1Cr13不銹鋼與Q235碳鋼的異種鋼焊接技術(shù)

1 某水庫(kù)檢修閘門(mén)門(mén)槽主軌設(shè)計(jì)采用的結(jié)構(gòu)是斷面為40×60mm的1Cr13不銹鋼焊接固定在厚度為50mm的Q235鋼板上。由于兩種材料的熱導(dǎo)率和線(xiàn)膨脹系數(shù)有很大差異，為了保證焊接質(zhì)量，認(rèn)真分析了兩種材料的焊接性能及存在的問(wèn)題，并據(jù)此制定了具體的焊接工藝措施。

2　焊接性能分析

1Cr13不銹鋼和Q235碳鋼的化學(xué)成分及物理性能如表1、2所示。

1Cr13不銹鋼的Cr含量在11．5％～13．5％，同時(shí)匹配有不大于0．15％的C，Cr本身能增加鋼的奧氏體穩(wěn)定性，加入碳后經(jīng)固熔再空冷會(huì)發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，因此1Cr13不銹鋼焊縫和熱影響區(qū)焊后狀態(tài)的組織為硬脆的馬氏體組織。另外，1Cr13的碳當(dāng)量約為2．76％，因此它的焊接性較差。由于1Cr13不銹鋼的導(dǎo)熱性較Q235碳鋼差，焊接殘余應(yīng)力較大，加之本閘門(mén)主軌的剛度較大，所以從高溫直接冷卻到100～120℃以下時(shí)很容易產(chǎn)生冷裂紋。由于焊接熱循環(huán)的作用，1Cr13不銹鋼有較大的過(guò)熱傾向，晶粒易粗化，熱影響區(qū)會(huì)出現(xiàn)粗大的鐵素體和炭化物組織，塑性降低，冷卻時(shí)能引起脆化，如果再有氫的作用，冷裂紋的傾向就更加明顯。

1Cr13不銹鋼與Q235碳鋼的異種鋼焊接技術(shù)

3　焊接中的主要問(wèn)題

由于1Cr13不銹鋼和Q235碳鋼化學(xué)成分差異很大，因此它們的焊接屬于異種鋼焊接，要在熔焊的條件下獲得可靠的焊接接頭存在許多問(wèn)題。

3．1　熱導(dǎo)率和比熱容的差異

金屬的熱導(dǎo)率和比熱容強(qiáng)烈地影響著被焊材料的熔化、熔池的形成，以及焊接區(qū)溫度場(chǎng)和焊縫的凝固結(jié)晶。1Cr13不銹鋼熱導(dǎo)率約為Q235碳鋼的一半，這么大的差異可使兩者的熔化不同步，熔池形成和金屬結(jié)合**，導(dǎo)致焊縫結(jié)晶條件變壞，焊縫性能和成形**。

3．2　線(xiàn)膨脹系數(shù)的差異

由于1Cr13不銹鋼與Q235碳鋼的線(xiàn)膨脹系數(shù)不同，造成它們?cè)谛纬珊附舆B接之后的冷卻過(guò)程中，焊縫兩側(cè)的收縮量不同，導(dǎo)致焊接接頭出現(xiàn)復(fù)雜的高應(yīng)力狀態(tài)，進(jìn)而加速裂紋的產(chǎn)生。

3．3　1Cr13不銹鋼和Q235碳鋼焊接時(shí)同樣存在焊縫稀釋和形成過(guò)渡層的問(wèn)題，導(dǎo)致Q235碳鋼一側(cè)焊縫形成脫碳層而1Cr13不銹鋼一側(cè)形成增碳層，隨著擴(kuò)散的持久，使Q235碳鋼一側(cè)的含碳量降低，變成了鐵素體組織，并使焊接接頭的焊縫組織成為奧氏體加鐵素體。

4　焊接工藝措施

為了獲得無(wú)裂紋的焊接接頭，應(yīng)盡量避免焊接接頭熔合線(xiàn)組織與焊縫金屬的不一致性，使1Cr13不銹鋼一側(cè)沒(méi)有顯著的稀釋現(xiàn)象，在工藝上采取了以下措施：

4．1　正確選擇焊接材料

1Cr13不銹鋼與Q235碳鋼焊接接頭的焊縫金屬化學(xué)成分主要取決于填充金屬。為了保證結(jié)構(gòu)使用性能的要求，焊縫金屬的成分應(yīng)力求接近于其中一種鋼的成分。為了盡量減小構(gòu)件的焊接變形，采取了兩名電焊工對(duì)稱(chēng)焊接的手工弧焊方法，焊條選用E5015（或E309），焊縫金屬的Cr當(dāng)量為5％～6％，經(jīng)回火處理后具有良好的力學(xué)性能。

4．2　預(yù)熱溫度和層間溫度

焊前預(yù)熱和層間溫度的控制對(duì)減少裂紋的形成有一定影響。預(yù)熱溫度過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致焊縫的冷卻速度變慢，有可能引起焊接接頭晶粒邊界碳化物的析出和形成鐵素體組織，大大地降低接頭的沖擊韌性。預(yù)熱溫度過(guò)低，則起不到預(yù)熱的作用，無(wú)法防止裂紋的形成。1Cr13不銹鋼與Q235碳鋼焊接的預(yù)熱溫度和層間溫度要控制在150～300℃。

1Cr13不銹鋼與Q235碳鋼的異種鋼焊接技術(shù)

4．3　焊后溫度的控制及回火熱處理

焊后必須緩慢冷卻至100～150℃，保溫0．5～1h，使焊接接頭的組織全部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，隨后才能升溫回火，進(jìn)行熱處理?；鼗饻囟葢?yīng)控制在700～730℃范圍內(nèi)，保溫時(shí)間在4～5h。1Cr13不銹鋼與Q235碳鋼的異種鋼焊接技術(shù)

4．4　操作工藝

為防止不銹鋼焊接一側(cè)晶體粗大，產(chǎn)生脆化和裂紋，還要采取以下工藝措施：1選用小的熱輸入，小的焊接電流，較快的焊接速度。2采用短弧焊，電弧稍偏向碳鋼母材側(cè)，使兩母材金屬受熱均勻一致。3由于需要多層焊，前一層焊縫冷卻至200～300℃后焊下一道焊縫。4焊后進(jìn)行緩冷。具體焊接工藝參數(shù)選擇如表3。

1Cr13不銹鋼與Q235碳鋼的異種鋼焊接技術(shù)

5　結(jié)語(yǔ)

對(duì)于1Cr13不銹鋼與Q235碳鋼的異種鋼焊接，采用手工電弧焊，焊條選用E5015或E309，選擇合適的焊前預(yù)熱溫度、焊接電流及速度等焊接工藝參數(shù)并進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮负鬅崽幚?，就能獲得良好的焊接效果，滿(mǎn)足焊接結(jié)構(gòu)的使用要求。1Cr13不銹鋼與Q235碳鋼的異種鋼焊接技術(shù)

本工程由于采用了合理的焊接材料和焊接工藝，焊接接頭成形良好，未見(jiàn)裂紋的產(chǎn)生。