在奧氏體不銹(xiu)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)出第一層根部(bu)焊(han)(han)縫(feng)中(zhong)熔(rong)敷金(jin)屬(shu)和基體(ti)(ti)金(jin)屬(shu)所(suo)占(zhan)的(de)比例。60°坡口的(de)根部(bu)焊(han)(han)縫(feng)中(zhong)熔(rong)化的(de)基體(ti)(ti)金(jin)屬(shu)約占(zhan)40%,由于(yu)兩種(zhong)基體(ti)(ti)的(de)導熱系數(shu)不(bu)同,兩種(zhong)基體(ti)(ti)的(de)熔(rong)合量也(ye)各不(bu)相(xiang)同,低合金(jin)鋼20CrMnSi約占(zhan)40%(占(zhan)焊(han)(han)縫(feng)金(jin)屬(shu)中(zhong)的(de)16%),304不(bu)銹(xiu)鋼約占(zhan)60%(占(zhan)焊(han)(han)縫(feng)金(jin)屬(shu)中(zhong)的(de)24%)
2. 如選用(yong)E308型焊(han)條,化學成分為碳:0.06%、硅:0.6%、錳:1.4%、鉻:19%、鎳:10%
3. 封底焊縫的化學成分,根據下列(lie)式子計算得:
X(焊縫)=60%x焊條+16%×低合(he)金鋼+24%×奧(ao)氏(shi)體鋼
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(ji)算鉻當(dang)量Cra和鎳當(dang)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(tu)(如圖(tu)3-1)可以查出1點(dian)正處在奧氏體+馬(ma)氏體區中,焊縫易產生(sheng)裂紋(wen),且有脆硬的馬(ma)氏體組織。
5. 若選(xuan)用鉻(ge)鎳含(han)量(liang)較高的E309型焊條,其化學成(cheng)分為:C0.06%、Si0.6%、Mn1.4%、Cr24%、Ni13%.
6. 算出打(da)底焊縫的化學成分為:C0.083%、Si0.66%、Mn1.27%、Cr18.96%、Ni10.1%.
7. 計算鉻當(dang)量(liang)Cr~和(he)鎳當(dang)量(liang)Nieq: Cr當(dang)量(liang)為19.95%;Ni當(dang)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(di)二(er)層和(he)第(di)三層每個焊道(dao)可(ke)按(an)上述方(fang)法根據(ju)不(bu)同的熔(rong)合(he)比和(he)所(suo)熔(rong)合(he)的金屬化學成(cheng)分(fen)計算出(chu)焊縫的化學成(cheng)分(fen)。從Schaffler 圖查出(chu)焊縫組織。
通常,第(di)一(yi)層是(shi)稀釋最(zui)大的,同時焊接(jie)應力也是(shi)最(zui)大的,只要第(di)一(yi)層不產(chan)生裂紋(wen),第(di)二(er)、三層一(yi)般不會產(chan)生裂紋(wen)。