一、奧氏體不銹鋼的焊接
焊接不銹鋼時(shí),如果焊接工藝不當(dāng)或焊接材料選用不正確,會(huì)產(chǎn)生一系列的缺陷。這些缺陷主要有耐蝕性的下降和焊接裂紋的形成,這將直接影響焊接接頭的力學(xué)性能和焊接接頭的質(zhì)量。
1、奧氏體不銹鋼管的焊接性
不銹鋼中以?shī)W氏體不銹鋼最為常見(jiàn),奧氏體不銹鋼的塑性和韌性很好,具有良好的焊接性,焊接時(shí)一般不需要采取特殊的工藝措施。如果焊接材料選用不當(dāng)或焊接工藝不合理時(shí),會(huì)使焊接接頭產(chǎn)生如下問(wèn)題:
1)晶間腐蝕 受到晶間腐蝕的不銹鋼,從表面上看來(lái)沒(méi)有痕跡,但在受到應(yīng)力時(shí)即會(huì)沿晶界斷裂,幾乎完全喪失強(qiáng)度。奧氏體鋼在焊接不當(dāng)時(shí),會(huì)在焊縫和熱影響區(qū)造成晶間腐蝕,有時(shí)在焊縫和基本金屬的熔合線附近發(fā)生如刀刃狀的晶間腐蝕,稱(chēng)為刃狀腐蝕。
2)應(yīng)力腐蝕 不銹鋼在靜應(yīng)力(內(nèi)應(yīng)力或外應(yīng)力)作用下在腐蝕性介質(zhì)中發(fā)生破壞。
3)熱裂紋 是奧氏體不銹鋼焊接時(shí)比較容易產(chǎn)生的一種缺陷,特別是含Ni量較高的奧氏體不銹鋼更易產(chǎn)生。因此奧氏體不銹鋼產(chǎn)生熱裂紋的傾向要比低碳鋼大得多。
4)焊接接頭脆化 奧氏體不銹鋼的焊縫在高溫(375~875)℃加熱一段時(shí)間后,常會(huì)出現(xiàn)沖擊韌性下降的現(xiàn)象,稱(chēng)為脆化。常見(jiàn)的脆化有:475℃脆化,σ相脆化。
2、焊接方法的選擇 奧氏體不銹鋼具有較好的焊接性,可以采用焊條電弧焊、埋弧焊、惰性氣體保護(hù)焊和等離子弧焊等熔焊方法,并且焊接接頭具有相當(dāng)好的塑性和韌性。一般不應(yīng)用電渣焊。
3、焊接材料的選擇 奧氏體不銹鋼焊接材料的選用原則,應(yīng)使焊縫金屬的合金成分與母材成分基本相同,并盡量降低焊縫金屬中的含碳量和S、P等雜質(zhì)的含量。
4、焊前準(zhǔn)備
a、下料方法的選擇 機(jī)械切割、等離子弧切割及碳弧氣刨等,機(jī)械切割最常用的有剪切、刨削等。
b、坡口的制備 適當(dāng)減小V形坡口角度,當(dāng)板厚大于10mm時(shí),應(yīng)盡量選用焊縫界面較小的U形坡口。
c、焊前清理 將坡口兩側(cè)20~30mm范圍內(nèi)的焊件表面清理干凈,如有油污,可用丙酮或酒精等有機(jī)溶劑擦拭。對(duì)表面質(zhì)量要求特別高的焊件,應(yīng)在適當(dāng)范圍內(nèi)涂上用白亞+土調(diào)制的糊漿,以防飛濺金屬損傷表面。
d、表面防護(hù) 避免損傷鋼材表面,不允許用利器劃傷鋼板表面,不允許隨意到處引弧等。
5、焊接工藝參數(shù)的選擇
焊接奧氏體不銹鋼時(shí),應(yīng)控制焊接熱輸入和層間溫度,以防止熱影響區(qū)晶粒長(zhǎng)大及碳化物析出。
a、焊條電弧焊 由于奧氏體不銹鋼的電阻較大,焊接時(shí)產(chǎn)生的電阻熱較大,同樣直徑的焊條,焊接電流值應(yīng)比低碳鋼焊條降低20%左右。焊條長(zhǎng)度亦應(yīng)比碳素鋼焊條短,以免在焊接時(shí)由于藥皮的迅速發(fā)紅而失去保護(hù)作用。奧氏體不銹鋼焊條即使選用酸性焊條,最好也采用直流反接施焊,因?yàn)榇藭r(shí)焊件是負(fù)極,溫度低,受熱少,而且直流電源穩(wěn)定,也有利于保證焊縫質(zhì)量,此外在焊接過(guò)程中,應(yīng)注意提高焊接速度,同時(shí)焊條不作橫向擺動(dòng),這樣可有效地防止晶間腐蝕、熱裂紋及變形的產(chǎn)生。
b、鎢極氬弧焊 對(duì)于鎢極氬弧焊一般采用直流正接,這樣可以防止因電級(jí)過(guò)熱而造成焊縫中滲鎢的現(xiàn)象。
c、熔化極氬弧焊 一般采用直流反接法。為了獲得穩(wěn)定的噴射過(guò)渡形式,要求電流大于臨界電流值。
d、埋弧焊 應(yīng)用不如在低合金鋼焊接中那樣普遍。
6、奧氏體不銹鋼的焊后處理 為增加奧氏體不銹鋼的耐蝕性,焊后應(yīng)對(duì)其進(jìn)行表面處理,處理的方法有表面拋光、酸洗和鈍化處理。
7、焊后檢驗(yàn) 焊后除了要進(jìn)行一般焊接缺陷的檢驗(yàn)外,還要進(jìn)行耐蝕性試驗(yàn)。
二、鐵素體不銹鋼焊接工藝
1、鐵素體不銹鋼焊接時(shí)熱影響區(qū)晶粒急劇長(zhǎng)大而形成粗大的鐵素體。由于鐵素體鋼加熱時(shí)沒(méi)有相轉(zhuǎn)變發(fā)生,這種晶粒粗大現(xiàn)象會(huì)造成銘明顯脆化,而且也使冷裂紋傾向加大。此外,焊接時(shí),在溫度高于1000℃的熔合線附近快速冷卻時(shí)會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕,但經(jīng)650~850℃加熱并隨后緩冷就可以加以消除。
2、鐵素體不銹鋼焊接工藝要點(diǎn):
a、鐵素體不銹鋼只采用焊條電弧焊進(jìn)行焊接,為了減小475℃脆化,避免焊接時(shí)產(chǎn)生裂紋,焊前可以預(yù)熱,預(yù)熱溫度為70~150℃。
b、 焊接時(shí),盡量縮短在430~480℃之間的加熱或冷卻時(shí)間。
c、為防止過(guò)熱,盡量減少熱輸入,例如焊接時(shí)采用小電流、快速焊,焊條最好不要擺動(dòng),盡量減少焊縫截面,不要連續(xù)焊,即待前道焊縫冷卻到預(yù)熱溫度時(shí)再焊下一道焊縫,多層焊時(shí)要控制層間溫度。
d、對(duì)于厚度大的焊件,為減少焊接應(yīng)力,每道焊縫焊完后,可用小錘輕輕敲擊。
e、焊后常在700~750℃之間退火處理,這種焊后熱處理可以改善接頭韌性及塑性。
三、馬氏體不銹鋼焊接工藝
1、馬氏體不銹鋼的焊接性:
馬氏體不銹鋼在焊接時(shí)有較大的晶粒粗化傾向,特別是多數(shù)馬氏體鋼其成分特點(diǎn)使其組織往往處在馬氏體——鐵素體的邊界上。在冷卻速度較小時(shí)近縫區(qū)會(huì)出現(xiàn)粗大的鐵素體和碳化物組織,使其塑性和韌性顯著下降;冷卻速度過(guò)大時(shí),由于馬氏體不銹鋼具有較大的淬硬傾向,會(huì)產(chǎn)生粗大的馬氏體組織,使塑性和韌性下降,所以,焊接時(shí)冷卻速度的控制很重要。并且因其導(dǎo)熱性差,馬氏體不銹鋼焊接時(shí)的殘余應(yīng)力也大,容易產(chǎn)生冷裂紋。有氫存在時(shí),馬氏體不銹鋼還會(huì)產(chǎn)生更危險(xiǎn)的氫致延遲裂紋。鋼中碳含量越高,冷裂紋傾向也越大。此外,馬氏體不銹鋼也有475℃脆化,但馬氏體不銹鋼的晶間腐蝕傾向很小。 預(yù)熱和控制層間溫度是防止裂紋的主要手段,焊后熱處理可改善接頭性能。
2、馬氏體不銹鋼的焊接工藝要點(diǎn):
a、為保證馬氏體不銹鋼焊接接頭不產(chǎn)生裂紋,并具有良好的力學(xué)性能,在焊接時(shí),應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱,一般預(yù)熱溫度在100~400℃之間。
b、焊后熱處理是防止延遲裂紋和改善接頭性能的重要措施,通常在700~760℃之間加熱空冷。
c、 馬氏體不銹鋼常用的焊接方法是焊條電弧焊,還可以采用埋弧焊、氬弧焊和CO2氣體保護(hù)焊等方法。采用這些焊接方法時(shí),可采用與母材成分相近的焊絲,如焊接1Cr13鋼用H1Cr13焊絲(埋弧焊時(shí)配合HJ431焊劑)