d2x说明书常用金属材料的焊接(低温用钢、高锰钢、时效钢、耐热钢） 41 试述Ni9低温用钢的焊接工艺。
Ni9钢是低碳马氏体型低温用钢，其化学成分，见表23。
表23 Ni9钢的化学成分（质量分数）（%）
Ni9钢具有良好的低温韧性和焊接性，常用的焊接方法是手弧焊，其次是埋弧焊和钨极氩弧焊。 ⑴焊接材料 Ni9低温钢常用的焊接材料有Ni的质量分数约60%以上的Inconel型、Ni的质量分数约40%的FeNi基型、Ni的质量分数为13%的奥氏体不锈钢型和Ni11%的铁素体型等，其中Ni基与Fe-Ni基的焊接材料低温韧性好，线膨胀系数与Ni9钢相近，但成本高、屈服点偏低。Ni的质量分数为13%-Cr16%型焊接材料的成本低、屈服点高，但低温韧性稍差，线膨胀系数与Ni9钢有很大差异。
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Ni9钢手弧焊用焊接材料为Ni60Cr15Mo、Ni55Cr22Mo9、Ni67Cr16Mo3、Cr15Ni70Mn4Mo4Nb；埋弧焊用焊接材料为Ni67Cr16Mn3Ti、Ni58Cr22Mo9W；钨极氩弧焊用焊接材料为Ni11、Ni70Mo18CrW。
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⑵焊接工艺焊前一般不预热，当板厚超过50mm时可预热50℃，冷变形超过3%时应进行退火处理，退火火为550～558℃。焊接线能量应控制在45kJ/cm以下，一般常用7～35kJ/cm。
手弧焊时焊条直径不超过4mm。当采用有弧坑裂纹倾向的焊条焊接Ni9钢时，打底焊应采用穿透法焊接，把弧坑尽可能留在背面，以便清根时能把弧坑裂纹消除掉。 埋弧焊时焊丝直径不超过3.2mm。
42 试述0Cr21Ni6Mn9㈠超低温无磁钢的焊接工艺。
0Cr21Ni16Mn9N钢是奥氏体型超低温用钢，其化学成分，见表24。
表24 0Cr21Ni16Mn9N钢的化学成分（质量分数）（%）
㈠此钢由中国科学院金属研究所研制成，目前尚未列入国标中。
连续流砂过滤器0Cr21Ni16Mn9N钢焊接时的主要问题是防止出现热裂纹、降低低温韧性和预防碳化物析出。为此，焊缝中应有一定量的铁素体，以防产生热裂纹，但铁素体的存在又会使低温韧性变坏，磁性增高，目前路轨两用消防车
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0Cr21Ni16Mn9N钢中，焊接时仅在熔合区出现少量铁素体，对低温韧性和磁性影响不大。
0Cr21Ni16Mn9N钢在650～750℃回火时，或被加热到该温度范围的焊接热影响区会沿晶界析出大量碳化物Cr23C6，导致脆性，所以焊接时必须严格控制焊接线能量和层间温度，不能预热和后热，必要时还可采取强迫冷却的措施以防止析出碳化物。
目前，0Cr21Ni16Mn9N钢的焊接仅限于钨极氩弧焊和真空电子束焊，钨极氩弧焊时采用的填充焊丝化学成分，见表25。
表25 填充焊丝的化学成分（质量分数）（%）
焊接根部第一层焊缝时，必须用氩气保护背面，层间温度要控制在100℃以下，背面只能用砂轮打磨清根，不能用碳弧气刨清根，以免渗碳。
43 试述15Mn26Al4超低温用钢的焊接工艺。
15Mn26Al4钢是为了节约Ni、Cr而用Mn、Al代替的奥氏体超低温用钢，工作温度为-253℃，其化学成分见表26。
表26 15Mn26Al4钢的化学成分（质量分数）（%）
焊接15Mn26Al4钢的主要问题是：
⑴铝的过渡系数低铝是一种活泼元素，焊接时特别容易被烧损，过渡系数均小于50%，因此要适当提高焊接材料中铝的含量，但铝是铁素体形成元素，含量过高会出现奥氏体加铁素体的双相组织，给焊丝的冷、热加工带来极大的困难，通常用铬、钼来部分代替铝。
⑵焊缝中的气孔铝的强烈还原作用增加了焊缝产生气孔的倾向。
⑶焊缝中的热裂纹 15Mn26Al4钢焊接时有一定的热裂倾向，在焊缝中有少量铁素体存在时，有助于消除热裂纹。
15Mn26Al4钢焊接时常用的焊接方法是手弧焊、钨极氩弧焊和埋弧焊，焊接材料见表27。
表27 15Mn26Al4钢用焊接材料家庭水景喷泉
焊接工艺参数：
手弧焊焊条ф4.0mm I120mm～140A；ф3.2mm I80mm～110A
埋弧焊焊丝ф4.0mm I450mm～550A；U32～35V，u28～35m/h
44 试述Ni18马氏体时效钢的焊接工艺。
Ni18是马氏体时效超高强钢，当含镍量大于6%时，高温奥氏体冷却至室温时将转变为马氏体组织，再加热至500℃，该马氏体组织仍保持稳定，因此有可能进行时效强化。Ni18马氏体时效钢的优异性能是具有高的屈服点和断裂韧性以及良好的工艺性能，其化学成分，见表28。
表28 Ni18钢的化学成分（质量分数）（%）
焊接Ni18钢的主要问题是：
⑴焊接热影响区的软化 Ni18钢焊接热影响区被加热到800℃以上的区段，完全转变为奥氏体，冷却时转变为粗大的马氏体，性软、硬度低，需经再时效后，才能恢复其硬度。
⑵焊缝金属的强度和韧性下降焊缝中的钛、钼会引起严重偏析，形成逆转奥氏体，使焊缝金属的强度和韧性均下降。
⑶热裂纹倾向由于钢中含锰量少，对硫很敏感，因此焊缝有一定的热裂倾向。钛的硫化物TiS在焊接加热时被液化，冷却过程中在热影响区会形成液化裂纹。
⑷应力腐蚀 Ni18钢在1180～1380℃时会产生一种虽不影响韧性，但对应力腐蚀非常敏感的热脆性。
Ni18钢焊接用的焊丝化学成分，见表29。
表29 Ni18钢焊接用焊丝的化学成分（质量分数）（%）
由于奥氏体向马氏体转变时的温度为155～100℃，所以焊接Ni18时效钢时不应预热，层间温度也应控制在100℃以下，常用的焊接方法有钨极氩弧焊、熔化极氩弧焊和埋弧焊，其中以钨极氩弧焊用得最多。
45 试述奥氏体高锰钢的特点及其焊接性。
奥氏体高锰钢是指碳的质量分数为0.9%～1.3%、、锰的为11%～14%的铸钢。这种钢在1000～1100℃范围内加热时，可以得到单一的奥氏体组织，然后迅速在水中冷却淬火（水韧处理）能保持单相奥氏体状态。奥氏体高锰钢具有很高的韧性，是一种非常强韧的非磁性合金，在冲击载荷作用下，表面层将发生加工硬化而具有高耐磨性，但切削加工困难，仅限于作铸件使用，广泛用于制造要求高耐磨性并承受冲击载荷的零件，牌号为ZGMn13，其化学成分，见表30。
表30 ZGMn13钢的化学成分（质量分数）（%）
ZGMn13高锰钢的焊接较差，焊接时的主要问题是：
⑴热影响区碳化物的析出高锰钢经1050℃水韧处理后，碳全部固溶于奥氏体中，室温下呈单相奥氏体组织，具有良好的韧性，但当重新加热超过250℃时，碳就会沿晶界析出碳化物，使材料的韧性大大下降，
因此焊补后，在热影响区的一个区段内会不同程度地析出碳化物，不仅失去韧性变脆，而且还会降低耐磨性和冲击韧度。解决的措施是加快施焊时焊件的冷却速度，缩短在高温下停留的时间，以减少碳化物的析出。
⑵热裂纹倾向严重 ZGMn13高锰钢的线膨胀系数是低碳钢的1.6倍，但热导率仅是低碳钢的1/6，所以焊接时会产生很大的应力，在S、P有害杂质的作用下，产生焊缝热裂纹和热影响区的液化裂纹。解决的措施是严格控制母材中的S、P含量，特别是焊接材料中的S、P含量；其次是采用锤击焊缝等工艺措施，减少焊接应力。
46 如何正确地选用ZGMn13奥氏体高锰钢焊接时的焊接材料？
⑴焊条用于ZGMn13奥氏体高锰钢焊接的焊条为低碳钢焊芯，并在药皮中加入适量合金元素，使熔敷金属得到高锰钢的化学成分和力学性能。
用于焊接ZGMn13奥氏体高锰钢的焊条有两种类型：一种是高锰钢型焊条D256（EDMn-A-16）和（EDMn-B-16），主要用于堆焊受严重冲击磨料磨损零件，如碎石机颚板等；另一种是Cr-Mn型焊条D276（EDCrMo-B-16）和D277（EDCrMo-B-15），其堆焊金属处于介稳定状态的高锰奥氏体，当受到强烈冲击后转变为马氏体，主要用于耐气蚀的堆焊或高锰钢堆焊，如水轮机叶片、挖掘机斗齿等。
⑵焊丝焊接ZGMn13奥氏体高锰钢用焊丝有Mn-Ni、Mn-Cr、Mn-Mo、Mo-Ni-Cr系高锰钢焊丝和Cr-Ni、Cr-Ni-Mn系合金钢焊丝，其化学成分，见表31。Cr-Ni系焊丝不仅具有较高的耐腐蚀性能，能冲击载荷下能声速被加工硬化，而且还在焊接高锰钢与碳钢或低合金钢的异种钢时容许有较高的稀释，可用来作为高锰钢与碳钢焊接时的填充材料。
表31 ZGMn13高锰钢用焊丝的化学成分（质量分数）（%）
47 试述ZGMn13奥氏体高锰钢的焊接工艺。
焊补或焊接ZGMn13奥氏体高锰钢时，应该采用热源集中、线能量小的焊接方法，如手弧焊、熔化极气体保护焊等，不推荐使用气焊和钨极氩弧焊。
焊补或焊接工艺：
1）焊前必须清理焊补处的泥垢、油垢和铁锈，仔细检查有无起层、裂纹、夹砂、气孔和缩孔等缺陷。若有这些缺陷，必须用砂轮或电弧气刨铲出。磨损的部位必须用砂轮磨去硬化层，因为硬化层的金属对裂纹十分敏感。
