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  • 各种材料焊接工艺

    作者:admin发表时间:2022-08-27

      8.1 碳钢、合金钢焊接 8.1.1 碳钢的焊接 碳钢是最容易焊接的一种金属,适用于碳钢的焊接方法很多,氧–乙炔气气焊、药皮 焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护电弧焊、等离子弧焊、电渣焊、电阻焊、磨擦焊、热剂焊、 钎焊等,几乎所有焊接方法都能适用。 碳钢以铁为基础,以碳为合金元素,碳含量一般不超过 1.0%,此外,含锰量不超过 1.2%,硅量不超过 0.5%,皆不作为合金元素。而其他元素,如镍、铬和铜等,更控制在残 余量的限度内,远非合金成分。杂质元素,例如硫、磷、氧、氮等,根据钢材品种和等级 的不同,也都有严格限制。 碳钢的焊接性主要取决于碳含量,随着碳含量的增加,焊接性逐渐变差。 碳钢中的锰和硅对焊接性也有影响。它们的含量增加,焊接性变差,但不及碳作用强烈。 锰和硅的影响可以折算为相当于多少碳量的作用,这样适用于碳钢的碳当量(Ceq)经验公 式如下:

      Ceq= C Mn/6Si/24 (%) Ceq 值增加,则产生冷裂纹的可能性增加,焊接性变差。通常,Ceq 大于 0.4 时,冷裂纹 的敏感性将增大,另外,焊接冷却速度也会影响焊缝和热影响区组织,从而影响母材的焊 接性。 (1) 低碳钢的焊接 1) 焊接性 低碳钢含碳量低,锰、硅含量又少,所以通常情况下不会因焊接而引起严重硬化或淬 火组织。这种钢材的塑性和冲击韧性优良,焊成的接头塑性和冲击性也良好,焊接时,一 般不需预热、层间温度和后热,焊后也不必采用热处理改善组织,可以说,整个焊接过程

      中毋需特殊的工艺措施,其焊接性优良。 2) 焊接材料的选用 a. 焊接低碳钢时大多使用 E43××系列的焊条,因为低碳钢结构通常使用 GB700-88

      的 Q235 牌号钢材制造,这类钢材的抗拉强度平均值为 417.5N/mm2(42. kgf /mm2),而 E43 ××系列焊条熔敷金属的抗拉强度不小于 420N/mm2(43 kgf /mm2),在力学性能上正好与 之匹配。

      b. 埋弧焊焊丝和焊剂 低碳钢埋弧焊一般选用实芯焊丝 H08A 或 H08E,它们与高锰高硅低氟熔炼焊剂 HJ430、 HJ431、HJ433 或 HJ434 配合,应用甚广。 c. 二氧化碳气体保护焊丝 实芯焊丝主要有 H08Mn2Si 和 H08Mn2Si A 两种。 药芯焊丝主要有 YJ502-1、YJ506-2、YJ506-3、YJ506-4 等。 3) 低碳钢在低温下的焊接 在严寒冬天或类似的气温条件下焊接低碳钢结构,为避免出现裂纹可以采取以下措施: a. 焊前预热,焊时保持层间温度。 b. 采用低氢或超低氢焊接材料。 c. 点固焊时加大电流,减慢焊速,适当增大点固焊缝截面和长度,必要时施加预热。 d. 整条焊缝连续焊完,尽量避免中断。 e. 不在坡口以外的母材上打弧,熄弧时弧坑要填满。 f. 弯板、矫正和装配时,尽可能不在低温下进行。 g. 尽可能改善严寒下劳动生产条件。 以上措施可单独采用或综合采用。 (2) 中碳钢的焊接 1) 焊接性 中碳钢含碳量 0.3~0.60%。当含碳量接近 0.3%而含锰量不高时,焊接性良好。随着 含碳量的增加,焊接性逐渐变差。如果含碳量 0.5%左右而仍按焊接低碳钢常用的工艺施焊 时,则热影响区可能产生硬脆的马氏体组织,易于开裂。当焊接材料和焊接过程控制不好 时,甚至焊缝也易开裂。 焊接时,相当数量母材会熔化进入焊缝,使其含碳量增高,容易产生焊缝热裂纹。特 别是杂质硫控制不严时,更易显示出来。这种热裂纹在弧坑处更为敏感。此外,由于含碳 量增高,气孔敏感性也增大。 2) 焊接材料的选用 应当尽量选用低氢型焊接材料,例如低氢焊条,它们有一定脱硫能力,熔敷金属塑性

      和韧性良好,扩散氢量又少,所以,无论对热裂纹或氢致冷裂纹来说,抗裂性都较高。 在个别情况下,也可采用钛铁矿型或钛钙型焊条,但一定要有严格的工艺措施配合;

      亦可采用铬镍不锈钢焊条焊接 ,这时不需预热,而焊缝奥氏体金属塑性良好,可以减少 焊接接头应力,避免热影响区冷裂纹产生。用于中碳钢焊接的铬镍不锈钢焊条牌号有奥 102、奥 107、奥 302、奥 402、奥 407 等。

      如果选用碳钢焊条或低合金钢焊条,而焊缝与母材并不要求等强时,可以选用强度等 级稍低的低氢焊条。通常,焊缝强度等级可以比母材强度等级低一档,例如,母材为 490N/mm2(5kgf/mm2 )级,则焊条可用结 426 或结 427,以代替结 506 和结 507。中碳钢焊 接用焊条主要有结 422、423、427、506、507、556、557、606、607。

      3) 中碳钢焊接工艺要点 a、大多数情况下,中碳钢焊接需要预热和控制层间温度,以降低焊缝和热影响区冷 却速度,从而防止产生马氏体。预热温度取决于碳当量、母材厚度、结构刚性、焊条类型 和工艺方法。通常,35 号和 45 号钢预热温度可为 150~250℃,含碳量再高,或厚度大, 或刚性大,则预热温度可在 250~400℃。 b、焊后最好立即消除应力热处理,特别是大厚度工件,大刚性结构件和严厉条件下 (例如动载荷或冲击载荷)工作的工件更如此。消除应力回火温度一般为 600~650℃。 c、如果不可能立即消除应力,也应当后热,以便扩散氢逸出。后热温度不一定与预 热温度相同,视具体情况而定。后热保温时间大约每 10mm 厚度为 1h 左右。 d、当焊接沸腾钢时,加入含有足够数量脱氧剂(例如铝、锰、硅)的填充金属,可 以防止焊缝的气孔。埋弧焊的焊丝和焊剂配合适当,可以有足够的脱氧剂,例如硅或锰, 也可防止焊接沸腾钢引起焊缝气孔。 (3) 高碳钢的焊接 1) 高碳钢的焊接性 高碳钢含碳量大于 0.6%,除了高碳结构钢外,还包括高碳碳素钢铸件和碳素工具钢等。 它们含碳量比中碳钢更高,更容易产生硬脆的高碳马氏体,所以淬硬倾向和裂纹敏感倾向 更大,从而焊接性更差。因此,这类型不用于制造焊接结构,而用于高硬度或耐磨部件或 零件,它们的焊接也大多数为焊补修理。为了获得高硬度或耐磨性,高碳钢焊件一般都经 过热处理,因此,焊接前应经过退火,可以减少裂纹倾向,焊后再进行热处理,以达到高 硬度和耐磨要求。 2) 焊接材料的选择 焊接材料通常不用高碳钢,具体根据钢的含碳量、工件设计和使用条件等,选用合适 的填充金属。焊缝要与母材性能完全相同比较困难,这些钢的抗拉强度大多在 675 N/mm2(69kgf/mm2 )以上,选用的焊接材料视产品设计要求而定,要求强度高时, 一般用

      结 707 或结 607,要求不高时可用结 506 或结 507 等焊条,或者分别选用与以上强度等级 相当的低合金钢焊条或填充金属。所有焊接材料应当是低氢型的。也可以用铬镍奥氏体钢 焊条焊接,其牌号与中碳钢用者相同,这时都不需要预热。

      3) 高碳钢焊接工艺要点 高碳钢应先行退火,方能焊接。采用结构钢焊条焊接时, 焊前必须预热,一般为 250~ 350℃以上,焊接过程中还需要保护与预热一样的层间温度。焊后工件保温,并立即送入 炉中在 650℃保温,进行消除应力热处理。 8.1.2 合金钢的焊接 (1) 低合金钢的焊接特点 1) 热影响区的淬硬倾向 低合金结构钢在焊后冷却过程中,热影响区容易形成淬火组织——马氏体,使近缝区 的硬度提高,塑性下降。结果导致焊后产生裂纹,或者结构在较小载荷下,也可能产生脆 性破坏。 2) 冷裂纹敏感性:低合金钢的焊接裂纹主要是冷裂纹 为防止冷裂纹的产生,主要从以下三个方面采取工艺措施。其一是选择合适的焊接材 料。应使焊缝金属强度与母材金属相匹配,选 用碱性低氢型焊条和碱性较高的焊剂。焊 前要严格进行烘干,焊丝应仔细去除油污,以减少氢的来源。其二是提高预热温度,以减 缓焊后冷却速度。其三焊后及时进行热处理,可改善焊接接头的组织,减小残余应力,加 速氢向焊缝外扩散。同时还应注意拟定合理的焊接工艺参数和焊接顺序。 3) 热裂纹及再热裂纹倾向 采用高热输入焊接方法焊接高拘束度接头,例如厚板的电渣焊、埋弧焊和大功率熔化 极气体保护焊时,焊接接头中也会出现各种形式的热裂纹。在一些含碳化物形成元素较多, 并能产生沉淀硬化的低合金高强度钢和热强钢厚壁接头中,往往会在焊件作焊后消除应力 处理时,沿焊接过热区形成再热裂纹。对于一些在高温高压下长期运作的焊件,在服役较 长一段时期后,接头内亦有可能出现再热裂纹。这种裂纹具有明显的晶间分布的特征,其 起源部位往往在接头的应力集中区,如焊缝根部的未焊透或角焊缝的焊趾处。 (2) 焊接材料 各种焊接方法常用低合金钢焊接材料,如焊条、焊丝、焊剂和保护气体,可按表 9-1 选用,对于不同强度等级合金钢之间的异种接头,可按两者之中强度级别较低的一种选用 焊接材料。如由 Q345(16Mn)钢与 14MnMoV 钢构成的异种钢接头可选用 E5015 焊条焊接。 但焊接工艺参数,如预热、后热温度以及消除应力处理温度,则应按强度级别较高的钢种 考虑。

      (3) 焊接方法 目前用于低合金钢的焊接方法可分成两类:一类是高热输入焊接法,它是常规的焊接 坡口内以相当高的熔敷率填满焊缝金属,如单丝和多丝埋弧焊以及电渣焊等;另一类是低 热输入焊接法,并将接头设计成焊缝截面最小的窄间隙坡口形式。如焊条电弧焊、钨极氩 弧焊、熔化极气体保护焊及窄间隙埋弧焊等。对于许多低合金结构钢来说,高的热输入会 引起焊缝金属和热影响区的晶粒粗大,加之在低的冷却速度下所发生的其它冶金变化,可 能对接头的断裂韧性产生不利影响。具有再热裂纹倾向的低合金钢,其热影响区组织对再 热裂纹的敏感性可能提高。而使用第二类焊接方法,虽然熔敷率较低,但由于焊缝截面大 大减小,可显著缩短焊接周期,节约大量的焊接材料,保证焊接接头具有优良的性能。 (4) 焊接工艺 1) 坡口制备 首先应避免采用焊不透或局部焊透的坡口形式。因为焊缝根部缺口往往是各种裂纹的 起源区。其次是尽量减少焊缝的横截面积,以降低接头的残余应力。厚板结构中应优先考 虑采用 U 形坡口。低合金钢开坡口时,可采用火焰切割、等离子弧切割和机械加工等方法。 为防止产生切割裂纹,屈服点超过 500MPa 或合金总含量大于 3%的低合金钢,当板厚大于 50mm 时,切割前应将钢板切割区预热到 100℃以上;切割后采用磁粉探伤对切割表面进行 表面裂纹检查。低合金钢接头坡口背面采用电弧气刨清根时,气刨前应对工件进行预热, 预热温度应比该种钢焊条电弧焊所要求的预热温度高 50℃。 2) 焊接区的清理 钢的淬硬倾向越大,对焊接区清理的要求亦越高。焊接边缘和坡口表面不应有氧化皮、 锈斑、油脂及其它污染物。焊前还必须清除焊接区钢板表面的吸附水分,特别是在相对湿 度较高的环境下焊接时,更应注意这点。可以采用无水乙醇擦洗坡口表面或使用火焰喷嘴 加热焊接边缘的办法,以消除表面吸附水分。若直接在焊件切割边缘和切割坡口上焊接的 接头,则焊前必须清理干净切割面的氧化皮和熔化金属的飞刺,必要时可用砂轮打磨。如 切割坡口面凹槽深度超过 1mm 或几何形状不规,,应采用砂轮打磨修整。如果焊件表面未 经喷丸、喷砂等预处理,则在焊缝两侧的内外表面必须用砂轮打磨至露出金属光泽。焊条 电弧接头的打磨区要求每侧为 20mm,埋弧焊为 30mm,电渣焊为 40mm。 3) 焊接材料的处理 焊条和焊剂在使用之前,应按技术条件的规定或生产厂推荐的规范进行烘干。对于强 度级别高的焊条应随用随取。 4) 焊接工艺参数的选择 焊接工艺参数包括能量参数、温度参数和操作参数三部分。能量参数是指焊接电流、

      电弧电压和焊接速度。操作参数主要由焊接位置、焊接顺序、焊接方向和焊道层次等参数 组成。温度参数由包括预热温度、层间温度和后热温度。在低合金钢焊接时,能量参数主 要是依据所要求的熔透性能和焊缝成形来选择,此外还应考虑其对接头性能的影响。接头 的冷却速度直接取决于热输入的高低。增加热输入会导致焊缝金属冷却减慢,并由此形成 粗大的晶粒,使强度和韧性都降低。对于合金成分较高的焊缝金属,还可能形成不利的高 温组织。

      (5) 焊后热处理 一般情况下焊后热处理的形式有下列几种: 1) 消除应力退火热处理 为消除焊接残余应力的有害影响,对于厚度超过一定界限的焊接构件,焊后应作消除 应力处理。消除应力热处理是指将焊件均匀地以一定的速度加热到 Ac1 点以下足够高的温 度,保温一段时间后随炉均匀地冷却到 300~400℃,最后将焊件移到炉外空冷。 2) 正火加回火热处理(空气调质) 低合金钢厚板,在电渣焊之后,或者热校、热成形之后,需作正火热理,以细化电渣 焊接头各区的晶粒或调整经高温热成形的部件母材和焊缝金属的性能。钢材的正火温度应 选在该种钢的 Ac3 点以上 30~50℃,但过高的正火温度会导致晶粒长大,降低正火处理的 效果。正火后应紧接着作回火处理。合金成分较高的低合金钢正火处理后,只有再经回火 处理即所谓空气调质处理后,才能达到符合要求的综合性能。 3) 水调质处理(或淬火回火处理) 水调质处理是一种发挥低合金钢潜在综合性能的先进工艺方法。调质热处理,淬火温 度一般取钢材 Ac3 点以上 30~50℃,对于经细晶粒处理的钢材,则可在更高的温度下淬火。 焊件的急冷可采用喷淋水柱或浸及水池中进行。 8.2 不锈钢的焊接 铬和铬镍不锈钢按其碳含量和合金成分的不同,可分为铁素体型、马氏体型、奥氏体 型、奥氏体-铁素体型。 8.2.1 焊接接头的耐蚀性 不锈钢的主要腐蚀形式有均匀腐蚀(表面腐蚀)、晶间腐蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀裂 纹等。均匀腐蚀是指接触腐蚀介质的金属整个表面产生腐蚀现象。铬和铬镍不锈钢由于铬 的钝化作用,对氧化性酸和大气均在较好的耐均匀腐蚀性能。对于非氧化性酸、高铬镍奥 氏体不锈钢具有较高的耐蚀性。晶间腐蚀是一种起源于金属表面沿晶界深入金属内部的腐 蚀现象,在腐蚀介质作用下,奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢都有一定的晶间腐蚀倾向。 为防止奥氏体钢的晶间腐蚀,可以采取下列措施,采用超低碳(ω c<0.03%)的母材 和焊接填充材料,或采用含有稳定化元素 Ti 和 Nb 的铬镍不锈钢,焊后作固溶处理或稳定

      化处理消除晶间界的贫铬现象。铁素体钢的晶间腐蚀,可以通过 650~815℃的短时退火, 使铬快速扩散从而降低晶界附近的贫铬程度而加以消除。

      点蚀是指在金属材料表面尺寸小于 1mm 的穿孔性或坑蚀性的宏观腐蚀,主要是由材料 表面钝化膜的局部破坏引起的。

      缝隙腐蚀是各种接头连接处缝隙内产生的斑点状或溃疡性蚀坑。消除缝隙腐蚀的最根 本的措施是:从结构设计上改进接头的形式,消除所有机械缝隙。适当增加钢中的铬、钼 含量也可以改善抗缝隙腐蚀的能力。

      应力腐蚀裂纹是一种在拉应力与电化学介质共同作用下,因阳极溶解过程引起的断 裂。应力腐蚀的一个最重要特点是腐蚀介质与材料的组合有选择性。在不锈钢材料中,增 加 Ni 和 C 的含量可提高奥氏体不锈钢耐应力腐蚀的能力,而增加 Nb、Ti、Mo、N 等元素, 则容易引起应力腐蚀。因此焊后消除应力处理和选择对应力腐蚀不敏感的材料是防止不锈 钢焊件应力腐蚀的有效措施。

      8.2.2 铁素体不锈钢的焊接工艺 高铬铁素体不锈钢可采用焊条(手工)电弧焊、气体保护焊、埋弧焊、等离子弧焊和 电子束焊等熔焊方法。由于高铬钢的塑性较低,焊接热影响区晶粒粗大以及碳、氮化合物 在晶界的集聚,焊接接头的塑性和韧性很低,裂纹的敏感性较高。 为防止裂纹的产生,改善接头的塑性和耐蚀性,在焊接工艺上应采取下列措施: (1)焊前将 焊件预热到 150℃以上,控制层间温度不低于预热温度。 (2)采用小的热输入、窄焊道焊接技术,防止在 450℃以上温度停留时间过长。 (3)焊后进行 750~800℃的退火处理,使碳化物球化,铬分布均匀,可恢复耐蚀性和 改善接头的塑性。退火后快冷,可防止б -相析出和 475℃脆性。 (4)采用奥氏体钢焊条焊接,焊前不必预热,焊后可不作热处理。 铁素体不锈钢的焊接材料原则上应选用合金含量与母材相近的焊条或焊丝,以保证焊 接接头的均质性、只有在焊前无法预热、焊后难于焊后热处理的情况下,才选用合金成分 较高的奥氏体不锈钢填充金属。 8.2.3 奥氏体不锈钢的焊接工艺 奥氏体不锈钢具有较好的焊接性,可以采用手工电弧焊、埋弧焊、惰性气体保护焊和 等离子弧焊等熔焊方法,在焊后状态,接头具有相当好的塑性和韧性。但当以较好高的热 输入量焊接奥氏体不锈钢时,焊接接头的热裂倾向较高,其耐蚀性亦会下降。为防止奥氏 体不锈钢焊接热裂纹的产生,可从焊材的选用和焊接工艺方面采取相应措施: (1)选用 S、P 含量特别低的焊接材料。 (2)通过选用合金成分适当的焊材,调整焊缝金属的成分和焊缝金属的 Ni 含量<15%, 以使焊缝金属内的δ 相铁素体的体积分数控制在 3%~8%。或选用含 Mn 量为 4%~6%的焊接

      材料,可防止纯奥氏体焊缝金属中热裂纹的产生。 (3)在工艺上采取措施,加快熔池的冷却速度,如采用小线能量焊接,在焊缝背面通

      压缩空气或喷水加速冷却。 (4)为保证奥氏体不锈钢焊接头的耐蚀性,在焊材选择方面,应选用超低碳型焊条或

      焊丝,或选用稳定化合金元素足够的焊条或焊丝。 (5)控制层间温度不超过 150℃。 在焊前准备和坡口加工中应十分重视焊接区,坡口表面和焊材表面的清洁度,任何污

      染都会导致焊缝金属的增碳而降低接头的耐蚀性。在焊接对接头耐蚀性要求较高的不锈钢 焊件时 ,焊接区、坡口表面和焊丝表面应用丙酮或去油能力强的其它溶剂擦洗干净。

      在设计不锈钢焊件坡口形状和尺寸时, 应充分考虑奥氏体不锈钢较大的热膨胀系数 会加剧接头的变形,应适当减小 V 形坡口直角度。当板厚大于 10mm 时,应尽量选用焊缝 截面较小的 U 形坡口。

      奥氏体不锈钢焊接材料的选用原则上,应使焊缝金属的合金成分与母材成分基本相 同。尽量降低焊缝金属中的碳含量和 S、P 等杂质含量。

      8.3 耐热合金焊接 耐热钢按其合金成分不同,可分为低合金(合金质量分数为 5%以下)、中合金(合金 质量分数为 5%~12%)、高合金(合金质量分数为 12%以上)耐热钢。 8.3.1 低合金耐热钢的焊接工艺 (1)焊接材料 低合金耐热钢焊接材料的选用原则是,焊缝金属的合金成分及强度性能应基本上与母 材金属相应指标一致,或应达到产品技术条件提出的最低性能指标。 我国常用低合金耐热钢焊接材料,可按表 9-2 选用。其中包括我国现行的焊条标准, 以及世界公认的美国焊接学会 AWS 焊材标准所列的各种低合金耐热钢焊条、埋弧焊丝、焊 剂和气体保护焊焊丝。 在合金耐热钢焊接中,选用低氢型碱性药皮焊条和碱性焊剂,是防止焊接接头产生裂 纹的主要措施之一。但碱性的焊条药皮、焊剂都容易吸潮,而焊接材料中的水分是焊接气 氛的主要来源,故使用前应加以烘干。

      (2) 低合金耐热钢的焊前预热和焊后热处理 预热是防止低合金耐热钢产生焊接冷裂纹和消除应力裂纹的有效措施之一。 在大型焊接结构的制造中,对焊件作局面预热可以取得与整体预热相近的效果。 但是必须保证预热区宽度大于所焊焊件壁厚的 4 倍,且至少不能小于 150mm,并 要保证焊件内外表面均达到规定的预热温度。在厚壁焊件的焊接中,必须注意焊 前、焊接过程中、焊接结束时与焊件预热温度基本保持一致,并将实测预热温度 作好记录。世界各国压力容器、压力管道法规对低合金耐热钢规定的最低预热温度 列于表 9-3,最低焊后热处理温度列于表 9-4

      ① 以提高蠕变强度为主;② 以软化焊缝区为主;③ 以提高高温性能为主;④ 以提高

      8.3.2 中合金耐热钢的焊接工艺 (1) 焊接材料 中合金钢焊材的设计原则是:在保证接头与母材相同的高温蠕变强度和抗氧 化性的前提下改善其焊接性,即提高其抗裂性。首先为保证接头的高温强度;焊 缝金属必须具有与母材相当的铬、钼含量。表 9-5 综合列出焊接中合金耐热钢常 用的标准型和非标准型焊材的牌号。

      (2)焊前预热及焊后热处理 各种中合金耐热钢焊前的预热温度可根据抗裂试验结果来确定,各国压力容 器和压力管道法规对中合金耐热钢规定的最低预热温度列于表 9-6。各种中合金 耐热钢焊件焊后热处理的最佳规范可通过系列回火试验来确定。世界各国压力容 器和压力管道制造法规对中合金耐热钢规定的焊后热处理温度列于表 9-7。

      (3)工艺要点 中合金耐热钢焊接工艺规程的具体内容与低合金耐热钢基本相同。所不同的 是,必须明确规定焊接结束后焊件在冷却过程中容许的最低温度以及焊后热处理 的时间间隔。这两个工艺参数对于保证中合金耐热钢接头的致密性和韧性是十分 重要的。在焊接工艺评定中,应将这两个工艺参数视作重要参数。同时应注意焊 接工艺评定试板的条件尽可能与焊接现场施工条件接近。试板的厚度应基本上等 于产品接头厚度。试板焊后热处理的保温时间应按产品接头的实际厚度计算。评 定试板焊接过程中预热温度和焊后热处理温度应正确测定。 8.3.3 高合金耐热钢的焊接工艺 高合金耐热钢与低、中合金耐热钢相比,具有独特的物理性能。众所周知, 对钢的焊接性产生重大影响的物理性能有:线膨胀系数、热导率和电阻率。与碳

      钢相比,奥氏体耐热钢的线膨胀系数较高,热导率较低,导致焊件变形较为严重, 焊接过程中需适当加以控制。低的热导率要求采用较低热输入焊接奥氏体耐热 钢。马氏体型耐热钢的焊接性在很大程度上受淬硬性的影响,防止焊接冷裂纹是 最主要的。铁素体型耐热钢焊接时,由于不发生同素异型转变而使重结晶区晶粒 长大,结果是接头的韧性降低。奥氏体型耐热钢焊接性的主要问题是其对热裂纹 的敏感性较高,而弥散硬化型耐热钢的焊接与弥散过程中的强化机制有关。

      (1) 马氏体耐热钢的焊接工艺 1) 焊接特点 当马氏体耐热钢的ω cr 在 12%以上时,它在空冷条件下即能 淬硬,冷裂的倾向很大,故这类钢的焊接性很差。为了避免冷裂纹及改善焊接接 头力学性能,应采取预热、后热和焊后立即高温回火等措施。 2) 焊前预热 焊接马氏体耐热钢,特别在使用与母材同成分的焊接材料 时,为防止冷裂,焊前需预热。预热温度一般选在 200~300℃,最好不高于马 氏体开始转变温度。碳含量是确定预热温度的最主要因素。随含碳量增高,预热 温度应适当提高。选择预热温度时应考虑的其它因素还有:材料厚度、填充金属 的种类、焊接方法、拘束度等。当碳当量ω c≤0.1%时,可不预热,或视壁厚预 热至 200℃;当ω c 为 0.1~0.2%时,预热 200~260℃。在特别苛刻的情况下可 采用更高的预热温度,如预热至 400~450℃。当ω c>0.2%时,需要保持层间温 度。 3) 焊后回火前的温度 焊件焊后不应以焊接温度直接升温进行回火处理。 对于刚度小的构件,可以冷至室温后再回火。对于大厚度的结构,特别当含碳量 较高时,需采用较复杂的工艺:焊后冷至 100~150℃,保温 0.5~1.0h,然后加 热至回火温度。 4) 焊后热处理 焊后热处理包括回火和完全退火。只有为了得到最低硬 度,如焊后需机械加工时,才采用完全退火。退火温度为 830~880℃,保温 2h 后炉冷至 595℃,然后空冷。这时形成的粗大碳化物需要较长时间的固溶才能溶 解。高铬马氏体耐热钢一般在淬火回火的调质状态下焊接,焊后经高温回火处 理,使焊接接头具有良好的力学性能。如果在退火状态下焊接,焊后仍会出现不 均匀的马氏体组织,整个焊件还需经过调质处理,使接头具有均匀的性能。回火 温度不应在 475~550℃,在这个温度回火的钢韧性很低。马氏体耐热钢焊态的 组织一般为马氏体,有时也会产生一些中温转变产物贝氏体组织。当有贝氏体存 在时,回火的保温时间必须延长,因为贝氏体组织比马氏体组织稳定,难于分解,

      只有延长回火的保温时间,才能保证贝氏体转变为回火索氏体组织。 5) 马氏体耐热钢的焊接方法 常用的焊接方法有焊条电弧焊、气体保护电

      弧焊、电阻焊等。焊条电弧焊是最常用的焊接方法。采用与母材金属同成分焊条 焊接时,需预热及焊后热处理。主要用低氢型焊条,如 E1-13-××,E0-13-5Mo ××型以及相当于 E1-13-××,加含 Ni 量 0.6~1.2%的焊条。焊前焊条要经过 高达 350~400℃的高温烘烤,以便彻底除去水分,减少扩散氢含量和降低冷裂 纹敏感性。用小的热输入,防止过热。也常用 Cr19Ni10、Cr25Ni13、Cr26Ni21 型奥氏体焊条焊接马氏体耐热钢。含合金元素高的焊条,焊接接头塑性较好。用 奥氏体焊条焊接的接头,一般在焊后状态使用。视焊件厚度,焊前可用不预热或 仅作低温预热。钨极氩弧焊用于薄壁件焊接,氩弧焊时冷裂倾向较小,薄件可不 预热,厚件预热 120~200℃,时后仍需高温回火。CO2 焊接时,焊接接头含氢量 低,冷裂倾向比焊条电弧焊小,可用较低的预热温度。

      (2) 铁素体耐热钢的焊接工艺 1) 铁素体耐热钢焊接特点 采用普通方法生产的高铬铁素体耐热钢含有 质量分数约 0.1%的碳以及少量的氮,如 1Cr17、1Cr17Ti、1Cr17Mo2Ti、1Cr25Ti、 1Cr28 等,对热作用敏感,焊接接头塑性和韧性较低,焊接大刚度接头时还会产 生裂纹,焊接性较差。焊接高铬铁素体耐热钢时应注意的主要问题是焊接接头脆 性问题。这类钢很容易在 400~600℃范围内长期加热,并缓慢冷却时出现 475℃ 脆性。含铬量越高,脆化越严重。这类钢在 500~900℃范围内长期加热时,易 产生σ 相析出脆化。它可直接从铁素体δ 相产生,也可从奥氏体γ 相转变形成。 铁素体组织有利于σ 相的形成,因为铁素体富铬且易于铬的扩散,凡是铁素体形 成元素都能促进σ 相形成。这类耐热钢加热到 950℃以上时,则晶粒急剧长大, 并且不能用处理的方法重新细化晶粒,晶粒粗化的结果使钢材脆化,常温下的冲 击韧度很低,特别是含铬量高的铁素体(如 Cr25 等)更为突出。如果加上焊件 的拘束度,非常容易在室温时产生裂纹。 归纳起来,铁素体耐热钢焊接的主要问题是,焊接热影响区的脆化(包括熔 合区附近热影响区的晶粒长大而引起的韧性下降,475℃脆性、σ 相析出脆化)、 裂纹倾向较大以及室温时韧性较低等。 2) 铁素体耐热钢的焊接方法 普通高铬铁素体耐热钢可采用焊条电弧焊、 气体保护焊、埋弧焊、等离子弧焊、电子束焊等熔焊方法。在采用同质焊接材料, 特别在拘束度大时,很易产生裂纹。为防止产生裂纹,改善接头塑性,以焊条电

      弧为例,可以采用下列工艺措施: a. 预热 100~150℃左右,使材料在韧性较高的状态下焊接。对含铬量较

      高的铁素体钢,预热温度相应要高些,有时甚至达到 200~300℃。 b. 根据对接焊接接头性能的不同要求,可以选用与母材相近的铁素体铬钢

      c. 焊接时尽可能减少焊接接头在高温下的停留时间,应采用小的焊接热输 入,高的焊接速度尽量减少焊条的横向摆动,以窄焊道进行焊接,控制层间温度, 前一道焊缝冷却到预热温度后才允许焊接下一道焊缝,以防止焊接接头过热。多 层焊时控制层间温度应高于 150℃,以减少高温脆化和 475℃脆性。

      d. 铁素体耐热钢的焊接接头经受不起严重撞击,因此必须注意吊运和安 放。

      e. 为了使焊接头的组织均匀化,从而提高其塑性和韧性,焊后应进行 750~ 800℃退火处理。退火后应快冷,防止出现σ 相及 475℃脆性,以得到均匀的铁素 体组织。

      (3) 奥氏体耐热钢的焊接工艺 奥氏体耐热钢具有较好的焊接性,可以采用所有的熔焊方法焊接。在拟定奥 氏体耐热钢焊接工艺时应考虑其特殊的物理性能,即低的热导率、高电阻率、高 的线膨胀系数以及高度致密的表面保护膜等。此外,奥氏体耐热钢含有大量对氧 亲和力较高的元素,因此应采用保护弧焊方法,必须利用焊剂、焊条药皮和惰性 保护气体对焊接熔池和高温区作良好的保护,以使影响热强性能的基本合金元素 保持在所要求的范围内,由于奥氏体钢、特别是纯奥氏体钢对焊接热裂纹的敏感

      性较高,故应严格控制焊材中的碳、硫、磷等有害杂质含量。 奥氏体耐热钢焊接填充材料的选择原则是,在无裂纹的前提下保证焊缝金属

      的热强性与母材金属基本相等。这就要求其合金成分大致与母材金属成分匹配。 同时应考虑焊缝金属内铁素体含量的控制。对于长期在高温下运行的奥氏体钢焊 件,焊缝金属内的铁素体的体积分数不应超过 5%,在铬和镍的体积分数均大于 20%的高铬镍耐热钢中,为获得抗裂性高的纯奥氏体组织,可选用锰的质量分数 为 6%~8%的焊接填充材料。表 9-9 列出我国常用奥氏体耐热钢焊条和焊丝牌号 及其相配的母材钢号,奥氏体耐热钢焊接时,为减少焊接收缩变形,在坡口设计 中应尽量缩小焊缝的截面,采用 V 坡口时,坡口角度不应大于 60°。当焊件板厚大 于 20mm 时,应尽量采用 U 形坡口。

      1) 焊条电弧焊工艺 奥氏体耐热钢焊条电弧焊时,由于其电阻率较高,焊条 夹持端易于受电阻热的作用而提前发红,故应选择合适的焊接电流,或选用耐发红 的奥氏体钢焊条。

      宽度不应超过焊条芯直径的 4 倍,多层焊缝每层焊道的厚度不应大于 3mm,由于 铬镍奥氏体钢的熔点较低,焊缝熔深很浅,因此,坡口侧壁和焊道层间的清渣对 于防止夹渣是十分重要的。为便于清渣,要求焊道表面光滑并向坡口侧壁圆滑过 渡,为此,最好选用工艺性能良好的钛钙型药皮焊条。为防止焊缝中气孔的形成, 奥氏体钢药皮焊条在使用前应适当烘干。待焊坡口表面应仔细清理。

      2) 熔化极惰性气体保护焊工艺 奥氏体钢的熔化极惰性气体保护焊与焊 条电弧焊相比,具有一系列的优点。对于厚 20mm 以下的奥氏体耐热钢应优先采 用自动或手工(半自动)熔化极惰性气体保护焊,当采用这种方法焊接时,由于 氩弧的热量比 CO2 电弧高得多,需注意加强焊枪喷嘴的冷却。手工(半自动)焊 适用的焊丝直径为Φ 0.6~1.6mm;自动焊适用的焊丝直径为Φ 2.0~3.0mm。焊接 电源可使用平特性的直流电源或直流脉冲电源。通常焊丝接正极,即直流反极性。 保护气体可使用纯氩,Ar O2 或 Ar CO2混合气体,纯氦或 He Ar CO2等混合气体。在 Ar 气中加体积分数为1%的O2 ,或体积分数为2%~3%的 CO2,并使保护气体具有微弱的氧 化性,但可在很大程度上减小熔滴的表面张力,易于实现喷射过渡,提高电弧的 稳定性,改善熔化金属的润湿性和焊缝的成形。

      奥氏体耐热钢熔化极气体保护焊时,可选择比碳钢焊时较低的电流和电压。 在 Ar CO2 保护气体下,采用直径Φ 1.2~2.0mm 的焊丝,喷射过渡的电流范围为 180~ 380A,电弧电压相应为 25~33V。喷射过渡电弧可焊接的最小厚度为 3mm,适用 的厚度范围为 6~25mm。短路过渡焊接则采用直径Φ 0.8~Φ 1.2mm 的焊丝,相应 的焊接电流范围为 50~225A,电弧电压范围为 17~24V。由于焊接热输入量低, 宜于焊接厚 3mm 以下薄板。表 9-10 列出奥氏体耐热钢熔化极气体焊典型的焊接 工艺参数。

      正极焊接,也可采用频率范围为 0.5~20Hz 的低频脉冲直流电。在焊接奥氏体钢

      渗钨。填充焊丝可以采用与熔化极气体保护焊相同成分的焊丝或ω si 为 0.3~ 0.5%,其它合金成分与母材相同的焊丝。手工氩弧焊时,适用的焊丝直径为 1.6~

      4) 埋弧焊 埋弧焊通常用于厚 5mm 以上的奥氏体热钢。埋弧焊的特点是热

      奥氏体钢埋弧焊时,因其电阻较高,应选择比碳钢焊接时低 20%的焊接电流。

      埋弧焊时母材的稀释率可在 10%~75%范围内变化。为控制焊缝金属的成分,

      40%以下。奥氏体耐热钢埋弧焊时限制焊缝金属的冷却速度,对于控制铁素体含

      量十分重要。为此要严格控制层间温度,最好不超过 150℃,对于一些特殊要求

      5) 焊后热处理 对奥氏体耐热钢焊件,当壁厚超过 20mm 时,有时应考虑 作适当的焊后热处理。

      奥氏体耐热钢接头焊后热处理的目的可归结为: a. 消除焊接残余应力,提高结构尺寸的稳定; b. 提高接头的蠕变强度; c. 消除不合适的热加工所形成的б 相。 奥氏体钢接头的焊后热处理,按处理的温度,可分为低温、中温和高温焊后 热处理。加热温度在 500℃以下的低温热处理对接头的力学性能不会发生重大的 影响。其作用主要是降低残余应力峰值,提高结构尺寸的稳定性。加热温度在 550~800℃之间的中温热处理主要是消除奥氏体耐热钢接头中的残应力,以提高 其抗应力腐蚀的能力。但在这一温度区间,会大量析出б 相和碳化物,从而显著 地降低接头的韧性。因此,对于碳含量较高或铁素体含量较多的奥氏体钢焊缝应 尽量避免采用中温热处理。对于某些超低碳铬镍钢奥氏体耐热钢,800~850℃的 中温热处理可提高接头的蠕变强度和塑性。 加热温度在 900℃以上的高温热处理可溶解焊缝金属或热影响区内形成的碳 化物和б 相,以恢复接头由于不利的热加工而丧失的力学性能,为获得全奥氏体 组织可作固溶处理,其温度可在 954~1120℃温度范围内。 8.4 低温钢焊接 8.4.1 低温用钢的性能 低温用钢主要用于低温下工作的容器、管道和结构,低温用钢可分为无镍和 含镍两大类。对低温用钢的主要性能要求是保证在使用温度下具有足够的韧性及 抵抗脆性破坏的能力。低温用钢一般是通过合金元素的固溶强化、细化晶粒,并 通过正火、回火处理细化晶粒、均化组织,而获得良好的低温韧性。在低温用钢 中常加入 V、Al、Nb、Ti、及 RE 等合金元素,如我国的低温压力容器用钢 09MnTiCuEDR、09Mn2VDR、06MnNbDR 及 06AlNbCuN 等。 8.4.2 焊接工艺 低温用钢由于含碳量低,其淬硬倾向和冷裂倾向小,低温用钢具有良好的焊 接性。关键是保证焊缝和粗晶区的低温韧性。为避免焊缝金属及近缝区形成粗晶 组织而降低低温韧性,要求采用小的焊接线能量。焊接电流不宜过大,宜用快速

      多道焊以减轻焊道过热,并通过多层焊的重热作用细化晶粒,多道焊时要控制层 间温度,如焊接 06MnNbDR 低温用钢时,层间温度不大于 300℃,埋弧自动焊时, 焊接线KJ/cm。 焊接低温用钢的焊条如表 9-12 所示,焊接﹣40℃级 16Mn 低温用钢可采用 E5015-G 或 E5016G 高韧性焊条。

      注:1、焊条牌号前加“W”,表示低温用钢焊条。2、焊条牌号第一、第二位数字,表示

      低温用钢焊条的工作温度等级,如 W707 的低温温度等级为﹣70℃。3、表中焊条为低氢钠型药皮,

      埋弧自动焊时,可用中性熔炼焊剂配合 Mn-Mo 焊丝或碱性熔炼焊剂配合含 Ni 焊丝;也可采用 C-Mn 钢焊丝配合碱性非溶炼焊剂,由焊剂向焊缝渗入微量 Ti、 B 合金元素,以保证焊缝金属获得良好的低温韧性。

      焊接低温用钢产品,应注意避免焊接缺陷(如弧坑、未焊透及焊缝成形不良 等),并应及时修补缺陷,否则低温时因钢材对缺陷和应力集中的敏感性大,而 增大产品的低温脆性破坏倾向。焊后消除应力处理可以降低合金低温用钢焊接产 品的脆断倾向。

      8.5 异种钢焊接 8.5.1 异种钢焊接结构所用的材料 在化工、电站、航空、矿山机械等行业中异种钢焊接结构应用较多,这些结 构中所用的材料归纳起来不外乎是珠光体钢、铁素体钢、奥氏体钢、马氏体钢铁素体钢等几种类型。常用于异种钢焊接结构的材料可参阅表 9-13。

      8.5.2 异种钢焊接的工艺原则 异种钢焊缝与母体的化学成分、金相组织、物理性能及力学性能都有较大的

      求,又要尽可能考虑效率和经济性。在一般生产条件下手工电弧焊使用最为方便,

      要用于熔焊不能满足要求的场合。 (2)焊接材料的选择 1) 在焊接接头不产生裂纹等缺陷的前提下,如果不可能兼顾焊缝金属的强

      度和塑性,则选用塑性较好的焊接材料。 2) 异种钢焊接材料的焊缝金属性能只需符合两种母体中的一种即认为满足技 术要求。 3) 焊接材料应具有良好的工艺性能,焊缝成形美观。 4) 焊接材料应经济、易得。

      (3)坡口角度 异种钢焊接时确定坡口角度的主要依据除母材厚度以外,还有母材在焊缝金

      属中的熔合比。一般说来,坡口角度越大,熔合比越小。反之,坡口角度越小, 熔合比越大。异种钢多层焊时,确定坡口角度要考虑多种因素的综合影响,但原 则上则是希望熔合比越小越好,因为这样能使焊缝金属的化学成分和性能比较稳 定,波动较小。

      (4)焊接规范参数 焊接规范对熔合比有直接影响,焊接线能量越大,母材熔入焊缝越多。焊接 线能量以取决于焊接电流、电弧电压和焊接速度等规范参数。当然,焊接方法不 同时,熔合比的范围也不同。 (5)预热及焊后热处理 1)预热 异种钢焊接时,预热温度主要根据母材的淬火裂纹倾向大小和焊 缝金属的合金化程度来确定。 2)焊后热处理 对焊接结构进行焊后热处理的目的是改善接头的组织和性 能,消除部分焊接残余应力与促使焊缝金属中的氢气逸出。 8.5.3 不同珠光体钢的焊接 表 9-13 中Ι ~Ⅵ虽都属珠光体钢,但化学成分却有很大差别它们种类很多, 应用范围很广,它们中有很大一部分属于淬火钢,焊接时近缝区易产生裂纹。 目前用来焊接淬火钢的两种方法,即珠光体焊条加预热及奥氏体焊条不预 热,都能满足上述条件。但这两种方法并不能解决所有淬火钢,特别是在现代焊 接生产过程中的某些淬火钢的焊接问题。因为可能在珠光体焊缝中出现裂纹,而 奥氏体焊缝又存在屈服强度不高的问题。 碳钢和普通低合金钢的金相组织都是珠光体,但是当含碳量不同或含合金成 分的种类不同时,焊接性能也有较大的差异,所以不同珠光体钢虽然都具有珠光 体组织,却仍然存在异种钢焊接的问题。

      (1) 预热及焊后热处理 低碳钢塑性、韧性都很好,没有淬硬脆化的倾向,对焊接线能量不敏感,因 此焊接性极好,通常都不需要预热。当工件很厚(如 30mm 以上)或环境温度很 低(如 0℃以下)时,才需适当预热至 150℃左右。中碳钢的淬硬倾向比较大些, 经过焊接热循环的作用就可能在焊接接头内产生冷裂纹,所以一般应采取预热措 施,预热温度可在 100~200℃ 范围。高碳钢的淬硬、冷裂倾向都很大,焊接时 需要预热至较高的温度,一般都在 250~350℃以上,工件比较厚且刚度比较大 时,还必须考虑焊后保温缓冷等措施。 低合金钢焊接时的预热温度可以从化学成分、裂纹敏感指数、板厚和拘束等 条件来确定。裂纹敏感指数Р С 和Р w 是目前应用较多的冷裂纹判据,它以抗强 度为 500~1000MPα 的钢种采用斜 Y 坡口裂纹敏感性与化学成分、扩散氢含量、 板厚(或拘束度)的关系,建立了下列关系式:

      冷裂纹,同时焊缝金属的力学性能也都可以满足要求。 不同珠光体钢焊接时可参考表 9-14 选择焊接材料,确定预热及回火温度。

      表 9-13 中的Ⅶ、Ⅷ和Ⅸ的马氏体-铁素体钢含铬量较高。它们的焊接特点是:

      9.5.5 珠光体钢与铁素体钢的焊接 珠光体钢与铁素体钢进行异种钢焊接时,通常既可能选用珠光体焊条又可能 选用铁素体焊条。但当珠光体钢与 Cr12%型的热强钢焊接时,如果采用珠光体焊 条就容易在热影响区产生裂纹,而采用 R817 铁素体焊条就能基本上防止这类裂 纹。由于电弧的强烈搅拌作用,珠光体与铁素体钢的过渡层在焊后冷却中可能产 生淬硬的马氏体组织。所以,这类异种钢焊接时不仅需要预热,而且需要焊后缓

      冷或及时回火处理。珠光体钢与铁素体钢焊接时的焊接材料及预热,回火温度见 表 9-16。

      9.5.6 不同奥氏体钢的焊接 不同奥氏体钢焊接时需考虑各种奥氏体钢本身的焊接性特点而采取相应的 工艺措施。例如要注意防止热裂纹、晶间腐蚀、σ 相析出脆化等问题,控制焊缝 金属含碳量,限制焊接线能量及高温停留时间,添加稳定化元素、采用双相组织 焊缝,进行固溶处理或稳定化热处理等。奥氏体焊缝的性能与其化学成分的关系 十分密切,所以必须尽量保持焊接工艺参数的稳定,从而使熔合比稳定,保证焊 缝金属的化学成分稳定。无论采用何种奥氏体钢焊缝,都必须严格控制有害杂质 P、S 的含量,因为这些杂质会引起严重的热裂纹倾向。 几乎所有的焊接方法都可用于奥氏体钢的焊接,其中包括手工电弧焊、钨极 氩弧焊、熔化极气体保护焊、埋弧自动焊、电渣焊、电阻焊、闪光焊、摩擦焊、 电子束焊等。但手工电弧焊仍是应用较多的方法。异种奥氏体钢接用的焊条及其 焊后热处理方方式见表 9-17。奥氏体钢焊接时一般都不需要预热。

      用于氧化性介质,在 615℃以下具有热强性 用于无浸蚀性介质,在 600℃以下具有热强性 在不含硫化物或无浸蚀性介质中,1000℃以下具有热 稳定性,焊缝不耐晶间腐蚀

      9.5.7 珠光体钢与奥氏体钢的焊接 (1)焊接工艺 1)焊接方法 这类异种钢焊接时应注意选用熔合比小、稀释率低的焊接方法。 手工电弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊都比较合适。埋弧焊则需注意限制 线)焊接材料 选择焊接材料时必须考虑接头的使用要求、稀释作用、碳迁 移、残余应力及抗热裂性等一系列问题。表 9-18 可供参考。

      用于覆盖 A507 焊缝,可耐晶间腐蚀 工作温度<350℃,不耐晶间腐蚀 用于覆盖 A507 焊缝,可耐晶间腐蚀 用于覆盖 A507 焊缝,可耐晶间腐蚀 工作温度<350℃,不耐晶间腐蚀

      用于覆盖 A402,A407,A502,A507 焊 缝,可耐晶间腐蚀 珠光体钢坡口堆焊过渡层

      用于覆盖 A502,A507 焊缝,可耐晶间 腐蚀 工作温度<500℃,不耐晶间腐蚀

      工作温度<550℃,不耐晶间腐蚀 工作温度<570℃,不耐晶间腐蚀 用作覆盖焊缝,可耐晶间腐蚀 工作温度<300℃,不耐晶间腐蚀

      3)焊接工艺要点 为了减小熔合比,珠光体钢与奥氏体钢焊接时坡口角度要 大一些,焊条或焊丝直径要小一些,电弧电压高一些,采用小电流、快速焊的方法。 如果为了防止珠光体钢产生冷裂纹而需要预热,则其预热温度应比珠光体钢同种材 料焊接时略低一些。

      等)与较厚的低碳钢或低合金钢复合而成,其中不锈钢复层的厚度只占总厚度的 10~20%。由于焊接时存在珠光体钢与奥氏体钢两种母材,所以复合钢板焊接属 于异种钢焊接问题。

      不锈复合钢板焊接材料见表 9-19。表中分别列出了基层、复合和交界处推 荐采用的焊条类型。这些焊条是根据复合钢板基层、复层的性能要求而选定的。 复合钢板对接接头的焊接顺序:先焊基层焊缝、再焊交界处的过渡层焊缝(此时 需用高铬镍焊条),最后焊复层焊缝。

      为防止第一道基层焊缝中混入奥氏体钢,可预先将接头附近的复层金属加工掉 一部分。

      9.5.8 铁素铁钢与奥氏体钢的焊接 铁素体钢与奥氏体钢焊接时的焊接工艺基本上和珠光体钢与奥氏体钢焊接 时的焊接工艺是相同的,其焊接材料既可以采用 G202、G207 类型的焊条,也可 以采用各种铬镍奥氏焊条,为防止碳的扩散迁移,还可以采用镍铬基合金为焊接 材料。铁素体钢与奥氏体钢焊接时,依照其母材的组合可按表 9-20 选择焊接材 料。

      不耐晶间腐蚀,在无碳介质中工 作温度可达 650℃ 在浸蚀性气体介质中工作温度≤ 350℃ 不耐晶间腐蚀,在无碳介质中工 作温度可达 650℃

      8.6 铸铁焊接 8.6.1 铸铁的种类及性能 铸铁是含碳量大于 2%的铁碳合金,其中还含有硅、锰元素及硫磷杂质,按 碳在铸铁中存在的状态及形式的不同,可将铸铁分为白口铸铁、灰口铸铁、可锻 铸铁、球墨铸铁及蠕墨铸铁五类。 (1) 白口铸铁 白口铸铁中碳几乎全部以渗碳体形式存在,断口呈白亮色。渗碳体硬而脆, 主要用来制造各种耐磨件,焊接这种铸铁的机会不多,常用白口铸铁的含 C 量为 2.1~3.8%,Si≤1.2%。有时添加 Mo、Cu、W、B 等合金元素以提高其力学性能。 (2) 灰口铸铁(HT) 灰铸铁中碳以片状石墨的形式存在,断口呈灰色。石墨的力学性能非常低, 一般认为灰口铸铁中的石墨相当于金属基体的裂纹,因而削弱了基体的性能。 常用灰口铸铁的化学成分为:C2.6~3.6%,Si1.2~3.0%,Mn0.4~1.2%,P ≤0.3%,S≤0.15%。 (3) 可锻铸铁 可锻铸铁由一定成分的白口铸铁经石墨化退火使其中渗碳体分解而形成团 絮状石墨而成。由于石墨呈团絮状,故显著降低了石墨对金属基体的割裂作用, 从而使其强度高于一般灰口铸铁,并具有一定的塑性及韧性。 可锻铸铁是由白口铸铁经石墨化退火而制成,含碳、硅量均较灰口铸铁低,含 碳量控制在 2.4~2.8%之间,含硅量控制在 1.2~2.0%之间,KTH 表示铁素体可锻铸 铁。KTZ 表示珠光体可锻铸铁,符号后的第一个数字表示最低抗拉强度,第二数字 表示最低伸长率。 (4) 球墨铸铁 球墨铸铁简称球铁。液态铸铁在浇铸前经加入适量球化剂处理,使碳主要以 球状石墨的形态存在于铸铁中。球状石墨对基体的割裂作用比团絮状更小。因而 在相同基体的情况下,其力学性能(包括抗拉强度、塑性和韧性)是所有铸铁中 最高的。 (5) 蠕墨铸铁

      蠕墨铸铁简称蠕铁。由于其石墨形状类似蠕虫而得名。与片状石墨相比,其 特点是石墨形似蠕虫,较短而厚,头部较圆。蠕墨铸铁的力学性能介于基体组织 相同的灰口铸铁与球墨铸铁之间。常用蠕墨铸铁的抗拉强度为 300~500N/mm2, 伸长率为 1~6%。

      8.6.2 铸铁的焊接性 灰口铸铁应用最为广泛,灰口铸铁化学成分上的特点是碳与硫、磷杂质高, 这就增大了其焊接接头对冷却速度变化与冷、热裂纹发生的敏感性。其力学性能 的特点是强度低,基本无塑性,使其焊接接头发生裂纹的敏感性增大。这二方面 的特点,决定了灰口铸铁焊接性不良。其主要问题是焊接接头易出现裂纹。 8.6.3 灰口铸铁的焊接 (1) 焊接方法 在所有铸铁中,灰口铸铁的应用最为广泛。由于焊补的要求多种多样(焊后 加工性、致密性、焊缝金属颜色与母材的配合,焊接接头强度及焊补成本的要求 不同)及焊补对象不同(铸件壁厚不同,缺陷所处位置拘束度不同,缺陷种类不 同及铸铁焊补后的使用条件不同等)。焊接工作者开发了多种焊接方法、焊接材 料及焊接工艺,以满足不同的焊补要求。 我国已推广应用的灰口铸铁焊接方法及材料分类如下:

      (2) 同质(铸铁型)焊缝的熔化焊 利用铸铁型焊接材料,焊丝或焊条等,焊后所获得的焊缝金属,其化学成分、

      组织性能及颜色与母材接近,这类焊缝铸铁型焊缝,也称同质焊缝。同质焊缝熔 化焊方法通常包括:手工电弧焊预热及不预热焊,氧乙炔焰气焊预热及不预热焊, 电渣焊等。

      同质焊缝熔化焊的关键问题是使焊接接头获得灰口组织。采取主要措施,一 是使焊缝有较强的石墨化能力,二是使焊接接头有足够缓慢的冷却速度。

      1) 电弧热焊及半热焊 焊前将铸件整体或局部预热至 600~700℃左右,在焊接过程中保持这一温 度,并在焊后采取缓冷措施的工艺方法称热焊。预热温度在 300~400℃左右称 半热焊。热焊有着突出的优点,通过预热和缓冷,使焊接接头冷却速度缓慢,可 避免产生白口及淬硬组织,保证接头有很好的切削加工性能。 热焊适用于冷速快的厚壁铸件,结构复杂、刚度较大易产生裂纹的部件,以及 对焊补区要求硬度、颜色、密封以及承受动载荷等使用性能要求较高的零、部件。 半热焊由于预热温度低,冷却速度较快,在石墨化能力更强的焊接材料配合下才 能获得灰口组织。 a. 焊条 主要为石墨化型焊条,目前常用的只有两种,一种是铸铁芯石墨化焊条(铸 248),一种是钢芯石墨化焊条(铸 208)。 b. 工艺要点 a) 焊前准备 铲除缺陷直至露出金属本色。如焊补区有油污,需用氧乙炔焰烧掉,用扁铲 或风铲、砂轮等开坡口,坡口要有一定的角度,上口稍大,底面应圆滑过渡。 b) 预热 主要根据铸件的体积、壁厚、结构复杂程度、缺陷的位置、焊补处的刚度及 其预热设备等来确定。预热时加热速度应给予控制,使铸件的内部与外部的温度 尽可能均匀,减小热应力,防止铸件在加热过程中产生裂纹。 c) 焊补 根据被焊工件的壁厚,尽量选择较大直径的焊条。焊接电流可参照下列经验 公式选择。

      为使药皮中的石墨充分熔化,焊接电弧要适当拉长,但也不宜过长,防止保 护不良好及合金元素的烧损。

      从缺陷中心引弧,逐渐移向边缘。较小缺陷连续填满,缺陷较大时,逐层堆 焊直至填满。电弧在缺陷边缘处不宜停留过长,以免母材熔化量过大或造成咬边。 如果发现熔渣过多,应注意随时扒渣,以防夹渣。在焊接过程中要始终保持预热 温度,否则要重新加热才能继续进行焊接。

      d) 焊后处理 焊后一定要采取保温缓冷的措施,常采用保温材料覆盖。对于重要的铸件, 最好进行消除应力处理,即焊后立即将工件加热至 600~700℃,保温一段时间, 然后随炉冷却。 2) 气焊 用氧乙炔焰气焊铸铁有许多优点,致使它仍然成为铸铁焊补的主要方法之 一。气焊也有热焊及冷焊(不预热气焊)之分,生产中都有应用。热焊能有效地 防止白口、淬硬组织及裂纹发生,焊补质量很好。由于它存在与电弧热焊同样的 缺点,所以只适用于结构比较复杂,焊后要求使用性能较高,一些重要薄壁铸件 的焊补。如汽车、拖拉机发动机缸体、缸盖的焊补。 不预热气焊适用于中、小型铸件,且壁厚较均匀,结构应力较小。如铸件的 边、角处缺肉、砂眼及不穿透气孔等。 a. 焊丝及熔剂 为了保证焊缝石墨化,气焊丝中碳、硅含量较灰铁中高,以弥补焊接过程中 的氧化烧损,并增强焊缝石墨化能力,如表 9-21 铸铁气焊常需要熔剂,也称气 焊粉。市售牌号为“粉 201”,也可按表 9-22 成分比例配制。

      b. 焊炬 焊补铸铁宜选用功率较大的大、中号焊炬。使其加热速度快,并 使接头缓冷,同时对清除焊缝中的气孔、夹杂也是有利的。铸件壁厚 20mm 以下, 可选用Φ 2 孔径的焊嘴;壁厚 20mm 以上,可选择Φ 3 孔径的焊嘴。

      c. 焊补操作要点 用中性焰进行焊补。先将母材加热到熔化温度,再填入熔化的焊丝。否则, 将产生熔合不良。火焰的焰心距熔池表面保护在 10mm 左右,在操作过程中,使 火焰始终盖住熔池,以加强保护。焊接过程中将焊丝端头插入熔池底部,进行磨 擦、搅动,使气体从熔池中充分逸出,以防产生气孔。当发现熔池中有白亮夹杂 物时,应将焊丝端头粘上少量熔剂,搅动熔池使渣浮起,并用焊丝随时拨出。焊 后应使焊缝高出母材 2~3mm,与母材保持平滑过渡。焊后继续用气体火焰加热 焊补区,以使接头缓慢冷却。气焊的焊前准备工作及热焊时预热、缓冷及焊后处 理等工艺基本上与电弧焊相同。 3) 手工电渣焊 a. 焊接材料 填充材料可选择与母材成分相同的铸铁棒(Φ 12mm),或使用从铸铁件上切 削下来的铸铁屑,但一定要清除油污。焊剂:可将 60%萤石、20%镁砂(MgO)和 20%石英砂,须过 100 号筛,机械混合后即可使用。也可选择焊剂 230 或焊剂 130。 但不宜采用焊剂 431。

      b. 工艺要点 a) 焊前准备:清理缺陷直至露出纯净金属。将缺陷铲成一定形状,底部较 平坦,使电极容易达到,并有一定的深度,保证电渣过程稳定。 b) 焊接规范:石墨电极直径尺寸Φ 30~40mm,焊接电压 25~30V,焊接电 流随缺陷面积大小而变化,一般为 700~1500A,渣池深度为 25~30mm。焊接过 程中保持上述三个工艺参数值基本稳定,才能保证焊接过程和焊接质量的稳定。 电极(手把)数目根据缺陷面积而定,当缺陷面积小于 100mm×200mm 时,用一 个电极;100mm×200mm 至 200mm×300mm 时,用两个电极;200mm×300mm 以上时, 用三个电极。 c) 操作要点:在缺陷坡口底部放入少量焊剂,为保证引弧造渣与起焊处的

      质量,多选择石墨棒作电极。将石墨电极与焊剂接触并轻轻引燃电弧,然后不断 地加入焊剂,当渣池深度达到一定时,使电极沿渣池边缘缓慢移动,当缺陷底部 及周围的母材熔化时,将石墨棒插入渣池,电弧熄灭转入电渣过程。开始向熔池 不断的添加铸铁屑,或用事先准备好夹持铸铁棒的手把取代石墨电极,直至填满 缺口。

      4) 电弧冷焊 电弧冷焊时焊接接头的冷却速度很快,焊接热应力比热焊大得多。如何解决 焊接接头的白口及裂纹问题是同质焊缝电弧冷焊更为突出的问题。同质焊缝电弧 冷焊焊接材料主要有铸 248 及铸 208 焊条等。铸 248 焊条为低碳钢芯强石墨化型 药皮的铸铁焊条。可通过焊芯和药皮同时向焊缝过渡石墨化元素。因此,该焊条 石墨化能力较强。一般选用大直径焊条配合较大的焊接电流,特别适合厚大灰铁 件较大缺陷的焊补。铸 208 焊条为低碳钢芯强石墨化药皮的铸铁焊条。通过保温 缓冷,焊缝可获得灰口组织,但一般抗裂性能较差,改进的大直径(Φ 5.8mm) 铸 208 焊条,在药皮中加入适量的合金元素,采用适当的冷焊工艺后,焊缝及半 熔化区均可消除白口。 上述两种焊条冷焊工艺要点: 工艺安排总的原则是要有较大的缺陷体积,采用大电流、连续焊,焊后保温 缓冷。除焊前清理缺陷杂质,开坡口,边角处缺陷需造型,焊条烘干等正常工艺 外,要着重注意下列几点: a. 大型工件较大缺陷,缺陷体积在 60~100cm2 时,为了防止发生冷裂纹, 焊补应分区、分段填满,待焊高出母材 3~5mm,再向前推进一区(段)。切忌电 弧快速 全面铺展,不宜分层堆焊。亦可在缺陷中部先用石墨板隔成两半,分两 次焊补。先连续焊完一半,取出石墨板,再焊补另一半。收尾时,将电弧沿焊完 的缺陷表面均匀摆动,使焊道平整,并减缓冷速。 b. 大型工件中等缺陷,缺陷体积在 20~50cm2 左右时,采用连续工艺一次 焊完,可获得没有裂纹缺陷,并能进行加工的焊接接头。 c. 体积稍小于 20cm2 小缺陷的焊补,除一次连续填满外,并向上堆高 3~ 5mm。趁焊缝表面还处于红热状态,用钢板刮去高了部分,接着再堆高 3~5mm, 反复进行三次以上。缺陷越小或工件越大,次数应越多,以降低焊缝与热影响区 的硬度差。或焊后用氧乙炔焰后热并整形。 (3) 异质(非铸铁型)焊缝的电弧焊

      非铸铁型焊缝或异质焊缝,按其焊缝金属的性质可分为钢基、铜基及镍基三 种。

      1) 钢基焊缝的电弧焊焊接材料 a. Z100(铸 100)焊条 此种焊条焊接铸铁时,第一层焊缝含碳量虽有所降低,在小能量焊接时其含 碳量平均仍为 0.8%左右,焊缝仍属于高碳钢,第一层焊缝硬度可达 40~50HRC。 半熔化白口较宽(一般为 0.2mm),故焊接接头无法加工。焊缝仍易产生热裂纹 及冷裂纹,多层焊时脱渣困难。这种焊条可应用在修复经常在高温工作的灰口铸 铁钢锭模出现的缺陷上,有时也用于不要求加工、致密性及受力较低的缺陷部分 焊补。 b. Z116(铸 116)、Z117(铸 117)焊条 Z116、Z117 是低碳钢芯、低氢型药皮的高钒铸铁焊条。这种焊条的最大优点是 其焊缝具有优越的抗裂纹及抗冷裂纹性能。单层焊缝的硬度低(<230HB),焊缝金 属具有很高的塑性,其伸长率可达 28~36%。焊缝抗拉强度可达 558N/mm2,比灰铁 焊接强度高很多。Z116 焊条可采用交、直流电源焊接,Z117 焊条宜采用直流反接。 c. CO2 及 CO2O2 保护焊 采用 H08Mn2Si 细丝(Φ 0.8~1.0mm)CO2 及 CO2O2 保护焊焊补灰口铸铁在我 国汽车、拖拉机修理行业中获得了一定的应用。采用 H08Mn2Si 细丝(Φ 0.8mm) CO2 保护焊焊补铸铁,其焊接电流应在 85A 以下。焊接电压以 18~20V 为宜。小于 此限,电弧过程不稳,大于此限,焊缝变宽,焊缝含碳量上升,易出现裂纹。焊 速以 10~12m/h 为宜。小于此限,电弧过程不稳,大于此限,焊缝变宽,焊缝含 碳量上升,易出现裂纹。当焊速以 3~4m/h 时,热影响区白口层显著增加。 利用 CO2 保护焊焊补铸铁,单层焊时,焊缝硬度仍偏高,其白口区宽度也比 镍基铸铁焊条宽,故加工困难。多层焊加工性有所改善。该法仍主要用于非加工 面焊补。 2) 铜基焊缝的电弧焊焊条 铜与碳不形成碳化物,也不溶解碳,彼此之间不形成高硬度组织。而且铜的 屈服极限较低,且塑性特别好,在铸铁焊接时铜基焊缝对防止焊缝发生冷裂纹及 防止焊接接头发生剥离性裂纹会起着有利的作用。我国目前生产的铜铁铸铁焊条 有下列三种: a. Z607(铸 607)焊条

      以紫铜为焊芯,药皮为低氢型,药皮中含有较多的低碳铁粉,所以有时简称 铜芯铁粉焊条。熔敷金属中铜铁比一般为 80∶20。由于铜是弱石墨化元素,半 熔化区白口仍较宽,故整个焊接接头加工性不良,主要用于非加工面焊补。由于 其抗裂性能优良,可适用于刚度较大部位的缺陷焊补。

      b. Z612(铸 612)焊条 Z612 铜包钢芯,钛钙型药皮铸铁焊条,熔敷金属中含铜大于 70%,余为铁。 该焊条特性基本如上述的 Z607 焊条。主要用于非加工面焊补。 c. 铜 227 焊条 铜 227(T227)焊条是锡磷青铜为焊芯、药皮为低氢型的铜合金电焊条,该 焊条主要用于堆焊磷青铜耐磨件。其熔敷金属含 Sn7.9~9.0%,P0.03~0.3%, 余量为铜。焊接接头可以进行加工,但仍不如镍基焊条,焊缝有较高的抗裂性能。 3) 镍基焊缝的电弧焊焊条 我 国 目 前 应 用 的镍 基 铸 铁 焊 条 所 用焊芯 有 纯 镍 焊 芯 、 镍铁焊 芯 ( Ni55% 、 Fe45%),镍(Ni70%、Cu30%)三种。所有镍基铸铁焊条均采用石墨型药皮。镍基铸 铁焊条的最大特点是焊缝硬度较低,半熔化区白口层薄,且呈断续分布,故适用 于加工面焊补。 a. Z308(铸 308)焊条 Z308 是纯镍焊芯,石墨型药皮的铸铁焊条。这种焊条的最大特点是其电弧 冷焊焊接接头加工性优异,主要用于对焊补后加工性要求高的加工面焊补。 b. Z408(铸 408)焊条 Z408 是镍铁合金(Ni55、Fe45)焊芯、石墨型药皮的铸铁焊条。该焊条的 熔敷金属力学性能较高,其抗拉强度可达 390~540N/mm2,伸长率一般大于 10%, 主要用于高强度灰口铸铁及球墨铸铁焊接。 由于 Ni55、Fe45 镍合金电阻大(其电阻比纯镍高约 5 倍),故 Z408 镍铁焊 条在焊到后半根就开始发红,随后焊条熔化速度加快,影响焊缝成形及熔深。为 解决这一问题,发展了 Z408A 铸铁焊条。 c. Z408A(铸 408A)焊条 该焊条为镍铁铜金属焊芯、石墨型药皮。焊芯中含有 4~10%的铜,含镍量 仍为 55%左右,余为铁。加入铜的目的是为了提高焊芯的导电性,以解决焊条红 尾问题。其他性能与 Z408 焊条类似。但铜加入后,焊缝金属抗裂性能有所下降。 其应用范围与 Z408 焊条相同。

      d. Z508(铸 508)焊条 Z508 是镍铜(Ni70、Cu30)合金焊芯、石墨型药此铸铁焊条,由于 Ni70、 Cu30 的镍铜合金又称为 Monel 合金,故人们常称该焊条为木乃尔焊条。该焊条 含镍量为 70%,低于纯镍焊条,而高于镍铁焊条。该焊条的抗热裂性能不及镍铁 焊条及纯镍焊条,宜用强度要求不高的灰铸铁加工面焊补。 (6) 钎焊 钎焊时母材不熔化,故钎接接头的热影响区一般不会形成白口铸铁组织,有利 于改善接头的加工性,常用的铸铁钎焊热源为氧-乙炔火焰,焊前需将焊件表面的 氧化物、油污去除得很干净,并露出金属光泽。故钎焊的生产效率不高,主要用于 加工面的缺陷焊补。 1) HL104(料 104)铜锌焊料 HL104 焊料的固相线℃,液相线℃,其抗拉强度一般 为 390N/mm2,伸长率大于 20%。 常用的钎焊熔剂由 50%硼酸与 50%硼砂组成。用弱氧化焰有助于很快生成 SiO2,而减少锌的蒸发。 HL104 焊料价格不贵,钎焊灰口铸铁时采用正确工艺,其接头加工性比较满 意,钎接接头抗拉强度б b 一般为 120~150 N/mm2,勉强可满足焊补要求,故在我 国有一定应用。对长期在高温下工作,已变质的灰铁也可采用钎焊。 2) Cu-Zn-Mn-Ni 焊料 焊料的熔点为 800℃,б b 为 450 N/mm2,断面收缩率为 4.3%,伸长率为 1.25%。 采用此焊料时,应配合采用下列成分熔剂:H3BO340%、Li2CO316%、Na2CO324%、 NaF7.4%、NaCl12.6%。 预热工件时,可采用弱氧化焰,有利于去除铸件上的石墨,在添加熔剂时工 件温度控制在 600℃以下,当钎剂全部熔化后,在铸件温度达到 650~700℃时, 改用中性焰熔化焊料,完成钎焊过程。焊接接头加工性优异,钎缝颜色基本接近 母材。 8.6.4 球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁及白口铸铁的焊接 (1)球墨铸铁的焊接 1)同质焊缝的熔化焊 a. 气焊 球铁气焊丝有两种:轻稀土-镁球铁焊丝及钇基重稀土球铁焊丝。所用熔剂

      与前面介绍的灰铸铁气焊熔剂成分相同。不预热气焊适用于重要的中、小型球铁 件的焊补,气焊工艺与灰口铸铁基本相同。

      b. 电弧焊 球墨铸铁电弧焊同质焊条可分两类:一类是球墨铸铁芯外涂球化剂和石墨 化剂药皮,通过焊芯和药皮共同向焊缝过渡钇基重稀土或 Mg、Ce、Ca 等球化剂 和石墨化剂,通过药皮使焊缝球化。前者统一牌号为Z258 型,后者统一牌号为 Z238 型。 a) Z258 型焊条: Z258 是铸铁芯强石墨化药皮的球墨铸铁焊条,采用钇稀土或镁,球化能力 较强。焊条直径为 4~10mm。粗直径焊条特别适用于厚件较大缺陷焊补。 b) Z238 型焊条: Z238 是低碳钢芯强石墨化药皮焊条,并加入一定数量的球化剂。焊后焊缝 金属中的石墨以球状析出。 焊前将工件预热至 500℃左右,焊后保温缓冷,焊补处有可能进行切削加工。 近年来,国内研制了多种“Z238”型球铁焊条。除基础元素碳、硅外,还 向药皮中加入不同的合金元素,使焊缝获得不同的合金系统,以满足各种不同的 性能要求。如 Z238SnCu 焊条和 Z238F 焊条。 2) 异质焊缝电弧冷焊 球墨铸铁电弧焊异质焊条,主要有镍铁焊条(Z408)及高钒焊条(Z116、Z117)。 在 Z408 的基础上,国内研制的新 Z408 及“球 408”焊条,可用于焊接球铁(注 球 408 焊条即 Z438 焊条)。 球墨铸铁异质焊缝电弧冷焊焊接工艺与灰口铸铁基本相同。 (2) 可锻铸铁焊接 手弧焊、钎焊及气焊为主要的焊接工艺方法,对于加工面多采用黄铜钎焊, 非加工面一般采用电弧冷焊。 1) 黄铜钎焊 焊丝为 221,钎剂为 100%的脱水硼砂。用氧乙炔焰加热焊补表面至 900~ 930℃(亮红色),焊丝的端头也加热至发红,然后蘸上少许硼砂开始焊补。为防 止锌的蒸发,焊接采用弱氧化焰。焊嘴与熔池表面距离控制在 8~15mm 为防止奥氏 体区淬火,焊后用火焰适当的加热焊缝周围。对于焊补区刚度较大的部位,焊后轻 轻锤击焊缝,可减小裂纹倾向。 2)电弧冷焊

      可锻铁电弧焊可选用 Z408 焊条(加工面焊补),Z116 焊条(非加工面焊补)。 J506(J5016)、J507(E5015)焊条有时也有应用。

      3)气焊 损坏的螺孔可用气焊修复,焊后再钻孔、攻丝。为了顺利进行加工,先将螺 孔部位的缺陷适当扩大,然后再用铸铁气焊丝填满即可。 (3)蠕墨铸铁焊接 1)蠕墨铸铁气焊 利用特制的蠕铸铁气焊焊丝,配合氧-乙炔中性焰及铸 201 气焊焊剂,可获 得满意的蠕墨铸铁焊缝。焊缝蠕化率可达 70%以上,基体组织为铁素体加珠光体, 焊接接头最高硬度小于 HB230,焊接接头抗拉强度为 370N/mm2 左右,伸长率为 1.7%左右。焊接接头的力学性能可与蠕铁母材相匹配,焊接接头有满意的加工性。 4)同质焊缝电弧冷焊 采用 H08 低碳钢芯,外涂强石墨化药皮,并加入适量的蠕墨化剂及特殊元 素,在缺陷直径大于φ 40mm,缺陷深度大于 8mm 的情况下,配合大电流连续 焊工艺,可使焊缝石墨蠕率达 50%以上。焊缝基体组织由铁素体加珠光体组成, 无渗碳体。焊接接头最高硬度为 HB270,有良好的加工性。熔敷金属的抗拉强 度为 390N/mm2 左右,伸长率为 2.5%左右,焊接接头的抗拉强度为 320 N/mm2 左右,伸长率为 1.5%左右,可以蠕墨铸铁力学性能相匹配。 3)纯镍焊条 常用铸 308 纯镍焊条在电弧冷焊铸铁时,具有最好的加工性,故很受欢迎。 但铸 308 焊条是为焊接灰口铸铁研制的,故其熔敷金属的抗拉强度仅为 238 N/mm2,不能与蠕墨铸铁力学性能相匹配,新研制的纯镍焊条,其熔敷金属的抗 拉强度可达 352 N/mm2,伸长率可达 7.67%,焊接接头抗拉强度可达 298 N/mm2, 伸长率可达 6%,可与蠕墨铸铁力学性能相匹配。新焊条在改善纯镍焊条抗热裂 纹性能方面也获得满意的结果。 (4)白口铸铁焊接 1)焊条 白口铸铁轧辊焊补用焊条有 BT-1,BT-2 两种。BT-1 的焊缝组织为奥氏体 球状石墨,用于敷设焊缝底层;BT-2 焊缝组织为 MB 下A 残碳化物质点, 用于焊补白口铸铁工作层。 2)工艺要点 a、焊缝金属分块孤立堆焊,对原有的裂层要消除干净,周边与底边成 100°

      角,用 BT-1 焊条焊补底层,用 BT-2 焊条焊补工作层,整个焊接接头为“硬-软-

      b、焊缝金属分块孤立堆焊,焊前将清理后的缺陷划分 40mm×40mm 若干

      个孤立块,整个焊补过程分别用 BT-1(BT-2)分块跳跃堆焊,各孤立块之间及

      孤立块与周边白口铸铁之间一直保留 7~9mm 间隙,每块焊到要求尺寸后,再将

      c、焊补部底部时电流可采用正常焊接电流的 1.5 倍,形成大熔深,使焊缝

      艺锤击力的 10~15 倍,焊缝金属凝固后到 250℃前重锤击 6~10 次,随堆焊高

      目前,常采用的铝及铝合金焊丝与母材金属成分相近,表 9-23 为各种铝材

      纯铝焊丝中铁与硅之比应大于 1(即 Fe/Si>1),以防止形成热裂纹。对具

      焊接时,为弥补焊接过程中镁的烧损,应采用镁的质量分数比母材金属高 1%~

      2%的焊丝。标准牌号 HS311 焊丝的ω Mg 在 5%左右,在该焊丝中还加入质量分数为 0.05%~0.25%的钛用以细化焊缝金属的晶粒。由于 HS311 焊丝中的硅易与母材体

      金属中镁形成 Mg2Si 脆性相,以致降低焊缝金属的塑性及耐蚀性。因此一般不采 用 HS311 焊丝焊接铝镁合金。

      采用 HS311 焊丝焊接硬铝、超硬铝、锻铝等高强度铝合金时,焊缝具有一

      定的抗裂性,但所焊成的接头强度只有母材金属的 50%~60%。对于接头强度要

      (2)气焊熔剂 气焊熔剂简称为气剂,作用有: 1)溶解和彻底清除覆盖在铝板及熔池表面上的 Al2O3 薄膜,并在熔池表面形 成一层熔融及挥发性强的溶渣。可保护熔池免受连续氧化。 2)排除熔池中的气体、氧化物及其杂质物。 3)改善熔池金属的流动性,以保证形成优良的焊缝。 9.7.2 焊接工艺 (1)气焊工艺 目前气焊主要用于焊接厚度较小,形状复杂并且对质量要求不高的铝及铝合 金焊件,另外在没有氩气供应的地区或不便于使用氩弧焊时,往往采用气焊。 气焊的主要缺点是火焰温度低,热量不够集中,因此,热影响区宽,焊接变 形量大,接头过热区的晶粒粗大等。 1)坡口形式 焊接接头形式以对接为最好。由于搭接、T 形接、角接等接 头形式,难于消除流入焊件缝隙中的残留气剂及夹渣,因此尽量不予采用,而尽

      量采用对接接头的形式。 在焊件反面采用带槽的垫板(用不锈钢或纯铜制成)进行对接焊时,可获得

      良好的反面成形,并可防止产生烧穿、凹陷等缺陷,还能提高焊接生产率。 不同厚度的铝板对接时,厚板一端必须加工成斜边,使其过渡到薄板一端相

      同厚度。 2)定位焊 为保证两焊件间的相对位置,可采用定位焊。定位焊的长度、

      间距应根据焊件厚度确定。定位焊用的填充焊丝与产品焊接时相同。定位焊前, 应在焊缝间隙内涂一层气剂。定位焊的火焰热功率比焊接火焰稍大,焊距与焊件 间的倾斜角约 50°,大尺寸焊件的定位焊宜采用分段对称定位焊法。定位焊缝 的堆高不得超过坡口深度的 2/3。

      3)焊嘴和火焰的选择 焊嘴的大小和火焰种类的选择对焊缝力学性能、焊 接生产率、焊接变形量等有很大的影响。铝和铝合金气焊时,应选择中性焰或乙 炔稍过量的碳化焰。乙炔量过多时,在火焰中将存在游离的氢气,以致引起气孔、 焊缝疏松等缺陷。

      焊嘴的大小应根据焊件厚度、坡口形式、焊接位置及焊工的技术水平高低而 确定。焊嘴太小,容易形成未焊透、夹渣等等缺陷;随着焊嘴尺寸的增大,接头 热影响区金属的晶粒变粗大,焊后的变形量也增加。

      4)焊前预热 厚度大于 5mm 以上的焊件气焊时,需进行预热,预热温度在 100~300℃间。

      5)气焊操作方法 铝及铝合金气焊时,常采用左焊法,这有利于防止熔池 过热和热影响区金属晶粒长大。焊接厚度大于 5mm 的焊件时,则用右焊法。右焊 法允许以较高的温度加热焊件,使焊件迅速熔化。此外,也便于观察焊接熔池, 有利操作。

      在焊接过程中,焊矩、焊丝和焊件之间需保持一定的角度,焊接 3mm 以下的 薄板及薄壁管子时,焊矩与焊件间的倾角保持在 15°~30°间。随着焊件温度 的升高,焊矩倾角相应减小。为防止熔池温度过高而引起烧穿,焊矩可作周期性 地上下摆动。根据焊件的熔化情况和焊接速度,应及时向熔池加入填充焊丝,焊 丝和焊件之间的倾角为 40°~45°。焊接厚度大或间隙较小的焊件时,尽可能地 将火焰压低,以增加焊透深度。

      气焊时焊接层数不宜过多,因为多次焊接加热容易产生接头过热和气孔等缺 陷,板厚在 4mm 以下的焊件焊一层;板厚 4~8mm 的则可焊两层。

      焊接顺序的选择主要从减少焊接变形量来考虑,一般长焊缝采用逐步反向分 段焊法。焊接过程偶尔中断时,焊炬应缓慢地离开熔池,以防止熔池突然冷却而

      产生气孔等缺陷。 焊后 1~6h 以内应及时将残留的气剂、熔渣清洗掉,因为焊后残留在焊缝表

      面及其附近两侧的气剂、熔渣会在使用中继续破坏铝板表面上的氧化膜保护层, 从而引起接头的严重腐蚀。

      (2)手工钨极氩弧焊工艺 采用手工钨极氩弧焊焊接铝及其合金时通常采用交流电源。 交流电源具有高的热效率、较高的钨级载流能。

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