八方钢的异种材料焊接工艺.

河南工程学院《压力焊》考查课

专业论文

八方钢的异种材料焊接工艺

学生姓名：郭锦鹏

学院：机械工程学院

专业班级：材料成型及控制工程1241 专业课程：压焊方法及设备

任课教师：陈丹

2015 年11 月11 日

八方钢的异种材料焊接工艺

1八方钢简介

本处八方钢将用于工程结构件，八方钢即为截面为正八面体的的实心钢，和管状钢不同。生产原材料：1000mm长20钢+300mm长1Cr18Ni9

八方钢规格要求：长度为1300mm；外接圆直径为80mm。

生产方法：可由80mm圆柱体切削加工而成。如图1所示。

图1 八方钢工件截面图

2原料供货

经上网及实地查找，通过材料质量以及价格方面综合考虑，确定供货企业为深圳市华镍特种合金有限公司。

深圳市华镍特种合金有限公司简介：华镍特种合金有限公司是中国一家降低用户金属材料成本的公司，总部位于深圳。公司主要产品有高温耐腐蚀合金.耐高温耐腐蚀毛细管，精密合金.膨胀合金.软磁合金.永磁合金.特殊不锈钢.双相钢.焊材等。

材料化学成分如下：

碳 C ：≤0.15%

硅 Si：≤1.00%

锰 Mn：≤2.00%

硫 S ：≤0.030%

磷 P ：≤0.035%

铬 Cr：17.00～19.00%

镍 Ni：8.00～10.00%

1Cr18Ni9经冷加工有高的强度，但伸长率比1Cr17Ni7稍差。建筑用装饰部件。提高切削性，耐烧性。最适用于自动车床。螺栓、螺母。不会产生腐蚀、点蚀、锈蚀或磨损。不锈钢还是建筑用金属材料中强度最高的材料之一。由于不锈钢具有良好的耐腐蚀性，所以它能使结构部件永久地保持工程设计的完整性。含铬不锈钢还集机械强度和高延伸性于一身，易于部件的加工制造，可满足建筑师和结构设计人员的需要。耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢。[1]又称不锈耐酸钢。实际应用中，常将耐弱腐蚀介质腐蚀的钢称为不锈钢，而将耐化学介质腐蚀的钢称为耐酸钢。由于两者在化学成分上的差异，前者不一定耐化学介质腐蚀，而后者则一般均具有不锈性。不锈钢的耐蚀性取决于钢中所含的合金元素。铬是使不锈钢获得耐蚀性的基本元素，当钢中含铬量达到12%左右时，铬与腐蚀介质中的氧作用，在钢表面形成一层很薄的氧化膜（自钝化膜），可阻止钢的基体进一步腐蚀。除铬外，常用的合金元素还有镍、钼、钛、铌、铜、氮等，以满足各种用途对不锈钢组织和性能的要求。

3现代异种材料焊接简介

现代工程结构中不仅需要对大量的同种材料进行焊接，也需要对相当数量的异种材料进行焊接。采用异种材料制造的焊接结构，不仅能满足不同工作条件对材质提出的不同要求，而且可节约大量的优质贵重材料，降低成本，充分发挥不同材料的性能优势。近年来，异种材料焊接结构在机械、化工、电力及核工业等行业得到广泛应用，对异种材料的焊接也越来越受到重视根据金相组织，钢材可以分为珠光体钢(碳钢和低合金钢)、铁素体钢和铁素体-马氏体钢（高铬钢）、奥氏体钢和奥氏体-铁素体钢（铬镍钢）三大类。于珠光体钢与奥氏体钢的物理性能、化学成分（尤其是含Cr量）存在差异，其焊接时存在如下三大问题：⑴焊缝成分稀释⑵熔合区性能恶化（包括形成凝固过渡层和碳迁移过渡层）⑶接头应力复杂。

4确定焊接方法

4.11Cr18Ni9钢的焊接特性

1Cr18Ni9奥氏体不锈钢和低碳钢的物理性能如表1：

1Cr18Ni9奥氏体不锈钢和低碳钢的力学性能如表2：

(1)1Cr18Ni9奥氏体不锈钢的导热系数大约只有低碳钢的一半,而线膨胀系数却大得多,所以焊后在接头中会产生较大的焊接内应力。

(2)1Crl8Ni9奥氏体不锈钢中的成分,如碳、硫、镍等会在熔池中形成低熔点共晶。如硫与镍形成的Ni3S2熔点为645℃,而Ni—Ni3S2共晶的熔点只有625℃。

(3)1Cr18Ni9奥氏体不锈钢的液、固相线的区间较大,结晶时间较长,且奥氏体结晶的枝晶方向性强,所以杂质偏析现象比较严重。[2]

综上所述,1Cr18Ni9奥氏体不锈钢焊接时比较容易产生焊接热裂纹,包括焊缝的纵向

和横向裂纹、火口裂纹、打底焊的根部裂纹和多层焊的层间裂纹等。

焊接接头的晶间腐蚀

晶间腐蚀发生于晶粒边界,所以叫晶间腐蚀。它是奥氏体金属最危险的破坏形式之一。不锈钢具有抗腐蚀能力的必要条件是含铬量大于12%。当含铬量小于12%时,就会失去抗腐蚀能力。奥氏体不锈钢就是由于晶界处形成贫铬区(含铬量小于12%)而造成的。其原因是

奥氏体不锈钢处在450℃～850℃温度下,碳在奥氏体中的扩散速度大于铬在奥氏体中的

扩散速度。室温下碳在奥氏体中的溶解度很小,约为0.02%～0.03%,当奥氏体钢中含碳量超0.02%～0.03%时,碳就不断地向奥氏体晶界扩散,并和铬化合形成铬化物(Cr23C6)。但由于铬比碳原子半径大,扩散速度小,来不及向晶界扩散,晶界附近大量的铬和碳化合成碳化铬,造成奥氏体边界的贫铬区,当其含铬量小于12%时,便失去抗腐蚀能力,在腐蚀介质中使用,会引起晶间腐蚀。

4.2确定焊接方法

4.2.1点固焊

点固焊所用的焊条与正式焊接所用的焊条型号应相同,并且直径要稍细些。点固焊焊点高度不超过工件厚度的2/3,长度不超过30mm。

焊接工艺：

(1)用小规范工艺参数可防止晶间腐蚀、热裂纹及焊接变形的产生。焊接电流应比焊接低碳钢时低20%左右,见表3。

为了便于记忆,焊接电流也可按焊条直径的25～35倍估算。

(2)为了保证电弧稳定燃烧,可采用直流反接法;

(3)采用短弧焊,收弧要慢,填满弧坑;

(4)与腐蚀介质接触的面最后焊接;

(5)多层焊时要控制层间温度(<60℃);

(6)焊后可采取强制冷却;

(7)不要在坡口以外的地方引弧,地线要接好;(8)焊后变形只能用冷加工矫正。[3]

焊后处理

(1)进行固溶处理,即焊后把焊接接头加热到1050℃～1100℃,此时碳又重新溶入奥氏体中,然后迅速冷却,稳定了奥氏体组织。另外,也可以进行850℃～900℃保温2h的稳定