异种钢成分梯度过渡的焊接法制造技术

本发明专利技术一种成份梯度过渡的异种钢焊接法。特点是设置过渡层并使主要合金元素含量逐级过渡两次以上，形成接头材料力学性能、物理性能，电化学性能的匹配，避免异种钢接头焊后热处理或长期热态工作时碳迁移的产生，有效消除非奥氏体不锈钢的异种钢接头残余应力，以改善接头韧性，提高疲劳寿命、降低异种钢接头的失效比率。本焊接法适用于水电、火电机组、石油化工设备中各类不锈钢与珠光体、铁素体钢的焊接。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种异种钢按成分梯度过渡的焊接法，它适用于水轮机异种钢转轮，火电机组及石油化工设备中不锈钢与低合金钢，珠光体钢的焊接。异种钢接头失效比率高、范围大，是一个长期没有得到根本解决的问题。目前生产应用的异种钢接头，是采用不锈钢或镍基合金焊接材料填充焊缝和堆焊过渡层完成的异种钢接头，少数应用了一种非不锈钢材料焊接。这些焊接法焊后热处理或热态长期工作都产生有害的碳迁移，存在不能用热处理消除的残余应力和随温度变化的热应力，且电化学性差异大，易在近界面区发生失效。焊接材料成本高昂。本专利技术之目的在于克服现有方法的不足，提供一种成分梯度过渡方法，研制相应的过渡焊缝材料，利用焊缝材料成分的逐级过渡，形成接头材料力学性能、物理性能、电化学性能的匹配，避免焊后热处理或长期热态工作时碳迁移的产生，有效消除非奥氏体不锈钢的异种钢接头的残余应力，最终提高异种钢接头的疲劳寿命、降低失效比率。结合附图，本
技术实现思路
叙述如下本专利技术采用的成分梯度过渡法，其特点是过渡两次以上，主要是合金元素Cr的梯度过渡。2.3.4焊接材料的Cr含量、强度在母材1和5之间并形成逐级过渡，线胀系数接近。技术实施方面，高合金含量材料作为堆焊过渡层2.3材料，低合金含量材料做为填充焊缝4材料。本焊接法应用于各类含有不锈钢的水轮机转轮异种钢焊接时，成分过渡三次。过渡层为二层，采用研制焊条堆焊。A过渡层熔敷金属化学成份(Wt%)C≤0.08，Si0.10～0.60，Mn0.30～1.00，Cr5.50～7.50，Mo0～1.00，Ni0～3.50，Fe余量，B过渡层熔敷金属化学成分(Wt%)C≤0.08，Si0.10～0.60，Mn0.30～1.00，Cr1.50～2.50，Mo0～1.00，Ni0～2.50，Fe余量;C填充焊缝熔敷金属化学成份(Wt%)C≤0.10，Si0.25～0.80，Mn0.40～1.80，Cr0.10～0.50，Mo0～0.50，Ni0～1.50，Cu0～0.40，Fe余量。本焊接法应用于火电机组奥氏体不锈钢与含V或不含V的Cr、Mo系珠光体耐热钢焊接时，如果钢的Cr含量为1.25～2.5则过渡二次，A过渡层熔敷金属化学成分(Wt%)C≤0.10，Si0.20～0.80，Mn0.40～1.50，Cr8.00～10.00，Mo0～1.50，Fe余量;填充焊缝熔敷金属化学成分(Wt%)C≤0.10，Si0.20～0.60，Mn0.40～1.00，Cr4.00～6.00，Mo0～1.00，Fe余量。如果钢的Cr含量≤1.0，Mo含量为0.5～1.0，则过渡三次，C填充焊缝层为通用的2 1/4 Cr-1Mo钢。本焊接法应用于F11、F12高Cr耐热钢与珠光体钢的焊接时，Cr合金元素以Cr9、Cr4两级过渡、其他元素基本不变。本专利技术方法可采用手工电弧焊、气体保护焊、埋弧焊，也可用于电渣焊，不改变生产工艺过程，不增加设备投资。本专利技术方法较现有方法具有以下优点1、避免接头在热态长期工作或焊后热处理产生有害碳迁移。2、通过热处理可有效消除马氏体/珠光体异种钢接头的残余应力。3、改善了异种钢接头组织不均。4、由于接头电极电位梯度过渡，减轻电化学腐蚀造成的缺口。5、实施简便，较镍基合金接头工艺性能好。6、成本较用不锈钢焊接材料降低1～2倍，较镍基合金接头降低3～5倍。最佳实施例1、水轮机转轮异种钢(ZGOCr13Ni5Mo/ZG2OSiMn)焊接过渡层采用2层，焊接材料为研制焊条，A过渡层熔敷金属化学成份(Wt%)C0.04～0.06，Si0.10～0.35，Mn0.30～0.80，Cr6.00～7.50，Mo0.35～0.50，Ni2.00～2.50，Fe余量。B过渡层熔敷金属化学成份(Wt%)C0.040.04～0.06，Si0.10～0.35，Mn0.30～0.80，Cr1.60～2.50，Mo0.35～0.50，Ni1.70～2.20，Fe余量。填充焊缝采用研制无缝药芯焊丝，熔敷金属化学成份(Wt%)C0.06～0.10，Si0.25～0.60，Mn0.80～1.60，Cr0.20～0.40，Mo0.20～0.50，Ni0.20～0.50，Cu0～0.40，Fe余量。堆焊过渡层后工件退火工艺620℃±20℃/2h;焊后工件回火工艺600℃±10℃/14h，经测试接头最大残余应力σr＜10kg/mm2，热处理后不产生碳迁移，冲击韧性、疲劳强度不低于20SiMn母材的指标。2、火电机组锅炉过热器和再热器(18-8钢/2 1/4 Cr-1Mo钢)焊接A过渡层熔敷金属化学成份(Wt%)C≤0.10，Si0.20～0.80，Mn0.40～1.50，Cr8.00～10.00，Mo0.30～0.50，Fe余量。填充焊缝熔敷金属化学成份(Wt%)C≤0.10，Si0.20～0.60，Mn0.40～1.00，Cr5.00～6.00，Mo0～1.00，Fe余量。接头在560℃长期热态工作无碳迁移产生，有较好的热强度和疲劳性能。 附图说明1-不锈钢母材2-过渡层A3-过渡层B4-填充焊缝C5-珠光体或铁素体钢母材权利要求1.一种用于水电、火电、石油化工设备不锈钢与低合金、钢、碳素钢等异种钢按成分梯度过渡的焊接法，其特征在于过渡两次以上，并使接头主要合金元素含量由高至低形成梯度。2.根据权利要求1所说的异种钢成分梯度焊接法，其在水轮机转轮(各类含有不锈钢的水轮机转轮异种钢的焊接)。上实施例的特征在于过渡层为2层，采用研制焊条堆焊，A过渡层熔敷金属化学成分(Wt%)C≤0.08，Si0.10～0.60，Mn0.30～1.00，Cr5.50～7.50，Mo0～1.00，Ni0～3.50，Fe余量;B过渡层熔敷金属化学成份(Wt%)C≤0.08，Si0.10～0.60，Mn0.30～1.00，Cr1.50～2.50，Mo0～1.00，Ni0～2.50，Fe余量;填充焊缝熔敷金属化学成份(Wt%)C≤0.10，Si0.25～0.80，Mn0.40～1.80，Cr0.10～0.50，Mo0～0.50，Ni0～1.50，Cu0～0.40，Fe余量。焊件中间可退火或不退火，退火温度≤640℃，焊后工件回火处理温度570～620℃。3.根据权利要求1所述异种钢焊接法，其在火电机组(奥氏体不锈钢/含V或不含V的Cr、Mo系珠光体耐热钢)焊接上实施的特征在于A过渡层熔敷金属化学成分(Wt%)C≤0.10，Si0.20～0.80，Mn0.40～1.50，Cr8.00～10.00，Mo0～1.50，Fe余量;B填充焊缝熔敷金属化学成分(Wt%)C≤0.10，Si0.20～0.60，Mn0.40～1.00，Cr4.00～6.00，Mo0～1.00，Fe余量。如果钢的Cr含量为1.25～2.5，过渡两次，如果钢的Cr含量≤1.0，Mo含量为0.5～1.0则过渡三次，C焊缝层为通用的2 1/4 Cr-1Mo钢。4.根据权利要求1所述异种钢焊接法，其在F11、F12高Cr耐热钢与珠光体钢焊接上实施的特征在于Cr合金元素以Cr9、Cr4两级过渡，其它元素基本不变。全文摘要本专利技术提供一种成份梯度过渡的异种钢焊接法。特点是设置过渡层并使主要合金元素含量逐级过渡两次以上，形成接头材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于水电、火电、石油化工设备不锈钢与低合金钢、碳素钢等异种钢按成分梯度过渡的焊接法，其特征在于过渡两次以上，并使接头主要合金元素含量由高至低形成梯度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：吕小礼，魏建军，高光慧，赵予生，唐根昌，刘作骥，周斌正，邓春华，
申请(专利权)人：机械电子工业部郑州机械研究所，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]