摘 要

随着我国科学技术的发展，对焊接构件的性能有更高要求。生活中出现各种异种钢的焊接组合，其中普通钢与奥氏体不锈钢的焊接最为常见，但由于异种钢物理和化学性能的差异，导致异种钢焊接存在许多问题。

本课题主要研究了Q235A和304不锈钢之间的焊接，并分析焊接接头的组织和性能。焊接时，焊接材料的选用是主要关键，焊接接头的质量性能与焊接材料密切相关。焊接时合金元素的稀释，碳的迁移等会因其成分和组织的不均，力学性能也会有较大差异。本课题将采用熔化极气体保护焊（Ar₂ 5%CO₂）焊的方法进行焊接，一共有两层焊接，用 HVS-1000维氏硬度计分别测量上下两部分的的焊缝和母材这三个区域的硬度值；用光学显微镜观察接头微观组织。

研究结果表明：采用熔化极气体保护焊（Ar₂ 5%CO₂）和ER309焊丝焊接异种钢Q235A和304不锈钢可以获得良好的焊缝组织和力学性能，焊缝成形美观无缺陷，质量良好。

关键词：异种钢焊接；组织与性能；焊接工艺；焊接接头

Abstract

With the development of science and technology in our country,We put forward higher requirements on the performance of the welded components. All sorts of dissimilar steel welded together appear in the life.Among them,the ordinary steel and austenitic steel welding is the most common.because of the difference of dissimilar steel physical and chemical properties,it leads to many problems of dissimilar steel welding.

This subject mainly focus on the Q235A and 304 stainless steel welding, and welding joint organization and performance are analyzed.When welding,selection of welding materials is the main key, the quality of the welding joint performance is closely related to the welding material.When welding. the dilute alloy elements and the migration of carbon have bigger difference because of its composition and microstructure, mechanical properties.Melting polar gas shielded welding is adopted in this project (Ar₂ 5% CO₂) welding method of welding to weld,it has a total of two layer.we use HVS - 1000vickers hardness tester to measure two parts of hardness values of the three regions where the welding seam and base locate in;The joint microstructure was observed by optical microscope.

The results show that the melting polar gas shielded welding (Ar₂ 5% CO₂) and ER309 wire welding of dissimilar steel Q235A and 304 stainless steel can obtain good weld organization and mechanical properties, weld appearance has no defect,its quality is good.

Key Words：Dissimilar steel welding；Microstructure and properties；Welding process；Welded joint

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 异种金属焊接的必要性 1

1.2 异种金属焊接研究进展 1

1.2.1 异种金属焊接研究热点 1

1.2.2 异种钢焊接发展趋势 2

第2章 异种金属焊接的基础理论 3

2.1 异种金属焊接的主要问题 3

2.1.1 金属物理性能的不同 3

2.1.2 形成脆性化合物 3

2.1.3 焊接接头难于与母材等性能 3

2.2 异种金属的焊接性分析 3

2.2.1 焊缝金属的化学成分、组织和性能 4

2.2.2 焊接熔合区的化学成分具有不均匀的特性 4

2.2.3 异种金属焊接接头缺陷 4

2.3获取优质Q235A和304不锈钢异种材料焊接接头的工艺措施 4

2.4奥氏体不锈钢与铁素体钢的焊接 5

2.4.1焊缝金属的化学成分及组织 5

2.4.2焊接接头的过渡层 5

2.4.3熔合区的碳扩散 6

第3章 Q235A和304不锈钢异种钢焊接接头制备工艺 7

3.1 焊接方法的选择 7

3.1.1 根据焊缝成分选择 7

3.1.2 根据焊缝成型选择 7

3.2 焊接材料的选择 8

3.2.1 母材的化学成分 8

3.2.2 焊丝的选择 8

3.2.3 用舍弗勒图分析 9

3.3 坡口形式的选择 10

3.4 焊接工艺参数的选择 10

第4章 304不锈钢和Q235A异种钢焊接实验过程 12

4.1 Q235A和304不锈钢焊接试验过程 12

4.2 实验过程工艺参数记录 12

4.3 焊接接头金相试样制备 12

4.3.1 所需设备及材料 12

4.3.2 试样制备步骤 13

4.4 实验现象 13

4.5 宏观组织分析 14

4.5.1 焊缝宏观图 14

4.5.2 焊接接头熔合比的计算 14

4.5.3 焊缝镍铬当量的计算 15

第5章 304不锈钢与Q235A异种钢焊接接头分析 17

5.1 金相组织分析 17

5.1.1 母材金相组织 17

5.1.2 热影响区 19

5.1.3 焊缝 21

5.2 维氏硬度分析 22

5.2.1 硬度测试原理 22

5.2.2硬度测试 22

5.3.3 硬度分析 23

第6章 总结 25

参考文献 26

致 谢 27

第1章 绪论

1.1 异种金属焊接的必要性

随着我们国家经济技术的不断向前进步和科学技术的深入研究,我们在新材料、工艺、以及设备等方向不断探索，并且将新技术应用到各行各业。于是我们对各类工程机械构件的性能的需求更高了。在一些特定情况的时候,想让一种金属满足所有的使用要求是不可能的,或者即使有某种金属的性能很不错，比较能满足要求,但一般这样的金属费用很贵，如果在工程中广泛应用则需要很高的成本。因此,人们想出了焊接异种钢的方法获得优质焊接接头满足使用的要求，同时也能节约成本[^[1]]。

奥氏体不锈钢性能很优秀，极耐腐蚀而且生物相容性很好，因此在生产生活中使用的很多。但奥氏体钢的购买价格比较贵，大大提高了生产成本，为了节约成本，许多设备中，将奥氏体不锈钢和低碳钢异种金属进行焊接制造。例如一些容器的内壁可能要和腐蚀介质接触接触，但是外壁，基座和法兰等不需要与腐蚀介质接触，所以，前者可以采用耐腐蚀的不锈钢等，后者可以用低碳钢等不耐腐蚀的但是耐磨性不错的材料。这样讲不锈钢和低碳钢焊接的异种钢焊接结构的使用可以减少不锈钢的使用，从而降低在工程中的成本，但同时也能满足要求，于是在生产中使用的很多[^[2]]。这样就必然涉及到奥氏体钢和低碳钢的焊接。本课题研究的是304不锈钢和Q235A的焊接接头，由于Q235A和304不锈钢之间的热物性、冶金性能差异很大，焊接时容易形成Q235A对不锈钢焊缝的稀释作用，形成马氏体脆性层和熔合区碳扩散等缺陷，因此，为正确实施304不锈钢与低碳钢Q235A异种钢焊接，研究不同异种钢焊材及工艺参数下的焊接接头组织及性能尤为重要。

1.2 异种金属焊接研究进展

1.2.1 异种金属焊接研究热点

在最近的几十年，许多国内外学者对异种金属的焊接方向十分重视，并且做了很多研究工作。