不銹鋼是指主加元素Cr高于12%,能使鋼處于鈍化狀態(tài)、又具有不銹鋼特性的鋼。不銹鋼根據(jù)其顯微組織分為鐵素體型、馬氏體型、奧氏體型、奧氏體+鐵素體型和沉淀硬化型不銹鋼。奧氏體不銹鋼通常在常溫下的組織為純奧氏體,也有一些為奧氏體+少量鐵素體,這種少量鐵素體有助于防止熱裂紋。
一、奧氏體不銹鋼的焊接特點(diǎn):
1、容易出現(xiàn)熱裂紋。
防止措施1)盡量使焊縫金屬呈雙相組織,鐵素體的含量控制在3-5%以下。因?yàn)殍F素體能大量溶解有害的S、P雜質(zhì)。（2）盡量選用堿性藥皮的優(yōu)質(zhì)焊條,以限制焊縫金屬中S、P、C等的含量。
2、晶間腐蝕:根據(jù)貧鉻理論,焊縫和熱影響區(qū)在加熱到450-850℃敏化溫度區(qū)時(shí)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。
防止措施:（1）采用低碳或超低碳的焊材,如A002等;采用含鈦、鈮等穩(wěn)定化元素的焊條,如A137、A132等。（2）由焊絲或焊條向焊縫熔入一定量的鐵素體形成元素,使焊縫金屬成為奧氏體+鐵素體的雙相組織,(鐵素體一般控制在4-12%)。（3）減少焊接熔池過熱,選用較小的焊接電流和較快的焊接速度,加快冷卻速度。（4）對耐晶間腐蝕性能要求很高的焊件進(jìn)行焊后穩(wěn)定化退火處理
3、應(yīng)力腐蝕開裂:應(yīng)力腐蝕開裂是焊接接頭在特定腐蝕環(huán)境下受拉伸應(yīng)力作用時(shí)所產(chǎn)生的延遲開裂現(xiàn)象。奧氏體不銹鋼焊接接頭的應(yīng)力腐蝕開裂是焊接接頭比較嚴(yán)重的失效形式,表現(xiàn)為無塑性變形的脆性破壞。
應(yīng)力腐蝕開裂防止措施1)合理制定成形加工和組裝工藝,盡可能減小冷作變形度,避免強(qiáng)制組裝,防止組裝過程中造成各種傷痕(各種組裝傷痕及電弧灼痕都會(huì)成為SCC的裂源,易造成腐蝕坑)。(2)合理選擇焊材:焊縫與母材應(yīng)有良好的匹配,不產(chǎn)生任何不良組織,如晶粒粗化及硬脆馬氏體等;(3)采取合適的焊接工藝:保證焊縫成形良好,不產(chǎn)生任何應(yīng)力集中或點(diǎn)蝕的缺陷,如咬邊等;采取合理的焊接順序,降低焊接殘余應(yīng)力水平;(4)消除應(yīng)力處理:焊后熱處理,如焊后完全退火或退火;在難以實(shí)施熱處理時(shí)采用焊后錘擊或噴丸等。(5)生產(chǎn)管理措施:介質(zhì)中雜質(zhì)的控制,如液氨介質(zhì)中的O2、N2、H2O等;液化石油氣中的H2S;氯化物溶液中的O2、Fe3+、Cr6+等;防蝕處理:如涂層、襯里或陰極保護(hù)等;添加緩蝕劑。
4、焊縫金屬的低溫脆化:對于奧氏體不銹鋼焊接接頭,在低溫使用時(shí),焊縫金屬的塑韌性是關(guān)鍵問題。此時(shí),焊縫組織中的鐵素體的存在總是惡化低溫韌性。
防止措施:通過選用純奧氏體焊材和調(diào)整焊接工藝獲得單一的奧氏體焊縫。
5、焊接接頭的σ相脆化:焊件在經(jīng)受一定時(shí)間的高溫加熱后會(huì)在焊縫中析出一種脆性的σ相,導(dǎo)致整個(gè)接頭脆化,塑性和韌性顯著下降。σ相的析出溫度范圍650-850℃。在高溫加熱過程中,σ相主要由鐵素體轉(zhuǎn)變而成。加熱時(shí)間越長,σ相析出越多。
防止措施1)限制焊縫金屬中的鐵素體含量(小于15%);采用超合金化焊接材料,即高鎳焊材。(2)采用小規(guī)范,以減小焊縫金屬在高溫下的停留時(shí)間;(3)對已析出的σ相在條件允許時(shí)進(jìn)行固溶處理,使σ相溶入奧氏體。
二、奧氏體不銹鋼的焊條選用要點(diǎn):
不銹鋼主要用于耐腐蝕,但也用作耐熱鋼和低溫鋼。因此,在焊接不銹鋼時(shí),焊條的性能必須與不銹鋼的用途相符。不銹鋼焊條必須根據(jù)母材和工作條件(包括工作溫度和接觸介質(zhì)等)來選用。
1、一般來說,焊條的選用可參照母材的材質(zhì),選用與母材成分相同或相近的焊條。如:A102對應(yīng)0Cr19Ni9;A137對應(yīng)1Cr18Ni9Ti。
2、由于碳含量對不銹鋼的抗腐蝕性能有很大的影響,因此,一般選用熔敷金屬含碳量不高于母材的不銹鋼焊條。如316L必須選用A022焊條。
3、奧氏體不銹鋼的焊縫金屬應(yīng)保證力學(xué)性能。可通過焊接工藝評定進(jìn)行驗(yàn)證。
4、對于在高溫工作的耐熱不銹鋼(奧氏體耐熱鋼),所選用的焊條主要應(yīng)能滿足焊縫金屬的抗熱裂性能和焊接接頭的高溫性能。
(1) 對Cr/Ni≥1的奧氏體耐熱鋼,如1Cr18Ni9Ti等,一般均采用奧氏體-鐵素體不銹鋼焊條,以焊縫金屬中含2-5%鐵素體為宜。鐵素體含量過低時(shí),焊縫金屬抗裂性差;若過高,則在高溫長期使用或熱處理時(shí)易形成σ脆化相,造成裂紋。如A002、A102、A137。
在某些特殊的應(yīng)用場合,可能要求采用全奧氏體的焊縫金屬時(shí),可采用比如A402、A407焊條等。
(2)對Cr/Ni<1的穩(wěn)定型奧氏體耐熱鋼,如Cr16Ni25Mo6等,一般應(yīng)在保證焊縫金屬具有與母材化學(xué)成分大致相近的同時(shí),增加焊縫金屬中Mo、W、Mn等元素的含量,使得在保證焊縫金屬熱強(qiáng)性的同時(shí),提高焊縫的抗裂性。如采用A502、A507。
5、對于在各種腐蝕介質(zhì)中工作的耐蝕不銹鋼,則應(yīng)按介質(zhì)和工作溫度來選擇焊條,并保證其耐腐蝕性能(做焊接接頭的腐蝕性能試驗(yàn))。
(1)對于工作溫度在300℃以上、有較強(qiáng)腐蝕性的介質(zhì),須采用含有Ti或Nb穩(wěn)定化元素或超低碳不銹鋼焊條。如A137或A002等。
(2)對于含有稀硫酸或鹽酸的介質(zhì),常選用含Mo或含Mo和Cu的不銹鋼焊條如:A032、A052等。
(3)工作,腐蝕性弱或僅為避免銹蝕污染的設(shè)備,方可采用不含Ti或Nb的不銹鋼焊條。
為保證焊縫金屬的耐應(yīng)力腐蝕能力,采用超合金化的焊材,即焊縫金屬中的耐蝕合金元素(Cr、Mo、Ni等)含量高于母材。如采用00Cr18Ni12Mo2類型的焊接材料(如A022)焊接00Cr19Ni10焊件。
6、對于在低溫條件下工作的奧氏體不銹鋼,應(yīng)保證焊接接頭在使用溫度的低溫沖擊韌性,故采用純奧氏體焊條。如A402、A407。
7、也可選用鎳基合金焊條。如采用Mo達(dá)9%的鎳基焊材焊接Mo6型超級奧氏體不銹鋼。
8、焊條藥皮類型的選擇:
(1) 由于雙相奧氏體鋼焊縫金屬本身含有一定量的鐵素體,具有良好的塑性和韌性,從焊縫金屬抗裂性角度進(jìn)行比較,堿性藥皮與鈦鈣型藥皮焊條的差別不像碳鋼焊條那樣顯著。因此在實(shí)際應(yīng)用中,從焊接工藝性能方面著眼較多,大都采用藥皮類型代號為17或16的焊條(如A102A、A102、A132等)。
(2)只有在結(jié)構(gòu)剛性很大或焊縫金屬抗裂性較差(如某些馬氏體鉻不銹鋼、純奧氏體組織的鉻鎳不銹鋼等)時(shí),才 考慮選用藥皮代號為15的堿性藥皮不銹鋼焊條(如A107、A407等)。
綜上所述,奧氏體不銹鋼的焊接是有其獨(dú)特特點(diǎn)的,奧氏體不銹鋼的焊接時(shí)焊條選用尤其值得注意,只有這樣才能達(dá)到針對不同材料實(shí)施不同的焊接方法和不同材料的焊條,不銹鋼焊條必須根據(jù)母材和工作條件(包括工作溫度和接觸介質(zhì)等)來選用。這樣才有可能能達(dá)到所預(yù)期的焊接質(zhì)量。
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