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本帖最后由 twq19810302 于 2023-4-19 15:49 编辑
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奥氏体不锈钢在焊接特点:焊接过程中的弹、塑性应力和应变量很大,却极少出现冷裂纹。焊接接头不存在淬火硬化区及晶粒粗大化,故焊缝抗拉强度较高。
2 {( v4 @2 p; ?1 v* Z奥氏体不锈钢焊接主要问题:焊接变形较大;因其晶界特性和对某些微量杂质(S、P)敏感,易产生热裂纹。 U3 @: N$ X9 D H
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9 [+ w8 z1 S0 S( c- q N奥氏体不锈钢的5大焊接问题及处理措施
4 n; g, O2 K u3 O: k1 i& a8 Z- u01碳化铬的形成,降低焊接接头抗晶间腐蚀能力。
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晶间腐蚀:根据贫铬理论,焊缝和热影响区在加热到450-850℃敏化温度区时在晶界上析出碳化铬,造成贫铬的晶界,不足以抵抗腐蚀的程度。
& }8 _( W2 H# @. g(1)针对焊缝晶间腐蚀和目材上敏化温度区腐蚀,可采用下列措施加以限制:
3 }1 y/ P$ K. |. W6 z( h8 \7 }a.减少母材及焊缝的含碳量,母材中添加稳定化元素Ti、Nb等元素使之优先形成MC,以避免Cr23C6形成。
$ L) L& T: x; ]) @2 E% Fb.使焊缝形成奥氏体加少量铁素体的双相组织。焊缝中存在一定数量的铁素体时,可细化晶粒,增加晶粒面积,使晶界单位面积上的碳化铬析出量减少。* R/ q8 N4 C1 M
铬在铁素体中溶解度较大,Cr23C6优先在铁素体中形成,而不致使奥氏体晶界贫铬;散步在奥氏体之间的铁素体,可防止腐蚀沿晶界向内部扩散。
8 e+ p" U0 j( C v: Ic.控制在敏化温度区间的停留时间。调整焊接热循环,尽可能缩短600~1000℃的停留时间,可选择能量密度高的焊接方法(如等离子氩弧焊),) I& l2 u e7 E4 R7 X2 P
选用较小的焊接线能量,焊缝背面通氩气或采用铜垫增加焊接接头的冷却速度,减少起弧、收弧次数以避免重复加热,多层焊时与腐蚀介质的接触面尽可能最后施焊等。
7 x4 g) h. m5 y4 G) I8 e& b! Sd.焊后进行固溶处理或稳定化退火(850~900℃)保温后空冷,以使碳化物充分析出,并使铬加速扩散 )。
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. ^) o7 U# E" y, Z N6 n (2)、焊接接头的刀状腐蚀,为此,可采取如下预防措施:: t% O* }5 j; j& L
由于碳的扩散能力较强,在冷却过程中将偏聚在晶界形成过饱和状态,而Ti、Nb则因扩散能力低而留于晶体内。当焊接接头在敏化温度区间再次加热时,过饱和碳将在晶间以Cr23C6形式析出。+ ]8 G* E7 {$ q; H
a.降低含碳量。对于含有稳定化元素的不锈钢,含碳量不应超过0.06%。
$ t: _: c% N. v! L( L _b.采用合理的焊接工艺。选择较小的焊接线能量,以减少过热区在高温停留时间,注意避免在焊接过程中产生“中温敏化”效果。
7 D5 l& w T" @3 m. V$ o$ D双面焊时,与腐蚀介质接触的焊缝应最后施焊(这是大直径厚壁焊管内焊在外焊之后进行的原因所在),如不能实施则应调整焊接规范及焊缝形状,尽量避免与腐蚀介质接触的过热区再次受到敏化加热。: Y: b$ P* f# V! U+ G4 q, v% b
c.焊后热处理。焊后进行固溶或稳定化处理。) M2 ^7 P4 K. ~. h5 o, u
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02应力腐蚀开裂
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可采用下列措施防止应力腐蚀开裂的发生:+ F( [7 K9 z& d4 R! g. A
a.正确选择材料及合理调整焊缝成分。高纯铬-镍奥氏体不锈钢、高硅铬-镍奥氏体不锈钢、铁素体-奥氏体不锈钢、高铬铁素体不锈钢等具有较好的抗应力腐蚀性能,焊缝金属为奥氏体-铁素体双相钢组织时抗应力腐蚀性良好。. w: s1 _ Y4 K* M; k7 i% y
b.消除或减小残余应力。进行焊后消除应力热处理,采用抛光、喷丸和锤击等机械方法降低表面残余应力。# f4 p0 b X L4 V; E1 E
c.合理的结构设计。以避免产生较大的应力集中。
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5 i1 S( \- A1 @! ~$ p. w 03焊接热裂纹(焊缝结晶裂纹、热影响区液化裂纹)
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; W+ A- A! _' t2 c8 U, j5 ^9 c 热裂纹敏感性主要取决于材料的化学成分、组织与性能。Ni易与S、P等杂质形成低熔点化合物或共晶,硼、硅等的偏析,将促使产生热裂纹。
1 Q7 i/ ~. a6 K7 Q( u% R焊缝易形成方向性强的粗大柱状晶组织,有利于有害杂质和元素的偏析。从而促使形成连续的晶间液膜,提高了热裂纹的敏感性。若焊接不均匀加热,则易形成较大的拉应力,促进焊接热裂纹的产生。; K( {6 x" Y0 ~2 M n+ H! [5 T
防止措施:- q6 K* R4 X; {6 ]" O! }+ M
a.严格控制有害杂质S、P的含量。, t/ ?* _" {) M# y$ P% Y- H% y
b.调整焊缝金属的组织。双相组织焊缝具有良好的抗裂性能,焊缝中的δ相可细化晶粒,消除单相奥氏体的方向性,减少有害杂质在晶界的偏析,且δ相能溶解较多的S、P,并能降低界面能,组织晶间液膜的形成。- }- N& {& m/ s% ]+ b8 S
c.调整焊缝金属合金成分。在单相奥氏体钢中适当增加Mn、C、N的含量,加入少量的铈、镐、钽等微量元素(可细化焊缝组织、净化晶界),可减少热裂纹敏感性。
7 Z! y: P5 E: H G! A9 h6 Z/ j- Od.工艺措施。尽量减小熔池过热,以防止形成粗大的柱状晶,采用小线能量及小截面焊道。
% K5 S! K6 r, f" \* l例如25-20型奥氏体钢易出现液化裂纹。可通过严格限制母材的杂质含量及晶粒度,采用高能量密度的焊接方法、小线能量和提高接头的冷却速度等措施。: C! r8 s C' r
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04焊接接头的脆化. h5 C4 P5 ?$ G( P
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热强钢应保证焊接接头的塑性,防止高温脆化;低温用钢要求具有良好的低温韧性,防止焊接接头发生低温脆断。
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0 E7 T$ ?5 A1 v2 z! R 05焊接变形较大
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因导热率低、膨胀系数大,故焊接变形较大,可采用夹具防止变形。奥氏体不锈钢的焊接方法和焊接材料的选择:( k/ V& v$ x! A- `1 v+ Y" I; j
奥氏体不锈钢可用钨极氩弧焊(TIG)、熔化极氩弧焊(MIG)、等离子氩弧焊(PAW)及埋弧焊(SAW)等方法进行焊接。
2 f9 j" m' F. v0 Q; L( P9 ]% g+ l奥氏体不锈钢因其熔点低、导热系数小、电阻系数大,故焊接电流较小。应采用窄焊缝、窄焊道,减少高温停留时间,防止碳化物析出,减少焊缝收缩应力,降低热裂纹敏感性。
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# O$ W3 x* [ U2 A' [- k: D 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%)铁素体的焊接材料,以保证焊缝良好的抗裂(冷裂、热裂、应力腐蚀开裂)性能。
, W: t% |. w# O6 ~9 |/ X焊缝中不允许或不可能存在铁素体相时,焊材应选用含Mo、Mn等合金元素的焊接材料。' n4 }+ Y" ]4 ~$ S& ?# W$ p( h
焊材中的C、S、P、Si、Nb应尽可能低,Nb在纯奥氏体焊缝中会引起凝固裂纹,但焊缝中有少量铁素体可有效避免。
4 B$ |) g" N2 }/ E/ V7 F K焊后需进行稳定化或消除应力处理的焊接结构,通常选用含Nb的焊接材料。埋弧焊用于焊接中板,Cr、Ni的烧损可通过焊剂和焊丝中合金元素的过渡得到补充;
) H1 \9 V" V; \( d由于熔深大,应注意防止焊缝中心区热裂纹的产生和热影响区耐腐蚀性的降低。应注意选择较细的焊丝和较小的焊接线能量,焊丝需低Si、S、P。
: d2 }8 t- N% [# @0 i l耐热不锈钢焊缝中铁素体含量应不大于5%。Cr、Ni含量大于20%的奥氏体不锈钢,需选用高Mn(6~8%)焊丝,焊剂选用碱性或中性焊剂,以防止向焊缝中增Si,以提高其抗裂性能。
) b$ ]3 ~$ ]: n奥氏体不锈钢专用焊剂增Si极少,可向焊缝过渡合金,补偿合金元素的烧损,以满足焊缝性能和化学成分的要求。: A; D) u- k" @5 j
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