关于奥氏体不锈钢的焊接工艺
- 格式：pdf
- 大小：112.57 KB
- 文档页数：1
２０１４年第９期 电子机械工程 关于奥氏体不锈钢的焊接工艺 一孙明杨 奥氏体不锈钢比其他不锈钢具有更优良的耐腐蚀性、耐热性和塑性。 奥氏体不锈钢焊接性能比较好。但如果焊接方法和工艺参数选择不当， 仍可产生晶间腐蚀、裂纹等一些缺陷。为防止这些缺陷的产生，有必要 了解产生的原因和防止方法，在生产中加以预防，便可获得优良的焊接 接头。 一、不锈钢概述 １、概述 不锈钢（Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ Ｓｔｅｅ１）指耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、 碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢，又称不锈耐酸钢。实际应用中，常 将耐弱腐蚀介质腐蚀的钢称为不锈钢，而将耐化学介质腐蚀的钢称为耐 酸钢。 由于两者在化学成分上的差异，前者不一定耐化学介质腐蚀，而后 者则一般均具有不锈性。不锈钢的耐蚀性取决于钢中所含的合金元素。 不锈钢基本合金元素还有镍、钼、钛、铌、铜、氮等，以满足各种用途 对不锈钢组织和性能的要求。不锈钢容易被氯离子腐蚀，因为铬、镍、 氯是同位原素，同位原素会进行互换同化从而形成不锈钢的腐蚀。 二、奥氏体不锈钢的焊接性 奥氏体不锈钢的焊接性能较好，焊接时不需要采用特殊的工艺措 施。但若焊接工艺选择不当，容易引起晶间腐蚀和热裂纹等缺陷。 （一）晶间腐蚀 １、产生晶间腐蚀的原因 不锈钢具有耐腐蚀能力的必要条件是铬的质量分数必须大于１Ｏ １２％。当温度升高时，碳在不锈钢晶粒内部的扩散速度大于铬的扩散速 度。因为室温时碳在奥氏体中的溶解度很小，约为ｏ．０２％～ｏ．０３％，而 一般奥氏体不锈钢中的含碳量均超过此值，故多余的碳就不断地向奥氏 体晶粒边界扩散，并和铬化合，在晶间形成碳化铬的化合物，如（ＣｒＦｅ） ２３Ｃ６等。数据表明，铬沿晶界扩散的活化能力１６２～２５２ＫＪ，ｍ０ｌ，而铬 由品粒内扩散活化能约５４０ＫＪ／ｔｏｏｌ，即：铬由晶粒内扩散速度比铬沿晶界 扩散速度小，内部的铬来不及向晶界扩散，所以在晶间所形成的碳化铬 所需的铬主要不是来自奥氏体晶粒内部，而是来自晶界附近。结果就使 晶界附近的含铬量大为减少，当晶界的铬的质量分数低到小于１２％时， 就形成所谓的“贫铬区”，在腐蚀介质作用下，贫铬区就会失去耐腐蚀 能力，而产生晶问腐蚀。 ２、防止晶问腐蚀的措施 ①调整焊缝的化学成份，加人稳定化元素减少形成碳化铬的可能 性，如加入钛或铌等。 ②减少焊缝中的含碳量，可以减少和避免形成铬的碳化物，从而降 低形成晶界腐蚀的倾向，含碳量在０．ｏ４％以下，称为“超低碳”不锈 钢，就可以避免铬的碳化物生成。 ③＿Ｔ艺措施，控制在危险温度区（４２５—８１５＂１２）之间的停留时间， 防止过热，快焊快冷，使碳来不及析出。产生晶问腐蚀的不锈钢，当受 到应力作用时，即会沿晶界断裂、强度几乎完全消失，这是不锈钢的一 种最危险的破坏形式。晶问腐蚀可以分别产生在焊接接头的热影响区 （ＨＡＺ）、焊缝或熔合线上，在熔合线上产生的晶间腐蚀叉称刀线腐蚀 （ＫＬＡ），晶间腐蚀。 （二）应力腐蚀开裂 ｌ、应力腐蚀开裂产生原因 应力腐蚀开裂是指承受应力的合金在腐蚀性环境中由于烈纹的扩 展而互生失效的一种通用术语。应力腐蚀开裂具有脆性断口形貌，但它 也可能发生于韧性高的材料中。发生应力腐蚀开裂的必要条件是要有拉 应力（不论是残余应力还是外加应力，或者两者兼而有之）和特定的腐 蚀介质存在。 ２、应力腐蚀开裂防治措施 从电化学防护通过水的净化处理降低冷却水与蒸汽水中的氯离子 含量，对预防奥氏体不锈钢的应力腐蚀断裂是十分有效的，因此，改进 金属构件的设计，防止腐蚀介质的富集，是一项重要的抑制ＳＣＣ措施 来说也可以用阴极保护来防止应力腐蚀的发生，因为阴极极化可降低裂 纹扩展速度。 （三）热裂纹 热裂纹常发生在焊缝区，在焊缝结晶过程中产生的叫结晶裂纹，也 有发生在热影响区中，在加热到过热温度时，晶间低熔点杂质发生熔化， 产生裂纹，叫液化裂纹。 ｌ、热裂纹产生原因 ①晶间存在液态间层。 焊缝：存在低熔点杂质偏析形成液态间层。 热影响区：过热区晶界存在低熔点杂质。 ②存在焊接拉应力。 ２、热裂纹的防止措施 ①限制钢材和焊材的低熔点杂质，如ｓ、Ｐ含量。 ②控制焊接规范，适当提高焊缝成形系数（即焊道的宽度与计算厚 度之比）枣焊缝成形系数太小，易形成中心线偏析，易产生热裂纹。 ③调整焊缝化学成分，避免低熔点共晶物；缩小结晶温度范围，改 善焊缝组织，细化焊缝晶粒，提高塑性，减少偏析。 ④减少焊接拉应力。 ⑤操作上填满弧坑。 （四）焊缝成型不良 １、焊缝成型不良原因 焊缝成型不良与很多因素有关，如工艺参数选择不对，人员操作手 法不对，也有环境的影响因素。 当焊缝表面出现凹坑、塌陷等，很可能会造成焊缝应力集中，影响 接头的疲劳使用寿命。当焊缝内部出现孔洞时，影响接头的拉伸性能。 焊缝表面出现焊瘤、飞溅等影响美观，叉增加焊后的修复的成本。 ２、防止措施 对于焊缝成形不良以及焊接热影响区的晶腐蚀问题，可以通过焊接 工艺来解决。采用鸟极轻弧焊打底，较小的焊接线数量，来控制热影响 处与敏化温度区间。 ３、采用手工钨极氩弧焊打底，电焊盖面的焊接方法，焊接材料采 用日本产ＴＧＳ一９Ｃｂ焊丝，电焊条采用英国曼切特生产９ＭＶ—Ｎ。焊丝需 经表面除油、锈、水处理。焊条需经３５０—４００ｏＣ烘干处理，值放于８Ｏ一１００ ℃保温内随用随取。 ４、焊接时采用小规范进行焊接，焊接线能量要严格控制。Ｐ９１钢 焊接时，熔池铁水粘度大，流动性较差，且焊接规范又较小，因而，容 易出现夹渣，层问未熔等缺陷。这就要求焊接时的操作必须到位。比如 水平固定位置焊接，当焊条摆动到坡口边缘时，电弧停时间要稍长一些， 尽量充分熔敷过度，不留夹沟。为避免产生大的缺陷，焊肉厚度要尽量 薄，一般是焊条直径加ｌ毫米为宜，摆动焊接时，因受线能量的限制和 焊肉厚度的限制，所以，焊条摆动幅度不宜超过焊条直径的千倍。而每 层焊道必须用锯条和角磨机清理干净，不得任意捶击，根层及近根层焊 接，管内必须进行充氩保护。 三、结语 总之，焊接时必须认真按照工艺评定要求进行，坡口打磨，对口间 隙、钝边、固定焊的支撑块等一系列工作，热处理工要认真作好预热、 恒温、保温、热处理等项准备工作。焊前预热，焊接层间温度，除以热 电偶进行自动测控外，在现场辅以远红外线自动测温仪进行监控，以保 证管壁达到真正的温度要求。 （作者单位：辽河石油职业技术学院１３级焊接１班）
