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1、太原科技大学（论文） 目录摘要Abstract第一章 绪论11.1研究背景11.2 国内外焊接发展现状及趋势21.2.1国内焊接发展现状及趋势21.2.2 国外焊接发展现状及趋势3第二章 国内外现状发展趋势及研究内容意义42.1 研究对象42.1.1 低合金结构钢42.1.2 不锈钢62.2 研究意义62.2.1 异种钢焊接研究意义92.2.2 16MnR与0Cr18Ni9的焊接研究意义92.3 研究内容10第三章 16MnR和0Cr18Ni9的焊接工艺研究113.1 焊接工艺设计思路113.2 材料的焊接性分析113.2.1 16MnR和0Cr18Ni9钢的化学成分和力学性能113.2.2
2、0Cr18Ni9钢的焊接性分析123.2.3. 16MnR的焊接性分析123.3 焊接工艺的制定153.3.1 确定焊接方法153.3.2 选择焊接材料173.4 焊接过程173.4.1 焊前准备173.4.2 制定焊接工艺参数193.4.3 焊后热处理22第四章 焊接工艺评定234.1 焊缝力学性能试验及性能分析234.1.1 焊接接头拉伸试验234.1.2 焊接接头冲击试验244.1.3 焊接接头弯曲试验254.1.4 试验结果254.1.5 性能分析264.2 金相组织观察264.2.1 金相试验264.2.2 化学成分分析274.2.3 组织分析274.3 焊后检验28第四章 结论29
3、参考文献30致谢31附录320Cr18Ni9钢与16MnR钢的焊接工艺研究 摘要异种钢的焊接将我国的工业带入了一个新的领域，它达到了很多单一材料无法达到的技术要求，同时，异种刚焊接是各种材料焊接中的难点，本文通过分析异种钢焊接的特点，以0Cr18Ni9+16MnR为例，具体介绍了异种钢的焊接方法。0Cr18Ni9是奥氏体异种钢，16MnR是低合金结构铸钢，二者均是压力容器常用钢材，在实际生产中均具有重要地位。本论文详细介绍了低合金钢和异种钢相关的基本知识，并具体分析了0Cr18Ni9和16MnR的焊接性，同时考虑了异种钢焊接所具有的特点及焊接缺陷的防止，制定了0Cr18Ni9和16MnR焊接工
4、艺，采用二氧化碳气体保护焊的方法，使用E309LT1-1药芯焊丝进行焊接工艺试验,焊丝规格为直径1.2,CO2纯度99.5%。焊接工艺评定合格。在此之前，本论文还详细论述了异种钢焊接的研究意义和现代焊接的发展趋势。关键词：异种钢焊接，二氧化碳气体保护焊，低合金钢，异种钢The Welding Technology Research of 0Cr18Ni9 and 16MnRAbstractCompared with other materials, the welding of dissimilar steel is very difficulty. Through analyzing the
5、 characteristics of dissimilar steel welding, we take the welding of 0Cr18Ni9 and 16MnR as an example to illustrate the method of dissimilar steel welding. 0Cr18Ni9 is austenitic stainless steel and 16MnR is low alloy steel. They are both usually used as the steel of pressure vessel and very importa
6、nt in the actual production. The thesis gives an introduction about low alloy steel and stainless steel. After considering the characteristics of dissimilar steel welding and analyzing the weldability of 0Cr18Ni9 and 16MnR, we are able to formulate the welding process and using the method of the sub
7、merged arc welding. When doing the welding process test, we need use E309LT1-1 . The result of welding procedure qualification is up to standard. At the beginning, the thesis illustrates the meaning of the research about dissimilar steel welding and the development trend of modern welding in detail.
8、Key Words：the welding of dissimilar steel, C02 Gas Shield Welding, low alloy steel, stainless steel.- 41 -第一章 绪论1.1研究背景 随着国民经济的迅速发展和科学技术的不断进步，新结构、新设备层出不穷，新材料、新工艺的应用日益广泛，对各类工程机械构件的性能提出了更高的要求，如硬度、耐磨性、耐蚀性、低温韧性、高温持久强度等。在有些情况下，单一的某种材料很难胜任，因此，采用焊接方法制造异种钢复合零部件受到人们的广泛重视。异种钢的出现和大量的使用，推动了特种钢工业的进程。特种钢有优良的耐蚀性、耐
9、磨性、强韧性和良好的可加工性，外观的精美性，以及无毒无害性，广泛地应用与宇航、海洋、军工、化工、能源等方面，以及日用家具、建筑装潢、交通车辆的装饰上。然而合金元素多、组织结构复杂且多变给异种钢焊接带来很大的困难。焊接接头的性能好坏，直接关系着设备使用的安全性。国内外对特种钢的焊接做了大量的研究工作，其焊接性、焊接材料及焊接工艺的研究几乎与母材的研究同步，促进了特种钢的发展。有关这方面的研究成果和文献资料虽然很多，但较为系统的还是寥寥无几，在实际工作中，一部分有关的焊接技术人员和焊工，对异种钢的焊接知识了解不多，有的甚至直接照搬低合金钢的工艺和方法。虽然我国在这几年在异种钢焊接上的努力有目共睹，
10、但与世界先进国家相比，差距还是很大的。为了尽快弥补这一差距，需要我们现代化的科技人才而我们也需要付出更多。随着社会主义革命和现代化建设事业的迅猛发展以及人们对高品质的生活的要求，异种钢极其相关的技术科学将得到不断地发展和完善。16MnR钢与0Cr18Ni9钢的焊接属于异种钢的焊接，二者均是国内压力容器常用钢材。因此，二者之间的焊接既由于在实际生产中经常遇到而显得很是重要，又因以上一些问题的存在而阻碍了它们在实际生产中的应用。更重要的是，压力容器的破坏事故常常造成巨大损失，我国近年来这类事故也时有发生，不仅对国民经济的发展造成很大影响，还对人民群众的生命财产安全构成了威胁。在此情况下，研究16M
11、nR钢与0Cr18Ni9钢的焊接就显得十分必要了。1.2 国外内现状及发展趋势1.2.1 国内焊接发展现状及趋势 焊接行业由焊接及相关技术的“使用者”、焊接器材（括焊接材料、焊接设备、辅机具和切割器具）的“供应者”和提供相关支持服务的组织或机构（包括科研院所、学校、培训机构、检测机构、实验室、器材经销商等）组成。 根据我国产业类别的划分方法，这部分企业广泛分布在锅炉、压力容器、发电设备、核设施、石油化工、管道、冶金、矿山、铁路、汽车、造船、港口设施、航空航天、建筑、农业机械、水利设施、工程机械、机器制造、医疗器械、精密仪器和电子等行业中。这些企业在我国工业经济建设中影响深、涉及面广、具有举足轻
12、重的影响和作用。据不完全统计，这些以焊接为主要加工技术（或焊接对其产品质量具有关键影响的）的企业数量达7000多家。 有关数据统计结果表明：2010年我国第二产业的就业人数已经超过了2亿，其中制造业的就业人数达到8000多万。在美国，焊接就业人数在1996年就超过了200百万，占全美制造业总人数的10%以上。考虑到美国制造业工业产值为我国的4-5倍，人均劳动生产率为我国25倍的状况，以及中、美两国焊接生产力水平方面的因素，即使按照比较保守的方法估算：我国目前焊接行业的就业人数应有1000万人左右1。 关于我国焊接行业的现状，从整体上做定量的评估或许有些困难，但从各国焊接材料的产量可在一定程度上
13、反映出我国焊接行业的规模。2002年的焊接材料数据统计结果表明：我国焊接材料的总产量已经攀升到了144.9万吨，与美、日、欧的总和相当。我国作为世界第一焊接大国的地位可见一斑。 在工业发达国家，焊接用钢量基本达到其钢材总量的60%-70%。根据我国2020年国民经济发展的总体目标要求以及我国焊接行业的发展趋势预测，我国可能在今后5至10年时间内达到60%的水平。届时我国钢产量将介于2.5至3亿吨之间。这意味着焊接量将增加一倍，这就形成了对焊接生产效率和劳动力的可观需求。考虑到我国焊接生产效率增长的实际空间，生产率和劳动力之间的联动关系等方面因素，未来我国焊接劳动力的需求可能在百万数量级以上。因
14、此，焊接行业将在今后5至10年继续保持增长的势态。 焊接在未来的工业经济中不仅具有广阔的应用空间，而且还将对产品质量、企业的制造能力及其竞争力产生更大的影响。 我国作为全球最大的发展中国家和经济活力最强的国家，我国焊接工业的发展充满了机遇和挑战。如何有效地把握机会，迎接挑战，保证今后可持续的健康发展，是我国焊接行业面临的重要课题1.2.2 国外焊接发展现状及趋势在科学技术飞速发展的当今时代，近百年看来焊接已成为应用最广的材料加工技术，从核能发电到微电子技术的发展，从探索宇宙空间到深海资源开发，从汽车到家电产品制造均离不开焊接技术，特别是国外一些发达国家对焊接技术更是严格当代许多最重的工程技术问
15、题必须才采用焊接才能接决，而且焊接接头要在个各种条件，甚至严酷条件下工作焊接技术在新世纪面临重大挑战。 可以认为钢铁及铝等有色金属，在今后相当长的时间内，仍是人们使用的主要结构材料，也是焊接工作者面对的主要加工对象，焊接工艺将仍以熔化焊为主，奋斗目标是实现焊接高效，低成本，自动化。对采用特殊工艺制备的新型材料，如电子信息材料，纳米材料金属间化合物，工程陶瓷及复合材料等常采用特殊的连接方法，而且难度很大要求很高在高新技术的发展过程中，焊接与连接技术面临新的挑战。第二章 研究对象及研究意义2.1 研究对象2.1.1低合金结构钢低合金结构钢是在碳素钢的基础上加入含量不超过5%合金元素的低合金钢。通过
16、加入一种或几种合金元素以获得比碳素钢高得多的机械强度，并保证具有一定的塑性和韧性，或者使钢有一定的特殊性能，如:耐低温、耐高温、耐腐蚀性能，以及优异的加工性和焊接性。因此，低合金结构钢在船舶、桥梁、高层建筑、管道、压力容器、各种车辆和重型机械中得到广泛应用。低合金结构钢为保证钢材具有良好的焊接性，钢中的碳含量均控制在0.2%以下。碳在低合金钢中所形成的碳化物将促使钢的硬度、抗拉强度和屈服点提高，而降低延伸率和冲击韧性，同时提高钢的淬硬倾向。碳含量增加0.1%，钢的抗拉强度可提高70MPa，屈服点提高28MPa,。猛是低合金结构钢中提高强度的主要合金元素，其含量每增加1%，抗拉强度提高10MPa
17、,屈服点相应提高55MPa，但硅含量超过0.5%,对钢的冲击韧性不理；钛在钢中含量达0.06%，钛每增加了0.01%，抗拉强度约提高5MPa,屈服点约提高7.5MPa;钒含量增加0.1%，抗拉强度约提高30MPa,屈服点相应提高35MPa；钢中铬含量每增加1%抗拉强度和屈服点相应提高10MPa和35MPa,此外还能显著提高钢的高温强度；钢中铜含量每增加1%，抗拉强度和屈服点相应提高55MPa和80MPa,同时还改善了钢的抗大气腐蚀性能；镍元素在钢中能改善钢的缺口韧性，其含量每增加1%，抗拉强度和屈服点相应提高34MPa和45MPa1。低合金结构钢（屈服强度为294-980MPa)按钢材的屈服强
18、度级别和热处理状态可分为热轧正火钢（屈服强度为294-490MPa)和低碳调质钢（屈服强度为490-980MPa)3。热轧正火钢都在热轧或正火状态下使用，属非热处理强化的低合金结构，主要是通过锰元素显著的固溶强化作用，使铁素体强化，从而使低合金结构钢具有比碳钢高得多的强度与其他性能，其成分、性能分别见表2.1和表2.2。钢中加入如铌、钒、钛等合金元素，可使钢的晶粒显著细化，从而使钢具有高的强度、塑性和韧性，并降低钢的过热及晶粒长大倾向，并且能形成稳定碳化物而使淬透性降低，从而改善焊接性。此外，铌、钒、钛还能与碳、氮形成化合物。通过正火处理后形成的碳、氮化合物以细小质点从固溶体沉淀析出，可以在提
19、高钢材强度同时，保证具有一定的塑性和韧性。表2.1 热轧、正火钢的化学成分s(MPa)牌号化学成分（%）CSiMnVNbSP29409MnV0.120.20-0.600.80-1.200.04-0.120.0450.05009MnNb0.120.20-0.600.80-1.200.015-0.0500.0450.05034314MnNb0.12-0.180.20-0.601.20-1.600.015-0.0500.0450.05016Mn0.12-0.180.20-0.601.20-1.600.0450.05039215MnV0.12-0.180.20-0.601.20-1.600.04-0.
20、120.0450.05015MnTi0.12-0.180.20-0.601.20-1.600.0500.050表2.2 热轧、正火钢的力学性能牌号力学性能热处理状态s MPa(kgf/m)b MPa(kgf/m)s(%)AKUJ(kgfm)09MnV热轧294（30）431（44）2259（6）09MnNb热轧294（30）412（42）2259（6）14MnNb热轧343（35）490（50）2059（6）16Mn热轧343（35）490（50）2159（6）15MnV热轧392（40）529（54）1859（6）15MnTi热轧392（40）529（54）1959（6）低碳调质钢的特性是具
21、有较高的屈服强度（490-980MPa）。并具有良好的塑性和耐磨性。一般钢中通过增加合金元素的含量来提高强度，其结果是塑性和韧性降低，而且随着强度提高越多，塑性和韧性降低越多。因此，低碳调质钢提高强度不单纯通过合金强化，还要通过热处理调制强化处理。钢中一般加入Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Ti等元素，目的是保证足够的淬透性和马氏体回火稳定性；使珠光体和贝氏体转变推迟；使马氏体转变的临界冷却速度下降，这些元素还与碳形成碳化物，使碳原子的扩散激活能增加，将阻碍马氏体分解和碳化物聚集长大。常用低碳调质钢成分、力学性能见表2.3和2.4。表2.3 常用低碳调质钢化学成分牌号或名称热处理状态CSiMn
22、PSMo其它15MnMo-VNReQJ60淬火加双相区回火0.180.20-0.601.20-1.700.0350.0300.35-0.60V,0.03-0.10N,0.02-0.0315MnMo-VN调质或正火加回火0.12-0.200.20-0.501.30-1.700.0350.0350.40-0.60V,0.10-0.20N,0.01-0.0214MnMo-NbB调质0.12-0.180.15-0.351.30-1.800.0300.0300.45-0.70Nb,0.02-0.07B,0.0005-0.003表2.4 常用低碳调质钢的力学性能牌号或名称板厚（mm）拉伸性能冲击性能b (
23、MPa）s（MPa）s(%)试验温度（%）缺口型式冲击功(J)15MnMoVN18-4069059015-40U2715MnMoVNRe QJ601617-30588568-40U23.514MnMoVNbB88-1010-50755686121314-40U312.1.2 不锈钢不锈钢中含有大量的合金元素，如铬、镍、钛、铌、锰、钼、铜等合金元素。其中铬是决定不锈钢耐腐蚀和抗氧化性能的主要元素，根据不锈钢中所含合金元素的多少及在室温下金相组织不同，可分为奥氏体不锈钢（18-8型、18-12型、25-20型）、铁素体不锈钢及马氏体不锈钢三大类。常用的奥氏体不锈钢牌号、化学成分及力学性能见表2.5
24、和2.6。表2.5 常用不锈钢化学成分类别钢号化学成分碳硅锰硫磷铬镍钛奥氏体型0Cr18Ni91Cr18Ni92Cr18Ni91Cr18Ni-9Ti1Cr18Ni-11Nb0.060.120.13-0.20.120.101.001.001.001.001.002.002.002.002.002.000.0300.0300.0300.0300.0300.0350.0350.0350.0350.03517.0-19.0-8.00-11.001.80-2.50表2.6 常用不锈钢力学性能类型钢号热处理力学性能（不小于）淬火温度0C冷却剂回火温度0C冷却剂抗拉强度bMPa屈服强度sMPa伸长率%收缩率
25、%冲击韧度J/c奥氏体型0Cr18Ni91Cr18Ni92Cr18Ni90Cr18Ni9Ti0Cr18Ni9Nb1Cr18Ni12MoTi1080-11301100-11501100-11501000-11001000-11001000-1100水水水水水水-492541570541541541197197216197197216454540404040605055555555-不锈钢的物理性能与碳钢相比，有如下差异：1.密度 奥氏体不锈钢密度大于碳钢，而碳钢密度稍大于马氏体不锈钢和铁素体不锈钢。2.线膨胀系数 奥氏体不锈钢线膨胀系数比碳钢约大50%，而马氏体不锈钢和铁素体不锈钢的线膨胀系数与
26、碳钢大致相似。3.比电阻 比电阻按碳钢、马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢顺序增大、奥氏体不锈钢比电阻比碳钢大5倍，是铜的40倍。4.热导率 马氏体钢和铁素体钢的热导率为碳钢的1/2左右，而奥氏体不锈钢热导率比碳钢要低1/3左右。2.2 研究意义2.2.1 异种钢焊接研究意义 焊接作为先进制造技术的重要组成部分在国民经济的发展和国家建设中发挥了重要作用。焊接技术的优秀成果在航空航天、核能、船舶、电力、电子、海洋钻探、高层建筑等领域得到广泛应用。工程上常见的异种钢焊接可归纳为：不同珠光体钢的焊接（如低碳钢Q235-A与耐热钢15CrMo）；不同奥氏体钢焊接(如奥氏体异种钢00Cr18Ni10与奥氏体耐
27、热钢0Cr23Ni1）；珠光体钢与奥氏体钢焊接（如珠光体15Mn与奥氏体耐酸钢0Cr18Ni9TI)；异种钢复合板的焊接(如基层珠光体钢16Mn与覆层奥氏体耐酸钢1Cr18Ni11Nb)。异种钢焊接与同种钢焊接相比存在一些问题，例如焊后焊缝化学成分不均匀，随之造成焊接接头的金相组织、力学性能、应力分布的不均匀4。异种钢焊接时，由于填充金属以及两种被焊金属之间的化学成分有很大差别，在电弧热的作用下，焊缝两侧的母材将溶入焊缝金属内，使焊缝金属的合金元素含量降低或增加。由于熔池内的温度与熔池边缘熔合线的温度不一样，造成焊缝成分不均匀。采用电弧焊时，熔池内的金属温度高，流动性好，在电弧力的搅动下充分混
28、合，其成分基本上是均匀的，而在熔合线处，金属是液固两相得糊状，并受到固相母材的阻碍，其流动困难，无法与熔池内部充分混合，因此，其成分介于相邻母材与焊缝金属之间，其合金化呈现很大的浓度梯度。由于焊接接头的化学成分不均匀，在焊接热循环的作用下各区域的金相组织也不同，往往在局部出现相当复杂的组织结构，使焊接接头的金相组织不均匀。异种钢本身导热性及线膨胀系数造成不同的焊接压力，其分布就不均匀，再加上焊接接头的化学成分和金相组织不同，其结果必然带来力学性能和应力分布的不均匀性。异种钢焊接接头是不可避免的,有时也是从经济和便利等方面考虑而采用的。但其所存在的一些固有的特殊问题妨碍或限制了它的广泛采用,主要
29、有以下几点: 1.在室温下 ,异种钢焊接接头区的机械性能(如拉伸、 冲击、 弯曲等)一般优于被焊母材的性能 ,但高温下或高温长期运行后 ,接头区的性能劣于母材；2.在奥氏体焊缝与珠光体钢母材之间存在一个马氏体熔合区 ,该区韧性较低 ,是一个高硬度脆性层 ，也是导致构件失效破坏的薄弱区 ,它会降低焊接结构的使用可靠性;3.焊后热处理或高温运行过程中 ,在焊接边界两侧各产生一个富碳区和贫碳区 ,是裂纹起源于焊接边界的主要原因之一;4.焊后热处理不能消除接头区的残余应力分布。异种纲的焊接虽然已积累了大量的研究成果 ,但许多问题仍有待进一步深入研究 ,如碳迁移、 高温失效行为、 显微组织特征与转变等。
30、异种金属的焊接是一项综合性的，极其复杂的技术，它涉及物理，化学，电子，冶金，材料，机械，计算等多方面知识。今后的工作是充分利用现代分析测试技术 ,采用多学科交叉的方式进行综合和系统研究。2.2.2 16MnR与0Cr18Ni9的焊接研究意义16MnR和0Cr18Ni9的焊接属于异种钢的焊接问题，其具有一般异种材料焊接的共同特点。与同种材料相比，材料的物理、化学性能及化学成分等有显著差异，异种材料焊接从焊接性和操作技术上都比同种材料焊接困难。主要体现在： 1.异种材料的线膨胀系数不同，容易引起热应力，而且这种热应力不易消除，结果会使接头处产生裂纹或更大的焊接变形;2.异种材料焊接过程中，由于金相
31、组织的变化以及新生成的物相结构或化合物，可使焊接接头的性能恶化，给焊接带来很大困难；3.异种材料焊接熔合区和热影响区的力学性能较差，特别是塑性和韧性明显下降；4.由于接头塑韧性的下降以及焊接应力的存在，异种材料焊接接头容易产生裂纹，尤其是焊接熔合区和热影响区更容易产生裂纹，甚至发生断裂。16MnR与0Cr18Ni9的焊接不仅具有以上异种钢焊接的共同困难，而且也具有它们自己的独特的特点，解决好这两种钢的焊接问题还需要做在试验基础上作深入分析，才能在焊接生产过程中选用适当的焊接材料、制定合适的焊接工艺，进而获得良好的焊接接头和较好的使用性能。16MnR可用于制造石油、化工、气体分离、气体贮运的容器
32、或其他类似设备，如各种塔器、换热器、贮罐、罐车等，因此16MnR在实际生产中具有广泛用途。0Cr18Ni9为化学工业用的良好耐蚀材料，可用于制作耐硝酸、冷磷酸、有机酸及盐、碱溶液腐蚀的设备零件，耐酸容器及设备衬里、输送管道等设备和零件，其他化工、化肥等部门的设备及零件。由此可见，0Cr18Ni9在实际生产当中也有着广泛用途。这两种材料均常用于化工容器等重要设备的生产，研究这两种材料的焊接问题不仅对于实际生产意义重大，而且更重要的是可以直接为保护人民的财产安全作出贡献。2.3 研究内容1、通过查阅和调研大量资料，了解16MnR钢与0Cr18Ni9钢的特点和性能。2、通过对材料的焊接性分析，选择适
33、当的焊接方法，并初步制定合理的焊接工艺参数。3、通过焊接检验手段分析焊缝成型是否良好，并对接头进行力学性能验 ，以此来分析所拟定的工艺参数对焊缝组织的影响。4、总结结论。第三章 16MnR和0Cr18Ni9的焊接工艺研究3.1 焊接工艺设计思路 本课题研究的思路：本课题主要对16MnR和0Cr18Ni9的异种钢的焊接进行工艺试验，首先分析材料的焊接性，对材料的成分和力学性能进行分析，并计算其碳当量，分析其焊接性的难易成度。其次是根据其含有的化学成分有可能产生的缺陷进行分析和制定相应的措施，焊接异种钢时在母材金属的热影响区出现淬硬组织，主要因两种母材金属化学成分、强度等不同，两种母材含碳量不同、
34、焊接工艺影响及焊接环境温度的影响等因素。根据两种母材的化学成分和板厚制定合适的焊接工艺，选择合适的焊接方法和焊接参数，设计合理的焊接坡口，然后进行焊接工艺评定，确定所选的的焊接工艺是可行的。3.2 材料的焊接性分析3.2.1 16MnR和0Cr18Ni9钢的化学成分和力学性能表3.1 16MnR钢和0Cr18Ni9钢的化学成分（%）8钢号CMnSiSPCrNi16MnR0.020.161.201.350.200.600.0030.0400.150.110Cr18Ni90.152.001.000.0300.03517.0019.008.0010.00表3.2 16MnR钢和0Cr18Ni9钢的力
35、学性能8钢号0.2MPabMPasMPaHB备注16MnR3253604906202132150200热轧或正火0Cr18Ni92503005507003550150190正火+回火3.2.2 0Cr18Ni9钢的焊接性分析1、焊接裂纹 （1）0Cr18Ni9奥氏体不锈钢的导热系数大约只有低合金钢的一半，而线膨胀系数却大很多，所以焊后在接头中会产生较大的焊接内应力。（2）0Cr18Ni9奥氏体不锈钢的成分，如碳、硫、镍等会在熔池中形成低熔点共晶，如硫与镍形成的Ni3S2熔点为6450C，而Ni- Ni3S2共晶的熔点只有6250C。（3）0Cr18Ni9奥氏体不锈钢的液固相线的区间较大，结晶时
36、间较长，且奥氏体结晶的枝晶方向性强，所以杂质偏析现象比较严重。综上所述，0Cr18Ni9奥氏体不锈钢焊接时比较容易产生热裂纹，包括焊缝的纵向和横向裂纹、火口裂纹、打底焊的根部裂纹和层间焊的层间裂纹等。2、焊接接头的晶间腐蚀晶间腐蚀是奥氏体金属最危险的破坏形式之一。不锈钢具有抗腐蚀能力的必要条件是含铬量大于12%。奥氏体不锈钢就是由于晶界处形成贫铬区 （含铬量小于12%）而造成的。其原因是奥氏体不锈钢处在4508500C温度下，碳在奥氏体中的扩散速度大于铬在奥氏体中的扩散速度。室温下碳在奥氏体中的溶解度很小，约为0.020.03%，当奥氏体钢中含碳量超过0.020.03%时，碳元素就不断地向奥氏
37、体晶界扩散，并和铬元素化合形成铬化合物 （Cr23C6） 。但由于铬原子比碳原子半径大， 扩散速度小， 来不及向晶界扩散， 晶界附近大量的铬和碳的化合成碳化铬， 造成奥氏体边界贫铬，会引起晶间腐蚀。3.2.3. 16MnR的焊接性分析1、 碳当量法由于焊接热影响区的淬硬性及冷裂纹倾向与钢种的化学成分有密切关系，因此可以用化学成分进行间接的评定钢材的冷裂纹的敏感性。各种元素中，碳对裂纹敏感性的影响最为显著。可以把钢中合金的含量按相当于碳含量折算叠加起来，作为粗略评定钢材冷裂纹的倾向的参数指标，即所谓的碳当量（CE或Ceq）。由于世界各国和各研究单位所采用的实验方法和钢材的合金体系不同，各自建立了
38、有一定使用范围的碳当量计算公式，见表3.3表3.3 常用合金结构钢碳当量公式序号碳当量公式试用钢种1国际焊接学会（IIW）推荐：CE(IIW)=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15含碳量较高(Wc0.18%)、强度级别中等(b=500-900Mpa)的非调质低合金高强钢2日本JIS标准规定：Ceq(JIS)=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14低合金高强钢（b=500-1000Mpa）化学成分：Wc0.2%、Wsi0.55%、Mn1.5%Ni2.5%、Cr1.25%、Mo0.70%V0.1%、B0.006%3美国焊接学会(AWS)推荐Ceq(
39、AWS)=C+Mn/6+Si/24+Ni/15+Cr/5+Mo/4+(Cu/13+P/2)碳钢和低合金高强钢，化学成分：0.6%Mn1.60%、Ni3.3%、Mo0.60%、Cr1.0%、Cu=0.05-1%、p=0.05%-0.15%本文中我根据3.3中的化学成分运用美国焊接学会（AWS）推荐的公式：Ceq=C+Mn/6+Si/24+Ni/+Cr/5+Mo/4+(Cu/13+P/2)%；0Cr18Ni9碳当量：Ceq=0.15+1.8/6+18/5+0.035=4.085%16MnR碳当量：Ceq=0.12+1.2/6+0.12 =0.44%根据图3.1碳当量和厚度便可确定焊接性如何。图3.
40、1 碳当量Ceq与板厚的关系-优良 -较好 -尚好 -尚可2、16MnR的焊接性分析低合金结构钢的焊接性主要决定于钢中合金元素的含量即钢种的强度级别，强度级别较低的低合金结构钢如300-400MPa级，由于钢中合金元素含量较少，其焊接性良好，随着钢中合金元素增加，强度级别提高，钢的焊接性逐渐变差。这类钢焊接时，注意以下主要问题：热影响区脆化16MnR钢焊接时，热影响区中被加热到1100度以上的过热区是焊接接头的薄弱区域，奥氏体晶粒的显著长大和一些难熔质点的熔入会直接影响过热区性能变化，会形成魏氏组织及其它塑性低的混合组织和M-A组元等，而使过热区脆化，冲击韧度下降。应采用适当低的线能量等工艺措
41、施来抵制过热区奥氏体晶粒长大及魏氏组织的出现，它是防止过热区脆化的关键。若为了提高生产率而采用较大的线能量，焊后须采用800-1100的正火处理来改善其韧性。裂纹冷裂倾向，钢材冷裂敏感性主要取决于钢材的淬硬倾向，而钢材的淬硬倾向又主要取决于它的化学成分。一般认为碳当量CE小于0.4的钢材焊接时基本无淬硬倾向，焊接性良好。16MnR钢碳当量较上述稍高，出现冷裂纹，尤其在拘束应力较大或接头扩散氢含量较高的情况下，采取控制焊接线能量，降低含氢量预热和及时后热等措施可以防止冷裂的产生。热裂纹，16MnR钢含碳量都不高，而含锰量都较高，因此它们Mn/S比较大，具有较好的热裂性能，正常情况下焊缝中不会出现
42、热裂纹。层状撕裂，一般板厚厚度大于16mm时易产生撕裂，角接头，T形接头比对接易产生这种层状撕裂。为了防止在板材结构中这种层状撕裂的产生可采用： a.选用层状撕裂敏感性小的钢材；b.改善接头形式，以减轻钢板Z向所承受的应力应变；c.在满足产品使用要求前提下选用强度级别较低的焊接材料；d.采取预热及降氢等措施。相对于0Cr18Ni9钢，16MnR钢焊接性更好。因此制定焊接工艺时，应主要依据0Cr18Ni9钢的性能特点。3、异种钢焊接的焊接性分析异种钢之间是否具有良好的焊接性，主要是由被焊金属之间的性能差异程度和被焊金属组合后所形成的合金金相结构来决定的。异种钢直接焊接时将会遇到下述困难：当两种被
43、焊金属的线膨胀系数相差很大时，由于焊接以及母材的冷却收缩不一致，从而产生较大的焊接应力，还会使焊接接头在高温应用时产生热应力；当被焊金属的导热率不同时，会改变焊接时的温度场分布，从而改变焊缝的结晶条件；当被焊金属的电磁性相差很大时，焊缝成型不良等。3.3 焊接工艺的制定3.3.1 确定焊接方法异种材料的焊接常用熔焊，熔焊在异种材料的焊接中应用很广，主要的熔焊方法有焊条电弧焊、气体保护焊、埋弧焊等。焊条电弧焊工艺简便，操作灵活，适应性强，一般中、小结构件均可使用。氩弧焊方法多用于异种钢有色金属或钢与有色金属的焊接，薄件用钨极氩弧焊，厚件用熔化极氩弧焊或混合气体保护焊。CO2气体保护焊具有以下优点
44、：1. 焊接成本低。半自动CO2气体保护焊的成本只为手工电弧焊及埋弧焊的40%-50%。2. 生产效率高。半自动CO2气体保护焊的穿透能力强，熔深比手工电弧深，熔敷速度快，可减少焊接层数，生产效率是手工焊的1-4倍。3. 抗锈蚀能力强、抗裂性好。CO2气体保护焊熔渣少，电弧气氛中的含氢量较易控制，可减少发生冷裂纹倾向。4. 明弧焊。CO2气体保护焊电弧可见，能观察到焊接的全过程，容易操作，可进行全位置焊接。5. 厚变形量小。CO2气体保护焊的电弧热量较集中，焊接速度快，熔池小，气体对焊缝区有冷却作用，热影响区窄，使构件焊后变形小。因此我们采用CO2气体保护焊，它已成为压力容器、管段制造等重要钢结构制作