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(bu)銹(xiu)鋼不如奧氏(shi)體不銹鋼好焊,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(bu)銹鋼(gang)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(su)體不(bu)銹(xiu)鋼焊接(jie)方法
雖然說各種電弧焊方法都可用于鐵素體不銹鋼焊(han)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)接方法應(ying)選擇高(gao)能量的(de)等離子弧(hu)焊(han)和真(zhen)空電子束(shu)焊(han)最為合(he)適(shi)。同時要求焊(han)接材料不(bu)得污染(ran);焊(han)接熔(rong)池、焊(han)縫(feng)背面都要進行(xing)有效保(bao)(bao)護(hu),防止空氣(qi)(qi)的(de)侵入(ru)。除采用小(xiao)的(de)熱輸入(ru)進行(xing)焊(han)接外,焊(han)縫(feng)背面可(ke)用惰性氣(qi)(qi)體保(bao)(bao)護(hu),并最好采用水冷(leng)銅墊板,以(yi)減(jian)少(shao)過熱,增(zeng)加冷(leng)卻速度,多層(ceng)焊(han)時層(ceng)間溫度要控制在100℃左右。
二(er)、鐵素體不銹鋼(gang)焊接(jie)材料
鐵素體(ti)不銹(xiu)鋼焊(han)接材料(liao)(liao)的選擇,對鐵素體(ti)不銹(xiu)鋼的焊(han)接無疑是(shi)非常重要(yao)的。其焊(han)接材料(liao)(liao)既(ji)要(yao)保(bao)證焊(han)接接頭的塑性(xing)、韌性(xing),即不發生(sheng)脆化的問題,又要(yao)保(bao)證鐵素體(ti)型不銹(xiu)鋼焊(han)接接頭具有相(xiang)同于母材的耐(nai)腐蝕(shi)性(xing)。
在(zai)焊接(jie)鐵素體不(bu)銹鋼時,通(tong)常(chang)可(ke)以采用兩種焊接(jie)材料:
1. 與母材相同類型的焊接(jie)材料(liao)
如0Cr12、0Cr13、0Cr13AL,等用00Cr13Nb焊絲,0Cr17、0Cr17Ti使用1Cr17(Ti)焊絲。在(zai)要求(qiu)焊縫(feng)金屬(shu)與母材(cai)有相同的導(dao)電、導(dao)磁及力學性能和表面色澤時應使用同材(cai)質的焊接材(cai)料。
2. 采用奧(ao)氏體(ti)焊接材料(liao)或鎳基合金
采用奧氏(shi)體焊(han)接(jie)(jie)材(cai)(cai)料或鎳(nie)基合金,實(shi)質上(shang)是異種鋼焊(han)接(jie)(jie),可以提高(gao)焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的(de)韌性(xing),免除焊(han)前預熱和焊(han)后熱處理。由于鐵素(su)體焊(han)接(jie)(jie)材(cai)(cai)料的(de)熔(rong)敷(fu)金屬(shu)韌性(xing)太低(di),加上(shang)添(tian)加的(de)鋁與鈦等(deng)鐵素(su)體形成元(yuan)素(su)難以有效地過渡到熔(rong)池中(zhong)去(qu),因此鐵素(su)體焊(han)接(jie)(jie)材(cai)(cai)料的(de)應用受到一定的(de)限制。
盡管(guan)在一些例子中采(cai)(cai)用同種金(jin)屬(shu)做焊(han)(han)絲是(shi)成功的(de)(de),但是(shi),最(zui)好還(huan)是(shi)采(cai)(cai)用低碳的(de)(de)奧氏體不(bu)銹鋼作為鐵素(su)體不(bu)銹鋼焊(han)(han)縫(feng)的(de)(de)充填金(jin)屬(shu)。鐵素(su)體不(bu)銹鋼焊(han)(han)接(jie)材料的(de)(de)選(xuan)擇,見表2-7。
三、鐵(tie)素體(ti)不銹鋼的焊(han)接工藝
為了克(ke)服(fu)普(pu)通(tong)高鉻鐵素體不(bu)銹在(zai)焊(han)接(jie)(jie)過程中出(chu)現(xian)的(de)晶(jing)間腐(fu)蝕和焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭脆化而(er)引起的(de)冷裂紋(wen),在(zai)焊(han)接(jie)(jie)工藝上(shang)應采取(qu)以下措施(shi):
1. 焊(han)前預熱
預熱(re)(re)溫(wen)度(du)為(wei)100℃~200℃,目的(de)在于(yu)使被焊材料處(chu)于(yu)韌性較(jiao)好的(de)狀(zhuang)態和降低焊接(jie)接(jie)頭的(de)應力。隨著鋼中鉻的(de)含(han)量提(ti)高(gao),預熱(re)(re)溫(wen)度(du)也應相應提(ti)高(gao)。
2. 焊后熱(re)處(chu)理
焊(han)后對(dui)焊(han)接(jie)接(jie)頭區域要進行750℃~800℃退(tui)火(huo)處理(li),使(shi)過飽(bao)和(he)碳和(he)氨(an)氮完(wan)全析出(chu),使(shi)鉻充(chong)分地補充(chong)到貧鉻區,以(yi)恢復(fu)其耐蝕(shi)性(xing),同時也可改善焊(han)接(jie)接(jie)頭的塑性(xing)。值得注意的是,退(tui)火(huo)后應快(kuai)冷(leng),以(yi)防止475℃脆性(xing)產生。
3. 采用(yong)小的熱輸人
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(de)(de)焊(han)(han)接(jie)(jie)材(cai)料(liao)與(yu)(yu)母材(cai)金(jin)屬的(de)(de)化(hua)學(xue)成分相當時,必須按上述工藝措施(shi)進行。如(ru)選用奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹鋼焊(han)(han)接(jie)(jie)材(cai)料(liao),則可免(mian)除焊(han)(han)前(qian)預熱(re)和焊(han)(han)后(hou)熱(re)處理;但對于(yu)不含穩定化(hua)元(yuan)素的(de)(de)鐵(tie)素體(ti)(ti)不銹鋼焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭來(lai)說,熱(re)影響(xiang)區的(de)(de)粗晶脆化(hua)和晶間腐蝕(shi)(shi)問題不會因(yin)填充材(cai)料(liao)的(de)(de)改變而(er)變化(hua)。奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)或奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)-鐵(tie)素體(ti)(ti)焊(han)(han)縫金(jin)屬基本(ben)上與(yu)(yu)鐵(tie)素體(ti)(ti)不銹鋼母材(cai)等(deng)強度;但在某些腐蝕(shi)(shi)介質(zhi)中,這種異(yi)質(zhi)焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的(de)(de)耐蝕(shi)(shi)性可能低(di)于(yu)同(tong)質(zhi)的(de)(de)接(jie)(jie)頭。
極低碳的(de)(de)高(gao)鉻鐵素(su)體(ti)不(bu)(bu)銹鋼板厚小(xiao)于5mm時焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)前可(ke)不(bu)(bu)預熱,焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)后(hou)也不(bu)(bu)必進行熱處(chu)理,可(ke)使(shi)(shi)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)接接頭仍保(bao)持足夠(gou)的(de)(de)韌性,耐(nai)腐蝕性也好(hao)。焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)接工藝的(de)(de)重點是使(shi)(shi)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫金屬中(zhong)碳加氮的(de)(de)含量(liang)不(bu)(bu)高(gao)于母(mu)材(cai)金屬的(de)(de)含量(liang),首先焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)接材(cai)料必須滿足這一(yi)要求(qiu)。焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)接方法應(ying)選擇高(gao)能量(liang)的(de)(de)等離子(zi)弧焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)和真空電子(zi)束焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)。要求(qiu)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)接材(cai)料不(bu)(bu)得(de)污染(ran);焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)接熔池、焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫背面都要有效保(bao)護,防止空氣的(de)(de)侵入。除(chu)采(cai)用小(xiao)的(de)(de)熱輸人進行焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)接外,焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫背面可(ke)用惰(duo)性氣體(ti)保(bao)護,并最好(hao)采(cai)用通冷卻(que)水的(de)(de)銅(tong)墊板,以減(jian)少(shao)過熱,增加冷卻(que)速度(du)。多層焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)時層間溫度(du)要控制(zhi)在100℃左右。
四、鐵素體不銹(xiu)鋼的焊(han)接技巧
(1). 采用(yong)窄焊道焊接(jie)(jie),如小的焊接(jie)(jie)線能量、較快的焊接(jie)(jie)速度等;
(2). 使(shi)焊(han)絲的(de)受熱末端始終處在保護氣體中;
(3). 采用先(xian)進的(de)焊(han)接(jie)技術,如等離子(zi)電弧焊(han)、熔化極電弧焊(han)等;
(4). 熄弧后應繼(ji)續通保護氣(qi)體,直至冷卻(que)充(chong)分;
(5). 用純凈度高的氬氣保(bao)護(hu)焊接熔池;
(6). 焊縫背面應采用惰(duo)性氣(qi)體(ti)保護;
(7). 對(dui)于多層焊接(jie),應用(yong)不銹(xiu)鋼刷子清除(chu)層間氧化物。