4不銹鋼及耐熱鋼的焊接ppt課件

金屬焊接性 吳明忠 第4章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 4 1 1不銹鋼的基本定義1 定義 耐空氣 水 酸 堿 鹽及其溶液和其他腐蝕介質(zhì)腐蝕的 具有高度化學(xué)穩(wěn)定性的合金鋼的總稱解釋 原義型 習(xí)慣型 廣義型 4 1不銹鋼及耐熱鋼的分類及特性 2 不銹鋼和耐熱鋼的區(qū)別 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 耐熱鋼 抗氧化鋼和熱強(qiáng)鋼 不銹鋼主要用在溫度不高的濕腐蝕介質(zhì)條件耐腐蝕性 耐熱鋼主要用在高溫氣體環(huán)境耐高溫腐蝕性能及高溫下力學(xué)性能 不銹鋼含碳量低而耐熱鋼含碳量較高如 25 200Cr25Ni20 00Cr25Ni20 2Cr25Ni20 4Cr25Ni20 1 按主要化學(xué)成分分類 鉻不銹鋼鋼 Cr13 鉻鎳不銹鋼 Cr18Ni9 鉻錳氮不銹鋼 1Cr18Mn8Ni5N 1Cr18Mn6Ni5N 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 4 1 2不銹鋼及耐熱鋼的分類 2 按用途分類 不銹鋼1Cr13 0Cr19Ni9 00Cr25Ni22Mo2 500 抗氧化鋼1Cr17Cr25Si2 2Cr25Ni20900 1100 熱強(qiáng)鋼1Cr18Ni94Cr25Ni20 1Cr12600 800 3 按組織分類 奧氏體鋼 18 8鋼 25 20鋼 25 35鋼 固溶處理態(tài) 鐵素體鋼 含Cr11 5 32 0 1Cr171Cr25Si2 退火態(tài) 馬氏體鋼 含Cr11 5 18 0 Cr13系列1Cr132Cr133Cr13Cr12系列1Cr12MoW 鐵素體 奧氏體雙相鋼鐵素體占60 40 奧氏體占40 60 提高Cr降低Ni加Mo加N如18 5型22 5型25 5型 固溶處理態(tài) 沉淀硬化鋼經(jīng)時(shí)效強(qiáng)化處理以形成析出硬化相的高強(qiáng)鋼馬氏體強(qiáng)化沉淀硬化鋼0Cr17Ni4Cu4Nb 17 4PH半奧氏體強(qiáng)化沉淀硬化鋼0Cr17Ni7Al 17 7PH 時(shí)效處理態(tài) 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 1 不銹鋼的物理性能導(dǎo)熱率 線膨脹系數(shù) 電阻率表4 1 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 4 1 3不銹鋼及耐熱鋼的特性 2 不銹鋼的耐蝕性能 均勻腐蝕 點(diǎn)腐蝕 縫隙腐蝕 晶間腐蝕 應(yīng)力腐蝕 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 均勻腐蝕 硝酸等氧化性酸中 不易產(chǎn)生均勻腐蝕硫酸等還原性酸中 Cr Ni奧氏體鋼具有良好的耐蝕性 只含Cr的馬氏體鋼和鐵素體鋼不耐腐蝕含氯離子介質(zhì)中 Cr Ni奧氏體鋼鈍化層破壞發(fā)生腐蝕 Mo元素在各種酸中有改善耐蝕性作用馬氏體鋼不適宜強(qiáng)腐蝕介質(zhì)中使用 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 點(diǎn)腐蝕 在金屬材料表面大部分不腐蝕或腐蝕輕微 而分散發(fā)生的局部腐蝕 又稱坑蝕或孔蝕 常發(fā)生在材料表面缺陷處 如夾雜物 貧鉻區(qū) 晶界 位錯(cuò)在表面暴露處 屬于陽極腐蝕 防止點(diǎn)蝕途徑 減少氯離子含量和氧含量 加緩蝕劑 降低介質(zhì)溫度 加入CrNiMoSiCu等合金元素 盡量不進(jìn)行冷加工 以減少位錯(cuò)露頭 降低C 添加N 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 縫隙腐蝕 機(jī)理同點(diǎn)腐蝕 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 晶間腐蝕 在晶粒邊界附近發(fā)生的有選擇性的腐蝕現(xiàn)象 晶間腐蝕多半與晶界層 貧鉻 現(xiàn)象有聯(lián)系 奧氏體不銹鋼晶間腐蝕 450 850 溫度區(qū)間發(fā)生敏化 超低碳及鋼中含有Nb或Ti 經(jīng)穩(wěn)定化處理 高Cr鐵素體鋼晶間腐蝕發(fā)生過程與奧氏體不銹鋼正相反 固溶處理可以改善耐晶間腐蝕性能 奧氏體鋼中存在一定數(shù)量的鐵素體相 可減少晶間腐蝕傾向 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 應(yīng)力腐蝕 SCC 不銹鋼在特定的腐蝕介質(zhì)和拉應(yīng)力作用下出現(xiàn)的低于強(qiáng)度極限的脆性開裂現(xiàn)象 不銹鋼的應(yīng)力腐蝕大部分是由氯引起的 Cr Ni奧氏體不銹鋼耐氯化物SCC的性能 隨Ni含量的提高而增大 雙向不銹鋼的SCC敏感性與兩相的比例有關(guān) 相為40 50 時(shí)具有最好的耐SCC的性能 3 不銹鋼及耐熱鋼的高溫性能 高溫性能抗氧化性抗熱強(qiáng)性 合金化 高溫脆化回火脆化Cr13550 晶粒長大脆化高鉻鐵素體晶界析出碳化物脆化奧氏體475 脆化Cr 15 的高鉻鐵素體430 480 相脆化Cr 20 的純Fe Cr高Cr Ni奧氏體鋼 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 4 1 4Fe Cr Fe Ni相圖及合金元素的影響 1 Fe Cr相圖 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 2 Fe Ni相圖 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 3 合金元素對相圖的影響 碳的影響 碳是強(qiáng)奧氏體化元素 碳首先與鉻形成化合物 其次是鐵 不銹鋼中碳的溶解度大大降低 減緩 析出 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 氮的影響 氮是強(qiáng)奧氏體化元素 是Ni的30倍 鉻 鎳不銹鋼中具有高溶解度 在 不銹鋼中不易形成脆性析出相 減緩 析出 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 鉬的影響 鉬是鐵素體形成元素 奧氏體相區(qū)的邊界向高溫區(qū)遷移 相區(qū)向低鉻高鎳遷移 通過調(diào)整Cr Mo C的相對含量調(diào)整鐵素體量 促進(jìn) 析出 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 錳的影響 錳是奧氏體形成元素 防止在奧氏體中的熱裂紋 提高氮的溶解度 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 4 2奧氏體鋼焊接 4 2 1奧氏體不銹鋼的類型 18 8型 18 12Mo型 25 20型 1Cr18Ni9和0Cr18Ni91Cr18Ni9Ti和1Cr18Ni11Nb00Cr19Ni10 0Cr17Ni12Mo2 0Cr18Ni12Mo2Ti高耐點(diǎn)腐蝕性能 0Cr25Ni20 1 奧氏體不銹鋼焊接接頭的耐蝕性 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 4 2 2奧氏體不銹鋼焊接性分析 晶間腐蝕 應(yīng)力腐蝕開裂 點(diǎn)蝕 2 熱裂紋 3 析出現(xiàn)象 4 低溫脆化 1 晶間腐蝕焊接接頭有三個(gè)部位有可能產(chǎn)生晶間腐蝕 焊縫晶間腐蝕 敏化區(qū)腐蝕 近縫區(qū)刀狀腐蝕 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 焊縫晶間腐蝕的原因由于在晶界析出鉻的碳化物從而在晶界形成薄的貧鉻層引起的 晶間腐蝕傾向與焊接材料有直接關(guān)系焊接材料含有穩(wěn)定化元素 如Ti Nb 或含碳量達(dá)到超低碳 碳含量小于0 03 水平時(shí)就不容易產(chǎn)生晶間腐蝕 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 防止焊縫區(qū)晶間腐蝕措施冶金措施 1 焊縫金屬超低碳 或含有足夠的穩(wěn)定化元素鈮由于在一定溫度下18 8鋼中鈮會(huì)優(yōu)先與碳形成穩(wěn)定的NbC 阻止了Cr23C6的形成 也就不會(huì)產(chǎn)生貧鉻現(xiàn)象 因此應(yīng)選用含有足夠鈮的焊接材料或選用超低碳焊接材料 一般Nb 8C或Nb 1 數(shù)量不足不能可靠的固定C 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 2 調(diào)整焊縫化學(xué)成分獲得一定數(shù)量的鐵素體希望有一定的鐵素體相原因 A 打亂單一 相柱狀晶的方向性 不致形成連續(xù)貧Cr層單相 組織的焊縫金屬具有發(fā)達(dá)的柱狀晶特征 出現(xiàn)的貧鉻層可以貫穿于晶粒之間構(gòu)成腐蝕通道 具有熱裂傾向 晶間腐蝕傾向 若存在 相 樹枝晶打散不能構(gòu)成腐蝕通道 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 B 相富Cr碳化物可以優(yōu)先在 相內(nèi)部邊緣沉淀 而不致于在晶界形成貧鉻層 合適的比值在4 12 合適 5 時(shí)最優(yōu) 過多促使形成 相 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 對于晶間腐蝕的產(chǎn)生 還與腐蝕介質(zhì)有關(guān) 在硫酸或尿素之類的介質(zhì)中 相優(yōu)先腐蝕 相的檢測 一般采用金相法或磁性法檢測 相的數(shù)量也可采用舍夫勒焊縫圖來判斷 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 圖4 4舍夫勒焊縫組織圖 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 圖4 4Delong焊縫組織圖 2 熱影響區(qū)敏化區(qū)晶間腐蝕焊接熱影響區(qū)中加熱峰值溫度處于敏化溫度區(qū)間的部位也會(huì)由于奧氏體晶粒邊界析出碳化物造成晶粒邊界貧鉻而產(chǎn)生晶間腐蝕 產(chǎn)生溫度 600 1000 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 所謂敏化區(qū)腐蝕 是指焊接熱影響區(qū)中被加熱的溫度處于敏化溫度區(qū)間的金屬發(fā)生晶間腐蝕的現(xiàn)象 對于碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0 1 的18 8型奧氏體不銹鈉 其敏化溫度區(qū)間是450 850 但由于焊接過程不是恒溫加熱過程 而是一個(gè)快速連續(xù)加熱過程 而鉻的碳化物的沉淀是一個(gè)擴(kuò)散過程 需要有充分?jǐn)U散的時(shí)間 因此總要有一個(gè)過熱度 故其實(shí)際敏化溫度區(qū)間是600一1000 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 敏化區(qū)腐蝕的原因是 經(jīng)過固溶處理的奧氏體鋼中碳是以過飽和的狀態(tài)溶于奧氏體小 但不是一種穩(wěn)定的狀態(tài) 當(dāng)金屬受到敏化溫度的熱作用時(shí) 過飽和的碳就向晶界擴(kuò)散 與鉻形成Cr23C6或 Cr Fe C6沉淀于晶界 碳是間隙原子 擴(kuò)散速度比較快 可以不斷地由晶內(nèi)向晶界補(bǔ)充 而晶內(nèi)的鉻擴(kuò)散速度比較慢 來不及向晶界補(bǔ)充 因而在晶界能形成一個(gè)薄的貧鉻層 使之喪失耐腐蝕能力 在腐蝕介質(zhì)的作用廠 就會(huì)產(chǎn)生敏化腐蝕 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 在敏化溫度區(qū)間以下加熱時(shí) 由于碳和鉻的擴(kuò)散速度都很低 鉻的碳化物析出速度很低 不會(huì)呈現(xiàn)晶間腐蝕傾向 在敏化溫度區(qū)間以上加熱時(shí) 鉻的擴(kuò)散速度加快 能及時(shí)從晶內(nèi)向晶界補(bǔ)充 因此也不會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕傾向 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 只有普通的18 8鋼才會(huì)有敏化區(qū) 含有鈦 鈮的奧氏體不銹鋼 含有一定數(shù)量鐵素體的雙相不銹鋼 以至超低碳的奧氏體不銹鋼母材 不易有敏化區(qū)出現(xiàn) 焊接工藝上選用較低線能量 快速冷卻的工藝措施等有利于防止熱影響區(qū)敏化區(qū)晶間腐蝕 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 在熔合區(qū)產(chǎn)生的晶間腐蝕 有如刀削切口的形式 故稱刀口腐蝕 腐蝕區(qū)的寬度初期不超過3 5個(gè)晶粒 逐步擴(kuò)展到1 0 1 5mm 發(fā)生材質(zhì) 含有鈮 鈦的18 8鋼的熔合區(qū) 產(chǎn)生原因 圖4 6 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 3 刀狀腐蝕 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 控制措施 1 降低含C量 0 06 2 焊接時(shí)盡量減少過熱 盡量避免交叉焊縫和采用小的熱輸入 避免敏化區(qū)落在HAZ的過熱區(qū) 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 2 應(yīng)力腐蝕開裂 簡稱SCC 焊接接頭應(yīng)力腐蝕是奧氏體不銹鋼焊接中最不易解決的問題之一 奧氏體不銹綱在氯化物 氟化物等介質(zhì)中對應(yīng)力腐蝕破壞較為敏感 引起應(yīng)力腐蝕的拉應(yīng)力主要來源于 焊接殘余拉應(yīng)力 零件冷加工 如冷彎 切削 打磨 熱加工 如熱彎 火焰矯正 焊后熱處理 及安裝過程中產(chǎn)生的殘余拉應(yīng)力 工件使用過程中產(chǎn)生的工作應(yīng)力 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 腐蝕介質(zhì)的影響 焊接應(yīng)力的作用 合金元素的作用 合金元素的偏析 腐蝕介質(zhì)與材料組合上的選擇性 退火消除焊接殘余應(yīng)力 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 1 降低殘余應(yīng)力水平 如采用小線能量 短道焊 合理布置焊縫的位置和焊接次序 消除殘余應(yīng)力是防止應(yīng)力腐蝕最有效的措施之一 如焊后錘擊 焊接區(qū)表面噴丸 焊后退火等 退火時(shí)要注意退火溫度必須避開產(chǎn)生晶間腐蝕的敏化溫度 2 接頭設(shè)計(jì)要盡量減少應(yīng)力集中 設(shè)計(jì)時(shí)還要注意防止產(chǎn)生 死區(qū) 而使接頭區(qū)因 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 應(yīng)力腐蝕開裂的防止 存在濃縮和沉積的介質(zhì)而產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂 3 選材上 注意選擇在工作介質(zhì)中對于應(yīng)力腐蝕不敏感的母材 對于焊縫金屬 關(guān)鍵是選擇焊接材料 如選擇可產(chǎn)生雙相組織 奧氏體 鐵素體 的焊接材料 有利于提高在氯化物中的耐應(yīng)力腐蝕開裂性能 4 注意保護(hù)奧氏體不銹鋼表面的鈍化膜 酸洗處理或隨意在母材表面打弧都可能造成表面鈍化膜的破壞而引起應(yīng)力腐蝕 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 發(fā)生材質(zhì) 奧氏體鋼 雙相鋼含Mo鋼耐點(diǎn)蝕性好一些 產(chǎn)生部位 a 熔合區(qū)中不完全混合區(qū) 也有人稱它為近熔合區(qū)的焊縫 成分與母材相同 但經(jīng)歷了熔化與凝固過程 b 若焊接材料選擇不當(dāng) 焊縫中心部位也會(huì)有點(diǎn)蝕產(chǎn)生 其主要原因應(yīng)歸結(jié)為耐點(diǎn)蝕成分Cr與Mo的偏析 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 3 點(diǎn)蝕 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 控制方法 不能進(jìn)行自熔焊接 或填同質(zhì)焊絲 否則造成Cr與Mo的偏析 焊接材料與母材必須超合金化匹配 提高焊接材料中Cr Ni Mo的含量 必須考慮母材的稀釋作用 以保證足夠的合金含量 提高Ni量有利于減少微觀偏析 必要時(shí)采用Ni基合金焊絲 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 2 熱裂紋 奧氏體鋼焊接熱裂紋的原因 熱導(dǎo)率小 線彭脹系數(shù)大 柱狀晶組織 利于雜質(zhì)偏析 合金復(fù)雜 凝固模式對熱裂紋的影響 單相奧氏體易產(chǎn)生 雙向組織不易產(chǎn)生 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 凝固模式 以何種初生相開始結(jié)晶 以何種相完成凝固過程 晶界潤濕理論偏析液膜能夠潤濕 界面 不能潤濕 異相界面 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 化學(xué)成分對熱裂紋的影響 1 Mn的影響 單相A鋼中Mn是有益的 但是Mn Cu共存 相互促進(jìn)偏析 形成偏析液膜 增大熱裂傾向 焊接普通25 20鋼時(shí) 提高M(jìn)n量 熱裂降低 而焊接Cr23Ni28Mo3Cu3Ti則不加Mn 調(diào)整成分歸根結(jié)底還是通過組織發(fā)生作用 如何進(jìn)行冶金化 還未能獲得完全有規(guī)律的認(rèn)識(shí) 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 2 S P的影響 S P在焊接奧氏體鋼時(shí)極易形成低熔點(diǎn)化合物 增加焊接接頭的熱裂傾向 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 3 Si的影響 Si在18 8鋼中有利于促使產(chǎn)生 相 提高抗裂性 25 20鋼中Si偏析強(qiáng)烈 易引起熱裂紋 硅化物共晶 4 Nb的影響 與P Cr Mn形成低熔點(diǎn)磷化物 與Si Cr Mn形成低熔點(diǎn)硫化物 氧化物夾雜 在晶粒邊界富集 形成富鈮 鎳的低熔點(diǎn)相 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 5 Ti的影響 Ti可形成低熔點(diǎn)相 鈦碳氮化物相 對抗裂性的影響不如Nb的明顯 6 B的影響對抗熱裂性影響最壞的元素 與鐵 鎳都能形成低熔點(diǎn)共晶 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 7 Cr Ni的影響 奧氏體鋼焊縫提高Ni 熱裂傾向增加 提高Cr影響不大 總之 溶解度小而能偏析形成易熔共晶的成分 引起熱裂紋的產(chǎn)生 凡可無限固溶的成分或溶解度大的成分都不會(huì)引起熱裂 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 焊接工藝的影響 小的E為避免焊縫枝晶粗大和過熱區(qū)晶粒粗化 焊接速度不要過大 適當(dāng)降低焊接電流 不預(yù)熱降低層間溫度 采用不擺動(dòng) 窄焊縫的操作工藝 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 3 析出現(xiàn)象 相析出 硬脆而無磁性的金屬間化合物 相通常在Cr 16 時(shí)才會(huì)析出 鐵素體化元素均加強(qiáng) 轉(zhuǎn)變 相析出材料韌性降低 硬度增加 材料腐蝕敏感性增加 C可大大減慢 相析出 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 4 低溫脆化 試驗(yàn)表明 奧氏體鋼焊縫中一次鐵素體 相不僅能引起高溫脆化 而且也能引起低溫脆化 相數(shù)量越多 低溫脆化越嚴(yán)重 因此 為了滿足低溫韌性的要求 最好不采用 雙相組織 而應(yīng)取得單相奧氏體組織 實(shí)際上即使采用單相奧氏體組織 其低溫韌性也低于經(jīng)固溶處理的母材 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 實(shí)際上 相形態(tài)不同 韌性也不同 焊縫中 相有三種形態(tài)球狀蠕蟲狀 居多數(shù) 韌性降低花邊狀少量的花邊狀 相 可以改善低溫韌性 實(shí)例 0Cr18Ni9不銹鋼列車貯水箱點(diǎn)蝕與開裂原因分析 背景 某旅客列車配套廠生產(chǎn)的1 8m3不銹鋼貯水箱 設(shè)計(jì)使用壽命為七年 列車提速后 在某些路局 這些路局的水樣分析結(jié)果為水中的Cl 是正常飲用水的20倍 的快速列車上發(fā)生了漏水現(xiàn)象 滲漏點(diǎn)主要集中在箱體焊接處 滲漏點(diǎn)形貌為貫穿板厚的圓形小孔 用立式顯微鏡放大至20倍觀察 發(fā)現(xiàn)小孔周邊已失去了鈍化膜 其邊緣和內(nèi)表面凸凹不平 十分粗糙 此外 在水箱防波板和箱體焊接處附近還發(fā)現(xiàn)多處裂紋 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 現(xiàn)場調(diào)查 在生產(chǎn)現(xiàn)場發(fā)現(xiàn) 焊工隨意引弧 造成焊縫附近的母材金屬被電弧擦傷 且常用帶棱鐵錘敲擊箱體以矯正焊接變形 或用尖角錘清除渣皮 用尖角錘清除渣皮 故模擬生產(chǎn)工況條件和焊接工藝 制備經(jīng)過外力錘擊和電弧擦傷的試樣 將兩種試樣與原板材試樣分別進(jìn)行快速腐蝕試驗(yàn)和電極電位的對比試驗(yàn) 以進(jìn)一步確定不銹鋼水箱產(chǎn)生點(diǎn)蝕和開裂的原因 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 滲漏點(diǎn)點(diǎn)蝕及裂紋觀察與分析用肉眼可發(fā)現(xiàn) 發(fā)生點(diǎn)蝕的部位均在防波板與箱體焊縫處或水箱拼板的焊縫處 且在未施焊的迎水面一側(cè) 體視顯微鏡下點(diǎn)蝕形貌 見圖2 圖 中處為點(diǎn)蝕部位 為焊縫區(qū) 為焊趾部位 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 肉眼觀察發(fā)現(xiàn)裂紋發(fā)生在防波板與箱體焊接的熱影響區(qū)內(nèi) 見圖3 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 快速腐蝕結(jié)果在腐蝕液中放置10分鐘后將試樣取出 用清水沖洗干凈后吹干 肉眼可觀察到電弧擦傷部位周圍出現(xiàn)點(diǎn)蝕 其余兩塊試樣無明顯變化 再將試樣放入腐蝕液中繼續(xù)腐蝕 再過10分鐘取出試樣洗凈擦干 電弧擦傷部位周圍點(diǎn)蝕坑明顯增多 見圖6 錘擊試樣與原板材試樣均無明顯變化 將試樣放入腐蝕液中繼續(xù)腐蝕半小時(shí)后發(fā)現(xiàn)錘擊處也出現(xiàn)點(diǎn)蝕 見圖7 而母材無變化 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 圖7錘擊坑處的點(diǎn)蝕10 圖6電弧擦傷處的點(diǎn)蝕10 腐蝕結(jié)果分析點(diǎn)蝕位置出現(xiàn)在模擬試樣表面的受電弧擦傷和錘擊處 表明發(fā)生點(diǎn)蝕的原因與不銹鋼表面的鈍化膜受損及表面應(yīng)力有關(guān) 正常情況下在不銹鋼的表面存在致密的鈍化膜 主要是鉻的氧化膜 這層膜作為金屬與介質(zhì)間的一個(gè)屏障保護(hù)內(nèi)部金屬不易被介質(zhì)腐蝕 但是焊接時(shí)的電弧擦傷 飛濺以及產(chǎn)生應(yīng)力處的鈍化膜都會(huì)受到不同程度的破壞 由于氧化膜被破壞處基體的電極電位低于未破壞處 在電解液中為陽極 其余未破壞處為陰極 形成原電池 當(dāng)鈍化膜遭到局部破壞時(shí) Cl 在該處的作用會(huì)表現(xiàn)的更加強(qiáng)烈 使該處首先發(fā)生點(diǎn)蝕 陽極反應(yīng)陰極反應(yīng) 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 結(jié)論 1 0Cr18Ni9不銹鋼表面鈍化膜局部受損后 受損部位電極電位下降 在腐蝕液內(nèi)易發(fā)生點(diǎn)蝕 2 水箱發(fā)生點(diǎn)蝕的原因 是由于焊接時(shí)電弧擦傷和錘擊使表面鈍化膜局部受損而后在水中Cl 作用下所致 在正應(yīng)力作用下部分點(diǎn)蝕處易擴(kuò)展為應(yīng)力腐蝕裂紋 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 補(bǔ)充內(nèi)容 一次穩(wěn)定狀態(tài)二次穩(wěn)定狀態(tài) 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 什么是奧氏體鋼和焊縫的一次穩(wěn)定狀態(tài)和二次穩(wěn)定狀態(tài) 所謂奧氏體鋼和焊縫的一次穩(wěn)定狀態(tài) 是指尚未喪失耐晶間腐蝕的奧氏體鋼和奧氏體焊縫在敏化溫度區(qū)內(nèi)加熱時(shí)間很短 仍具有耐晶間腐蝕能力的狀態(tài) 此時(shí) 晶界的貧鉻層來不及形成 所謂奧氏體鋼和焊縫的二次穩(wěn)定狀態(tài) 是指當(dāng)奧氏體鋼和奧氏體焊縫在敏化溫度區(qū)內(nèi)加熱時(shí)間較長 且喪失了耐晶間腐蝕的能力以后 通過長時(shí)間加熱 促使鉻的擴(kuò)散 使金屬又恢復(fù)了耐腐蝕能力的狀態(tài) 通常把這種處理稱為 穩(wěn)定化退火 4 2 3奧氏體鋼焊接工藝特點(diǎn)1 焊接材料選擇1 堅(jiān)持 適用性原則 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 2 根據(jù)所選各焊接材料的具體成分來確定是否適用 并應(yīng)通過工藝評(píng)定試驗(yàn)加以驗(yàn)證 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 3 考慮熔合比的大小熔敷金屬 焊縫金屬 4 確定合金化程度 5 具體合金成分的作用 輕度 超合金化 2 焊接工藝要點(diǎn) 合理選擇最適當(dāng)?shù)暮附臃椒?第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 由于導(dǎo)熱系數(shù)小 線脹系數(shù)大 自由狀態(tài)下焊接易產(chǎn)生變形 應(yīng)選焊接能量集中的方法 以機(jī)械化快速焊為好 必須控制焊接參數(shù) 避免接頭產(chǎn)生過熱現(xiàn)象 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 奧氏體鋼導(dǎo)熱系數(shù)小 熱量不易散失 在同樣電流下比結(jié)構(gòu)鋼時(shí)得到較大的熔深 焊接所用焊接電流和焊接線能量比焊接碳鋼要小20 左右 應(yīng)避免交叉焊縫 不應(yīng)預(yù)熱 快冷卻 保持較低的層間溫度 例如 坡口角度同質(zhì)焊接材料 60 鎳基合金焊接材料 由于金屬流動(dòng)更為粘滯 坡口角度要增大到80 60 時(shí)很容易發(fā)生熔合不良現(xiàn)象 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 接頭設(shè)計(jì)要合理 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 盡可能控制焊接工藝穩(wěn)定以保證焊縫金屬成分穩(wěn)定 控制焊縫成形 表面成形是否光整 是否有易產(chǎn)生應(yīng)力集中之處 均會(huì)影響到接頭的工作性能 因?yàn)楹缚p性能對化學(xué)成分的變動(dòng)有較大的敏感性 為保證焊縫成分穩(wěn)定 必須保證熔合比穩(wěn)定 奧氏體不銹鋼焊縫受到污染 其耐蝕性會(huì)變差 隨處任意引弧造成弧擊 鐵錘敲擊 打沖眼等都是腐蝕根源 控制焊縫施焊程序 保證面向介質(zhì)的焊縫在最后施焊 這樣可以避免面對介質(zhì)的焊縫及其HAZ發(fā)生敏化 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 防止工件工作表面的污染及表面正常狀態(tài) 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 防治措施 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 1Cr17鐵素體鋼自動(dòng)鎢極氬弧焊實(shí)例 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 1Cr17Ti鐵素體鋼焊條電弧焊實(shí)例 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 實(shí)例 1Cr18Ni9Ti不銹鋼管對接焊 背景 1Cr18Ni9Ti不銹鋼鋼管對接焊 主要用于化工廠耐熱 耐酸 耐壓設(shè)備和管道的焊接中 現(xiàn)介紹的1Cr18Ni9Ti不銹鋼 159mm 5mm鋼管對接焊工藝 主要用于化肥廠最主要的設(shè)備 合成塔內(nèi)部管件的對接焊 合成塔內(nèi)部管件的焊接難度大 質(zhì)量要求高 且要求內(nèi)表面成型良好 焊縫高度不能大于0 8mm 焊后管內(nèi)要求的通徑為147mm 以便管內(nèi)安裝電阻絲和瓷瓶等 以往采用氬弧焊水平焊接或手工電弧焊 焊后內(nèi)孔尺寸難以保證 為保證焊接質(zhì)量 提高生產(chǎn)效率 現(xiàn)采用手工鎢極氬弧焊立焊打底 手工電弧平焊蓋面 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 1焊前準(zhǔn)備 1 清理油 污物 將坡口面及周圍10mm內(nèi)修磨出金屬光澤 2 檢查水 電 氣路是否暢通 設(shè)備及附件狀態(tài)是否良好 3 按尺寸進(jìn)行裝配 采用坡口內(nèi)定位焊 1點(diǎn) 9點(diǎn) 5點(diǎn)半為點(diǎn)焊位置 點(diǎn)焊長度10 必須焊透并保證質(zhì)量 再用角向磨光機(jī) 在點(diǎn)焊位置兩側(cè)磨出斜坡口形狀 坡口角度單邊30 鈍邊0 5 以便在后續(xù)焊接中形成良好的接頭 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 2TIG焊接工藝2 1焊接參數(shù)采用 2 5的鎢極 鎢極伸出長度為4 5mm 不預(yù)熱 噴嘴直徑12mm 焊接工藝參數(shù)見表3 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 2 2操作方法 1 為保證內(nèi)部焊縫高度不大于0 8mm 采用外填絲法施焊 2 引弧前一定要把管內(nèi)氬氣保護(hù)裝置安裝好 然后再進(jìn)行焊接 焊接過程中焊絲不能與鎢極接觸或直接深入電弧的弧柱區(qū) 否則會(huì)造成焊縫夾鎢并破壞電弧穩(wěn)定性 3 在3點(diǎn)5分處起焊 一般焊接位置保持在3點(diǎn)到2點(diǎn)45分處 焊接時(shí)鎢極垂直于管子軸心 這樣能更好地控制熔池大小 而且可使噴嘴均勻地保護(hù)熔池不被氧化 4 焊接時(shí)鎢極端部離焊件距離2mm左右 焊絲要順著坡口沿著管子切向輸送到熔池的前端 使用自動(dòng)滾輪架慢慢均勻地轉(zhuǎn)動(dòng) 焊槍保持在3點(diǎn)5分位置 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 3手工電弧焊接工藝3 1焊接參數(shù)采用直流電焊機(jī) 手工電弧焊平焊位置 層間溫度小于130 其它工藝參數(shù)見表4 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 3 2操作方法 熱源溫度越高 層間溫度越低 焊接后的質(zhì)量就越好 一般焊接1Cr18Ni9Ti不銹鋼選擇小電流 電弧要穩(wěn)定 焊條與工件保持1 2mm的距離 因?yàn)殡娀〉腿鄢鼐头€(wěn)定 金屬飛濺就少 蓋面焊接時(shí)擺動(dòng)要均勻 每根焊條結(jié)束后 再接另一根焊條引弧時(shí)要過收弧處6mm 等引弧成功后 再移到收弧處 這樣的接頭成型良好 也不會(huì)夾渣 焊縫高低基本一樣 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 焊接時(shí) 焊條與管子的角度要合適 自動(dòng)轉(zhuǎn)速均勻 這樣才能保證焊縫質(zhì)量 避免焊縫產(chǎn)生氣孔 夾渣等現(xiàn)象 焊接時(shí)采用小月牙形擺動(dòng) 兩側(cè)稍作停留穩(wěn)弧 中間速度稍快 這樣可以避免焊縫凸起 填充時(shí) 要注意坡口邊緣不要被電弧擦傷 以備蓋面層焊接 蓋面時(shí)應(yīng)在坡口邊緣稍作停頓 以保證熔池與坡口更好地融合 收弧處 焊條要在熔池稍作停留 填充熔池 回焊 這樣可防止收弧處產(chǎn)生裂紋 焊接接尾處低下 夾渣 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 注意事項(xiàng) 1 TIG焊時(shí) 焊接電流小 根部間隙小 焊接速度過快 焊槍角度不正常等均會(huì)產(chǎn)生未焊透缺陷 在焊接過程中 氬氣保護(hù)裝置必須與管子對嚴(yán) 以防止被氧化 不銹鋼焊接時(shí)若溫度超高 其組織性能就會(huì)受到破壞 還會(huì)產(chǎn)生裂紋 所以一定要控制層間溫度 最好采用小電流多層次焊接 4 收弧處容易產(chǎn)生裂紋 夾渣等缺陷 所收弧時(shí)要再回焊一下 以保證焊接質(zhì)量 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 第三節(jié)鐵素體鋼及馬氏體鋼的焊接一 鐵素體鋼的焊接 一 F鋼的類型1 普通F鋼其中有 1 低Cr Cr12 14 鋼如 00Cr120Cr130Cr13Al2 中Cr Cr16 18 鋼如 0Cr17Ti1Cr17Mo3 高Cr Cr25 30 鋼如 1Cr25Ti1Cr28 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 2 高純度鐵素體鋼限制C N的含量 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 鐵素體鋼的焊接性如何 焊接時(shí)容易出現(xiàn)哪些問題 鐵素體鋼中鐵素體形成元素鉻的含量很高 有些鋼中還加入了一些其它鐵素體形成元素 如A1 Mo和Si等 因此 大多數(shù)鋼在高溫下完全失去了轉(zhuǎn)變成奧氏體的可能性 這種鋼沒有淬硬性 總的來說 焊接性比馬氏體鋼好 但通常比奧氏體鋼差 普通鐵素體鋼焊接時(shí)主要有以下兩方面問題 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 1 焊接接頭晶間腐蝕問題鐵素體鋼比奧氏體鋼有更大的晶間腐蝕敏感性 腐蝕部位在熱影響區(qū)中被加熱至925 到熔合線之間 鐵素體鋼一般是退火狀態(tài)供貨 金相組織是鐵素體加少量碳化物和少量金屬間化合物 碳化物分布比較均勻 當(dāng)鐵素體含鉻量高 或加入一些能固定碳的元素時(shí) 可提高抗晶間腐蝕的能力 例如Cr28 Crl7Ti型鋼具有良好的抗晶間腐蝕能力 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 2 焊接接頭脆化問題 1 高溫過熱引起的脆化 2 475 脆化 3 相脆化 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 1 高溫過熱引起的脆化鐵素體鋼焊縫和熱影區(qū)中的過熱區(qū)的晶粒粗化傾向比較大 當(dāng)接頭嚴(yán)重過熱時(shí) 晶粒劇烈地長大 使常溫下的沖擊韌度顯著地降低 而且 如果焊接內(nèi)應(yīng)力比較大 還容易產(chǎn)生裂紋 這種脆化無法用焊后熱處理來改善 過熱脆化的主要原因與這種鋼沒有重結(jié)晶過程有關(guān) 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 2 475 脆化鐵素體鋼由于含鉻量很高 475 脆化問題比較突出 在熱影響區(qū)被加熱到350 一550 的部位很容易產(chǎn)生475 脆化 因此應(yīng)盡量縮短在這個(gè)溫度區(qū)停留的時(shí)間 同時(shí) 在預(yù)熱 焊后熱處理時(shí)都應(yīng)避開這個(gè)溫度范圍 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 3 相脆化這也是鐵素體鋼焊接時(shí)比較突出的問題 在焊接接頭被加熱到520 820 的部位和當(dāng)焊接接頭整體在520 820 的范圍內(nèi)加熱時(shí) 都容易產(chǎn)生 相脆化 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 鐵素體型鋼的焊接工藝要點(diǎn)如下 1 焊接方法可以采用焊條電弧焊 鎢極氬弧焊 埋弧焊 等離子弧焊 電子束焊等焊接方法焊接 為了減小過熱脆化 475 脆化和 相脆化傾向 以及提高接頭的耐蝕性 應(yīng)采用小的熱輸入 窄焊道等焊接技術(shù) 例如 焊條電弧焊時(shí)應(yīng)采用小的焊接電流 快速焊 焊條不擺動(dòng)和短弧焊 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 2 焊接材料根據(jù)對焊接接頭性能要求的不同 可以選用合金含量與母材相近的焊條或焊絲 或選用奧氏體焊條和焊絲 當(dāng)接頭有耐蝕性 耐熱性要求時(shí) 應(yīng)選用合金含量與母材相近的焊接材料 例如E430 16 G302 E430 15 G307 焊條等 此時(shí)需要焊前預(yù)熱 焊后熱處理 以防止產(chǎn)生裂紋和改善接頭的性能 當(dāng)接頭不能預(yù)熱焊接時(shí)或?qū)宇^塑性要求比較高時(shí) 可以選用奧氏體焊接材料 例如E316 15 A207 E310 16 A402 焊條等 一般不需焊后熱處理 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 3 預(yù)熱和層間溫度當(dāng)采用合金含量與母材相近的焊接材料時(shí) 推薦的預(yù)熱溫度和層間溫度為150 230 含鉻量越高 其預(yù)熱溫度也應(yīng)越高 但是對焊件進(jìn)行預(yù)熱不是為了防止淬硬 而是為了在好韌性的條件下焊接和減小焊縫收縮力 因?yàn)殍F素體鋼在室溫下的塑性和韌性較差 而當(dāng)溫度升高時(shí) 沖擊韌度明顯地提高 這有利于防止產(chǎn)生裂紋 但是為了避免475 脆性和限制晶粒長大 預(yù)熱溫度不應(yīng)該太高 采用奧氏體鋼焊條時(shí) 焊前不必預(yù)熱 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 4 焊后熱處理對于采用合金含量與母材相近的焊接材料焊接的焊接接頭 焊后應(yīng)進(jìn)行750 800 退火處理 使鉻的分布均勻化 碳化物球化 以恢復(fù)耐蝕性和改善接頭的塑性 退火后應(yīng)快冷 以防止475 脆化和 相脆化 采用奧氏體鋼焊條時(shí) 焊后可不做熱處理 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 二馬氏體鋼焊接 一 馬氏體鋼的類型1 普通Cr13鋼 1Cr13 2Cr13 3Cr13 4Cr132 熱強(qiáng)馬氏體鋼 Cr12為基多元合金化2Cr12WMoV 2Cr12MoV 2Cr12Ni3MoV3 超低碳復(fù)相馬氏體鋼 C低于0 05 并加入Ni 也可能加少量的Mo Ti Si0 01C 13Cr 7Ni 3Si0 03C 12 5Cr 4Ni 0 3Ti 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 馬氏體鋼的焊接性如何 焊接時(shí)容易出現(xiàn)哪些問題 馬氏體鋼淬硬傾向很大 在空冷的條件下就能產(chǎn)生高硬度的馬氏體組織 在所有的不銹鋼和高合金耐熱鋼中其焊接性最差 焊接時(shí)容易產(chǎn)生以下問題 1 焊接冷裂紋2 焊接接頭脆化 1 近縫區(qū)過熱脆化 2 回火脆化 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 1 焊接冷裂紋這是馬氏體鋼很突出的問題 這一方面與其淬硬性大有關(guān) 另一方面也與馬氏體導(dǎo)熱性差 能引起較大的焊接內(nèi)應(yīng)力有關(guān) 特別是含碳量比較高的鋼和剛性比較大的焊接結(jié)構(gòu)很容易產(chǎn)生焊接冷裂紋 因此 一般都需要采取預(yù)熱和焊后熱處理等措施 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 2 焊接接頭脆化有兩種脆化問題 1 近縫區(qū)過熱脆化多數(shù)馬氏體鋼由于其成分特點(diǎn) 其組織往往處于馬氏體 鐵素體的交界處 當(dāng)冷卻速度較大時(shí) 近縫區(qū)能產(chǎn)生粗大的馬氏體組織 使接頭塑性下降 當(dāng)冷卻速度較小時(shí) 則產(chǎn)生粗大的塊狀鐵素體和碳化物組織 使接頭的塑性更顯著下降 因此焊接時(shí)應(yīng)注意控制冷卻速度 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 2 回火脆化馬氏體鋼及其焊接接頭在375 575 的范圍內(nèi)加熱并逐漸冷卻時(shí) 能產(chǎn)生比較明顯的斷裂韌性降低現(xiàn)象 這是由回火脆化引起的 因此熱處理時(shí)應(yīng)避開回火脆化溫度區(qū) 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 試述馬氏體鋼的焊接工藝要點(diǎn)1 焊接方法馬氏體鋼可采用除氣焊以外的所有熔焊方法進(jìn)行焊接 例如焊條電弧焊 埋弧焊鎢極氬弧焊 熔化極氬弧焊等 由于這種鋼具有很大的冷裂敏感性 焊前必須嚴(yán)格清理焊件 烘干焊條 使焊接保持低氫甚至超低氫條件 當(dāng)焊接接頭的拘束度較大時(shí) 最好采用鎢極氬弧焊或熔化極氬弧焊 在不使近縫區(qū)過熱脆化的前提下適當(dāng)增大焊接熱輸入 可減小產(chǎn)生冷裂紋的傾向 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 2 焊接材料焊接材料的選擇應(yīng)視鋼種 焊接方法和接頭的工作條件的不同而異 為了保證使用性能的要求 焊縫的化學(xué)成分應(yīng)力求接近母材的成分 即宜選用與母材成分接近的焊接材料 但是在這種情況下 焊縫和熱影響區(qū)容易硬化變脆 為防止冷裂 焊后一般都需要進(jìn)行熱處理 第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接 當(dāng)件不允許進(jìn)行熱處理時(shí) 宜采用25 20 25 13型奧氏體鋼焊接材料焊接 以形成奧氏體焊縫 松弛焊接應(yīng)力 并能較多地固溶氫 降低冷裂傾向 奧氏體焊縫塑性和韌性高 但強(qiáng)度較低 因而只適