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本帖最后由 twq19810302 于 2023-4-19 15:49 編輯 7 N$ Y3 Y0 h" H- Z- Q0 K
( n+ \! n! s6 V, X2 R& X$ n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。
& l9 s" ?0 i/ v3 m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。( r2 T5 K+ D2 \- U: l
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奧氏體不銹鋼的5大焊接問題及處理措施 $ h& t Q; |% T1 K' K0 A
01碳化鉻的形成,降低焊接接頭抗晶間腐蝕能力。- F F* f& R* O3 J5 F' M1 B
3 ^# Q% V& o; ^, v( H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。
+ L$ { v8 v$ a+ R( T(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:
1 O" q! ~. J/ T4 t- ^9 Ia.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。
8 w' G* N0 r6 T, sb.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。
s5 {. _. e1 o1 R9 e9 T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。
2 w: j' M! Y' O. T+ z+ V! r' jc.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),: s. m' h( i( e% t, P+ E A% [
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。7 V! r* X, `, z7 f m. Y
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 )。7 i* N9 u8 R6 ?8 p3 b! D/ `
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(2)、焊接接頭的刀狀腐蝕,為此,可采取如下預防措施:3 ]3 t- |4 N: @% _
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。
. T. b( O- H& G$ j1 o2 ^5 q2 Ba.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%。
7 E: C+ Q% q4 _: ~+ p; | \# Tb.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。
: K( `; `5 x1 J9 ?5 t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* a1 h6 T g4 f" c2 Gc.焊后熱處理。焊后進行固溶或穩定化處理。
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02應力腐蝕開裂
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) F; k: A0 f, x. Q 可采用下列措施防止應力腐蝕開裂的發生:' y0 \. x7 |# c* x
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。
/ J( s0 h& t, m( o3 b( qb.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。
: H' e# D% {2 F9 R1 d4 hc.合理的結構設計。以避免產生較大的應力集中。
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03焊接熱裂紋(焊縫結晶裂紋、熱影響區液化裂紋): l' F$ p& Y& V/ a5 V
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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。8 f$ i, }, U0 ]7 e1 ?
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。
8 K- J) [: v. v. L8 i0 Q% n) T防止措施:
6 N% T) V! y5 k' x/ l/ Na.嚴格控制有害雜質S、P的含量。
5 Y5 W, g6 n7 U1 Ib.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、P,并能降低界面能,組織晶間液膜的形成。
3 L; A# u" [+ |( N. Q( ^5 [- wc.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。
: j5 h: C+ d. j) gd.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。( D) [$ |. T1 [' w1 E/ @9 C! `
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。
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04焊接接頭的脆化
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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。' w8 {: S5 M: v
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05焊接變形較大+ f, R4 S7 V' W2 w' I6 ^7 t
: i1 Y# X( ~2 q" C* [: R9 q 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:
$ c' H" O* ~+ `5 K4 b) M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。
* |0 r1 O: a5 f* D& ~. ^' u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。
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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。
. x% n2 G- W5 ?5 w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。
- {3 Q0 G( S9 k, Q$ k* V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。; F+ ^5 h$ ~/ ]% l0 v& [! K
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;
. y. l3 y! n8 \7 s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。
* j: [/ I$ r+ x% B, N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。; b' V3 u7 T# ~
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。2 v3 j; p" h6 v- a2 R5 `
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