在奧(ao)氏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(bu)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. 首先求出第(di)一層根部焊(han)縫(feng)中(zhong)熔敷金屬和基(ji)(ji)體金屬所占(zhan)的比例。60°坡口的根部焊(han)縫(feng)中(zhong)熔化的基(ji)(ji)體金屬約(yue)占(zhan)40%,由(you)于(yu)兩種基(ji)(ji)體的導熱系數不同(tong)(tong),兩種基(ji)(ji)體的熔合量(liang)也各不相(xiang)同(tong)(tong),低合金鋼20CrMnSi約(yue)占(zhan)40%(占(zhan)焊(han)縫(feng)金屬中(zhong)的16%),304不銹(xiu)鋼約(yue)占(zhan)60%(占(zhan)焊(han)縫(feng)金屬中(zhong)的24%)
2. 如(ru)選(xuan)用E308型焊條,化(hua)學成分為(wei)碳:0.06%、硅:0.6%、錳(meng):1.4%、鉻(ge):19%、鎳:10%
3. 封(feng)底焊(han)縫(feng)的化學成分,根據下列(lie)式子(zi)計(ji)算得(de):
X(焊(han)縫)=60%x焊(han)條+16%×低(di)合金鋼+24%×奧(ao)氏體(ti)鋼
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(suan)鉻(ge)當量Cra和鎳(nie)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Schaffler圖(tu)(如圖(tu)3-1)可(ke)以查(cha)出1點正處(chu)在奧氏體+馬氏體區中,焊縫(feng)易產生裂(lie)紋,且有脆(cui)硬的馬氏體組織。
5. 若選(xuan)用鉻鎳含量較高(gao)的(de)E309型焊條,其化學成分為:C0.06%、Si0.6%、Mn1.4%、Cr24%、Ni13%.
6. 算出打底(di)焊(han)縫的化學成分為:C0.083%、Si0.66%、Mn1.27%、Cr18.96%、Ni10.1%.
7. 計算鉻(ge)當(dang)(dang)量Cr~和鎳當(dang)(dang)量Nieq: Cr當(dang)(dang)量為(wei)19.95%;Ni當(dang)(dang)量為(wei)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. 在第二層和第三層每(mei)個焊(han)(han)道可按(an)上(shang)述方法(fa)根(gen)據不同的熔(rong)合比和所(suo)熔(rong)合的金(jin)屬化(hua)學成(cheng)分(fen)計算出焊(han)(han)縫(feng)的化(hua)學成(cheng)分(fen)。從Schaffler 圖查出焊(han)(han)縫(feng)組織。
通常,第一(yi)層(ceng)(ceng)是稀釋最大(da)的,同時焊接(jie)應力也是最大(da)的,只要第一(yi)層(ceng)(ceng)不(bu)產生裂紋(wen),第二、三層(ceng)(ceng)一(yi)般不(bu)會(hui)產生裂紋(wen)。