不銹(xiu)鋼按其組(zu)織機(ji)構(gou)分為五大類(lei),這樣隨著(zhu)它(ta)(ta)們(men)化學成分和組(zu)織機(ji)構(gou)的(de)不同(tong),它(ta)(ta)們(men)的(de)焊(han)接(jie)性(xing)是有很(hen)大差別的(de)。為此獲得高質量的(de)焊(han)接(jie)接(jie)頭(tou)難易程度和注意事項也截(jie)然不同(tong)。
不銹鋼焊縫中的鐵素體含量對其性能起著極其重要的作用,特別是應用最多的奧氏體不銹鋼(gang)和新開發的奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼的焊縫組織更是如此。奧氏體不銹鋼焊縫中,常常需要形成一定量的鐵素體(通常是4%~12%),以防止焊縫產生凝固裂紋。雙相(xiang)不銹(xiu)鋼中的鐵素體對提高耐蝕性,特別是耐應力腐蝕裂紋和耐孔蝕是至關重要的。在雙相不銹鋼焊縫中又必須限制過多的鐵素體,以保持焊縫金屬具有足夠的塑性、韌性和耐蝕性。因此,在這兩種情況下,必須嚴格控制焊縫中的鐵素體量。而某些在低溫環境及特殊腐蝕介質中使用的奧氏體鋼焊縫中的鐵素體又要求盡可能地降低。現在已經把焊接時快速冷卻形成的不銹鋼的焊縫組織與合金元素的鉻當量[Cr]和鎳當量[Ni]值的關系圖[(Schaeffer圖)、Delong圖和WRC圖],作為不同情況下對焊材的選擇、焊縫組織的預測和根據焊縫化學成分分析的結果,評定焊縫質量的重要依據。
Schaeffer 圖、Delong圖和WRC圖的鉻當量[Cr]和鎳(nie)當量[Ni]計算公式,見表(biao)6-1。
1. Schaeffer圖
Schaeffer圖是(shi)最早的(de)(de)焊縫組(zu)織(zhi)圖,它適用于常規的(de)(de)不銹鋼焊后自然(ran)狀態的(de)(de)焊縫,其(qi)精確度(du)為±4%.借助于薛夫勒(le)(Schaeffer)圖,可(ke)以(yi)預控(kong)制焊縫金(jin)屬相的(de)(de)組(zu)成,可(ke)達到滿足使用要求的(de)(de)目的(de)(de),見圖6-1。圖6-1中的(de)(de)鐵(tie)素(su)體(ti)數FN是(shi)由磁(ci)性(xing)測(ce)定(ding)儀(yi)測(ce)定(ding)的(de)(de),近(jin)似于用金(jin)相測(ce)定(ding)所得出(chu)鐵(tie)素(su)體(ti)含量(liang)的(de)(de)平(ping)均值。
為了(le)使薛夫勒(le)圖(tu)(tu)能(neng)(neng)針(zhen)對(dui)不同(tong)成分的(de)母材與填充金屬在(zai)混合之后,對(dui)可能(neng)(neng)出(chu)現的(de)熱裂紋或(huo)其冶金缺(que)陷(xian)做(zuo)出(chu)預評(ping)價,德國人A.沙賴(lai)特等繪(hui)制出(chu)經細化了(le)的(de)、專用于焊縫金屬的(de)薛夫勒(le)圖(tu)(tu),見圖(tu)(tu)6-2。
圖6-2把(ba)焊縫金屬成分(fen)(fen)分(fen)(fen)成幾個區,如(ru)區域1、2、3及4.例如(ru);當成分(fen)(fen)為A與(yu)(yu)成分(fen)(fen)為B相互(hu)焊合(he),使(shi)用(yong)的(de)(de)填(tian)充(chong)材(cai)料成分(fen)(fen)為C,混(hun)合(he)后(hou)計(ji)算出(chu)的(de)(de)焊縫成分(fen)(fen)為D,其結果表明鐵素體含量在(zai)5%~10%之間,具(ju)有良(liang)好的(de)(de)抗熱裂性能與(yu)(yu)韌性。
2. Delong圖
Delong圖(見(jian)圖6-3)是在(zai)Schaeffer 圖的(de)(de)基礎上加以改進的(de)(de),并(bing)在(zai)此(ci)圖中加人了(le)奧氏體(ti)形(xing)成元素(su)(su)(su)。N的(de)(de)作用,更適合于氣體(ti)保護焊(han)及(ji)含氮或控(kong)氮不銹鋼的(de)(de)焊(han)縫(feng)(feng)組(zu)織(zhi)(zhi)。Delong圖還進一步提高(gao)(gao)了(le)估算鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti)含量(liang)的(de)(de)精(jing)確(que)度(2%),特(te)(te)別是對含有比正(zheng)常氮含量(liang)高(gao)(gao)的(de)(de)熔敷金屬。Delong圖以鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti)序數(FN)標示焊(han)縫(feng)(feng)的(de)(de)鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti)量(liang),但FN最大到18FN,不能滿足(zu)不斷(duan)發展的(de)(de)要(yao)(yao)求,特(te)(te)別是不能滿足(zu)高(gao)(gao)鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti)的(de)(de)雙相(xiang)鋼及(ji)其焊(han)縫(feng)(feng)組(zu)織(zhi)(zhi)的(de)(de)要(yao)(yao)求。
3. WRC圖
WRC圖(見圖6-4)以鐵(tie)素體(ti)(ti)序數(FN)標示焊(han)縫中的(de)鐵(tie)素體(ti)(ti)量(liang),該圖把FN擴大到100FN(相(xiang)(xiang)當于80%的(de)鐵(tie)素體(ti)(ti)),被認為(wei)適合于判斷300系列奧氏(shi)體(ti)(ti)和雙相(xiang)(xiang)不銹鋼焊(han)縫組織(zhi)中的(de)鐵(tie)素體(ti)(ti)含量(liang)。
Schaeffer 圖(tu)(tu)、Delong圖(tu)(tu)、WRC圖(tu)(tu)是歷年來(lai)根據焊縫(feng)的(de)(de)(de)奧氏體(ti)(ti)形成(cheng)元素C、N、Mn、Ni,以(yi)及鐵素體(ti)(ti)形成(cheng)元素Cr、Mo、Si、Nb等對鐵素體(ti)(ti)的(de)(de)(de)作用,計算鉻、鎳當量,繪(hui)制(zhi)(zhi)成(cheng)的(de)(de)(de)組織圖(tu)(tu)。這些圖(tu)(tu)是在不(bu)同時(shi)期考慮不(bu)同化學元素的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)繪(hui)制(zhi)(zhi)的(de)(de)(de),所以(yi)各有其(qi)特點,使用時(shi)應加(jia)以(yi)注(zhu)意。
鐵素體含量的(de)(de)預(yu)測(ce),只(zhi)有當焊(han)縫成(cheng)分包(bao)括在ISO-FN線(0~100FN)范圍內(nei)才會準確(此(ci)線繪(hui)制在圖6-4里),該圖的(de)(de)極(ji)限決定于已有數據的(de)(de)范圍,延長線族將(jiang)會得(de)出錯誤(wu)的(de)(de)預(yu)測(ce)。
1992年美(mei)國推出(chu)(chu)WRC圖(tu)(見圖(tu)6-4),該(gai)圖(tu)能夠更精確地預測不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼焊(han)縫(feng)金屬中(zhong)的鐵素體(ti)(ti)含(han)量。圖(tu)6-4中(zhong),縱坐標(biao)Ni當量中(zhong)考慮了(le)N與Cu的因素。許多研究(jiu)者研究(jiu)了(le)鐵素體(ti)(ti)-奧氏體(ti)(ti)混合(he)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼中(zhong)Cu(通(tong)常含(han)Cu~2%)的影響,一致(zhi)認為Cu對鐵素體(ti)(ti)含(han)量有顯著(zhu)影響。加人Cu后,可避免出(chu)(chu)現(xian)對焊(han)縫(feng)中(zhong)EN值評(ping)估過大。
為了(le)使焊(han)縫金屬型號、成分與其金相(xiang)組(zu)織之間(jian)有一目了(le)然的(de)對應關系,又繪制了(le)專用于焊(han)縫金屬的(de)薛(xue)夫勒(le)(Schaeffer)圖,如路6-5所示。在圖6-5中還包(bao)括了(le)奧氏體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼以(yi)外的(de)其他不(bu)(bu)銹(xiu)鋼。