奥氏体不锈钢在焊接特性:焊接过程中的弹、塑性应力和应变量很大,却极少呈现冷裂纹。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。 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。 奥氏体不锈钢的5大焊接问题及处置措施 01 碳化铬的构成,降低焊接接头抗晶间腐蚀才干。 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,构成贫铬的晶界,缺乏以抵御腐蚀的程度。
(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.减少母材及焊缝的含碳量,母材中添加稳定化元素Ti、Nb等元素使之优先构成MC,以避免Cr23C6构成。
b.使焊缝构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。 铬在铁素体中溶解度较大,Cr23C6优先在铁素体中构成,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。
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), 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。
d.焊后中止固溶处置或稳定化退火(850~900℃)保温后空冷,以使碳化物充分析出,并使铬加速扩散 )。
(2)、焊接接头的刀状腐蚀,为此,可采取如下预防措施: 由于碳的扩散才干较强,在冷却过程中将偏聚在晶界构成过饱和状态,而Ti、Nb则因扩散才干低而留于晶体内。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方式析出。 a.降低含碳量。关于含有稳定化元素的不锈钢,含碳量不应超越0.06%。 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,留意避免在焊接过程中产生“中温敏化”效果。 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中止的缘由所在),如不能实施则应调整焊接规范及焊缝外形,尽量避免与腐蚀介质接触的过热区再次遭到敏化加热。 c.焊后热处置。焊后中止固溶或稳定化处置。 02 应力腐蚀开裂 可采用下列措施防止应力腐蚀开裂的发作: 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。 b.消弭或减小剩余应力。中止焊后消弭应力热处置,采用抛光、喷丸和锤击等机械方法降低表面剩余应力。 c.合理的结构设计。以避免产生较大的应力集中。 03 焊接热裂纹(焊缝结晶裂纹、热影响区液化裂纹) 热裂纹敏理性主要取决于材料的化学成分、组织与性能。Ni易与S、P等杂质构成低熔点化合物或共晶,硼、硅等的偏析,将促使产生热裂纹。 焊缝易构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。从而促使构成连续的晶间液膜,进步了热裂纹的敏理性。若焊接不均匀加热,则易构成较大的拉应力,促进焊接热裂纹的产生。 防止措施: a.严厉控制有害杂质S、P的含量。
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,消弭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,组织晶间液膜的构成。
c.调整焊缝金属合金成分。在单相奥氏体钢中恰当增加Mn、C、N的含量,参与少量的铈、镐、钽等微量元素(可细化焊缝组织、净化晶界),可减少热裂纹敏理性。
d.工艺措施。尽量减小熔池过热,以防止构成粗大的柱状晶,采用小线能量及小截面焊道。 例如25-20型奥氏体钢易呈现液化裂纹。可经过严厉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、小线能量和进步接头的冷却速度等措施。 04 焊接接头的脆化 热强钢应保证焊接接头的塑性,防止高温脆化;低温用钢恳求具有良好的低温韧性,防止焊接接头发作低温脆断。 05 焊接变形较大 因导热率低、收缩系数大,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: 奥氏体不锈钢可用钨极氩弧焊(TIG)、凝结极氩弧焊(MIG)、等离子氩弧焊(PAW)及埋弧焊(SAW)等方法中止焊接。 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,降低热裂纹敏理性。 焊材成分特别是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。 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。 焊材中的C、S、P、Si、Nb应尽可能低,Nb在纯奥氏体焊缝中会惹起凝固裂纹,但焊缝中有少量铁素体可有效避免。 焊后需中止稳定化或消弭应力处置的焊接结构,通常选用含Nb的焊接材料。埋弧焊用于焊接中板,Cr、Ni的烧损可经过焊剂和焊丝中合金元素的过渡得到补充; 由于熔深大,应留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。应留意选择较细的焊丝和较小的焊接线能量,焊丝需低Si、S、P。 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,以进步其抗裂性能。 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恳求。