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在腐蚀性介质中工作时,为了提高阀门耐蚀性,需要在和液体接触的内部涂装耐蚀涂层。但是,在闸阀的滑动工作表面上不能涂装,需要采取堆焊一层耐腐蚀不锈钢层,以提高阀门工作表面的耐蚀性。然而,由于铸铁是一种焊接性能很差的材料,极易产生焊接裂纹。因此,在阀门工作面上堆焊不锈钢耐蚀层时,常常在焊接热影响区和过渡层中出现裂纹而导致堆焊层报废。并且,铸铁的含碳量高,还容易在堆焊层出现硬质相难以加工的现象。本文以球墨铸铁、灰铸铁阀门堆焊不锈钢为研究对象,选择在材料为Q450-10、HT250的试样上堆焊A102、A402不锈钢焊条。通过对堆焊接头微观组织观察分析,并借助有限元分析软件ANSYS模拟堆焊过程温度场分布、焊后残余应力分布,研究铸铁堆焊不锈钢裂纹形成机理。论文主要研究结论如下: (1)在QT450-10上堆焊单层的奥氏体不锈钢A402时,在堆焊层热影响区的高温区和熔合区出现碳化物和针状马氏体组织,由于铸铁中的碳向焊缝中的溶解和扩散,在焊缝区也出现了碳化物组织。经过对堆焊区焊接应力场的有限元模拟分析,堆焊后,在熔合区的残余应力达到最大值(260Mpa)。脆性组织和残余应力的综合作用是球墨铸铁堆不锈钢单层焊焊后裂纹产生的根本原因。 (2)在QT450-10材料上,先采用镍铁焊条堆焊Z408一层薄过渡层,然后,再堆焊 A102。结果表明:由于采用了较小的焊接电流,堆焊层热影响区中碳化物明显减少,镍铁合金的隔离作用,减少了铸铁中的碳向焊缝扩散,焊缝中的碳化物显著减少。由于堆焊Z408过渡层时焊接热输入较低,且镍铁合金层有效的减少了铸铁和不锈钢之间的线收缩率差异,降低了焊后残余应力低。因此,与QT450-10单层焊相比,采用QT450-10双层焊焊接裂纹敏感性低。 (3)在HT250材料上堆焊单层的奥氏体不锈钢A402时,在堆焊层热影响区的高温区和熔合区出现马氏体和碳化物组织,同时熔合区还存在磷共晶现象。同时由于焊接残余应力的存在,使得HT250上堆焊单层的奥氏体不锈钢A402时极易发生裂纹。 (4)基于ANSYS有限元平台,模拟结果显示焊后试样焊缝及熔合区残余应力较大,并在熔合区达到最大值(260Mpa)。对于窄厚板,焊接电流对焊后残余应力峰值影响不大,仅表现为焊接线能量的越大,相应的焊接拉应力区的宽度也就越大。焊后残余应力随预热增大而降低。