一、奥氏体不锈钢的焊接
焊接不锈钢时,如果焊接工艺不当或焊接材料选用不正确,会产生一系列的缺陷。这些缺陷主要有耐蚀性的下降和焊接裂纹的形成,这将直接影响焊接接头的力学性能和焊接接头的质量。
1、奥氏体不锈钢管的焊接性
不锈钢中以奥氏体不锈钢最为常见,奥氏体不锈钢的塑性和韧性很好,具有良好的焊接性,焊接时一般不需要采取特殊的工艺措施。如果焊接材料选用不当或焊接工艺不合理时,会使焊接接头产生如下问题:
1)晶间腐蚀 受到晶间腐蚀的不锈钢,从表面上看来没有痕迹,但在受到应力时即会沿晶界断裂,几乎完全丧失强度。奥氏体钢在焊接不当时,会在焊缝和热影响区造成晶间腐蚀,有时在焊缝和基本金属的熔合线附近发生如刀刃状的晶间腐蚀,称为刃状腐蚀。
2)应力腐蚀 不锈钢在静应力(内应力或外应力)作用下在腐蚀性介质中发生破坏。
3)热裂纹 是奥氏体不锈钢焊接时比较容易产生的一种缺陷,特别是含Ni量较高的奥氏体不锈钢更易产生。因此奥氏体不锈钢产生热裂纹的倾向要比低碳钢大得多。
4)焊接接头脆化 奥氏体不锈钢的焊缝在高温(375~875)℃加热一段时间后,常会出现冲击韧性下降的现象,称为脆化。常见的脆化有:475℃脆化,σ相脆化。
2、焊接方法的选择 奥氏体不锈钢具有较好的焊接性,可以采用焊条电弧焊、埋弧焊、惰性气体保护焊和等离子弧焊等熔焊方法,并且焊接接头具有相当好的塑性和韧性。一般不应用电渣焊。
3、焊接材料的选择 奥氏体不锈钢焊接材料的选用原则,应使焊缝金属的合金成分与母材成分基本相同,并尽量降低焊缝金属中的含碳量和S、P等杂质的含量。
4、焊前准备
a、下料方法的选择 机械切割、等离子弧切割及碳弧气刨等,机械切割最常用的有剪切、刨削等。
b、坡口的制备 适当减小V形坡口角度,当板厚大于10mm时,应尽量选用焊缝界面较小的U形坡口。
c、焊前清理 将坡口两侧20~30mm范围内的焊件表面清理干净,如有油污,可用丙酮或酒精等有机溶剂擦拭。对表面质量要求特别高的焊件,应在适当范围内涂上用白亚+土调制的糊浆,以防飞溅金属损伤表面。
d、表面防护 避免损伤钢材表面,不允许用利器划伤钢板表面,不允许随意到处引弧等。
5、焊接工艺参数的选择
焊接奥氏体不锈钢时,应控制焊接热输入和层间温度,以防止热影响区晶粒长大及碳化物析出。
a、焊条电弧焊 由于奥氏体不锈钢的电阻较大,焊接时产生的电阻热较大,同样直径的焊条,焊接电流值应比低碳钢焊条降低20%左右。焊条长度亦应比碳素钢焊条短,以免在焊接时由于药皮的迅速发红而失去保护作用。奥氏体不锈钢焊条即使选用酸性焊条,最好也采用直流反接施焊,因为此时焊件是负极,温度低,受热少,而且直流电源稳定,也有利于保证焊缝质量,此外在焊接过程中,应注意提高焊接速度,同时焊条不作横向摆动,这样可有效地防止晶间腐蚀、热裂纹及变形的产生。
b、钨极氩弧焊 对于钨极氩弧焊一般采用直流正接,这样可以防止因电级过热而造成焊缝中渗钨的现象。
c、熔化极氩弧焊 一般采用直流反接法。为了获得稳定的喷射过渡形式,要求电流大于临界电流值。
d、埋弧焊 应用不如在低合金钢焊接中那样普遍。
6、奥氏体不锈钢的焊后处理 为增加奥氏体不锈钢的耐蚀性,焊后应对其进行表面处理,处理的方法有表面抛光、酸洗和钝化处理。
7、焊后检验 焊后除了要进行一般焊接缺陷的检验外,还要进行耐蚀性试验。
二、铁素体不锈钢焊接工艺
1、铁素体不锈钢焊接时热影响区晶粒急剧长大而形成粗大的铁素体。由于铁素体钢加热时没有相转变发生,这种晶粒粗大现象会造成铭明显脆化,而且也使冷裂纹倾向加大。此外,焊接时,在温度高于1000℃的熔合线附近快速冷却时会产生晶间腐蚀,但经650~850℃加热并随后缓冷就可以加以消除。
2、铁素体不锈钢焊接工艺要点:
a、铁素体不锈钢只采用焊条电弧焊进行焊接,为了减小475℃脆化,避免焊接时产生裂纹,焊前可以预热,预热温度为70~150℃。
b、 焊接时,尽量缩短在430~480℃之间的加热或冷却时间。
c、为防止过热,尽量减少热输入,例如焊接时采用小电流、快速焊,焊条最好不要摆动,尽量减少焊缝截面,不要连续焊,即待前道焊缝冷却到预热温度时再焊下一道焊缝,多层焊时要控制层间温度。
d、对于厚度大的焊件,为减少焊接应力,每道焊缝焊完后,可用小锤轻轻敲击。
e、焊后常在700~750℃之间退火处理,这种焊后热处理可以改善接头韧性及塑性。
三、马氏体不锈钢焊接工艺
1、马氏体不锈钢的焊接性:
马氏体不锈钢在焊接时有较大的晶粒粗化倾向,特别是多数马氏体钢其成分特点使其组织往往处在马氏体——铁素体的边界上。在冷却速度较小时近缝区会出现粗大的铁素体和碳化物组织,使其塑性和韧性显著下降;冷却速度过大时,由于马氏体不锈钢具有较大的淬硬倾向,会产生粗大的马氏体组织,使塑性和韧性下降,所以,焊接时冷却速度的控制很重要。并且因其导热性差,马氏体不锈钢焊接时的残余应力也大,容易产生冷裂纹。有氢存在时,马氏体不锈钢还会产生更危险的氢致延迟裂纹。钢中碳含量越高,冷裂纹倾向也越大。此外,马氏体不锈钢也有475℃脆化,但马氏体不锈钢的晶间腐蚀倾向很小。 预热和控制层间温度是防止裂纹的主要手段,焊后热处理可改善接头性能。
2、马氏体不锈钢的焊接工艺要点:
a、为保证马氏体不锈钢焊接接头不产生裂纹,并具有良好的力学性能,在焊接时,应进行预热,一般预热温度在100~400℃之间。
b、焊后热处理是防止延迟裂纹和改善接头性能的重要措施,通常在700~760℃之间加热空冷。
c、 马氏体不锈钢常用的焊接方法是焊条电弧焊,还可以采用埋弧焊、氩弧焊和CO2气体保护焊等方法。采用这些焊接方法时,可采用与母材成分相近的焊丝,如焊接1Cr13钢用H1Cr13焊丝(埋弧焊时配合HJ431焊剂)