在奧氏體不銹鋼焊縫金屬中，希望含有一定量的鐵素體組織，以保證焊縫的耐蝕性和抗熱裂性能。如何才能保證奧氏體不銹鋼焊縫中鐵素體的含量，焊縫中合金元素的含量是決定因素，尤其是鉻當量和鎳當量的比例關系。影響焊縫中合金元素的含量有三個因素：焊接材料、母材和熔合比。根據這三個因素可以選擇合適的焊接材料，舉例說明。


設板厚8mm對接焊，基體金屬為304不銹鋼(碳：0.06%、硅：0.6%、錳：1.2%、鉻：18.4%、鎳：9.6%)和20CrMnSi(碳：0.2%、硅：1.0%、錳：0.9%、鉻：0.9%),V型坡口，焊三層。選擇焊條的方法和步驟如下。


 1.  首先求出第一層根部焊縫中熔敷金屬和基體金屬所占的比例。60°坡口的根部焊縫中熔化的基體金屬約占40%,由于兩種基體的導熱系數不同，兩種基體的熔合量也各不相同，低合金鋼20CrMnSi約占40%(占焊縫金屬中的16%),304不銹鋼約占60%(占焊縫金屬中的24%)


 2.  如選用E308型焊條，化學成分為碳：0.06%、硅：0.6%、錳：1.4%、鉻：19%、鎳：10%


 3. 封底焊縫的化學成分，根據下列式子計算得：


  X(焊縫）＝60%x焊條＋16%×低合金鋼＋24%×奧氏體鋼

 

             C=60%×0.06%+16%×0.2%+24%×0.06%≈0.082%


             Si=60%×0.06%+16%×1.0%+24%×0.06%≈0.66%


            Mn=60%×1.4%+16%×0.9%+24%×1.2%≈1.27%


            Cr=60%×19%+16%×0.9%+24%×18.4%≈15.96%

 

            Ni=60%×10%+16%×0.9%+24%×9.6%≈8.3%


 4. 計算鉻當量Cra和鎳當量Nig:

 

        Cr~%=%Cr+1.5×%Si=15.96%+1.5×0.66%≈17.0%


          Ni%=%Ni+30×%C+0.5×%Mn=8.3%+0.082×30%+0.5×1.27%≈11.4%


   從Schaffler圖（如圖3-1)可以查出1點正處在奧氏體＋馬氏體區中，焊縫易產生裂紋，且有脆硬的馬氏體組織。



 5. 若選用鉻鎳含量較高的E309型焊條，其化學成分為：C0.06%、Si0.6%、Mn1.4%、Cr24%、Ni13%.


 6. 算出打底焊縫的化學成分為：C0.083%、Si0.66%、Mn1.27%、Cr18.96%、Ni10.1%.


 7. 計算鉻當量Cr~和鎳當量Nieq: Cr當量為19.95%;Ni當量為13.2%


  從Schaffler 狀態圖（如圖3-1)可以查出3點奧氏體基含有少量的鐵素體，約3%.因此焊條可用。在此要說明一點，若焊條中的鎳大于13%,而鉻不大于24%,計算鉻當量Creg和鎳當量Nieq,從Schaffler狀態圖（如圖3-1)可查出在2點左右，那么打底焊縫中就有可能是純奧氏體組織，這樣焊縫容易產生裂紋。另外要注意熔合比的變化，一般來說40%熔合比是比較大的，正常情況為30.%~35%左右。讀者要具體問題具體分析。


圖 1.jpg



 8. 在第二層和第三層每個焊道可按上述方法根據不同的熔合比和所熔合的金屬化學成分計算出焊縫的化學成分。從Schaffler 圖查出焊縫組織。


    通常，第一層是稀釋最大的，同時焊接應力也是最大的，只要第一層不產生裂紋，第二、三層一般不會產生裂紋。