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第2章 试验材料及试验方法2.1试验材料本试验所用母材为16mm厚的低温压力容器用钢16MnDR与奥氏体不锈钢06Cr19Ni10，焊接材料根据标准：GB/T 983-2012,选择直径为3.2mm的焊条E308-16。E308-16焊条是钛钙型焊条，超低碳（C≤0.04%），可以采用交流或者直流反接的全位置焊接。焊材分类代号为FeT-8，是熔敷金属为奥氏体组织的不锈钢焊材。母材及焊材熔敷金属的化学成分见表2-1和2-2；母材的常温力学性能见表2-3。表2-1母材金属化学成分（%）钢号CSiMnPSCrNiMoV06Cr19Ni100.080.752.00.020.03520.010.5----16MnDR0.140.291.50.0140.0030.0210.0080.0030.004表2-2焊材金属化学成分（%）牌号CSiMnPSCrNiMoCuE308L-160.0350.550.820.0220.00520.209.790.0270.02表2-3母材的常温力学性能材料屈服强度σs/MPa抗拉强度σb/MPa伸长率δ/%06Cr19Ni10210≥520≥2516MnDR315490～620≥21母材微观组织的500倍金相照片见图2.1。06Cr19Ni10钢组织为奥氏体和少量铁素体；16MnDR钢为珠光体。图2.1母材金相组织2.2焊接工艺2.2.1焊前预热和层间温度选择2.2.1.1 06Cr19Ni10钢预热由于奥氏体不锈钢具有良好的塑性，冷裂纹倾向较小，因此焊前不必预热。多层焊时要避免道间温度过高，一般冷却到100℃以下再焊下一层；否则接头冷却速度慢，将促使产生碳化铬而造成耐晶间腐蚀性下降。在工件刚性极大的情况下，有时为了避免裂纹的产生，不得已进行焊前预热。本试验将不对其预热。2.2.1.2 16MnDR钢预热（1）低温钢16MnDR是接近铁素体的低合金钢，由于碳含量低，硫、磷又限制在较低的范围，其淬硬倾向和冷裂纹倾向小，室温下焊接不易产生冷裂纹，板厚小于25mm不需预热。本试验采用16mm厚钢板，所以不需要预热。（2）通过对16MnDR钢的碳当量值分析得出其是否需要预热。碳当量是将钢铁中各种合金元素折算成碳的含量。碳素钢中决定强度和可焊性的因素主要是含碳量。合金钢(主要是低合金钢)除碳以外各种合金元素对钢材的强度与可焊性也起着重要作用。国际焊接学会推荐的碳当量公式CE(IIW)：(式中的元素符号均表示该元素的质量分数)该式主要适用于中、高强度的非调质低合金高强度钢(σ=500～900 MPa。当板厚小于20 mm，CE(IIW)＜0.40%时，钢材淬硬倾向不大，焊接性良好，不需预热；CE(IIW)=0.40%～0.60%，特别当大于0.5%时，钢材易于淬硬，焊接前需预热。计算得出16MnDR钢的CE(IIW)值为0.396%，钢板厚度为16mm，σ为（490～620）MPa，所以16MnDR钢也不需要预热。2.2.1.3 层间温度所谓层间温度,是指多层多道焊时,后一层(道)焊缝焊接前,前层(道)焊缝的最低温度.对于要求预热焊接的材料，当需要进行多层焊时，其层间温度应等于或高于预热温度，如层间温度低于预热温度，应重新进行预热。焊接奥氏体不锈钢时，层间温度过高会导致焊缝处过热，导致焊道发黑。为保证奥氏体不锈钢焊接接头有较高的耐蚀性，需要有较快的冷却速度，因此需要控制较低的层间温度，即在前道焊缝冷却到较低温度时，在进行后道焊缝的焊接。层间温度过高会引起热影响区晶粒粗大，使焊缝强度及低温冲击韧性下降。如低于预热温度则可能在焊接过程中产生裂纹。对于普通碳钢，要求层间温度低于250℃，普通奥氏体不锈钢，低于150℃（有些甚至要低于100℃，一般要求低于120℃）。本试验选择的层间温度为（100-150）℃。2.2.2焊接熔合比的制定与舍夫勒相图为了确保异种钢焊接接头优良的性能,适当控制熔合比是重要的技术关键。熔合比，是指熔焊时被熔化的母材在熔敷金属中所占的百分比。坡口大小和熔池形状变化，都可以改变熔合比，导致熔敷金属中焊材和母材的比例变化。弧焊焊接时，常通过改变熔合比来调整焊缝的化学成分，改善焊缝的性能。同时可以利用舍夫勒图来确定得到某种组织的焊缝应填加的合金元素类型(铁素体化元素还是奥氏体化元素),从而进行焊接材料的选择和焊接工艺的制定。2.2.2.1坡口的选择坡口定义根据设计或工艺要求，在焊件的待焊部位加工成一定几何形状和尺寸的沟槽，叫坡口。（2）坡口作用①使热源(电弧或火焰)能到达焊缝根部，保证根部焊透。②便于操作和清理焊渣。③调整焊缝成型系数，获得较好的焊缝成型。④调节基本金属与填充金属的比例。坡口选择原则不同形式坡口的特点比较参考表2-4。为获得高质量的焊接接头，应选择适当的坡口型式。坡口的选择，主要取决于母材厚