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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。
% |; W" D2 ]+ a$ d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。
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奧氏體不銹鋼的5大焊接問(wèn)題及處理措施
- ?4 |8 n8 T% m/ V6 H1 o' g' u01碳化鉻的形成,降低焊接接頭抗晶間腐蝕能力。4 y+ G! d/ P5 q
3 X8 ]9 |, x1 l0 i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。8 [! B! Z. Y7 o2 q
(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:
& e: ~) S7 T$ M4 R* }0 S( X/ o! r5 \: ]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。
6 U) e3 }5 w3 gb.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。
+ l) e+ w. v! g7 S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。$ Y* P& S1 Q% J! t$ K8 l- v
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),0 O! Z& h( W) }
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。
" I* O/ Q/ }# s, U; _' ]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 )。
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(2)、焊接接頭的刀狀腐蝕,為此,可采取如下預(yù)防措施:
$ M/ u- c; Z X' o, W& a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。: c# e: W2 n( M3 s9 B$ M, S
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%。
- U- m5 D: {1 s5 Xb.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。
! h9 D" p% _- c6 T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。
3 }, u8 ]$ C: H: b! v5 Cc.焊后熱處理。焊后進(jìn)行固溶或穩(wěn)定化處理。1 p2 p9 L' g) G8 R6 s
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& k- u7 r/ M: E& u8 B 02應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂
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1 k1 b+ M: `. k, T( D0 ] 可采用下列措施防止應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的發(fā)生:1 {; ?9 ~3 |. d; H
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。
% i2 y+ k) s9 z7 ?1 rb.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。9 O4 o" q) Q6 ~0 O
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。
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+ D9 M1 n+ `0 H* Z' K/ C 03焊接熱裂紋(焊縫結(jié)晶裂紋、熱影響區(qū)液化裂紋)
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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。
; q/ M# u# T" j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。5 n% I' X2 X1 Z4 c: p+ i% w+ H
防止措施:& j3 b3 o) Z* R+ Z$ }
a.嚴(yán)格控制有害雜質(zhì)S、P的含量。- J |; _8 m* b/ D4 H- C5 W5 S
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、P,并能降低界面能,組織晶間液膜的形成。
3 K' D; j5 a4 K6 ic.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。* m/ l3 W* o. ~2 V
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。8 K" m0 C5 E8 e
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。
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04焊接接頭的脆化
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0 H+ n7 P$ B0 u 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。$ n, d9 U- G( I* Y3 s7 d
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; V# |5 ?" } P, K) k2 J; T1 ? 05焊接變形較大4 ?& L' m' q' U4 p: K7 P. u) r+ r, o* y
. _) P2 ^2 J$ r5 ~ 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:
( a' z ]7 I! u/ ]1 O7 q9 z5 z, `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。
6 J: p) q P8 R- P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。
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. G# R6 m2 G' n! y1 ]1 [: x 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。
* g, b" ]3 \& u) }/ ?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。
6 {' S6 }5 |" |5 n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。
4 t2 j3 S: K8 ?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;6 W8 w' Q7 `* k9 B
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。
5 l8 r) [' u7 u8 Q- T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。
! _- U# t2 e2 L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。8 X; @) A/ Q2 F% x- C; ]
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