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不銹鋼與中碳鋼的焊接工藝添加時間:2019-08-20

如何焊接45號鋼與12Cr18Ni9不銹鋼才能使焊接接頭的性能達到設計指標? 45號鋼與12Cr18Ni9(舊牌號為1Cr18Ni9)不銹鋼焊接時,在焊縫與45號鋼母材間往往會存在一個馬氏體組織的熔合區,該區韌性較低,硬度和脆性較高,機械性能達不到設計要求,經常是導致構件受力失效破壞的薄弱區域。馬氏體組織的熔合區的存在降低了焊接結構使用的可靠性。

45號鋼和12Cr18Ni9不銹鋼的化學成分差別很大,45號鋼含碳量較高,鋼材的淬硬傾向較大,12Cr18Ni9不銹鋼的合金成分含量較高。如果將這兩種化學成分差別很大的鋼材焊接在一起時,焊縫金屬一般是由兩種不同類型的母材及填充金屬材料熔合而成,焊縫的組織取決于焊縫的成分,而焊縫的成分取決于熔合比(母材向焊縫中的熔入量)。當熔合比發生變化時,焊縫的成分和組織相應發生變化。

45號鋼與12Cr18Ni9不銹鋼焊接時,由于45號鋼中不含合金元素,因此它對整個焊縫金屬的合金元素有稀釋作用,特別是焊縫靠近焊縫的熔合區部位,稀釋作用比焊縫中心還要突出,鉻、鎳含量遠低于焊縫的平均水平,致使焊縫金屬的奧氏體形成元素含量減少,在45號鋼一側的熔合過渡區形成脆性的馬氏體組織的過渡層,過渡層的厚度一般在0.2~0.6mm之間,過渡層的存在造成焊縫接頭質量惡化,過渡層過厚時容易引發裂紋。

雖然45號鋼與12Cr18Ni9不銹鋼焊接時的過渡層不可避免,但只要工藝措施得當,可以使過渡層的厚度減少。如在焊接過程中選用奧氏體化強的焊接材料就可以減少過渡層的厚度;提高焊接材料中Ni的含量可以防止熔合區碳的遷移,以上兩種方法都可以較好地改善45號鋼與12Cr18Ni9不銹鋼焊接熔合區的焊接質量。

45號鋼與12Cr18Ni9不銹鋼焊接過程中的另一個問題是碳的遷移,由于焊接過程長時間的高溫會使珠光體鋼與奧氏體鋼界面附近發生反應擴散使碳遷移,結果在45號鋼一側形成脫碳層,奧氏體一側形成增碳層。由于同一焊接接頭兩側性能相差懸殊,焊接結構在受力時就可能引起應力集中,降低接頭的高溫持久強度和塑性。

為解決碳的遷移問題,焊接時應盡量降低加熱溫度并縮短高溫停留時間,在45號鋼中增加Cr、Mo、V等碳化物形成元素,而在奧氏體鋼中則減少這些Cr、Mo、V等碳化物形成元素,提高奧氏體焊縫的含鎳量,以縮小擴散層45號鋼與12Cr18Ni9不銹鋼焊接時,焊接方法的選擇除了考慮生產效率和具體的焊接條件外,還應考慮熔合比的影響。為減小焊接時的熔合比,降低對焊縫的稀釋作用,選用手工電弧焊為宜。因為手工電弧焊的熔合比較小,而且方便靈活,不受焊件形狀的限制。即使選用手工電弧焊,焊接時也要盡量采用小的線能量進行焊接,以利于降低焊接過程中的加熱溫度和縮短高溫停留時間,以減少焊接過程中碳的遷移,并使焊縫熔合區附近馬氏體組織過渡層的厚度盡可能的小。

為解決馬氏體組織過渡層的厚度盡可能小、合金材料被稀釋和碳遷移等問題,焊接材料可以選擇A502焊條作為焊接填充層材料。采用手工電弧焊,A502(E16-25Mo6N-16)焊條焊接45號鋼與12C718N不銹鋼時,焊條應該按規定進行烘干,工件焊前應預熱200-250℃,焊接后可進行不回火處理,具體焊接工藝參數見圖1。


為降低熔合比,減少焊縫金屬被稀釋的程度和減小碳的遷移和擴散等,焊接時最好采用大坡口(如圖所示)、細直徑焊條小電流、快速度、多層焊的小焊接線能量的焊接工藝,長焊縫應采取分段跳段焊接法。生產實踐證明,只要焊接方法、焊接工藝措施和焊接工藝參數合理,45號鋼12Cr18Ni9不銹鋼焊接后的質量是能達到使用要求的。

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