專利名稱：不銹鋼螺柱焊焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將不銹鋼栓塞焊在碳鋼或低合金鋼構(gòu)件上的螺柱焊方法，目的是使焊縫具有良好的韌性。
螺柱焊是把金屬栓塞焊接在構(gòu)件(例如金屬板)上的技術(shù)名稱。螺柱焊中特別有用的工藝方法是電弧螺柱焊，在栓塞基面(或端部)與工件之間引發(fā)電弧使它們加熱而把這兩個構(gòu)件焊接在一起。在兩件構(gòu)件加熱到適當(dāng)?shù)臏囟戎?例如采用螺柱焊接噴槍)，由于栓塞和另一個構(gòu)件(或母材)的一部分熔化，這兩件就在壓力下結(jié)合在一起。用電弧焊方法焊接的最常用的栓塞材料是低碳鋼、不銹鋼和鋁。通常，在這種焊接過程中，栓塞的不銹鋼熔融液要被焊縫中母材的碳鋼或低合金鋼熔融液所稀釋，稀釋成分的含量按重量比約為20～50%。
雖然按照常規(guī)，不銹鋼的栓塞(一般為304不銹鋼)可以和碳鋼或低合金鋼的板焊接，但總是存在焊縫缺乏韌性的問題。由于缺乏韌性，就不符合某些常規(guī)試驗的標(biāo)準(zhǔn)，例如，美國機械工程師學(xué)會(ASME)標(biāo)準(zhǔn)第9章192。1節(jié)，鍋爐與壓力容器標(biāo)準(zhǔn)中彎曲15°再重新伸直的試驗。美國焊接學(xué)會(AWS)7.6。5節(jié)的D1。1彎曲試驗的要求則比美國機械工程師學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)的要求還要嚴格得多，所以不銹鋼栓塞與碳鋼母材的常規(guī)焊接不可能達到這個標(biāo)準(zhǔn)。
本發(fā)明的目的就是提供一種不銹鋼栓塞與碳鋼或低合金鋼構(gòu)件螺柱焊的方法，這種方法使焊縫金屬具有良好的韌性。
所以，本發(fā)明屬于不銹鋼栓塞與碳鋼或低合金構(gòu)件的螺柱焊，并可在兩者之間產(chǎn)生韌性良好的焊縫，上述鋼構(gòu)件的成分含有一定的鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量，這一方法的特征在于，選擇一種成分中含有這樣的鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量的不銹鋼栓塞，使它在螺柱焊中被上述鋼構(gòu)件的成分所稀釋時，在焊后的組織中具有奧氏體加鐵素體的組織;并且上述不銹鋼栓塞與上述鋼構(gòu)件是這樣焊接的，即在栓塞金屬與鋼構(gòu)件金屬混合后，焊縫金屬在焊后的焊縫組織中是奧氏體和鐵索體組織，因而，在栓塞與構(gòu)件之間焊成韌性良好的焊縫。
下面參照附圖中作為例子用的最佳實施例進行說明，就能進一步了解本發(fā)明。附圖中

圖1是模仿舍夫勒組織圖的一種鐵-鉻-鎳成份的鉻當(dāng)量與鎳當(dāng)量關(guān)系曲線圖，它表示用常規(guī)的不銹鋼栓塞進行螺柱焊所形成的常規(guī)的螺柱焊焊縫的成份。
圖2是模仿舍夫勒組織圖的一種鐵-鉻-鎳成份的鉻當(dāng)量與鎳當(dāng)量的關(guān)系曲線圖，它表示本發(fā)明的不銹鋼栓塞與碳鋼構(gòu)件螺柱焊的成份。
圖3是和圖1相同的鐵-鉻-鎳成份的鉻當(dāng)量與鎳當(dāng)量關(guān)系曲線圖，它表示本發(fā)明的不銹鋼栓塞與低合金鋼構(gòu)件螺柱焊的成份。
在本發(fā)明的方法中，由于采用了專門規(guī)定的化學(xué)成份的奧氏體材料，這種材料能在焊成的焊縫組織中生成奧氏體加鐵素體顯微組織，所以，能在不銹鋼栓塞和碳鋼或低合金鋼構(gòu)件之間產(chǎn)生韌性良好的焊縫，在上述奧氏體加鐵素體的顯微組織中，由于組織中的成份被碳鋼或低合金鋼構(gòu)件中的成份所稀釋而保持了韌性。
按照本發(fā)明，焊上不銹鋼栓塞的構(gòu)件由碳鋼或低合金鋼制成。壓力容器用的碳鋼的含碳量的重量比不超過0.4%，除了碳之外，它還含有少量的硅、錳，以及從煉鋼過程中所用的原料和燃料中所得來的磷和硫。在本說明書中所使用的“低合金鋼”這一術(shù)語的含義是指1983年版，美國機械工程師學(xué)會的鍋爐與壓力容器標(biāo)準(zhǔn)中第1部分第Ⅷ章UCS-23表(258～264頁)中所說的那種含有合金組成份的鋼，其中規(guī)定了碳鋼和低合金鋼的最大允許拉應(yīng)力值。
焊在碳鋼或低合金鋼構(gòu)件上的栓塞由奧氏體不銹鋼制成，這種不銹鋼含鉻的重量比一般超過18%，含鎳的重量比至少8%。
按照本發(fā)明，要決定碳鋼或低合金鋼構(gòu)件的鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量，并且不銹鋼栓塞應(yīng)該有這樣的鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量，使得它在螺柱焊時因鋼構(gòu)件的稀釋作用而能在焊成的焊縫中生成奧氏體加鐵素體的組織。為了達到本發(fā)明的目的，鉻當(dāng)量的值應(yīng)由下列公式來表示鉻當(dāng)量＝鉻%+鉬%+1.5×硅%+0.5×鈷%而鎳當(dāng)量的值由下列公式表示鎳當(dāng)量＝鎳%+30×碳%+0.5×錳%螺柱焊時，栓塞端部的熔融金屬被它所焊在其上的構(gòu)件的熔融金屬所稀釋。這種稀釋作用按重量比通常大約在(20～50)%的范圍內(nèi)，更普通的是在(20～40)%的范圍內(nèi)，按重量比30%的稀釋作用則是最典型的。而且，本發(fā)明只涉及在焊縫中不加入其它金屬的螺柱焊，在其焊成的焊縫中只含有栓塞中的金屬和栓塞焊在上面的鋼構(gòu)件的金屬。
用于焊在碳鋼上的螺柱焊的標(biāo)準(zhǔn)奧氏體鋼栓塞是美國鋼鐵學(xué)會的304號鋼(AISI304)。為了說明，請參看圖1，設(shè)碳鋼的鉻當(dāng)量為0.45，而鎳當(dāng)量為7.8(X點)。對于304號的奧氏體鋼栓塞，鉻當(dāng)量可設(shè)為20，鎳當(dāng)量可設(shè)為11。3(Y點)。假定稀釋作用為30%(Z點)，焊成的焊縫就是脆性的奧氏體加馬氏體組織。而在技術(shù)文獻中曾多次重復(fù)說明，要求奧氏體焊縫組織是奧氏體加δ鐵素體。
現(xiàn)在再參看圖2，此圖說明應(yīng)用本發(fā)明的方法把不銹鋼栓塞焊在碳鋼構(gòu)件上的螺柱焊可以焊成韌性良好的焊縫。為了說明起見，設(shè)碳鋼的鉻當(dāng)量為〔0+0+(1.5×0.3+0)＝0.45〕，而鎳當(dāng)量為〔0+30×0.25)+0.5×0.8)＝7.8〕(X點)。如圖中所示，如果采用鉻當(dāng)量為32而鎳當(dāng)量為12.7(Y點)的奧氏體不銹鋼栓塞，并假設(shè)不銹鋼栓塞金屬被碳鋼金屬的稀釋程度為30%，則焊成的焊縫在組織上就是奧氏體加鐵素體，因而韌性良好(Z點)。焊成的焊縫中的奧氏體加鐵素體這種組成正好落在圖中由abcd線所圍成的區(qū)域內(nèi)。
圖3說明本發(fā)明方法用于把不銹鋼栓塞焊在低合金鋼構(gòu)件上的螺柱焊的情形。為說明起見，低合金鋼的組成分中合金含量是鉻2.25%，鉬1%，它的鉻當(dāng)量為4，而鎳當(dāng)量為5(X點)。如果所使用的奧氏體不銹鋼栓塞的鉻當(dāng)量為32而鎳當(dāng)量為12.7(Y點)，在30%的稀釋作用下，所得的焊縫在組織上就是奧氏體加鐵素體，因而韌性良好(Z點)。同樣，焊成的焊縫中的組成分也落在abcd線所圍成的區(qū)域中，其組織是奧氏體加鐵素體。
通常的市售不銹鋼材料，凡是具有足夠的鉻與鎳當(dāng)量的比例的，都能因碳鋼或低合金鋼的大約30%左右的稀釋作用而生成奧氏體加鐵素體的韌性良好的螺栓焊焊縫。例如，一種按重量比含鉻約為29%，含鎳約為9%的奧氏體不銹鋼做的栓塞，例如美國機械工程師學(xué)會(ASMESFA5.9中的312號鋼(ER312型)或與此相當(dāng)?shù)腻懼撇牧?，就能獲得所要求的金相組織的焊縫，具有足夠的韌性和能夠通過上面提到的彎曲試驗。如果稀釋作用的百分比超過了30%，需要較高的鉻當(dāng)量才能獲得所需要的化學(xué)成分時，則可以為此制造一種化學(xué)成分經(jīng)過選擇的312號不銹鋼，或者研制一種特殊化學(xué)成分的不銹鋼。
綜上所述，本發(fā)明提供了一種不銹鋼栓塞與碳鋼或低合金鋼構(gòu)件進行電弧螺柱焊的方法，在這種方法中，栓塞的化學(xué)組成分在經(jīng)過冶金過程后能在焊成的焊縫中獲得經(jīng)過調(diào)整的鉻當(dāng)量與鎳當(dāng)量的比例，從而能獲得韌性良好的焊縫組織。
權(quán)利要求
1.一種將不銹鋼栓塞焊在碳鋼或低合金鋼構(gòu)件上，并在其間焊成韌性良好的焊縫的螺柱焊焊接方法，上述鋼構(gòu)件含有一定的鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量，其特征在于，不銹鋼栓塞的鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量的含量是這樣來選擇的，就是使它在螺柱焊時因上述鋼構(gòu)件中鋼的稀釋作用而在焊成的組織中獲得奧氏體加鐵素體的組織；而且上述不銹鋼栓塞是這樣焊接在上述鋼構(gòu)件上的，它借助栓塞的金屬和鋼構(gòu)件的金屬的混合，使得焊縫金屬在焊成后的組織中獲得奧氏體加鐵素體的組織，從而在上述栓塞與上述構(gòu)件之間獲得韌性良好的焊縫。
2.如權(quán)利要求1所述的螺柱焊焊接方法，其特征在于，上述不銹鋼栓塞所含的鉻當(dāng)量約為32，而鎳當(dāng)量約為12.7。
3.如權(quán)利要求1所述的螺柱焊焊接方法，其特征在于，在螺柱焊焊接過程中，上述栓塞的組成分被上述鋼構(gòu)件組成分的釋稀程度大約為焊縫中栓塞金屬重量的20～50%。
4.如權(quán)利要求1所述的螺柱焊焊接方法，其特征在于，上述鋼構(gòu)件由碳鋼制成，而上述栓塞則由含鉻約29%，含鎳約9%的不銹鋼制成。
5.如權(quán)利要求1所述的螺柱焊焊接方法，其特征在于，上述鋼構(gòu)件由低合金鋼制成，而上述栓塞由不銹鋼制成。
6.如權(quán)利要求1所述的螺柱焊焊接方法，其特征在于，不銹鋼栓塞含有這樣的鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量，即在螺柱焊中上述柱塞的成分被上述低合金鋼構(gòu)件所稀釋，稀釋的量約為焊成的焊縫中栓塞材料重量的30～50%，從而因在焊成的焊縫中是奧氏體加鐵素體的組織，而在上述栓塞與構(gòu)件之間產(chǎn)生韌性良好的焊縫。
7.如權(quán)利要求6所述的螺柱焊焊接方法，其特征在于，上述不銹鋼栓塞所含的鉻當(dāng)量約為32，鎳當(dāng)量約為12.7。
全文摘要
一種將不銹鋼栓塞焊在碳鋼或低合金鋼構(gòu)件上，使其間形成韌性良好的焊縫的方法。鋼構(gòu)件的鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量是定值，而不銹鋼栓塞應(yīng)含有這樣的鉻當(dāng)量的鎳當(dāng)量，使得它在螺柱焊的過程中被構(gòu)件鋼稀釋時，在焊成的焊縫組織中生成奧氏體加鐵素體的組織，從而把這種特定的不銹鋼栓塞用螺柱焊焊在鋼構(gòu)件上。
文檔編號B23K9/23GK1047638SQ90103859
公開日1990年12月12日 申請日期1990年5月29日 優(yōu)先權(quán)日1989年5月30日
發(fā)明者薩穆爾·多爾諾·里諾爾德斯 申請人:西屋電氣公司