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本帖最后由 twq19810302 于 2023-4-19 15:49 編輯 3 C4 X( o3 D$ K* k
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奧氏體不銹鋼在焊接特點:焊接過程中的彈、塑性應力和應變量很大,卻極少出現(xiàn)冷裂紋。焊接接頭不存在淬火硬化區(qū)及晶粒粗大化,故焊縫抗拉強度較高。
: u% L3 G5 z1 s奧氏體不銹鋼焊接主要問題:焊接變形較大;因其晶界特性和對某些微量雜質(zhì)(S、P)敏感,易產(chǎn)生熱裂紋。
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3 X; E; X/ W8 r0 E- T% ^% s 奧氏體不銹鋼的5大焊接問題及處理措施
; Y* `8 D8 I& b3 O; M+ O01碳化鉻的形成,降低焊接接頭抗晶間腐蝕能力。
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' \, L5 B! R$ [ V/ I T: H$ z晶間腐蝕:根據(jù)貧鉻理論,焊縫和熱影響區(qū)在加熱到450-850℃敏化溫度區(qū)時在晶界上析出碳化鉻,造成貧鉻的晶界,不足以抵抗腐蝕的程度。5 ~* w" p0 ~* u9 N# P2 W0 p0 `! g
(1)針對焊縫晶間腐蝕和目材上敏化溫度區(qū)腐蝕,可采用下列措施加以限制:) N5 Q3 n- C& l% j# R1 m2 B/ S
a.減少母材及焊縫的含碳量,母材中添加穩(wěn)定化元素Ti、Nb等元素使之優(yōu)先形成MC,以避免Cr23C6形成。
n: _& I# e' ~+ b, d7 d) f8 qb.使焊縫形成奧氏體加少量鐵素體的雙相組織。焊縫中存在一定數(shù)量的鐵素體時,可細化晶粒,增加晶粒面積,使晶界單位面積上的碳化鉻析出量減少。, ?/ |, U1 O- F: s0 S
鉻在鐵素體中溶解度較大,Cr23C6優(yōu)先在鐵素體中形成,而不致使奧氏體晶界貧鉻;散步在奧氏體之間的鐵素體,可防止腐蝕沿晶界向內(nèi)部擴散。! b- c' d! T- h4 h8 U% M8 j
c.控制在敏化溫度區(qū)間的停留時間。調(diào)整焊接熱循環(huán),盡可能縮短600~1000℃的停留時間,可選擇能量密度高的焊接方法(如等離子氬弧焊),1 {7 E5 U0 J& I0 F. G( s
選用較小的焊接線能量,焊縫背面通氬氣或采用銅墊增加焊接接頭的冷卻速度,減少起弧、收弧次數(shù)以避免重復加熱,多層焊時與腐蝕介質(zhì)的接觸面盡可能最后施焊等。
! h9 X* ]( N$ j5 fd.焊后進行固溶處理或穩(wěn)定化退火(850~900℃)保溫后空冷,以使碳化物充分析出,并使鉻加速擴散 )。
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4 R( g1 D, p" \# R8 D (2)、焊接接頭的刀狀腐蝕,為此,可采取如下預防措施:
1 H7 t# m( W) M2 p8 H# I由于碳的擴散能力較強,在冷卻過程中將偏聚在晶界形成過飽和狀態(tài),而Ti、Nb則因擴散能力低而留于晶體內(nèi)。當焊接接頭在敏化溫度區(qū)間再次加熱時,過飽和碳將在晶間以Cr23C6形式析出。
, z+ A5 Y8 q: l! J7 T3 G& Ga.降低含碳量。對于含有穩(wěn)定化元素的不銹鋼,含碳量不應超過0.06%。
H; |9 @+ a9 h1 H% h- Tb.采用合理的焊接工藝。選擇較小的焊接線能量,以減少過熱區(qū)在高溫停留時間,注意避免在焊接過程中產(chǎn)生“中溫敏化”效果。6 q; p% H' ~" [+ L/ Z& f
雙面焊時,與腐蝕介質(zhì)接觸的焊縫應最后施焊(這是大直徑厚壁焊管內(nèi)焊在外焊之后進行的原因所在),如不能實施則應調(diào)整焊接規(guī)范及焊縫形狀,盡量避免與腐蝕介質(zhì)接觸的過熱區(qū)再次受到敏化加熱。7 \" S+ E6 v" ^ V/ z$ q
c.焊后熱處理。焊后進行固溶或穩(wěn)定化處理。
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02應力腐蝕開裂
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( A) G, b9 x1 w4 m5 [8 r7 k 可采用下列措施防止應力腐蝕開裂的發(fā)生:
. `- n. g* w4 V; g* E v( Ta.正確選擇材料及合理調(diào)整焊縫成分。高純鉻-鎳奧氏體不銹鋼、高硅鉻-鎳奧氏體不銹鋼、鐵素體-奧氏體不銹鋼、高鉻鐵素體不銹鋼等具有較好的抗應力腐蝕性能,焊縫金屬為奧氏體-鐵素體雙相鋼組織時抗應力腐蝕性良好。; n* W% {8 n8 o! \) ? b
b.消除或減小殘余應力。進行焊后消除應力熱處理,采用拋光、噴丸和錘擊等機械方法降低表面殘余應力。1 c1 Y7 ~+ p' U R: E" |
c.合理的結(jié)構(gòu)設計。以避免產(chǎn)生較大的應力集中。) _ G. H g- i. j
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$ A5 R) \- f2 m" ?2 k 03焊接熱裂紋(焊縫結(jié)晶裂紋、熱影響區(qū)液化裂紋)
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# k4 u& p- d( g( a- U8 J 熱裂紋敏感性主要取決于材料的化學成分、組織與性能。Ni易與S、P等雜質(zhì)形成低熔點化合物或共晶,硼、硅等的偏析,將促使產(chǎn)生熱裂紋。! H' n$ V5 S3 R. q9 w! c8 |) F
焊縫易形成方向性強的粗大柱狀晶組織,有利于有害雜質(zhì)和元素的偏析。從而促使形成連續(xù)的晶間液膜,提高了熱裂紋的敏感性。若焊接不均勻加熱,則易形成較大的拉應力,促進焊接熱裂紋的產(chǎn)生。
/ b2 h+ d# F% t* a5 _防止措施:
$ V9 c6 [: t5 H, B4 Ka.嚴格控制有害雜質(zhì)S、P的含量。
$ w- v1 o' c2 W j5 z2 w: Vb.調(diào)整焊縫金屬的組織。雙相組織焊縫具有良好的抗裂性能,焊縫中的δ相可細化晶粒,消除單相奧氏體的方向性,減少有害雜質(zhì)在晶界的偏析,且δ相能溶解較多的S、P,并能降低界面能,組織晶間液膜的形成。
4 f2 y/ m1 Q# rc.調(diào)整焊縫金屬合金成分。在單相奧氏體鋼中適當增加Mn、C、N的含量,加入少量的鈰、鎬、鉭等微量元素(可細化焊縫組織、凈化晶界),可減少熱裂紋敏感性。6 e# a* j" {1 N/ k
d.工藝措施。盡量減小熔池過熱,以防止形成粗大的柱狀晶,采用小線能量及小截面焊道。
. }5 |5 q$ G1 |; n% G例如25-20型奧氏體鋼易出現(xiàn)液化裂紋?赏ㄟ^嚴格限制母材的雜質(zhì)含量及晶粒度,采用高能量密度的焊接方法、小線能量和提高接頭的冷卻速度等措施。2 q& D/ M q1 q5 x; S3 ~
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04焊接接頭的脆化2 \, J+ {7 m$ W. Z4 X P* ]
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熱強鋼應保證焊接接頭的塑性,防止高溫脆化;低溫用鋼要求具有良好的低溫韌性,防止焊接接頭發(fā)生低溫脆斷。0 [) F+ D+ S9 H/ x- H5 g3 L% m( [
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. `( _$ F% v6 S! }) e 05焊接變形較大
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: z0 F3 g4 p9 _/ W% M 因?qū)崧实汀⑴蛎浵禂?shù)大,故焊接變形較大,可采用夾具防止變形。奧氏體不銹鋼的焊接方法和焊接材料的選擇:
4 ^: a9 X+ z8 B4 U N% g奧氏體不銹鋼可用鎢極氬弧焊(TIG)、熔化極氬弧焊(MIG)、等離子氬弧焊(PAW)及埋弧焊(SAW)等方法進行焊接。
, x5 _, @3 ?- @ s奧氏體不銹鋼因其熔點低、導熱系數(shù)小、電阻系數(shù)大,故焊接電流較小。應采用窄焊縫、窄焊道,減少高溫停留時間,防止碳化物析出,減少焊縫收縮應力,降低熱裂紋敏感性。
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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%)鐵素體的焊接材料,以保證焊縫良好的抗裂(冷裂、熱裂、應力腐蝕開裂)性能。; C6 o- K- O5 z1 }% ?& `
焊縫中不允許或不可能存在鐵素體相時,焊材應選用含Mo、Mn等合金元素的焊接材料。7 I$ d9 ~; @ }5 d$ N
焊材中的C、S、P、Si、Nb應盡可能低,Nb在純奧氏體焊縫中會引起凝固裂紋,但焊縫中有少量鐵素體可有效避免。
: `/ W1 I, y% L5 Q% s焊后需進行穩(wěn)定化或消除應力處理的焊接結(jié)構(gòu),通常選用含Nb的焊接材料。埋弧焊用于焊接中板,Cr、Ni的燒損可通過焊劑和焊絲中合金元素的過渡得到補充;
) S1 k( W) [! u3 ]$ `6 X) r3 a: N由于熔深大,應注意防止焊縫中心區(qū)熱裂紋的產(chǎn)生和熱影響區(qū)耐腐蝕性的降低。應注意選擇較細的焊絲和較小的焊接線能量,焊絲需低Si、S、P。) R9 n# `! s2 G$ F
耐熱不銹鋼焊縫中鐵素體含量應不大于5%。Cr、Ni含量大于20%的奧氏體不銹鋼,需選用高Mn(6~8%)焊絲,焊劑選用堿性或中性焊劑,以防止向焊縫中增Si,以提高其抗裂性能。: f6 y+ b" p6 h/ o! f
奧氏體不銹鋼專用焊劑增Si極少,可向焊縫過渡合金,補償合金元素的燒損,以滿足焊縫性能和化學成分的要求。
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