[发明专利]不锈钢螺柱焊焊接方法

说明书

本发明涉及将不锈钢栓塞焊在碳钢或低合金钢构件上的螺柱焊方法，目的是使焊缝具有良好的韧性。

螺柱焊是把金属栓塞焊接在构件（例如金属板）上的技术名称。螺柱焊中特别有用的工艺方法是电弧螺柱焊，在栓塞基面（或端部）与工件之间引发电弧使它们加热而把这两个构件焊接在一起。在两件构件加热到适当的温度之后（例如采用螺柱焊接喷枪），由于栓塞和另一个构件（或母材）的一部分熔化，这两件就在压力下结合在一起。用电弧焊方法焊接的最常用的栓塞材料是低碳钢、不锈钢和铝。通常，在这种焊接过程中，栓塞的不锈钢熔融液要被焊缝中母材的碳钢或低合金钢熔融液所稀释，稀释成分的含量按重量比约为20～50%。

虽然按照常规，不锈钢的栓塞（一般为304不锈钢）可以和碳钢或低合金钢的板焊接，但总是存在焊缝缺乏韧性的问题。由于缺乏韧性，就不符合某些常规试验的标准，例如，美国机械工程师学会（ASME）标准第9章192。1节，锅炉与压力容器标准中弯曲15°再重新伸直的试验。美国焊接学会（AWS）7.6。5节的D1。1弯曲试验的要求则比美国机械工程师学会标准的要求还要严格得多，所以不锈钢栓塞与碳钢母材的常规焊接不可能达到这个标准。

本发明的目的就是提供一种不锈钢栓塞与碳钢或低合金钢构件螺柱焊的方法，这种方法使焊缝金属具有良好的韧性。

所以，本发明属于不锈钢栓塞与碳钢或低合金构件的螺柱焊，并可在两者之间产生韧性良好的焊缝，上述钢构件的成分含有一定的铬当量和镍当量，这一方法的特征在于，选择一种成分中含有这样的铬当量和镍当量的不锈钢栓塞，使它在螺柱焊中被上述钢构件的成分所稀释时，在焊后的组织中具有奥氏体加铁素体的组织;并且上述不锈钢栓塞与上述钢构件是这样焊接的，即在栓塞金属与钢构件金属混合后，焊缝金属在焊后的焊缝组织中是奥氏体和铁索体组织，因而，在栓塞与构件之间焊成韧性良好的焊缝。

下面参照附图中作为例子用的最佳实施例进行说明，就能进一步了解本发明。附图中：

图1是模仿舍夫勒组织图的一种铁-铬-镍成份的铬当量与镍当量关系曲线图，它表示用常规的不锈钢栓塞进行螺柱焊所形成的常规的螺柱焊焊缝的成份。

图2是模仿舍夫勒组织图的一种铁-铬-镍成份的铬当量与镍当量的关系曲线图，它表示本发明的不锈钢栓塞与碳钢构件螺柱焊的成份。

图3是和图1相同的铁-铬-镍成份的铬当量与镍当量关系曲线图，它表示本发明的不锈钢栓塞与低合金钢构件螺柱焊的成份。

在本发明的方法中，由于采用了专门规定的化学成份的奥氏体材料，这种材料能在焊成的焊缝组织中生成奥氏体加铁素体显微组织，所以，能在不锈钢栓塞和碳钢或低合金钢构件之间产生韧性良好的焊缝，在上述奥氏体加铁素体的显微组织中，由于组织中的成份被碳钢或低合金钢构件中的成份所稀释而保持了韧性。

按照本发明，焊上不锈钢栓塞的构件由碳钢或低合金钢制成。压力容器用的碳钢的含碳量的重量比不超过0.4%，除了碳之外，它还含有少量的硅、锰，以及从炼钢过程中所用的原料和燃料中所得来的磷和硫。在本说明书中所使用的“低合金钢”这一术语的含义是指1983年版，美国机械工程师学会的锅炉与压力容器标准中第1部分第Ⅷ章UCS-23表（258～264页）中所说的那种含有合金组成份的钢，其中规定了碳钢和低合金钢的最大允许拉应力值。

焊在碳钢或低合金钢构件上的栓塞由奥氏体不锈钢制成，这种不锈钢含铬的重量比一般超过18%，含镍的重量比至少8%。

按照本发明，要决定碳钢或低合金钢构件的铬当量和镍当量，并且不锈钢栓塞应该有这样的铬当量和镍当量，使得它在螺柱焊时因钢构件的稀释作用而能在焊成的焊缝中生成奥氏体加铁素体的组织。为了达到本发明的目的，铬当量的值应由下列公式来表示：

铬当量＝铬%+钼%+1.5×硅%+0.5×钴%

而镍当量的值由下列公式表示：

镍当量＝镍%+30×碳%+0.5×锰%

螺柱焊时，栓塞端部的熔融金属被它所焊在其上的构件的熔融金属所稀释。这种稀释作用按重量比通常大约在（20～50）%的范围内，更普通的是在（20～40）%的范围内，按重量比30%的稀释作用则是最典型的。而且，本发明只涉及在焊缝中不加入其它金属的螺柱焊，在其焊成的焊缝中只含有栓塞中的金属和栓塞焊在上面的钢构件的金属。