碳鋼與奧氏體不銹鋼焊接的方法以及所得到的結構技術

焊接碳鋼與奧氏體不銹鋼的方法，它采用了高密度能量束，如激光束或電子束。采用高密度能量束的焊接能有效得到高精度的焊接。為了能夠做到既有高精度又沒有裂紋，還沒有形變，本發明專利技術方法控制了焊接部分的結構，使其成為奧氏體結構與不超過２０％鐵素體結構組成的混和結構。（*該技術在2015年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種利用高密度能量束來焊接碳鋼與奧氏體不銹鋼的方法以及利用這種焊接方法構筑的結構。更詳細點說，本專利技術所涉及的是，用于能量轉移/分配設備的氣體截止器(gas breaker)外套容器接合處的焊接方法，它需要高的可靠性；同時還涉及利用本焊接方法制造的用于能量轉移/分配設備的氣體截止器。利用焊接制造一個結構容器時，由于焊接熱量，導致發生形變和殘余應力。鑒于這個原因，很難制造一個有很高精度的結構容器。尤其是，當焊接能量輸入很高時，這種影響變得很大。當容器有形變時，為了矯正形狀，就需要機械加工，并由此希望減輕形變程度。弧焊，例如二氧化碳弧焊，或是MIG焊法，它們的焊接熱輸入比高密度能量焊接法，如激光焊接或電子束焊接更大。因此，當焊接量很大時。焊接形變和殘余應力會顯著增大。由于焊接速度低，生產率低，并且產生大量煙塵和濺出物。這樣，需要額外的工序清除這些東西，與此同時，工作環境受到破壞。對高密度能量焊接方法的應用，比如說，激光焊接法和電子束焊接法，進行了積極的研究。另一方面，高密度能量焊接法，如激光焊接和電子束焊接，與氣弧焊接法、MIG焊接法相比，能使得熱量的輸入更小，對這種方法在焊接不同類型材料的應用方面同樣也進行了研究。當不同類型的材料，比方說碳鋼和奧氏體不銹鋼，利用焊接的方法焊合到一塊時，在交接處形成的焊縫金屬的成分介于各種不同材料的成分之間。這時，由于兩種材料各成分的混合，可能形成具有較低脆性的馬氏體結構或金屬間化合物。具體地說，在靠近碳鋼一側的焊接邊界上，形成包含了碳和Cr元素形成的金屬間化合物以及極硬極脆的馬氏體結構的金屬結構。由于在不同類型材料的施焊部分，都有可能產生馬氏體結構，這樣，所得到的焊接區會變硬，機械性能下降，不同類型的焊接缺陷，如高溫裂紋和低溫裂紋就有可能產生。采用具有大能量輸入的焊接方法，如二氧化碳弧焊或MIG焊法，可能形成脆性馬氏體結構和金屬間化合物。為了得到一個具有高穩定性和可靠性的焊接區，很有必要采取措施控制交接處焊縫金屬的成分和結構，比如，在碳鋼的一側用一種合適的焊接材料進行精細焊接。采用具有小熱量輸入的高密度能量焊接法時，比如，采用激光焊接和電子束焊接。焊接寬度變小，溶深變大。由于熔融量變小，脆性馬氏體結構和金屬間化合物的絕對生成量可望減少。因此，通過加入少量焊接材料，采用這種焊接可望得到具有足夠高穩定性和可靠性的熔焊區。就水電發電機渦輪盤的葉輪件和心軸件來說，必需具有高的可靠性，葉輪件與水流接觸，它用一種13Cr不銹鋼制做；用一種碳鋼制造心軸件，利用潤滑劑等，可使心軸具有抗腐蝕性能。日本專利公開號132378/1983介紹了一種利用電子束焊接法焊接這種葉輪與心軸的方法，并且通過加入一種純鎳的中間媒體金屬，控制交接處的成份。根據這個方法，可得到的施焊部分的沖擊韌性比不采用添加金屬焊接高。通過加入鎳材料，采用高密度能量束的方法焊接奧氏體不銹鋼和碳鋼時，碳鋼中的雜質元素，如P、S等，擴散到焊縫金屬中，與不銹鋼中的Cr等發生反應，并且在晶界沉淀成一個金屬間化合物層。如果在交接處存在這種化合物層，在焊接后冷卻的時候由于熱應力的原因，可能產生小的裂紋。本專利技術的一個目的是，提供一個采用高密度能量束焊接碳鋼和奧氏體不銹鋼的焊接方法，這種方法得到的焊接部分具有高的韌性，在焊接后不會產生裂紋，并具提供一個利用這種方法制造的一個結構。為達到上述目的，本專利技術提供了一種焊接碳鋼和奧氏體不銹鋼的方法，在這種方法中，高密度能量束用作上述焊接的熱源，得到的焊區的金相結構由奧氏體結構和不超過20％的鐵素體結構的混合結構組成。在上述方法，本專利技術提供了一個焊接碳鋼和奧氏體不銹鋼的方法，其中，高密度能量束用作上述焊接的熱源，采用奧氏體不銹鋼焊接材料填充并用作焊接材料，在焊接部位基體金屬滲進被焊接金屬的滲透比例不超過80％。在上述方法，本專利技術提供了一個焊接碳鋼和奧氏體不銹鋼的方法，其中，高密度能量束用作上述焊接的熱源，填充并加上奧氏體不銹鋼焊接材料。在上述方法，本專利技術提供了一個焊接碳鋼和奧氏體不銹鋼的方法，其中，在焊接時，填充并加上奧氏體不銹鋼焊接材料。在上述方法，控制焊接過程，以使焊道表面一側上的焊縫金屬的寬度與Uranami面上焊縫的寬度大體相等。(Uranami側面亦即焊道表面相對的一側)這一部分焊接區也被稱為根部焊道(封底焊縫)。奧氏體不銹鋼焊接材料傾向于含有如下成分以重量百分比計算，不超過0.15％的C，不超過0.65％的Si，1.0～3.0％的Mn，10～16％的Ni，26～32％的Cr，其余為Fe元素，同時，做為不可避免的雜質，P的含量不能超過0.02％，S不能超過0.02％。焊接材料更傾向于含有以重量百分比計算，不超過0.15％的C，0.65％的Si，1.0～3.0％的Mn，10～16％的Ni，26～32％的Cr，1.0～5.0％的Mo，其余為Fe元素，同時，做為不可避免的雜質，P的含量不能超過0.02％，S不能超過0.02％。在上述方法，傾向于將焊接槽固定在不銹鋼基體金屬一側，并且通過加焊條來完成根部焊道的焊接與多層焊接，以使上面所描述的滲透比不會超過80％。在上述的多層焊接，傾向于利用滲透焊接來完成第二層以及隨后的焊道。在上述方法，更適合于在碳鋼和不銹鋼之間的焊區裝上一個熔融嵌入物(melt insert)進行焊接，這種嵌入物的成份為以重量百分比計算，不超過0.15％的C，不超過0.65％的Si，1.0～3.0％的Mn，10～16％的Ni，26～32％的Cr，其余為Fe元素，并且，做為不可避免的雜質元素，不超過0.02％的P和不超過0.02％的S。同樣，優選地在碳鋼和不銹鋼之間的焊接部分同時采用焊條進行焊接，這種焊條含有，以重量百分比計算，不超過0.15％的C，0.65％的Si，1.0～3.0％的Mn，10～16％的Ni，26～32％的Cr，其余為Fe，并且做為不可避免的雜質，不超過0.02％的P和不超過0.02％的S。本專利技術提供一個由碳鋼與奧氏體不銹鋼組成的結構，這個結構是通過在碳鋼和奧氏體不銹鋼之間焊接形成一個焊接部分制造出來的，焊接時，高密度能量束用作熱源，焊接部分的金相結構是奧氏體結構和不超過20％的鐵素體結構的混合結構。在包括碳鋼和奧氏體不銹鋼的結構中，本專利技術提供一個包括一種碳鋼和一種奧氏體不銹鋼的結構，采用高密度能量束作為熱量，在碳鋼和奧氏體不銹鋼之間焊接成一個焊接部分，并且，在焊接部分，基體金屬進入焊縫金屬的滲透比不超過80％。在包括碳鋼和奧氏體不銹鋼的結構中，本專利技術提供了一個包括一種碳鋼和一種奧氏體不銹鋼的結構，即利用高密度能量束作為熱源，在這種碳鋼和這種不銹鋼之間焊接成一個焊接部分，這樣來制造這種結構，并且焊接部分的金屬結構是奧氏體結構和不超過20％的鐵素體的混合結構，同時，基體金屬進入焊縫金屬的滲透比不超過80％。就能量轉移/分配設備上氣體截止器或氣體絕緣開關設備(gasinsulated switch apparatus)的護套而言，這種外套由一種碳鋼的法蘭和一種奧氏體不銹鋼鋼管組成，本專利技術提供了一種能量轉換/分配設備上氣體截止器或氣體絕緣開關設備的護套，在這個護套上，利用高密度能量束做為熱源，在法蘭與鋼管之間通過焊接焊形成焊接區，并且焊接部本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種利用高密度能量束將一種由碳鋼組成的基體金屬，焊接到另一種由奧氏體不銹鋼組成的基體金屬上的焊接方法，包括：利用由奧氏體不銹鋼組成的焊接材料來形成焊縫，其中焊接部分至少有一部分的金相結構是混和結構，這種結構由奧氏體和重量百分比不超過２０％的鐵素體組成。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：小沼勉，松本俊美，谷田正三，后藤浩二，松島修，鈴木秀夫，米澤立雄，村下雅紀，
申請(專利權)人：株式會社日立制作所，
類型：發明
國別省市：JP[日本]