在奧氏體不(bu)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(gang)(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(gen)部焊(han)縫(feng)(feng)中(zhong)(zhong)熔(rong)敷(fu)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)和基(ji)體(ti)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)所占的(de)(de)(de)(de)比例。60°坡口的(de)(de)(de)(de)根(gen)部焊(han)縫(feng)(feng)中(zhong)(zhong)熔(rong)化(hua)的(de)(de)(de)(de)基(ji)體(ti)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)約(yue)占40%,由于兩種(zhong)基(ji)體(ti)的(de)(de)(de)(de)導熱系數不(bu)(bu)同(tong),兩種(zhong)基(ji)體(ti)的(de)(de)(de)(de)熔(rong)合(he)量也各不(bu)(bu)相同(tong),低(di)合(he)金(jin)(jin)(jin)鋼20CrMnSi約(yue)占40%(占焊(han)縫(feng)(feng)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)16%),304不(bu)(bu)銹鋼約(yue)占60%(占焊(han)縫(feng)(feng)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)24%)
2. 如(ru)選用E308型焊條,化學成分為碳:0.06%、硅(gui):0.6%、錳:1.4%、鉻:19%、鎳(nie):10%
3. 封底焊縫的化學(xue)成分,根據(ju)下列式子計算得:
X(焊(han)縫)=60%x焊(han)條+16%×低合金鋼(gang)+24%×奧氏體(ti)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(liang)(liang)Cra和鎳當量(liang)(liang)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(tu)(如圖(tu)3-1)可以查出1點正處在奧氏體(ti)(ti)+馬氏體(ti)(ti)區中,焊縫易產(chan)生裂紋,且有脆硬的馬氏體(ti)(ti)組織(zhi)。
5. 若選用鉻(ge)鎳含量較(jiao)高的E309型焊條,其(qi)化學成分為:C0.06%、Si0.6%、Mn1.4%、Cr24%、Ni13%.
6. 算出打底焊縫的化學(xue)成分為:C0.083%、Si0.66%、Mn1.27%、Cr18.96%、Ni10.1%.
7. 計算鉻(ge)當量(liang)(liang)Cr~和鎳當量(liang)(liang)Nieq: Cr當量(liang)(liang)為19.95%;Ni當量(liang)(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)和第三層(ceng)每個焊(han)道可(ke)按上述方法根據不(bu)同的熔合比和所熔合的金屬(shu)化(hua)學成分計算出(chu)焊(han)縫(feng)的化(hua)學成分。從Schaffler 圖查出(chu)焊(han)縫(feng)組織。
通常,第(di)一層是稀釋最(zui)大的(de),同時(shi)焊接應力(li)也是最(zui)大的(de),只要第(di)一層不(bu)產生(sheng)裂紋(wen),第(di)二、三層一般不(bu)會產生(sheng)裂紋(wen)。