《異種鋼焊接》課件.ppt

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1、P鋼和A鋼焊接主要問題：焊縫成分的稀釋熔合區(qū)凝固過渡層的形成碳遷移擴散層接頭的應力狀態(tài)§4異種鋼的焊接母材金相組織相同，焊縫金屬與母材基體合金系和組織不同母材金相組織不同復合鋼焊接結構件（一）焊縫金屬化學成分的稀釋珠光體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所組成。由于珠光體鋼中不含或只有少量的合金元素，如珠光體鋼溶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成分和組織狀態(tài)。這種現(xiàn)象稱為母材金屬對焊縫金屬的稀釋作用。如果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，結果在焊縫中出現(xiàn)馬氏體組

2、織，使焊接接頭的脆性增大，導致焊接接頭形成裂紋。不銹鋼舍夫勒組織圖（二）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，最先結晶形成固態(tài)。由于珠光體鋼與奧氏體不銹鋼化學成分相差懸殊，在珠光體鋼一側熔池邊緣，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，

3、故稱為凝固過渡層，實際上是高硬度的馬氏體脆性層。凝固過渡層的大小與母材厚度、焊接參數(shù)和材料有關。凝固過渡層還與填充金屬的成分有關，當過渡層中鎳含量低于5％～6％時，將產生馬氏體組織。脆性層寬度B與焊縫中鎳含量成反比。當填充金屬選用1Cr18Ni9時，脆性層寬度為B1，是比較大的；當采用Cr15Ni25Mo6填充金屬時，此脆性層寬度縮小到B3。采用高鎳的填充金屬，提高焊縫金屬中鎳的質量分數(shù)，可以使脆化層的寬度明顯降低。奧氏體焊縫中鎳含量對過渡層寬度的影響Ⅰ—低合金鋼母材Ⅱ—奧氏體不銹鋼焊縫Ⅲ—過渡層（三）碳遷移擴散層的形成在珠光體鋼與奧氏體鋼焊接或在焊后加熱（熱處理或高

4、溫運行）時，由于熔合線兩側的成分相差懸殊，組織亦不相同，在一定溫度下會發(fā)生某些合金元素的擴散。其中擴散最強，影響明顯的是碳。碳從珠光體母材通過熔合區(qū)向焊縫擴散，從而在靠近熔合區(qū)的珠光體母材上形成一個軟化的脫碳層，在靠近熔合區(qū)的奧氏體焊縫中形成了硬度較高的增碳層，這種脫碳層與增碳層總稱為碳遷移過渡層。碳從溶解度低而活度高的（珠光體）一側鋼向溶解度高而活度低（奧氏體）—側遷移。原因：（1）C的擴散速度比其他溶質元素大104-106倍；（2）碳在液態(tài)鐵中的溶解度大于在固態(tài)鐵中的溶解度；（3）在奧氏體中的溶解度大于在鐵素體中的溶解度；（4）奧氏體材料中含有較多的碳化物形成元素

5、，使碳在其中多以化合狀態(tài)存在，活度比較低。影響碳遷移過渡層的形成與發(fā)展的因素：（1）接頭在焊后的加熱溫度和保溫時間實踐證明，焊接線能量對碳遷移過渡層的形成無明顯的影響，即使采用大的線能量，焊后也不一定出現(xiàn)明顯的遷移過渡層。而焊后加熱到—定溫度（500℃左右），保溫一段時間后，過渡層開始發(fā)展。隨著溫度升高，脫碳層逐漸加大，到800℃時達到最大值。隨加熱時間的延長，擴散層也加寬。因此，一般情況下，異種鋼接頭不宜焊后熱處理。（2）碳化物形成元素的影響奧氏體焊縫中合金元素對碳的親和力越大，數(shù)量越多，則珠光體母材一側的脫碳層就越寬。（3）母材含碳量的影響盡管碳從珠光體鋼向焊縫遷

6、移不是因母材與焊縫中碳濃度差而造成，但母材中碳含量越高，遷移層發(fā)展則越快。（4）鎳的影響：鎳是石墨化元素，降低碳化物的穩(wěn)定性，削弱碳與碳化物形成元素的結合力。因此，焊縫中提高鎳含量，有助于抑制碳的擴散。（四）焊接接頭的應力狀態(tài)珠光體鋼與奧氏體鋼焊接時，接頭在焊后除了產生由于局部加熱而引起的熱應力外，還有由于兩種鋼的熱膨脹系數(shù)相差很大，不僅在焊接后會產生較大的殘余應力，而且在使用中如有循環(huán)溫度的作用，也會形成熱應力，因而這種異種鋼的焊接接頭應力狀態(tài)較之同種金屬焊接時更為復雜。更重要的是由于熱膨脹系數(shù)不同所形成的殘余應力，經(jīng)過熱處理是無法消除的。25Cr3MoWV鋼板邊緣

7、堆焊Cr25Ni20焊縫的應力分布實線—焊態(tài)虛線—經(jīng)700℃2h退火二、異種鋼焊接工藝要點1、焊接方法選擇為了降低母材的稀釋作用，應選用熔合比小的焊接方法。2、焊接參數(shù)選擇為了降低熔合比，應盡量用小直徑的焊條和焊絲，并選用小電流、大電壓和快焊速。如果珠光體鋼有淬硬傾向，應適當進行預熱。3、焊接材料的選擇原則：A、保證焊縫金屬與基體金屬有良好的力學性能，一般根據(jù)接頭兩側焊接性較差或強度較低的材料選擇焊接材料；B、保證焊縫金屬具有一定的致密性，無氣孔、夾雜；C、保證有良好的工藝性能，即不出現(xiàn)裂紋、適應各種位置焊接；D、保證焊縫金屬具有所要求的特性，如熱強