论文总字数：17798字

摘 要

本论文目的是研究Q235与304不锈钢焊接接头的组织与性能，为了达成这一目的，选取A102焊条，制定焊接工艺参数与焊后热处理工艺，利用手工电弧焊的方式对上述两种材料施焊。在完成焊接接头的制备后，在焊接接头上制备两个试样，其中一个保持焊态，另一个进行热处理试验，然后两个试样均进行金相组织观察和显微硬度测试，记录实验结果。通过实验结果分析焊接接头的组织和性能，并思考热处理对焊接接头组织与性能的影响。

关键词：异种钢焊接；焊后热处理；Q235；显微组织；304奥氏体不锈钢；显微硬度

Abstract

The purpose of this paper is to study the structure and performance of Q235 and 304 stainless steel welded joints,to achieve this goal,we select electrode type A102 ,formulate process parameters and post-weld heat treatment process, and apply manual arc welding on those material mentioned. After the preparation of the welded joint is completed, we use these welded joint to prepare two samples,then keep one of them in the welded state,do heat treatment on the other one.These samples both are used for metallographic observation and microhardness testing. Record the experimental results and analysis the effect of heat treatment on the structure and properties of dissimilar steel welded joints.

Key Words：dissimilar steel welding；post-weld heat treatment；Q235；microstructure；304 austenitic stainless steel；microhardness

目 录

第1章 文献综述 1

1.1研究背景及意义 1

1.2异种钢焊接焊接性分析 1

1.2.1异种钢焊接存在的困难 1

1.2.2异种金属的相容性 2

1.2.3奥氏体不锈钢与珠光体钢焊接时存在的问题 2

1.3异种钢焊接的研究现状与发展趋势 3

1.3.1焊接方法研究 4

1.3.2组织与性能研究 4

1.3.3焊后热处理研究 4

1.4本课题主要研究内容 5

第2章 实验材料和方法 6

2.1实验材料 6

2.1.1基体材料 6

2.1.2焊接材料 6

2.2焊接工艺实验 7

2.2.1焊接工艺方案的制定 7

2.2.2焊前处理 8

2.2.3焊接工艺的实施 9

2.3焊后热处理工艺的制定 9

2.4组织和性能检测 9

2.4.1显微组织观察 9

2.4.2显微硬度测试 10

第3章 实验结果分析和讨论 12

3.1焊接接头的宏观观察 12

3.2焊接接头的显微组织观察 12

3.2.1未热处理试样显微组织观察 12

3.2.2热处理试样显微组织观察 14

3.2.3热处理对显微组织的影响 16

3.3焊接接头的显微硬度测试 17

3.3.1显微硬度实验数据 17

3.3.2热处理对显微硬度的影响 18

第4章 结论与展望 19

4.1实验结论 19

4.2反思与展望 19

参考文献 21

致 谢 23

第1章 文献综述

1.1研究背景及意义

随着近些年我们社会、工业快速发展，工业制造水平以及各行各业对于工业制造的要求越来越高，为了满足进一步更好更快发展的需要，我们自然要对于焊接成品的力学及其他性能有新的要求。考虑不同种材料之间的焊接，可以在一定的情况下节约资源，提高成品的性价比。对于一些特殊部位的焊接，我们也需要选用符合其工作性能的金属材料，然后用焊接的方法将不同的材料完成一个整体焊接结构。所以综合经济与环境的因素进行考量，异种钢焊接是一种必要的节约成本同时达到目的的手段。实际上，异种钢焊接也可以达到物尽其用的效果，并且广泛应用于交通运输、航空航天、电子等行业之中。

正是考虑到异种钢焊接应用的广泛性和异种钢焊接母材选择的多样性，对于这方面的研究还远远没有达到我们的需求，随着需求的增长，人们必然会不停地攻克科技、技术上的难关，让人们能够更加了解材料的特性，更加熟练的将新的技术应用于生产、生活之中^[1-3]。

本文对异种钢焊接中一种应用较为广泛的珠光体钢与奥氏体不锈钢实施焊接，并对焊接接头的组织与性能进行研究。

1.2异种钢焊接焊接性分析

异种钢焊接顾名思义有关于不同母材之间的焊接，我们需要考虑的问题有母材的成分、母材与填充金属之间的相互作用、母材的物理性能的差异等问题，这相较于同一种材料之间的焊接，显然是更为复杂的问题。

1.2.1异种钢焊接存在的困难

（1）熔点

在对不同的金属进行焊接的时候，我们首先注意到的是异种钢的熔点不同，当被焊接的母材熔点区别较大时，会给我们的焊接带来较大的困难。高温条件下首先熔点较低的那种金属会熔化，此时熔点较高的另外一种金属仍旧是固态，当我们再升高温度时，已经熔化的金属可能会进入过热区，这样会造成过热区的力学性能有所下降。温度如果继续升高至熔点高的金属熔化时，可能就已造成低熔点金属的损耗，这是我们不希望看到的。

（2）线膨胀系数

线膨胀系数表示材料膨胀或者收缩的程度，当我们对线膨胀系数差别大的金属进行焊接时，两种金属受热膨胀与冷却收缩时均可能会产生较大的应力，严重到一定程度的时候，可能会产生裂纹。

我们所完成的焊接接头有时会在高温环境下工作，这时焊接接头会产生热应力，如果周期性的产生这种应力，就可能产生交变应力，让焊接接头因疲劳而损坏，一般来说，这种热应力是无法被消除的，只能削弱它的影响，生产中一般通过选用线膨胀系数在两种母材之间的金属充当填充金属从而应对这个问题。

（3）热导率与比热容

在焊接过程中焊件的热循环、温度场分布以及结晶过程都是我们所关心的，而金属的热导率与比热容是影响它们的重要因素。如果我们焊接的金属热导率与比热容相差较大，就会造成热输入不平衡的结果，这又会使熔化量不均衡，产生晶粒粗化、难熔金属的湿润性能下降等问题。

（4）金属的电磁性

对异种钢进行焊接的时候，可能会出现不同金属的电磁性差别较大的情况，也会有有磁金属与无磁金属的组合。根据我们所学的知识，知道电子的运动轨迹在磁场中会产生偏移，不难想到，在磁场的作用之下，焊接过程中的电弧也会产生偏移，如果不想办法进行修正，可能会使有磁金属一侧熔化过多，而无磁金属那一侧则可能出现未熔合的情况。

1.2.2异种金属的相容性

固溶体指存在不同的组分的时候，一种组分里溶解、分布了其他组分的单一均匀的晶态固体。我们的研究内容要使用两种不同的金属进行焊接，不同的合金元素相互作用，在后来焊接凝固的时候，形成新的相，也就是固溶体。不同的金属元素相互作用，其有关的性质也就是在冶金学上所提的相容性。如果异种金属之间存在相容性，那么在理论上我们是可以对他们进行焊接的，形成的组织也会是均匀的。

异种金属相容性的影响因素包括晶格类型、金属原子的大小、金属在元素周期表中的位置，如果均相同或相近满足全部的条件，那么理论上是可以达成无限的溶解，也叫作无限固溶体。而如果异种金属之间只能够满足上面条件中的一部分，那么则形成有限固溶体，只能有限的溶解。所以对我们通常所要完成的异种金属焊接来说都是采用固态焊接要比熔化焊接好^[4]。

1.2.3奥氏体不锈钢与珠光体钢焊接时存在的问题

珠光体钢多用于动力机械，而奥氏体不锈钢的用途也十分广泛，两种形成的异种钢焊接应用于石化等行业，关于他们之间焊接的问题也得到了广泛的研究，主要存在的问题包括以下几个方面：

（1）焊接过程中焊缝成分被稀释

异种钢焊接形成的焊缝成分的决定因素有：母材、填充金属以及母材的熔合比。当我们对奥氏体不锈钢和珠光体钢进行焊接的时候，我们所选择的填充金属一般是富含铬、镍的奥氏体钢或者镍基合金。当我们焊接时，温度升高、母材熔化，不可避免的稀释了焊缝的成分，此时我们可以通过舍弗勒相图确定稀释后的组织^[5]。

（2）碳迁移

我们通常会将奥氏体钢与珠光体钢的异种钢焊接接头假设一个高温的条件，而事实上成品也多用于这样的工作环境，这种情况下，熔合线的珠光体一侧的碳容易通过焊缝边界向另一侧进行扩散，这样原珠光体那一侧就流失碳，形成脱碳层，与之对应的，在奥氏体那一侧会形成增碳层。

脱碳层相对来说硬度低、质软，而增碳层则会有碳析出，显然会增大此处的脆性，减弱耐腐蚀性能。

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