奧氏體不銹鋼在焊接特點:焊接過程中的彈、塑性應力和應變量很大,卻極少出現冷裂紋。焊接接頭不存在淬火硬化區及晶粒粗大化,故焊縫抗拉強度較高。奧氏體不銹鋼焊接主要問題:焊接變形較大;因其晶界特性和對某些微量雜質(S、P)敏感,易產生熱裂紋。晶間腐蝕:根據貧鉻理論,焊縫和熱影響區在加熱到450-850℃敏化溫度區時在晶界上析出碳化鉻,造成貧鉻的晶界,不足以抵抗腐蝕的程度。(1)針對焊縫晶間腐蝕和目材上敏化溫度區腐蝕,可采用下列措施加以限制:a.減少母材及焊縫的含碳量,母材中添加穩定化元素Ti、Nb等元素使之優先形成MC,以避免Cr23C6形成。b.使焊縫形成奧氏體加少量鐵素體的雙相組織。焊縫中存在一定數量的鐵素體時,可細化晶粒,增加晶粒面積,使晶界單位面積上的碳化鉻析出量減少。鉻在鐵素體中溶解度較大,Cr23C6優先在鐵素體中形成,而不致使奧氏體晶界貧鉻;散步在奧氏體之間的鐵素體,可防止腐蝕沿晶界向內部擴散。c.控制在敏化溫度區間的停留時間。調整焊接熱循環,盡可能縮短600～1000℃的停留時間,可選擇能量密度高的焊接方法(如等離子氬弧焊),選用較小的焊接線能量,焊縫背面通氬氣或采用銅墊增加焊接接頭的冷卻速度,減少起弧、收弧次數以避免重復加熱,多層焊時與腐蝕介質的接觸面盡可能最后施焊等。d.焊后進行固溶處理或穩定化退火(850～900℃)保溫后空冷,以使碳化物充分析出,并使鉻加速擴散 )。(2)、焊接接頭的刀狀腐蝕,為此,可采取如下預防措施:由于碳的擴散能力較強,在冷卻過程中將偏聚在晶界形成過飽和狀態,而Ti、Nb則因擴散能力低而留于晶體內。當焊接接頭在敏化溫度區間再次加熱時,過飽和碳將在晶間以Cr23C6形式析出。a.降低含碳量。對于含有穩定化元素的不銹鋼,含碳量不應超過0.06%。b.采用合理的焊接工藝。選擇較小的焊接線能量,以減少過熱區在高溫停留時間,注意避免在焊接過程中產生“中溫敏化”效果。雙面焊時,與腐蝕介質接觸的焊縫應最后施焊(這是大直徑厚壁焊管內焊在外焊之后進行的原因所在),如不能實施則應調整焊接規范及焊縫形狀,盡量避免與腐蝕介質接觸的過熱區再次受到敏化加熱。a.正確選擇材料及合理調整焊縫成分。高純鉻-鎳奧氏體不銹鋼、高硅鉻-鎳奧氏體不銹鋼、鐵素體-奧氏體不銹鋼、高鉻鐵素體不銹鋼等具有較好的抗應力腐蝕性能,焊縫金屬為奧氏體-鐵素體雙相鋼組織時抗應力腐蝕性良好。b.消除或減小殘余應力。進行焊后消除應力熱處理,采用拋光、噴丸和錘擊等機械方法降低表面殘余應力。
熱裂紋敏感性主要取決于材料的化學成分、組織與性能。Ni易與S、P等雜質形成低熔點化合物或共晶,硼、硅等的偏析,將促使產生熱裂紋。焊縫易形成方向性強的粗大柱狀晶組織,有利于有害雜質和元素的偏析。從而促使形成連續的晶間液膜,提高了熱裂紋的敏感性。若焊接不均勻加熱,則易形成較大的拉應力,促進焊接熱裂紋的產生。b.調整焊縫金屬的組織。雙相組織焊縫具有良好的抗裂性能,焊縫中的δ相可細化晶粒,消除單相奧氏體的方向性,減少有害雜質在晶界的偏析,且δ相能溶解較多的S、c.調整焊縫金屬合金成分。在單相奧氏體鋼中適當增加Mn、C、N的含量,加入少量的鈰、鎬、鉭等微量元素(可細化焊縫組織、凈化晶界),可減少熱裂紋敏感性。d.工藝措施。盡量減小熔池過熱,以防止形成粗大的柱狀晶,采用小線能量及小截面焊道。例如25-20型奧氏體鋼易出現液化裂紋。可通過嚴格限制母材的雜質含量及晶粒度,采用高能量密度的焊接方法、小線能量和提高接頭的冷卻速度等措施。
熱強鋼應保證焊接接頭的塑性,防止高溫脆化;低溫用鋼要求具有良好的低溫韌性,防止焊接接頭發生低溫脆斷。
因導熱率低、膨脹系數大,故焊接變形較大,可采用夾具防止變形。奧氏體不銹鋼的焊接方法和焊接材料的選擇:奧氏體不銹鋼可用鎢極氬弧焊(TIG)、熔化極氬弧焊(MIG)、等離子氬弧焊(PAW)及埋弧焊(SAW)等方法進行焊接。奧氏體不銹鋼因其熔點低、導熱系數小、電阻系數大,故焊接電流較小。應采用窄焊縫、窄焊道,減少高溫停留時間,防止碳化物析出,減少焊縫收縮應力,降低熱裂紋敏感性。焊材成分尤其是Cr、Ni合金元素要高于母材。采用含有少量(4～12%)鐵素體的焊接材料,以保證焊縫良好的抗裂(冷裂、熱裂、應力腐蝕開裂)性能。焊縫中不允許或不可能存在鐵素體相時,焊材應選用含Mo、Mn等合金元素的焊接材料。焊材中的C、S、P、Si、Nb應盡可能低,Nb在純奧氏體焊縫中會引起凝固裂紋,但焊縫中有少量鐵素體可有效避免。焊后需進行穩定化或消除應力處理的焊接結構,通常選用含Nb的焊接材料。埋弧焊用于焊接中板,Cr、Ni的燒損可通過焊劑和焊絲中合金元素的過渡得到補充;由于熔深大,應注意防止焊縫中心區熱裂紋的產生和熱影響區耐腐蝕性的降低。應注意選擇較細的焊絲和較小的焊接線能量,焊絲需低Si、S、P。耐熱不銹鋼焊縫中鐵素體含量應不大于5%。Cr、Ni含量大于20%的奧氏體不銹鋼,需選用高Mn(6～8%)焊絲,焊劑選用堿性或中性焊劑,以防止向焊縫中增Si,以提高其抗裂性能。奧氏體不銹鋼專用焊劑增Si極少,可向焊縫過渡合金,補償合金元素的燒損,以滿足焊縫性能和化學成分的要求。
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