在奧氏(shi)體不銹鋼焊縫金屬中,希望含有一定量的鐵素體組織,以保證焊縫的耐蝕性和抗熱裂性能。如何才能保證奧氏體不銹鋼焊縫中鐵素體的含量,焊縫中合金元素的含量是決定因素,尤其是鉻當量和鎳當量的比例關系。影響焊縫中合金元素的含量有三個因素:焊接材料、母材和熔合比。根據這三個因素可以選擇合適的焊接材料,舉例說明。
設板厚8mm對接焊,基體金屬為304不銹鋼(碳:0.06%、硅:0.6%、錳:1.2%、鉻:18.4%、鎳:9.6%)和20CrMnSi(碳:0.2%、硅:1.0%、錳:0.9%、鉻:0.9%),V型坡口,焊三層。選擇焊條的方法和步驟如下。
1. 首先求(qiu)出第一層根(gen)部(bu)焊(han)縫(feng)(feng)(feng)中(zhong)熔(rong)敷(fu)金(jin)(jin)屬(shu)和基(ji)(ji)(ji)體(ti)(ti)金(jin)(jin)屬(shu)所占的(de)(de)(de)比例(li)。60°坡口的(de)(de)(de)根(gen)部(bu)焊(han)縫(feng)(feng)(feng)中(zhong)熔(rong)化的(de)(de)(de)基(ji)(ji)(ji)體(ti)(ti)金(jin)(jin)屬(shu)約占40%,由于(yu)兩種(zhong)基(ji)(ji)(ji)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)導熱系數(shu)不(bu)同(tong),兩種(zhong)基(ji)(ji)(ji)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)熔(rong)合(he)量也各不(bu)相同(tong),低(di)合(he)金(jin)(jin)鋼20CrMnSi約占40%(占焊(han)縫(feng)(feng)(feng)金(jin)(jin)屬(shu)中(zhong)的(de)(de)(de)16%),304不(bu)銹鋼約占60%(占焊(han)縫(feng)(feng)(feng)金(jin)(jin)屬(shu)中(zhong)的(de)(de)(de)24%)
2. 如選用E308型焊條,化學成分(fen)為碳:0.06%、硅(gui):0.6%、錳:1.4%、鉻(ge):19%、鎳:10%
3. 封(feng)底焊縫的化學成(cheng)分,根據下列(lie)式子(zi)計算得:
X(焊(han)縫)=60%x焊(han)條+16%×低合(he)金鋼(gang)+24%×奧氏體鋼(gang)
C=60%×0.06%+16%×0.2%+24%×0.06%≈0.082%
Si=60%×0.06%+16%×1.0%+24%×0.06%≈0.66%
Mn=60%×1.4%+16%×0.9%+24%×1.2%≈1.27%
Cr=60%×19%+16%×0.9%+24%×18.4%≈15.96%
Ni=60%×10%+16%×0.9%+24%×9.6%≈8.3%
4. 計算鉻當量Cra和鎳當量Nig:
Cr~%=%Cr+1.5×%Si=15.96%+1.5×0.66%≈17.0%
Ni%=%Ni+30×%C+0.5×%Mn=8.3%+0.082×30%+0.5×1.27%≈11.4%
從(cong)Schaffler圖(如圖3-1)可(ke)以查出1點正(zheng)處(chu)在奧氏(shi)(shi)體+馬氏(shi)(shi)體區中,焊縫易產生裂(lie)紋,且有脆硬的馬氏(shi)(shi)體組(zu)織。
5. 若選用鉻鎳含量較高(gao)的E309型(xing)焊(han)條,其化學成分(fen)為:C0.06%、Si0.6%、Mn1.4%、Cr24%、Ni13%.
6. 算出打底(di)焊縫(feng)的化學成分為:C0.083%、Si0.66%、Mn1.27%、Cr18.96%、Ni10.1%.
7. 計算鉻當量(liang)Cr~和(he)鎳當量(liang)Nieq: Cr當量(liang)為19.95%;Ni當量(liang)為13.2%
從Schaffler 狀態圖(如圖3-1)可以查出3點奧氏體基含有少量的鐵素體,約3%.因此焊條可用。在此要說明一點,若焊條中的鎳大于13%,而鉻不大于24%,計算鉻當量Creg和鎳當量Nieq,從Schaffler狀態圖(如圖3-1)可查出在2點左右,那么打底焊縫中就有可能是純奧氏體組織,這樣焊縫容易產生裂紋。另外要注意熔合比的變化,一般來說40%熔合比是比較大的,正常情況為30.%~35%左右。讀者要具體問題具體分析。
8. 在第二層(ceng)和(he)第三層(ceng)每個(ge)焊(han)道(dao)可按上述方法根據不同的(de)熔合比(bi)和(he)所熔合的(de)金屬化學成分計(ji)算出焊(han)縫的(de)化學成分。從Schaffler 圖查出焊(han)縫組織。
通常,第一層是稀釋最大(da)(da)的(de)(de),同時焊接應力也是最大(da)(da)的(de)(de),只要(yao)第一層不(bu)產生裂紋,第二、三層一般不(bu)會(hui)產生裂紋。