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铁素体不锈钢的焊接工艺特点
2010/10/10 10:59:52 来源:51网络采购 点击:487次
内容摘要:铁素体不锈钢的焊接工艺特点
(1)普通纯度高铬铁素体不锈钢  铁素体不锈钢的铁素体形成元素含量较高,奥氏体形成元素含量较少,因此,淬硬倾向和冷裂倾向较小。铁素体不锈钢在焊接加热条件下,焊接热影响区晶粒明显长大,接头韧性和塑性急剧下降。但是,焊接热影响区晶粒长大的程度,以及接头韧性和塑性下降的幅度决定于加热的温度和保温时间。加热的温度高和保温时间长,焊接热影响区晶粒长大的程度就大,接头韧性和塑性下降也大。因此,在焊接铁素体不锈钢时,应尽量采用能量集中的热源,如等离子弧焊、电子束焊、小电流TIG焊、小直径焊条电弧焊等。应尽量采用小线能量的工艺参数,同时尽可能采用窄间隙坡口、高焊速、小电流和多层焊等措施,并严格控制层间温度。
    一般铁素体不锈钢在焊接热影响区过热区可产生敏化,在某些介质中产生晶间腐蚀。焊后经700~800℃退火处理,使铬均匀化,可恢复其耐腐蚀性。
    普通纯度铁素体不锈钢可采用焊条电弧焊、气体保护焊、埋弧焊、等离子弧焊、电子束焊等方法。由于铁素体不锈钢的低塑性,以及焊接热影响区晶粒长大和铬的碳化物、氮化物析出,造成焊接接头韧性和塑性的降低。因此,在采用与母材同质的焊接材料及拘束较大时,容易产生裂纹。为了防止裂纹,改善接头韧性和塑性、及其耐腐蚀性,以焊条电弧焊为例,可采取如下措施。
    1)预热。铬铁素体不锈钢在室温时韧性较低,焊接时焊接接头易形成高温脆化,在一定条件下可能产生裂纹。预热可使焊接接头处于富有韧性的状态下施焊,能有效地防止裂纹的产生;但是,焊接热过程又会使焊接接头近缝区的晶粒急剧长大粗化而引起脆化。为此,预热温度要低,一般控制在100~150℃,随着母材金属中含铬量的提高,预热温度可相应提高。预热温度过高,又会使焊接接头过热而脆硬。
    2)焊接参数的选择。应采用小焊接线能量,不摆动焊接。多层焊时,应控制层间温度在150℃以下,不宜连续施焊,以减小各种脆化现象。
    3)焊接材料的选择。可以焊前预热或焊后进行热处理的焊接构件,可选用与母材金属化学成分相同的焊接材料;对于不允许预热或焊后不能进行热处理的焊接构件,应选用奥氏体不锈钢焊接材料,以保证焊缝金属具有良好的塑性和韧性。还可以选用镍基焊接材料,不过,这种焊接材料比较昂贵,应尽量少用。
    当采用同质的焊接材料时,若拘束较大,很容易产生裂纹;而且焊缝金属也容易呈粗大的铁素体组织,韧性很差。通过焊后热处理,焊接接头的塑性可以得到改善,韧性略有提高。对于高纯或超高纯铁素体不锈钢,由于C、N、S、P等元素含量很低,焊接接头的脆化相对较轻,仍有较高的塑性和韧性,所以,一般也可以不用预热和焊后热处理。同钢种焊接时,一般可采用同质的焊接材料,但C、N、S、P等元素含量应比母材更低。焊接方法也主要是惰性气体保护焊、等离子弧焊、真空电子束焊和激光焊等。
选用奥氏体不锈钢焊接材料时,可免去预热和焊后热处理,但这对于不含稳定化元素的钢,焊接热影响区的问题依然存在。采用合金元素含量较高的奥氏体不锈钢焊接材料有利于提高焊接接头的塑性。奥氏体不锈钢焊缝金属或奥氏体-铁素体不锈钢焊缝金属大体上可以和铁素体不锈钢母材强度相当,但耐腐蚀性可能会有较大不同。
表4-13给出了铁素体不锈钢的焊接材料。

4)防止475℃脆性。475℃脆性是高铬铁素体不锈钢焊接时的主要问题之一。杂质对475℃脆性有促进作用,因此,需提高母材金属和熔敷金属的纯度,缩短铁素体不锈钢焊接接头在这个温度区间的停留时间,以防止475℃脆性的产生。
    一旦出现475℃脆性,可以在600℃以上温度短时间加热,再以较快的速度冷却,给予消除。
    5)焊后热处理。对于同质材料焊成的铁素体不锈钢焊接接头,热处理的目的是使焊接接头组织均匀化,从而提高其塑性及耐腐蚀性。焊后热处理温度为750—800℃,是一般回火温度,实际上是空冷的退火处理。
   (2)超高纯度铁素体不锈钢  超高纯度铁素体不锈钢一般在固溶状态下焊接。若C+N含量超过溶解度,而且钢中不含稳定化元素Ti、Nb时,焊接热影响区就会发生敏化,析出碳化物、氮化物及其他金属间化合物脆性相,导致焊接接头脆化及耐腐蚀性降低。间隙元素C、N、O含量很低的超高纯度铁素体不锈钢的焊接热影响区的敏化不大,因此,脆化程度不明显,焊接接头仍有较高的塑性和韧性,勿需预热和焊后热处理。
    采用同质材料作为焊接材料时,焊接材料中的间隙元素C、N、O含量最好能低于母材,而且在使用前也不受污染。焊接过程中最重要的是要加强对焊接熔池的保护,不使焊缝中间隙元素C、N、O含量增加。熔化焊主要应采用氩弧焊、等离子弧焊、电子束焊等保护良好的焊接方法。可采用如下措施。
1)加强熔池的保护。如采用双层气体保护、用气体透镜、增大喷嘴直径、增大氩气流量(达28L/min)、提高电子束焊真空度等。填充焊丝时不要使焊丝高温部分离开保护区对超高纯度铁素体不锈钢000Cr30Mo2钢焊接接头夏比冲击韧度的脆性转变温度的研究表明,即使采用改进的TIG焊,焊缝金属的脆性转变温度仍显著的高于母材,而该钢的电子束焊焊缝金属的脆性转变温度与母材相当。普通TIG焊焊缝金属的脆性转变温度比母材高60℃,改进TIG焊的焊缝金属的脆性转变温度比母材也高30℃。
焊缝金属脆性转变温度的提高主要与焊缝金属的含N量有关(当然也有晶粒粗大),
见表4-14。电子显微镜研究表明,含N量大于w0.01%时,在基体晶格中平行于〈100〉面上析出有片状Cr2N,它能导致解理破坏。

 2)采用尾气保护。这对多层焊尤为必要。
    3)焊缝背面也要通Ar保护。最好采用通氩的水冷Cu垫板,从减少过热,增加冷却速度。
    4)尽量减小焊接线能量和控制层间温度。控制层问温度在100℃以下。
    5)合理的选择焊接材料。选用与母材金属化学成分相同的焊接材料时,要严格控制焊接材料中的碳、氮含量和提高铬元素含量,以提高焊接接头抗腐蚀能力。同样对焊接材料和熔池的表面净化,也是提高焊接接头抗腐蚀性能的一项重要的工艺措施。

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