常用金屬材料的焊接(低溫用鋼、高錳鋼、時(shí)效鋼、耐熱鋼)

1、常用金屬材料的焊接(低溫用鋼、高錳鋼、時(shí)效鋼、耐熱鋼） 來(lái)源：中國(guó)焊接資源網(wǎng)(作者：jql原文：常用金屬材料的焊接(低溫用鋼、高錳鋼、時(shí)效鋼、耐熱鋼）(41  試述Ni9低溫用鋼的焊接工藝。Ni9鋼是低碳馬氏體型低溫用鋼，其化學(xué)成分，見(jiàn)表23。表23  Ni9鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）   （%）溫度等級(jí)()CNiSiMnPS-1960.138.509.500.150.300.900.0350.04Ni9鋼具有良好的低溫韌性和焊接性，常用的焊接方法是手弧焊，其次是埋弧焊和鎢極氬弧焊。焊接材料  Ni9低溫鋼常用的焊接材料有Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約60%以

2、上的Inconel型、Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約40%的FeNi基型、Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13%的奧氏體不銹鋼型和Ni11%的鐵素體型等，其中Ni基與Fe-Ni基的焊接材料低溫韌性好，線膨脹系數(shù)與Ni9鋼相近，但成本高、屈服點(diǎn)偏低。Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13%-Cr16%型焊接材料的成本低、屈服點(diǎn)高，但低溫韌性稍差，線膨脹系數(shù)與Ni9鋼有很大差異。Ni9鋼手弧焊用焊接材料為Ni60Cr15Mo、Ni55Cr22Mo9、Ni67Cr16Mo3、Cr15Ni70Mn4Mo4Nb；埋弧焊用焊接材料為Ni67Cr16Mn3Ti、Ni58Cr22Mo9W；鎢極氬弧焊用焊接材料為Ni11、Ni70Mo18CrW。焊接工藝&#

3、160; 焊前一般不預(yù)熱，當(dāng)板厚超過(guò)50mm時(shí)可預(yù)熱50，冷變形超過(guò)3%時(shí)應(yīng)進(jìn)行退火處理，退火 火為550558。焊接線能量應(yīng)控制在45kJ/cm以下，一般常用735kJ/cm。手弧焊時(shí)焊條直徑不超過(guò)4mm。當(dāng)采用有弧坑裂紋傾向的焊條焊接Ni9鋼時(shí)，打底焊應(yīng)采用穿透法焊接，把弧坑盡可能留在背面，以便清根時(shí)能把弧坑裂紋消除掉。埋弧焊時(shí)焊絲直徑不超過(guò)3.2mm。42  試述0Cr21Ni6Mn9超低溫?zé)o磁鋼的焊接工藝。0Cr21Ni16Mn9N鋼是奧氏體型超低溫用鋼，其化學(xué)成分，見(jiàn)表24。表24  0Cr21Ni16Mn9N鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）CSiMnNiCrNS

4、P0.081.08.010.05.508.019.5021.500.150.300.030.03此鋼由中國(guó)科學(xué)院金屬研究所研制成,目前尚未列入國(guó)標(biāo)中。0Cr21Ni16Mn9N鋼焊接時(shí)的主要問(wèn)題是防止出現(xiàn)熱裂紋、降低低溫韌性和預(yù)防碳化物析出。為此，焊縫中應(yīng)有一定量的鐵素體，以防產(chǎn)生熱裂紋，但鐵素體的存在又會(huì)使低溫韌性變壞，磁性增高，目前使用的0Cr21Ni16Mn9N鋼中，焊接時(shí)僅在熔合區(qū)出現(xiàn)少量鐵素體，對(duì)低溫韌性和磁性影響不大。0Cr21Ni16Mn9N鋼在650750回火時(shí)，或被加熱到該溫度范圍的焊接熱影響區(qū)會(huì)沿晶界析出大量碳化物Cr23C6，導(dǎo)致脆性，所以焊接時(shí)必須嚴(yán)格控制焊接線能量和層

5、間溫度，不能預(yù)熱和后熱，必要時(shí)還可采取強(qiáng)迫冷卻的措施以防止析出碳化物。目前，0Cr21Ni16Mn9N鋼的焊接僅限于鎢極氬弧焊和真空電子束焊，鎢極氬弧焊時(shí)采用的填充焊絲化學(xué)成分，見(jiàn)表25。表25  填充焊絲的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）CSiMnNiCrNSP0.040.058.010.013.016.019. 022.00.150.200.020.02焊接根部第一層焊縫時(shí)，必須用氬氣保護(hù)背面，層間溫度要控制在100以下，背面只能用砂輪打磨清根，不能用碳弧氣刨清根，以免滲碳。43  試述15Mn26Al4超低溫用鋼的焊接工藝。15Mn26Al4鋼是為了節(jié)約Ni、Cr而用Mn、

6、Al代替的奧氏體超低溫用鋼，工作溫度為-253，其化學(xué)成分見(jiàn)表26。表26  15Mn26Al4鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）CMnAlSiSP0.130.1924.527.03.804.700.60.0350.035焊接15Mn26Al4鋼的主要問(wèn)題是：鋁的過(guò)渡系數(shù)低  鋁是一種活潑元素，焊接時(shí)特別容易被燒損，過(guò)渡系數(shù)均小于50%，因此要適當(dāng)提高焊接材料中鋁的含量，但鋁是鐵素體形成元素，含量過(guò)高會(huì)出現(xiàn)奧氏體加鐵素體的雙相組織，給焊絲的冷、熱加工帶來(lái)極大的困難，通常用鉻、鉬來(lái)部分代替鋁。焊縫中的氣孔  鋁的強(qiáng)烈還原作用增加了焊縫產(chǎn)生氣孔的傾向。焊縫中的熱裂紋

7、60; 15Mn26Al4鋼焊接時(shí)有一定的熱裂傾向，在焊縫中有少量鐵素體存在時(shí)，有助于消除熱裂紋。15Mn26Al4鋼焊接時(shí)常用的焊接方法是手弧焊、鎢極氬弧焊和埋弧焊，焊接材料見(jiàn)表27。表27  15Mn26Al4鋼用焊接材料焊接方法焊接材料化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）  （%）CSiMnSPCrMoAlNi手弧焊15Mn26Al3Cr15Mn26Al3MoE2-26-210.130.19 0.130.19  0.20 2.0  2.0  0.7025.029.0 25.029.0 

8、6.00.02  0.02  0.0250.025  0.025  0.0301.502.50 _  24.028.0  1.02.0 2.53.5  2.53.5 _ _  _  17.021.0鎢極氬弧焊15Mn26Al40.130.190.624.527.00.020.0253.84.7埋弧焊焊絲12Mn27Al60.150.626.028.50.030.03焊劑（%）C

9、a0915, CaF24555, Al2O32028, ZrO224SiO25, Mn12, S0.02, P0.05焊接工藝參數(shù)：手弧焊焊條4.0mmI120mm140A；3.2mmI80mm110A埋弧焊焊絲4.0mmI450mm550A；U3235V，u2835m/h44  試述Ni18馬氏體時(shí)效鋼的焊接工藝。Ni18是馬氏體時(shí)效超高強(qiáng)鋼，當(dāng)含鎳量大于6%時(shí)，高溫奧氏體冷卻至室溫時(shí)將轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織，再加熱至500，該馬氏體組織仍保持穩(wěn)定，因此有可能進(jìn)行時(shí)效強(qiáng)化。Ni18馬氏體時(shí)效鋼的優(yōu)異性能是具有高的屈服點(diǎn)和斷裂韌性以及良好的工藝性能，其化學(xué)成分，見(jiàn)表28。表28 

10、 Ni18鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）    （%）CNiMnSiCoMoTiAlSP0.010.02717.3318.230.0340.050.057.568.114.735.100.450.550.0450.140.0050.0080.0050.007焊接Ni18鋼的主要問(wèn)題是：焊接熱影響區(qū)的軟化  Ni18鋼焊接熱影響區(qū)被加熱到800以上的區(qū)段，完全轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，冷卻時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榇执蟮鸟R氏體，性軟、硬度低，需經(jīng)再時(shí)效后，才能恢復(fù)其硬度。焊縫金屬的強(qiáng)度和韌性下降  焊縫中的鈦、鉬會(huì)引起嚴(yán)重偏析，形成逆轉(zhuǎn)奧氏體，使焊縫金屬的強(qiáng)度和韌性均下降。熱裂紋傾

11、向  由于鋼中含錳量少，對(duì)硫很敏感，因此焊縫有一定的熱裂傾向。鈦的硫化物TiS在焊接加熱時(shí)被液化，冷卻過(guò)程中在熱影響區(qū)會(huì)形成液化裂紋。應(yīng)力腐蝕  Ni18鋼在11801380時(shí)會(huì)產(chǎn)生一種雖不影響韌性，但對(duì)應(yīng)力腐蝕非常敏感的熱脆性。Ni18鋼焊接用的焊絲化學(xué)成分，見(jiàn)表29。表29  Ni18鋼焊接用焊絲的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）  （%）焊接層次TiMoCoAlCSiMnNiPSN打底層填充層0.380.304.874.508.088.060.020.110.0140.010.050.05痕跡0.0518.1217.040.0050.0050.00150.00

12、60.00660.005由于奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)的溫度為155100，所以焊接Ni18時(shí)效鋼時(shí)不應(yīng)預(yù)熱，層間溫度也應(yīng)控制在100以下，常用的焊接方法有鎢極氬弧焊、熔化極氬弧焊和埋弧焊，其中以鎢極氬弧焊用得最多。45  試述奧氏體高錳鋼的特點(diǎn)及其焊接性。奧氏體高錳鋼是指碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%1.3%、錳的為11%14%的鑄鋼。這種鋼在10001100范圍內(nèi)加熱時(shí)，可以得到單一的奧氏體組織，然后迅速在水中冷卻淬火（水韌處理）能保持單相奧氏體狀態(tài)。奧氏體高錳鋼具有很高的韌性，是一種非常強(qiáng)韌的非磁性合金，在沖擊載荷作用下，表面層將發(fā)生加工硬化而具有高耐磨性，但切削加工困難，僅限于作鑄件使用，

13、廣泛用于制造要求高耐磨性并承受沖擊載荷的零件，牌號(hào)為ZGMn13，其化學(xué)成分，見(jiàn)表30。表30  ZGMn13鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）  （%）牌    號(hào)CMnSiSPZGMn13-11.101.5011.0014.000.301.000.0500.090ZGMn13-21.101.40ZGMn13-30.901.300.300.800.080ZGMn13-40.901.200.070ZGMn13高錳鋼的焊接較差，焊接時(shí)的主要問(wèn)題是：熱影響區(qū)碳化物的析出  高錳鋼經(jīng)1050水韌處理后，碳全部固溶于奧氏體中，室溫下呈單相奧氏體組織，具

14、有良好的韌性，但當(dāng)重新加熱超過(guò)250時(shí)，碳就會(huì)沿晶界析出碳化物，使材料的韌性大大下降，因此焊補(bǔ)后，在熱影響區(qū)的一個(gè)區(qū)段內(nèi)會(huì)不同程度地析出碳化物，不僅失去韌性變脆，而且還會(huì)降低耐磨性和沖擊韌度。解決的措施是加快施焊時(shí)焊件的冷卻速度，縮短在高溫下停留的時(shí)間，以減少碳化物的析出。熱裂紋傾向嚴(yán)重  ZGMn13高錳鋼的線膨脹系數(shù)是低碳鋼的1.6倍，但熱導(dǎo)率僅是低碳鋼的1/6，所以焊接時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的應(yīng)力，在S、P有害雜質(zhì)的作用下，產(chǎn)生焊縫熱裂紋和熱影響區(qū)的液化裂紋。解決的措施是嚴(yán)格控制母材中的S、P含量，特別是焊接材料中的S、P含量；其次是采用錘擊焊縫等工藝措施，減少焊接應(yīng)力。46 

15、 如何正確地選用ZGMn13奧氏體高錳鋼焊接時(shí)的焊接材料？焊條  用于ZGMn13奧氏體高錳鋼焊接的焊條為低碳鋼焊芯，并在藥皮中加入適量合金元素，使熔敷金屬得到高錳鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能。用于焊接ZGMn13奧氏體高錳鋼的焊條有兩種類(lèi)型：一種是高錳鋼型焊條D256（EDMn-A-16）和（EDMn-B-16），主要用于堆焊受?chē)?yán)重沖擊磨料磨損零件，如碎石機(jī)顎板等；另一種是Cr-Mn型焊條D276（EDCrMo-B-16）和D277（EDCrMo-B-15），其堆焊金屬處于介穩(wěn)定狀態(tài)的高錳奧氏體，當(dāng)受到強(qiáng)烈沖擊后轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，主要用于耐氣蝕的堆焊或高錳鋼堆焊，如水輪機(jī)葉片、挖掘機(jī)斗齒等。

16、焊絲  焊接ZGMn13奧氏體高錳鋼用焊絲有Mn-Ni、Mn-Cr、Mn-Mo、Mo-Ni-Cr系高錳鋼焊絲和Cr-Ni、Cr-Ni-Mn系合金鋼焊絲，其化學(xué)成分，見(jiàn)表31。Cr-Ni系焊絲不僅具有較高的耐腐蝕性能，能沖擊載荷下能聲速被加工硬化，而且還在焊接高錳鋼與碳鋼或低合金鋼的異種鋼時(shí)容許有較高的稀釋?zhuān)捎脕?lái)作為高錳鋼與碳鋼焊接時(shí)的填充材料。表31  ZGMn13高錳鋼用焊絲的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）  （%）類(lèi)  型CMnNiCrMoSiPSMn-NiMn-CrMn-MoCr-Ni0.70.90.70.90.70.90.061316162313160.

17、743.55.02.129.8712.2620.890.61.40.41.00.240.41.00.0170.070.070.0130.0147  試述ZGMn13奧氏體高錳鋼的焊接工藝。焊補(bǔ)或焊接ZGMn13奧氏體高錳鋼時(shí)，應(yīng)該采用熱源集中、線能量小的焊接方法，如手弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊等，不推薦使用氣焊和鎢極氬弧焊。焊補(bǔ)或焊接工藝：1）焊前必須清理焊補(bǔ)處的泥垢、油垢和鐵銹，仔細(xì)檢查有無(wú)起層、裂紋、夾砂、氣孔和縮孔等缺陷。若有這些缺陷，必須用砂輪或電弧氣刨鏟出。磨損的部位必須用砂輪磨去硬化層，因?yàn)橛不瘜拥慕饘賹?duì)裂紋十分敏感。2）焊前不應(yīng)預(yù)熱，多層焊時(shí)層間溫度不應(yīng)超過(guò)300，以防止過(guò)

18、熱使熱影響區(qū)脆化。3）焊接時(shí)要盡可能地采用小線能量，盡量減少基本金屬受熱，采取措施為盡可能地加快接頭的冷卻。為此，用短弧、直流反極性、跳焊、短段焊、間隙焊、脈沖焊等工藝措施，采用這些措施能在一定程度上減少碳化物的析出。4）為防止產(chǎn)生熱裂紋，可采用Cr-Mn或Cr-Ni奧氏體鋼焊條打底。如果在低碳鋼或低合金鋼上堆焊ZGMn13奧氏體高錳鋼時(shí)，可以先焊一層Cr-Ni或CR-Mn奧氏體鋼作隔離焊道，以防產(chǎn)生裂紋。5）焊后為消除焊接應(yīng)力，可用尖錘錘擊焊接區(qū)。為使熔敷金屬得到奧氏體組織，錘擊后要迅速將焊接區(qū)進(jìn)行噴水冷卻。48  試述1Cr18Ni25Si2熱處理爐用耐熱鋼的焊接工藝。1Cr18

19、Ni25Si2鋼屬奧氏體鋼，適合在9001000高溫下工作，是熱處理爐用鋼，其化學(xué)成分，見(jiàn)表32。表32  1Cr18Ni25Si2鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）  （%）CSiMnCrNiSP0.30.4231.5171823260.030.031Cr18Ni25Si2鋼的焊接性尚可，常采用手弧焊焊接，但由于導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性較差，線膨脹系數(shù)比碳鋼大1.5倍，所以當(dāng)焊接熔池較大及引起焊縫金屬在高溫停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，易產(chǎn)生熱裂紋。焊接工藝：1）焊條選用E2-26-21-16（A402）、E2-26-21-15（A407）。2）焊前一般不預(yù)熱，有時(shí)為防止產(chǎn)生裂紋，可將焊接區(qū)預(yù)熱至2503

20、00。3）焊接電源有機(jī)用直流反接。4）采用較小的線能量，以得到淺而短小的焊接熔池，防止產(chǎn)生裂紋。施焊過(guò)程中焊條不作橫向擺動(dòng)或縱向擺動(dòng)，熄弧前應(yīng)將弧坑填滿(mǎn)，防止產(chǎn)生弧坑裂紋。5）焊件較厚時(shí)可采用多層焊，但層間必須仔細(xì)清除渣殼，并等溫度降到近室溫或預(yù)熱溫度后，再繼續(xù)焊接。6）為改善焊縫組織，消除焊接應(yīng)力，焊后應(yīng)將焊件進(jìn)行熱處理。熱處理時(shí)將焊件加熱至10501100，焊件厚度每25mm保溫1h，然后水冷或空氣中自然冷卻。49  試述1Cr5Mo耐熱鋼的焊接性及手弧焊工藝。1Cr5Mo屬于中合金馬氏體耐熱鋼，其化學(xué)成分，見(jiàn)表33。表33  1Cr5Mo鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

21、60; （%）CSiMnCrMoSP0.64.06.00.450.600.030.0351Cr5Mo鋼焊接性較差，在空氣中冷卻時(shí)具有淬硬傾向，易產(chǎn)生裂紋，為此，焊前需采取預(yù)熱措施，焊后還需進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚怼?Cr5Mo鋼常用的焊接方法是手弧焊和氣焊，手弧焊時(shí)可分別采用不銹鋼焊條或耐熱鋼焊條進(jìn)行施焊。采用不銹鋼焊條的焊接工藝1）焊條選用E1-23-13-15（A302）、E1-23-13-16（A307）。2）焊前將坡口面及其兩側(cè)各10mM范圍內(nèi)的污物清理干凈，并將焊口預(yù)熱至200。3）定位焊用焊條應(yīng)與正式焊接相同，管子焊接時(shí)定位焊縫應(yīng)均布4點(diǎn)，管子的兩端頭應(yīng)用尖鏟削或緩坡形，不允許有裂紋、夾渣

22、存在。4）焊條按規(guī)定要求進(jìn)行烘焙。5）施焊過(guò)程中，應(yīng)不使焊件受風(fēng)、雨的侵襲。焊接管子時(shí)應(yīng)將其兩端堵死，避免受管內(nèi)過(guò)堂風(fēng)影響。6）每個(gè)接頭盡量要連續(xù)焊完，不得已中斷時(shí)，焊口要用石棉包好，使其緩冷，再焊時(shí)需重新預(yù)熱。7）施焊時(shí)采用短弧焊，層間焊道接頭應(yīng)互相錯(cuò)開(kāi)3050mm。8）弧坑應(yīng)填滿(mǎn)，換焊條動(dòng)作要快，不得隨意在焊件表面引弧，防止損傷表面材質(zhì)。9）層間應(yīng)徹底清渣，施焊過(guò)程中，焊口兩側(cè)各100mm區(qū)域內(nèi)，溫度不應(yīng)低于預(yù)熱溫度。10）焊后焊縫應(yīng)緩慢冷卻。采用耐熱鋼焊條的焊接工藝1）焊條選用E1-5MoV-15（R507）。2）定位焊前應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度按焊件壁厚選??；壁厚16mm，預(yù)熱200250；壁厚1624mm，預(yù)熱250300；壁厚24mm，預(yù)熱300350。3）施焊過(guò)程中焊件溫度不低于200250。4）焊后立即進(jìn)行無(wú)中斷高溫回火處理，消除焊接應(yīng)力。處理工藝參數(shù)為：升溫速度不大于200/h，加溫至750±10；保溫時(shí)間為24h；降溫速度不大于200/h，降至250后空冷。50  試述1Cr5Mo耐熱鋼的氣焊工藝。管壁較薄的1Cr5Mo鋼管可采用氣焊。氣焊用焊絲有不銹鋼H1Cr24Ni3、H1Cr24Ni20或耐熱鋼H1