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本帖最后由 twq19810302 于 2023-4-19 15:49 编辑 ( e; K& |$ H' n+ i8 S# t% K
8 |$ K6 }. l1 ~/ k- A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。 G! B/ z! z4 }+ a" K# h& B
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。
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7 D; T+ b' S, o% b7 a& y$ O3 V奥氏体不锈钢的5大焊接问题及处理措施 + b; k4 X4 Z! ?$ K
01碳化铬的形成,降低焊接接头抗晶间腐蚀能力。. u8 K1 H* h& x& b
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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。( w' N2 x% J2 T: m8 U
(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:. {% A K3 C$ t& h2 q: o" W9 f0 |/ u
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。. T! m2 B7 E- `; C M$ U! C
b.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。
/ q9 o ?; J! z" i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。! v% d8 s( y9 }% D E+ w
c.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),* E e' [2 y- S9 s F, I
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。5 H6 r, k. p8 L W- s
d.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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' f% D' f* s; ~$ g% I' U* I (2)、焊接接头的刀状腐蚀,为此,可采取如下预防措施:
5 R( H0 E0 X( n2 |$ M$ E3 k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。1 c# m+ |! i) R' C a6 T
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%。
, Z* S; [9 Z- T, Wb.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。
8 j: C. w6 Z7 o, L+ s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。
- i: x3 b3 x8 L+ Jc.焊后热处理。焊后进行固溶或稳定化处理。# v" D9 w, t1 J% V9 E/ O
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02应力腐蚀开裂7 {' U5 l- f. q" a5 u9 M
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可采用下列措施防止应力腐蚀开裂的发生:
2 ~( l, R$ K0 @4 n% M/ }% q+ v. W' Ua.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。# q- z! \7 K; o& l ?! q
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。7 T! N5 j5 |* v4 ?
c.合理的结构设计。以避免产生较大的应力集中。$ `6 `* r! {, u) D0 q
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03焊接热裂纹(焊缝结晶裂纹、热影响区液化裂纹)
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: ~, O5 d- S% P; t' p) A 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。8 c/ z8 f- k8 C1 ]; z0 @: H* f% Y& J
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。' _- n0 l1 W" C' F2 W" q
防止措施:7 K) w4 q# R) U
a.严格控制有害杂质S、P的含量。2 ?9 A% G' S9 u+ P3 g' K
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。
$ t, y) N5 N0 hc.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。" v7 p+ o! T" x9 @3 o' x
d.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。( U9 y) ~, e: r7 I& C q2 U* U
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。
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: k8 m& \4 z% ^9 M04焊接接头的脆化1 o5 ?/ d; l8 z
3 G+ \" B1 ?' v) \/ f' V+ s 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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05焊接变形较大! d5 J7 g1 C, Z4 b+ u* u8 O
# z0 N" n0 X7 S5 ]5 j/ S. c 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:
) F$ x# O+ E% b( [# [- p7 ~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。
3 R2 H; l2 D$ P0 c" a4 v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。0 t7 Y8 @5 u& \$ f9 c$ m' M6 ]
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) X, n4 |+ A. v# L7 X0 Y0 r: e 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。
' e* n8 E; U, r1 T- ]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。
2 s, ~. A$ h9 E9 j/ _8 w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。
m, d9 T5 A' _! i5 j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;
' E4 N+ N% y) z5 r2 {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。
. f" Y+ e2 q% i, R% U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。6 l1 `0 g+ u2 {1 h+ z2 w" @; J
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。
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