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1、东北石油大学本科生毕业设计（论文）摘 要 本文对异种钢特别是不锈钢复合钢板的焊接工艺做了详细的介绍。主要对复合钢板的基层、过渡层、复层的焊接工艺进行了深入的研究。复合钢板的焊接质量的关键是基层与复层交界处过渡层的焊接，也是复合钢板焊接难度较大的区域。在此基础上重点对304与16MnR复合钢板的焊接工艺做了具体的分析和研究，根据工艺评定，在对过渡层的焊接试验中，应尽量减少基材金属的熔入量，以减少焊缝的稀释率，宜采用A302焊条；过渡层厚约为2.0mm，当焊接电流为80140A；焊接电压为2326V；焊接速度为815cm/min时，电弧稳定，飞溅小，焊缝表面无气孔，焊缝成形良好。对焊缝的金相组织和
2、力学性能进行了测试，实验表明焊接接头完全可以满足生产要求。关键词：异种钢；复合钢板；过渡层；手工焊37东北石油大学本科生毕业设计（论文）AbstractThis article has made the detailed introduction to the compound steel plate welding craft especially for stainless steel. Mainly studied the welding craft of basic layer, the transitional layer and the multiple layer of the
3、compound steel plate. The key to the welding quality of compound steel is the welding at the transitional layer which between the basic and multiple layer, which is also the difficult area for welding of the compound steel. On this basis, mainly analysised and studied the welding craft of the compou
4、nd steel which is consisted of 304 and 16MnR, according to the welding procedure qualification, during the experiment of welding at the transitional layer, we should minimize the amount of substrate into the weld to reduce the dilution rate of the weld. the A302 would be better; the thickness of the
5、 transitional layer is about 2.0mm, when the welding current is 80100A; the welding voltage is 2326V; when the welding speed is 815cm/min, the arc keeps stability and less splash,the surface of weld has no stoma and the weld forming well. The weld microstructure and mechanical properties were tested
6、,the experiments showed that the welded joints could satisfied the production requirements.Key words:heterogeneity steel;compound steel plate;transitional layer;SMAW东北石油大学本科生毕业设计（论文）目 录第1章 绪 论1 1.1 课题研究的意义及其重要性1 1.2 异种金属焊接特点及应用1 1.3 研究该课题的内容和技术路线8第2章 低合金高强度钢与奥氏体钢的焊接10 2.1 低合金高强度钢的焊接性10 2.2 奥氏体不锈钢的焊接
7、性12第3章 不锈钢复合钢板的焊接19 3.1 常用复合钢板的特点应用19 3.2 不锈钢复合钢板的焊接21第4章 304和16MnR复合钢板的焊接试验及分析25 4.1 焊接试验所用设备及方法25 4.2 焊接接头显微组织30 4.3 焊缝的力学性能试验及分析31结 论36参考文献37致 谢38东北石油大学本科生毕业设计（论文）第1章 绪 论1.1 课题研究的意义及其重要性随着新材料、新工艺、新设备的不断出现，对各类工程构件的性能如硬度、耐磨性、耐蚀性、低温性能等提出了更高的要求，但是在工程技术中任何一种材料都不可能完全满足使用性能的要求，由不同材料的组成的结构不仅能充分利用各组成材料的优异
8、性能，达到工程中的使用上的要求，而且还能节约贵重金属，降低结构整体成本，提高经济效益，在某些情况下异种材料结构的综合性能甚至超过单一金属结构。因此异种金属连接技术在机械、石油、化工等行业得到越来越多的运用和日益受到人们的重视。但由于异种金属在化学成分、显微组织和理化机械性能等方面存在较大的差异，采用通常的焊接工艺方法进行焊接会遇到相当大的困难，难以满足工程实际的需要1。此外，异种金属结构一般在复杂的工况下工作，如高温、高压、腐蚀环境等。因此，如何保证异种金属焊接接头的可靠性就成为保证结构安全运行的关键。所以，研究不同材料之间的连接具有现实的工程实用意义。1.2 异种金属焊接特点及应用焊接是两种
9、或两种以上材料通过加热或加压或两者并用来达到原子之间的结合而形成永久性连接的工艺过程。焊接的基本原理就是采用施加外部能量的办法，促使分离材料的原子接近，形成原子键的结合。在这个同时，又能去除掉一切阻碍原子键结合的一切表面膜和吸附层，以形成一个优质的焊接接头2。几乎所有的产品，从几十万吨巨轮到重量不足一克得微电子元件，在生产中都不同程度地依赖焊接技术。在人类发展史上留下辉煌篇章的三峡水利工程、西气东输工程以及“嫦娥”探月工程等，都采用了焊接结构。我国2004年得焊接材料生产总量达到了210万吨，比美国、日本、德国三国的焊接材料产量的总和还多。焊接已经渗透到制造业的各个领域，直接影响到产品的质量、
10、可靠性和寿命以及生产的成本、效率和市场反应速度。我国2006年得钢产量在3.7亿吨左右，2006年中国钢材消耗量大约为3.99亿吨左右，目前我国的钢材消费总量和美国、日本、俄罗斯相比还尚低，20世纪美国、日本、前苏联钢材累计消费量分别达到了73亿吨、40亿吨和56亿吨。目前，钢材是我国最主要的结构材料，在今后20年钢材仍占有重要的地位。然而，钢材必须经过加工才能成为有给定功能的产品。由于焊接结构具有重量轻、成本低、质量稳定、生产周期短、效率高、市场反应速度快等优点，焊接结构的应用日益增多。与世界工业发达国家一样，我国焊接加工的钢材总量比其他加工方法多。因此，发展我国制造业，尤其是装备制造业，必
11、须高度重视焊接技术的同步提高3。异种金属焊接接头主要分为母材、焊缝及熔合区三个部分。母材作为基材，而焊缝金属是指熔化的填充金属与熔化的母材金属相互混合比较均匀的部位，位于焊接接头的中间部位，熔池边缘与焊缝中间相比有很大的不同。熔池边缘靠近母材处，液态金属的温度较低、流动性差，液态停留时间较短，受到机械力的搅拌作用比较弱，是一个滞留层。此处熔化的母材与填充金属不能充分的混合，并且越靠近母材，母材成分所占的比例越大，化学成分梯度在该处有一个明显的变化，这种变化必然要带来组织的变化，从而形成一个称为熔合区的很窄的过渡区。关于焊接特征区的划分有很多不同的方法。除了一般的母材、焊缝、热影响区之外，还将熔
12、合区细分为“不完全混合区”和“部分熔合区”，其中熔合区的组织变化更复杂，由单相奥氏体区、奥氏体+马氏体区、类马氏体区和细小铁素体+珠光体晶粒区组成。异种金属焊接的连接形式也是多样的。两种不同金属之间焊接，中间不加填充金属，冶金结合后在中间形成一个过渡层，称为熔合区；两种不同金属之间的焊接，中间填充第三种金属，形成两个熔合区；两种金属之间焊接，中间填充与某一侧母材成分相同的金属，形成一个异类金属熔合区和一个同类金属熔合区；相同金属之间焊接，中间填充另一种金属，形成两个性质相同的熔合区；在某一种金属上堆焊不同的金属，形成一个熔合区。1.2.1 异种金属焊接的特点金属焊接性是金属是否能适应焊接加工而
13、形成完整的、具备一定使用性能的焊接接头的特征。从理论上讲，只要在熔化状态下能够互相形成溶液或共晶的任意两种金属都可以通过熔化焊接形成接头。可分为同质焊接和异质焊接。如果两种金属之间能够形成固溶体，则其熔化焊接性较好，如碳钢和低合金钢与奥氏体不锈钢或Ni基合金之间的焊接等。但是由于两种金属之间在组织类型、化学成分、机械性能等方面具有较大差异，会带来残余应力集中，碳扩散等问题。如果两种金属之间形成机械混合物或复杂组织，则认为熔化焊接性尚可。如果两种金属之间形成金属间化合物（脆性相），则熔化焊接性不好，需要用固态焊接，或熔化焊接时中间采用过渡层等。因此异种金属焊接接头存在以下一些特点。（1）焊接接头
14、熔合区的组织同种金属的焊接接头由于基本金属的轧制或锻、铸状态与焊缝的快速冷却，快速结晶铸态组织有较大的差距，加上填充金属的化学成分与基本金属总是有差异的，所以在基体过渡到焊缝的交界处能够从金相磨片上看到一个界面，宏观上为“熔合线”，微观上为尺寸很小的“熔合区”。但同种金属焊接接头各部分差异毕竟不大，特别是他们的晶格常数比较接近，从理论上讲晶格常数的差别不大于9%时，在结晶过程中伴随发生的结晶物质的晶格扭曲变形层很薄，而且随着结晶物质的继续增长而很快使晶格扭曲的程度变小了。因此，它的变形层厚度只相当于单个分子或几十个原子的直径。“熔合线”就显得不那么鲜明，从金相磨片上看，其界面处不那么截然分明。
15、在研究异种金属的焊接接头时，了解工件在热加工和使用过程中成分变化的过渡层即熔合区是非常有必要，异种金属熔合区的构成和性能是特别重要的问题，异种金属焊接结构的破坏多半发生在熔合区，因此研究异种金属熔合区非常重要，不仅仅是因为基体金属和焊缝合金化方面有差别，而且由于晶格类型有差别，不可避免地会在分界面上引起过渡层中晶格的畸变，从而造成晶格中的各种缺陷，由于靠近熔合区各段上焊缝结晶特点不同，又易形成性能不好的，成分变化的过渡层；另外，由于处在高温的时间长，这一区域的扩散层会扩大，会进一步使金属的不均匀性增加。决定熔合区的组织和性能主要有两个过程，一是异种金属结晶过程本身，这一过程决定着熔合区的组织和
16、在近缝区可能出现的成分逐渐变化的过渡层；二是一些扩散过程，它能够在熔合区引起成分和性能与基体金属不同的过渡层，从微观组织分析的观点来看，相互接触的两种金属，尽管化学成分差别较大，只要它们的晶格类型相同，基体金属与焊缝熔合区的结晶就有相容性，如果两种金属的晶格相差较大，但在晶格中有结合在一起的络合物也会有共同的结晶，这时在熔合区内就会出现从一种晶格向另一种晶格过渡的单分子层，由于这里发生了晶格畸变，所以过渡层总是受力的。组织类型不同的异种金属接头中（主要指珠光体钢与奥氏体钢），仍存在与的结晶晶格方向相适应的结晶条件，因此，该类异种金属接头的熔合区内也应有共同的结晶方向。（2）异种金属焊接接头熔合区附近的化学成分异种金属焊接熔合线的化学成分可分为四个阶段来说明它的变迁。以碳元素
