奧氏體不銹鋼的焊接特點及及焊接工藝
一
概 述
無錫不銹鋼板廠家無錫漢能不銹鋼2020年1月2日訊 不銹鋼是指含Cr量高于12%的鋼, Cr在鋼中的作用是能在鋼的表面形成一層堅固致密的Cr2O3薄膜, 使鋼本身與大氣或腐蝕介質(zhì)隔離而免遭腐蝕。在此基礎(chǔ)上, 再加入一定數(shù)量的 Ni、Ti、Nb、W等元素, 則能形成具有特殊耐腐蝕、抗高溫氧化或具有一定高溫強度等性能的各類不銹鋼鋼種。不銹鋼按其顯微組織不同可分為五類:鐵素體型、馬氏體型、奧氏體型、奧氏體+鐵素體型和淀硬化型不銹鋼。奧氏體不銹鋼通常在常溫下的組織為純奧氏體,也有一些為奧氏體+少量鐵素體,這種少量鐵素體有助于防止熱裂紋。奧氏體不銹鋼因焊接性良好,在化工、石油容器等行業(yè)應(yīng)用較為廣泛。
二 奧氏體不銹鋼的焊接特點
奧氏體不銹鋼具有良好的可焊性,但焊接材料或焊接工藝不正確時,會出現(xiàn)以下缺陷:
1. 晶間腐蝕
( 1) 晶間腐蝕產(chǎn)生原因
晶間腐蝕發(fā)生于晶粒邊界,所以叫晶間腐蝕。它是奧氏體不銹鋼最危險的一種破壞形式,它的特點是腐蝕沿晶界深入金屬內(nèi)部,并引起金屬機械性能和耐腐蝕性能的下降。奧氏體不銹鋼在450℃~850℃溫度區(qū)間范圍內(nèi)停留一定時間后,則在晶界處會析出Cr23C6,其中的鉻主要來自晶粒表層, 內(nèi)部的鉻如來不及補充,會使晶界晶粒表層的含鉻量下降而形成貧鉻區(qū),在強腐蝕介質(zhì)的作用下,晶界貧鉻區(qū)受到腐蝕就會形成晶間腐蝕。受到晶間腐蝕的不銹鋼在表面上沒有明顯的變化,但在受力時會沿晶界斷裂, 幾乎完全喪失強度。
( 2) 防止晶間腐蝕的措施
選用超低碳(C≤0.03%)、添加鈦或鈮等穩(wěn)定元素的不銹鋼焊條。
采用小規(guī)范,目的是為了減少危險溫度范圍停留時間,采用小電流、快焊速、短弧焊及不作橫向擺動。焊縫可采用強制冷卻(如銅墊板、水冷)方法加快焊接接頭的冷卻速度,減少熱影響區(qū)。多層焊時,應(yīng)控制層間溫度,要前一道焊縫冷卻至60℃以下時再焊。接觸介質(zhì)的那面焊縫最后焊接。焊后固溶處理。將工件加熱至1050℃~ 1150℃后淬火,使晶界上的Cr23C6溶入晶粒內(nèi)部, 形成均勻的奧氏體組織。
2. 熱裂紋
( 1) 熱裂紋產(chǎn)生原因
液相線和固相線距離大,凝固過程溫度范圍大,使低熔點雜質(zhì)偏析嚴重,而且集中在晶界處。膨脹系數(shù)大,所以冷卻收縮時的應(yīng)力也大。
( 2) 控制熱裂紋產(chǎn)生的措施
控制焊縫金屬組織,盡量使焊縫金屬呈雙相組織,鐵素體的含量控制在3%~5%以下。因為鐵素體能大量溶解有害的S、P雜質(zhì)??刂苹瘜W成分,應(yīng)減少焊縫金屬中的鎳、碳、硫、磷含量,增加鉻、鉬、硅及錳等元素,可以減少熱裂紋的產(chǎn)生。選用適當?shù)暮笚l藥皮類型。用低氫型藥皮焊條可以使焊縫晶粒細化,減少雜質(zhì)偏析,提高抗裂性。用酸性藥皮焊條氧化性強,使合金元素燒損多,抗裂下降,而且晶粒粗大,使熱裂紋極易產(chǎn)生。采用適當?shù)暮附右?guī)范和冷卻速度。采用小規(guī)范,即小電流、快焊速來減少焊接熔池過熱、快速冷卻,以減少偏析,使抗裂性提高。多層焊時,要控制層間溫度,前一焊道冷卻至60℃后再焊。
3. 應(yīng)力腐蝕開裂
( 1) 應(yīng)力腐蝕開裂產(chǎn)生原因
應(yīng)力腐蝕開裂是焊接接頭在特定腐蝕環(huán)境下,受拉伸應(yīng)力作用時所產(chǎn)生的延遲開裂現(xiàn)象。奧氏體不銹鋼焊接接頭的應(yīng)力腐蝕開裂是焊接接頭比較嚴重的失效形式,表現(xiàn)為無塑性變形的脆性破壞。
( 2) 應(yīng)力腐蝕開裂防止措施
合理制定成形加工和組裝工藝,盡可能減小冷卻變形度,避免強制組裝,防止組裝過程中造成各種傷痕(各種組裝傷痕及電弧灼痕,都會成為SCC的裂源, 易造成腐蝕坑)。合理選擇焊材。焊縫與母材應(yīng)有良好的匹配,不產(chǎn)生任何不良組織,如晶粒粗化及硬脆馬氏體等。采取合適的焊接工藝。保證焊縫成形良好,不產(chǎn)生任何應(yīng)力集中或點蝕的缺陷,如咬邊等;采取合理的焊接順序,降低焊接殘余應(yīng)力。消除應(yīng)力處理。焊后熱處理,如焊后完全退火或退火;在難以實施熱處理時采用焊后錘擊或噴丸等。
4. 焊縫成形不良
( 1) 焊縫成形不良產(chǎn)生原因奧氏體不銹鋼焊接時,由于焊縫中合金元素含量高,熔池流動性差,易造成焊縫表面成形不良。主要表現(xiàn)在根部焊道背面成形惡化及蓋面焊道表面粗糙。焊縫表面成形不良對焊縫性能的影響在常溫或高溫工況下表現(xiàn)不明顯,但在低溫工況下,其成形不良所造成的應(yīng)力集中,對焊縫低溫性能的影響不亞于焊縫內(nèi)部質(zhì)量的影響。
( 2) 防止措施
對于焊縫成形不良以及焊接熱影響區(qū)的晶間腐蝕問題,可以通過焊接工藝來加以解決。采用鎢極氬弧焊打底、較小的焊接線能量,來控制熱影響區(qū)處于敏化溫度區(qū)間的范圍。
三 奧氏體不銹鋼的焊接工藝
根據(jù)上述不銹鋼的焊接特點,為保證接頭的質(zhì)量,應(yīng)當采用以下焊接工藝:
1. 焊前準備。必須清除可能使焊縫金屬增碳的各種污染。焊接坡口和焊接區(qū)焊前應(yīng)用丙酮或酒精除油和去水。不得用碳鋼鋼絲刷清理坡口和焊縫表面。清渣和除銹應(yīng)用砂輪、不銹鋼鋼絲刷等。
2. 焊條必須存放在干凈的庫房內(nèi)。使用時應(yīng)將焊條放在焊條筒內(nèi),不要用手直接接觸焊條藥皮。
3. 焊接薄板和拘束度較小的不銹鋼焊件,可選用氧化鈦型藥皮焊條。因為這種焊條的電弧穩(wěn)定,焊縫成型美觀。
4. 對于立焊和仰焊位置,應(yīng)采用氧化鈣型藥皮焊條。其熔渣凝固較快,對熔化的焊縫金屬可起到一定的支托作用。
5. 氣體保護焊和埋弧自動焊時,應(yīng)選用鉻錳含量比母材高的焊絲,以補償焊接過程中合金元素的燒損。
6. 在焊接過程中,必須將焊件保持較低的層間溫度,最好不超過150℃。不銹鋼厚板焊接時,為加快冷卻,可從焊縫背面噴水或用壓縮空氣吹焊縫表面,但層間必須注意清理,防止壓縮空氣污染焊接區(qū)。
7. 手工電弧焊時,應(yīng)在焊條說明書規(guī)定的電流范圍內(nèi)選擇焊接電流。由于不銹鋼電阻值較大,靠近夾持端的一段焊條容易受電阻熱的作用而發(fā)紅,在焊至后半段焊條時應(yīng)加快熔化速度,使焊縫熔深減少,但熔化速度太快又會造成未熔合和熔渣等缺陷。從保證接頭的耐腐蝕性考慮,也要求選用較小的焊接電流,減少焊接熱輸入量,防止焊接熱影響區(qū)的過熱。
8. 在操作技術(shù)上應(yīng)采用窄焊道技術(shù),焊接時盡量不擺動焊條,在保持良好熔合的前提下,盡可能提高焊接速度。
9. 不銹鋼焊件焊后一般不作消除應(yīng)力處理。雖然在不銹鋼的焊接中也存在較高的殘余應(yīng)力,但由于接頭各區(qū)在焊后具有良好的塑性和韌性,使殘余應(yīng)力的有害影響顯著減小。更重要的是消除應(yīng)力處理的溫度范圍正好處于不銹鋼的敏化溫度區(qū),消除應(yīng)力處理反而導致耐蝕性的降低。因此不銹鋼焊件的焊后熱處理的目的不應(yīng)是消除接頭的殘余應(yīng)力,而應(yīng)是提高接頭的耐蝕性。主要有固溶處理和穩(wěn)定化處理。
四 結(jié) 論
通過采用以上焊接工藝,可提高奧氏體不銹鋼的焊接質(zhì)量。奧氏體不銹鋼的焊接,對焊工的技能要求較高,因此焊工必須經(jīng)培訓考核后上崗操作,方能保證焊接接頭的焊接質(zhì)量及耐蝕性。