奧氏體不銹鋼在焊接特點(diǎn):焊接過(guò)程中的彈、塑性應(yīng)力和應(yīng)變量很大,卻極少出現(xiàn)冷裂紋。焊接接頭不存在淬火硬化區(qū)及晶粒粗大化,故焊縫抗拉強(qiáng)度較高。奧氏體不銹鋼焊接主要問(wèn)題:焊接變形較大;因其晶界特性和對(duì)某些微量雜質(zhì)(S、P)敏感,易產(chǎn)生熱裂紋。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。(1)針對(duì)焊縫晶間腐蝕和目材上敏化溫度區(qū)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(wěn)定化元素Ti、Nb等元素使之優(yōu)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(shù)量的鐵素體時(shí),可細(xì)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(yōu)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(nèi)部擴(kuò)散。c.控制在敏化溫度區(qū)間的停留時(shí)間。調(diào)整焊接熱循環(huán),盡可能縮短600～1000℃的停留時(shí)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(shù)以避免重復(fù)加熱,多層焊時(shí)與腐蝕介質(zhì)的接觸面盡可能最后施焊等。d.焊后進(jìn)行固溶處理或穩(wěn)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(kuò)散 )。(2)、焊接接頭的刀狀腐蝕,為此,可采取如下預(yù)防措施:由于碳的擴(kuò)散能力較強(qiáng),在冷卻過(guò)程中將偏聚在晶界形成過(guò)飽和狀態(tài),而Ti、Nb則因擴(kuò)散能力低而留于晶體內(nèi)。當(dāng)焊接接頭在敏化溫度區(qū)間再次加熱時(shí),過(guò)飽和碳將在晶間以Cr23C6形式析出。a.降低含碳量。對(duì)于含有穩(wěn)定化元素的不銹鋼,含碳量不應(yīng)超過(guò)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(guò)熱區(qū)在高溫停留時(shí)間,注意避免在焊接過(guò)程中產(chǎn)生“中溫敏化”效果。雙面焊時(shí),與腐蝕介質(zhì)接觸的焊縫應(yīng)最后施焊(這是大直徑厚壁焊管內(nèi)焊在外焊之后進(jìn)行的原因所在),如不能實(shí)施則應(yīng)調(diào)整焊接規(guī)范及焊縫形狀,盡量避免與腐蝕介質(zhì)接觸的過(guò)熱區(qū)再次受到敏化加熱。c.焊后熱處理。焊后進(jìn)行固溶或穩(wěn)定化處理。可采用下列措施防止應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的發(fā)生:a.正確選擇材料及合理調(diào)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(yīng)力腐蝕性能,焊縫金屬為奧氏體-鐵素體雙相鋼組織時(shí)抗應(yīng)力腐蝕性良好。b.消除或減小殘余應(yīng)力。進(jìn)行焊后消除應(yīng)力熱處理,采用拋光、噴丸和錘擊等機(jī)械方法降低表面殘余應(yīng)力。c.合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。以避免產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中。
焊接熱裂紋(焊縫結(jié)晶裂紋、熱影響區(qū)液化裂紋) 熱裂紋敏感性主要取決于材料的化學(xué)成分、組織與性能。Ni易與S、P等雜質(zhì)形成低熔點(diǎn)化合物或共晶,硼、硅等的偏析,將促使產(chǎn)生熱裂紋。焊縫易形成方向性強(qiáng)的粗大柱狀晶組織,有利于有害雜質(zhì)和元素的偏析。從而促使形成連續(xù)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(yīng)力,促進(jìn)焊接熱裂紋的產(chǎn)生。a.嚴(yán)格控制有害雜質(zhì)S、P的含量。b.調(diào)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(xì)化晶粒,消除單相奧氏體的方向性,減少有害雜質(zhì)在晶界的偏析,且δ相能溶解較多的S、c.調(diào)整焊縫金屬合金成分。在單相奧氏體鋼中適當(dāng)增加Mn、C、N的含量,加入少量的鈰、鎬、鉭等微量元素(可細(xì)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(guò)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(xiàn)液化裂紋。可通過(guò)嚴(yán)格限制母材的雜質(zhì)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(qiáng)鋼應(yīng)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(fā)生低溫脆斷。
因?qū)崧实汀⑴蛎浵禂?shù)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(jìn)行焊接。奧氏體不銹鋼因其熔點(diǎn)低、導(dǎo)熱系數(shù)小、電阻系數(shù)大,故焊接電流較小。應(yīng)采用窄焊縫、窄焊道,減少高溫停留時(shí)間,防止碳化物析出,減少焊縫收縮應(yīng)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(yīng)力腐蝕開(kāi)裂)性能。焊縫中不允許或不可能存在鐵素體相時(shí),焊材應(yīng)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(yīng)盡可能低,Nb在純奧氏體焊縫中會(huì)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(jìn)行穩(wěn)定化或消除應(yīng)力處理的焊接結(jié)構(gòu),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(guò)焊劑和焊絲中合金元素的過(guò)渡得到補(bǔ)充;由于熔深大,應(yīng)注意防止焊縫中心區(qū)熱裂紋的產(chǎn)生和熱影響區(qū)耐腐蝕性的降低。應(yīng)注意選擇較細(xì)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(yīng)不大于5%。Cr、Ni含量大于20%的奧氏體不銹鋼,需選用高M(jìn)n(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(guò)渡合金,補(bǔ)償合金元素的燒損,以滿足焊縫性能和化學(xué)成分的要求。
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