鐵素體型不銹鋼在室溫下,一般都是具有純鐵素體組織,強度不算很高,塑性、韌性良好;若將其加熱到高溫,也有可能會出現少量的奧氏體組織(對含鉻量較低的鋼)或者根本不出現奧氏體組織。所以,在焊接過程的熱循環作用下,有可能出現少量或者根本不出現馬氏體組織。因此,這類鋼經焊接后不會出現強度顯著下降或淬火硬化的問題,即使出現了少許馬氏體組織也可以通過焊后熱處理來解決。可以說,這類鋼焊接接頭的室溫強度不是焊接的主要矛盾;再者,由于其焊接熱膨脹問題遠比奧氏體型鋼輕微,因而其焊接熱裂紋和冷裂紋的問題也不很突出。
通常說,鐵素體不銹鋼不如奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼好焊,主要是指在焊接過程中,可能導致焊接接頭的塑性、韌性降低,即發生脆化的問題。同其他品種不銹(xiu)鋼的焊接一樣,如何保證鐵素體型不銹鋼焊接接頭具有相同于母材的耐腐蝕性,這是焊接的另一個關鍵問題;再者,對于鐵素體型不銹耐熱鋼而言,焊接接頭在高溫下長期服役可能出現的脆化問題也是必須重視的。
一、鐵(tie)素體不(bu)銹鋼焊接(jie)方法
雖然說各種電弧焊方法都可用于鐵素體(ti)不銹鋼焊接,但焊接能量集中、焊接速度較快的焊接方法應是鐵素體不銹鋼焊接方法的首選。采用合適的焊接方法,來實現控制焊接線能量,達到抑制焊接區的鐵素體晶粒過分長大的目的。
如此(ci)看來,焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)方法應選擇高能量的等離(li)子弧焊(han)(han)(han)和真空電子束焊(han)(han)(han)最為(wei)合適。同時要求焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)材料(liao)不得污染;焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)熔池、焊(han)(han)(han)縫背面都要進行(xing)有效保(bao)護,防止空氣(qi)的侵(qin)入。除采用小的熱輸入進行(xing)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)外(wai),焊(han)(han)(han)縫背面可用惰(duo)性(xing)氣(qi)體保(bao)護,并最好采用水冷銅墊板,以減(jian)少(shao)過(guo)熱,增加冷卻速度(du),多層焊(han)(han)(han)時層間溫度(du)要控制在100℃左右(you)。
二、鐵(tie)素體(ti)不(bu)銹鋼焊接(jie)材料
鐵(tie)素體不(bu)銹鋼焊接(jie)(jie)(jie)材料(liao)的(de)(de)選擇(ze),對鐵(tie)素體不(bu)銹鋼的(de)(de)焊接(jie)(jie)(jie)無疑是非常重要的(de)(de)。其焊接(jie)(jie)(jie)材料(liao)既要保(bao)證焊接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)的(de)(de)塑性(xing)、韌性(xing),即不(bu)發生(sheng)脆化的(de)(de)問(wen)題,又要保(bao)證鐵(tie)素體型不(bu)銹鋼焊接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)具(ju)有相同于母材的(de)(de)耐(nai)腐蝕(shi)性(xing)。
在焊(han)接鐵素(su)體(ti)不銹鋼時,通常可以采用兩種(zhong)焊(han)接材料:
1. 與母(mu)材相(xiang)同(tong)類(lei)型的焊接材料
如(ru)0Cr12、0Cr13、0Cr13AL,等用(yong)00Cr13Nb焊絲,0Cr17、0Cr17Ti使用(yong)1Cr17(Ti)焊絲。在要求焊縫金屬與母(mu)材(cai)有相同(tong)的導(dao)電、導(dao)磁(ci)及力學性能和表面色澤(ze)時應使用(yong)同(tong)材(cai)質(zhi)的焊接材(cai)料(liao)。
2. 采用奧氏體焊接材料或鎳基合金
采用(yong)奧氏體焊(han)接(jie)材料(liao)或鎳基合金(jin),實質上是(shi)異種鋼焊(han)接(jie),可以提高焊(han)接(jie)接(jie)頭的韌性,免(mian)除(chu)焊(han)前預(yu)熱和焊(han)后熱處(chu)理。由于鐵(tie)素體焊(han)接(jie)材料(liao)的熔敷金(jin)屬(shu)韌性太低,加上添加的鋁(lv)與鈦(tai)等(deng)鐵(tie)素體形成元素難以有效地過渡到熔池中去(qu),因此(ci)鐵(tie)素體焊(han)接(jie)材料(liao)的應用(yong)受到一定的限制。
盡管在一些例子(zi)中采用同(tong)種金屬做焊絲(si)是(shi)(shi)成功的(de)(de),但是(shi)(shi),最好還(huan)是(shi)(shi)采用低碳(tan)的(de)(de)奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼作(zuo)為鐵素體不(bu)銹(xiu)鋼焊縫的(de)(de)充(chong)填金屬。鐵素體不(bu)銹(xiu)鋼焊接材料(liao)的(de)(de)選擇,見表2-7。
三、鐵(tie)素(su)體不(bu)銹鋼的焊接工藝
為了克服普通高鉻鐵素體不銹在(zai)焊接過程中出現的晶間(jian)腐(fu)蝕(shi)和焊接接頭脆化而引(yin)起的冷裂(lie)紋,在(zai)焊接工藝上應采取以下措施(shi):
1. 焊前預熱(re)
預(yu)(yu)熱(re)溫度為100℃~200℃,目的(de)在于使被焊材料處于韌性較好的(de)狀態和降低焊接接頭的(de)應力。隨著鋼中鉻的(de)含量提高,預(yu)(yu)熱(re)溫度也應相應提高。
2. 焊(han)后熱處理(li)
焊后(hou)對(dui)焊接(jie)接(jie)頭區域要進(jin)行(xing)750℃~800℃退(tui)火處理,使過(guo)飽和碳和氨氮(dan)完全析(xi)出,使鉻充(chong)分(fen)地(di)補充(chong)到貧鉻區,以恢復其耐蝕(shi)性,同時也(ye)可改(gai)善焊接(jie)接(jie)頭的塑性。值得(de)注(zhu)意的是,退(tui)火后(hou)應(ying)快冷,以防止475℃脆性產生。
3. 采用小的(de)熱輸人(ren)
在焊接過程中,應采用小的熱輸入進行施焊,以減少高溫脆化和475℃脆(cui)性的影響。
當選用的焊(han)接(jie)(jie)材料與(yu)母(mu)材金(jin)(jin)屬(shu)的化學成分相當時(shi),必須按上述(shu)工藝措施進行。如選用奧氏(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼焊(han)接(jie)(jie)材料,則可(ke)免除(chu)焊(han)前預熱(re)(re)和焊(han)后熱(re)(re)處理;但對(dui)于(yu)不含穩定(ding)化元素(su)(su)的鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)來(lai)說(shuo),熱(re)(re)影響區的粗晶脆化和晶間腐蝕(shi)問題不會因填(tian)充材料的改變(bian)而變(bian)化。奧氏(shi)體(ti)(ti)或(huo)奧氏(shi)體(ti)(ti)-鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)焊(han)縫金(jin)(jin)屬(shu)基本上與(yu)鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼母(mu)材等強度(du);但在某些腐蝕(shi)介質中(zhong),這種異質焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)的耐蝕(shi)性可(ke)能低于(yu)同質的接(jie)(jie)頭(tou)。
極低碳的(de)(de)高(gao)鉻(ge)鐵素體不銹(xiu)鋼板厚小(xiao)于(yu)(yu)5mm時焊(han)(han)前可(ke)不預(yu)熱,焊(han)(han)后(hou)也不必進行熱處理,可(ke)使焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭仍保持(chi)足夠(gou)的(de)(de)韌(ren)性,耐腐蝕(shi)性也好。焊(han)(han)接(jie)(jie)工藝的(de)(de)重點是使焊(han)(han)縫金屬(shu)(shu)中(zhong)碳加(jia)氮(dan)的(de)(de)含量(liang)不高(gao)于(yu)(yu)母材(cai)(cai)金屬(shu)(shu)的(de)(de)含量(liang),首(shou)先焊(han)(han)接(jie)(jie)材(cai)(cai)料必須(xu)滿足這一要(yao)(yao)(yao)求。焊(han)(han)接(jie)(jie)方(fang)法應選(xuan)擇高(gao)能量(liang)的(de)(de)等離子弧焊(han)(han)和真空電子束焊(han)(han)。要(yao)(yao)(yao)求焊(han)(han)接(jie)(jie)材(cai)(cai)料不得(de)污(wu)染(ran);焊(han)(han)接(jie)(jie)熔池、焊(han)(han)縫背面都要(yao)(yao)(yao)有效保護,防止空氣的(de)(de)侵入。除采用小(xiao)的(de)(de)熱輸人進行焊(han)(han)接(jie)(jie)外(wai),焊(han)(han)縫背面可(ke)用惰性氣體保護,并(bing)最好采用通冷卻水的(de)(de)銅(tong)墊板,以(yi)減少過(guo)熱,增加(jia)冷卻速度。多(duo)層焊(han)(han)時層間(jian)溫度要(yao)(yao)(yao)控制在(zai)100℃左右。
四、鐵素(su)體不銹鋼的焊接技巧
(1). 采用(yong)窄焊(han)道焊(han)接,如小的焊(han)接線能量、較快的焊(han)接速度(du)等(deng);
(2). 使焊絲的受熱(re)末端始(shi)終(zhong)處在保護氣體(ti)中;
(3). 采(cai)用先進的(de)焊(han)接(jie)技術,如(ru)等離子電(dian)弧焊(han)、熔(rong)化極電(dian)弧焊(han)等;
(4). 熄弧(hu)后應(ying)繼續(xu)通保護氣體,直至冷卻充分(fen);
(5). 用純凈度高的氬氣保護焊接(jie)熔池(chi);
(6). 焊(han)縫背(bei)面(mian)應采用惰性氣體保護(hu);
(7). 對(dui)于多(duo)層焊接,應用不銹鋼刷子清(qing)除層間氧(yang)化物(wu)。