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本帖最后由 twq19810302 于 2023-4-19 15:49 编辑
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9 f# T4 h. j" v8 _' M$ ~! }2 c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。
7 D- E3 N) p! i {* {6 J4 k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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* B) {" D- y; `& ~4 v* E V/ O3 o奥氏体不锈钢的5大焊接问题及处理措施
4 M& |# ?& b, _& J* H01碳化铬的形成,降低焊接接头抗晶间腐蚀能力。, L& L, u A% Z: Z
; u* p+ A; C. ~( d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。
1 Q! L7 z- e: R7 D) n$ I(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:6 i- P' |& o0 }# D, q) H( m
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。
$ Z7 D& U) w eb.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。$ }! j) I+ h0 O0 _; l
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 h$ V2 }, J3 \: ^5 ?8 U
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),
" ]% \8 M1 e5 B S. Q, t2 g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' R) ~) T- O8 ]% e/ [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 )。( l. r9 R$ N+ s5 Y" ]0 I; z
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(2)、焊接接头的刀状腐蚀,为此,可采取如下预防措施:# R" k4 z1 y* s. M1 P) m# @% a4 a
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。
" g4 j- i+ G" i7 Ia.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%。4 Z( e8 D- c2 W1 H* X
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。
* v- n- q* g* l+ V1 L3 i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。3 _+ ?$ O5 L! m7 s, q, h2 ^
c.焊后热处理。焊后进行固溶或稳定化处理。
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02应力腐蚀开裂7 Z, }( ]% W& F, \" s& @( X2 L. i
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可采用下列措施防止应力腐蚀开裂的发生:
* }$ }- a; M& p aa.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。
C9 g/ B+ v( Z- T. h0 zb.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 Q4 j* x- ~- p: k$ u
c.合理的结构设计。以避免产生较大的应力集中。% v) Z0 ?; E; c$ i: u- {( J
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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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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。
; N6 B7 J. R" ~0 y6 N% L$ d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。, G& C, G1 y. ~8 w' z* c. U
防止措施:
, d/ X/ v# @, s# k5 U+ t2 [8 F- s7 Ia.严格控制有害杂质S、P的含量。' ?. p8 U: f6 ?8 c6 }7 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。. @) c% C% ]9 G$ Q6 C, ^, s, r9 r% p
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。! y& e5 a& X* q
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。% G( K! [5 Q3 {# [6 S' j0 F* W
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。( U& P9 z& m7 C) P
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04焊接接头的脆化
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, M5 O5 M" t8 ~7 |% c8 l 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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; A2 _" G4 _9 z9 U3 K 05焊接变形较大" k4 G5 z$ ]" G# m1 j& [- |- d/ }
; n( q- ~/ b0 _ j' j4 G4 e 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:" m2 @9 x: @8 Q* ~7 G+ f
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。+ R% K/ v, m& K4 l4 Q5 O. R) |
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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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。
- z8 A0 ~) V8 L7 ~7 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。
% [8 f# `* Q7 U% P0 }+ g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# e3 s. b* h9 E/ i: F8 k+ { x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;
9 N+ X/ P0 k) u7 w, F6 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。
P q; L- J4 P" P3 [- O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。
( c2 ^2 E" M# Y" D" D) x r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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