它是 由覆层(不锈钢)和基层(碳钢或低合金钢)组成。
–2)基层焊接材料 选用与基层材料单独焊接时相同的 焊接材料,并以同样的焊接工艺焊接。
–3)覆层焊接材料 原则上与单独焊接不锈钢时的焊接 材料相同,焊接工艺也相同。
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• 3、焊接坡口
– 常用的焊条电弧焊对接接头的坡口形式见教 材P275。
• 4、焊接顺序
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a)装配定位焊 b)焊接基层低碳钢 c)加工覆层 d)在覆层钢一侧施焊 过渡层 e)在过渡层上焊覆层
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3、焊接材料的选择
原则: A、保证焊缝金属与基体金属有良好的力学性能,一般根据接头两侧 焊接性较差或强度较低的材料选择焊接材料; B、保证焊缝金属具有一定的致密性,无气孔、夹杂; C、保证有良好的工艺性能,即不出现裂纹、适应各种位置焊接; D、保证焊缝金属具有所要求的特性,如热强性、耐热性、耐腐蚀性、 耐磨性等; E、对不能形成固溶体的异种金属,可在良种被焊的异种金属之间加 能形成固溶体的中间过渡层。
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(四)焊接接头的应力状态
珠光体钢与奥氏体钢焊接时,接头在焊后除了产生由于 局部加热而引起的热应力外,还有由于两种钢的热膨胀系 数相差很大,不仅在焊接后会产生较大的残余应力,而且 在使用中如有循环温度的作用,也会形成热应力,因而这 种异种钢的焊接接头应力状态较之同种金属焊接时更为复 杂。更重要的是由于热膨胀系数不同所形成的残余应力, 经过热处理是无法消除的。
举例:
A、不同强度等级铁素体或珠光体型钢之间的焊接(如20G+ 15CrMoG),其总的特点是线膨胀系数按近、导热系数相差不大。 因而主要考虑运行时工作应力平滑过渡、组织稳定,一般选用成分或 强度(常温强度和高温强度)介于两者之间的焊接材料。
B、碳钢或低合金、高合金钢与奥氏体不锈钢焊接,要考虑稀释、 碳扩散和热应力三方面的问题,同时还要考虑焊接工艺性及使用条件:
铬钼钒钢 (Cr5Mov、25Cr3WmoV、
12Cr2Mo2VniS)
12CrMo、15CrMo、 30CrMo、12Cr1MoV 、15Cr2Mo2
Cr15Ni35W3Ti Cr16Ni25Mo6
低碳钢
Cr25Ni15TiMoV Cr21Ni15Ti
焊条电弧焊
焊条型号
焊条牌号
E309-16 E309-15 E309Mo-16 E16-25MoN-16 E16-25Mo6N-15
为防止凝固过渡层,可在P钢的坡口先堆焊一层23-13之类的A金属隔 离层,这样可使P钢在拘束度极小的情况下焊接;堆焊隔离层时,应避 免在A钢上熔敷碳钢或低合金钢,从而导致形成脆硬的M组织焊缝;
为防止碳迁移现象,可先在P钢的坡口上用V、Nb、Ti等含量较高的 焊条堆焊第一隔离层,再用适当的A焊条堆焊第二隔离层;(广泛用于 不锈钢管与低合金钢管的焊接)
• 5.不锈复合钢板焊接时应注意的问题: • 1)下料最好采用等离子弧切割 等离子切割的割缝质量比
氧乙炔火焰切割质量高,切口光滑,热影响区小; • 2)装配应以覆层为基准,防止错边过大而影响覆层质量
,定位焊缝尽可能地放在基层面; • 3)焊前对坡口两侧20~40mm范围内进行清理; • 4)焊接过渡层时应选用尽可能小的焊接电流。
不锈复合钢板的对接焊缝的焊接顺序
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• 不锈复合钢板的搭接接头和角接接头形式如图5-16和图517所示。在待焊区中碳钢和不锈钢共存部位,要选用过渡 层的焊接材料。待焊处出现都是碳钢时,可以按基层所选 用的焊接材料进行施焊;同样,待焊区都是不锈钢材料时 ,选用覆层的焊接材料,但是考虑到焊接熔池的深度,可 能将基层熔化,此时,第一层焊缝仍要选用过渡层的焊接 材料。
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• 焊接工程实例
0Cr18Ni10Ti+Q345异种钢焊接工程实例 沥青溶液换热器中有一道法兰材质为
Q345钢的锻件,与壁厚为26mm的 0Cr18Ni10Ti钢筒体焊接的工序,为异种钢 的焊接。
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• 1)焊接方案的制定
–在锻件内侧与待焊坡口处堆焊过渡层,然后与筒节成 为同质材料的焊接,焊接接头形式与坡口尺寸如图所 示。
碳从溶解度低而活度高的(珠光体)一侧钢向溶解度高而活度低(奥氏 体)—侧迁移。原因: (1)C的扩散速度比其他溶质元素大104-106倍; (2)碳在液态铁中的溶解度大于在固态铁中的溶解度; (3)在奥氏体中的溶解度大于在铁素体中的溶解度; (4)奥氏体材料中含有较多的碳化物形成元素,使碳在其中多以化合状 态存在,活度比较低。
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• 1.焊接方法 • 可以采用焊条电弧焊、埋弧焊、CO2气体保护焊
及惰性气体保护焊等方法。但覆盖层常用焊条电 弧焊。 • 2.焊接材料 • 焊缝由过渡层、基层和覆层三部分组成,各自的 焊接材料选择如下:
–1)过渡层焊接材料 必须选用其铬、镍含量高于覆层 中含量的不锈钢焊接材料。
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