第19讲 不锈钢、耐热钢焊接(2)

于使接头的组织均匀化，提高其塑性和耐蚀性，同时也
能消除焊接应力。
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热处理温度应低于使晶粒粗化或形成奥氏体的亚临界温
度下进行。必须避免在370－570℃之间缓冷，以免产生 475℃脆性。 己产生475℃脆性和σ相脆化的焊接接头，可短时加热到 600℃以上空冷消除475℃脆性；加热到930－980℃急冷
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异种钢焊接时，为确保焊缝成分合理（保证塑性、韧
性及抗裂性），必须做到： ⑴正确选择超合金化的焊接材料； ⑵适当控制熔合比或稀释率。 注意：珠光体钢与奥氏体钢焊接时，由于电弧偏吹现象的
存在，两者的熔化量不可能完全相同，珠光体钢一侧的
熔化量可能要大一些。
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㈡凝固过渡层的形成


焊缝成分在在靠近熔合线处常显示出浓度梯度的特征。
接的主要问题是冷裂纹问题。
无论马氏体不锈钢以何种状态供货，焊后接头总会形
成淬硬的马氏体组织。
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当焊接接头刚度大或含氢量高时，在焊接应力作用下，
特别当从高温直接冷至120－100℃以下时，很容易产生 冷裂纹。含碳量越高，焊缝及热影响区硬度就越高，对 冷裂纹就越敏感。 防止淬硬造成冷裂纹的最有效方法是预热和控制层间温 度； 为了获得最佳的使用性能和防止延迟裂纹，焊后要求热 处理。



为防治出现碳迁移现象，应先在珠光体钢坡口表面用V、 Nb、Ti等含量较高的焊条堆焊第一隔离层，然后再用 适当的奥氏体焊条堆焊第二隔离层。
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图7.3 隔离层堆焊法
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㈡直接施焊法

利用高合金焊接材料直接完成珠光体钢与奥氏体钢的焊 接。
主要条件是保持珠光体钢坡口面熔深最小，焊接材料要 选择适当，防止外在拘束条件下的焊缝中产生裂纹。
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如果在珠光体中减少碳含量，增加碳化物形成元素(如 Cr、Mo、V、Ti等)，而在焊缝金属中减少这些元素， 或提高Ni的含量，则可以阻止碳的迁移。接头工作温度 愈高，焊缝金属中含Ni量应愈高。

注意：在珠光体钢和奥氏体钢焊接时，通常部采用奥氏
体型填充金属，形成的也是奥氏体型焊缝组织。这样， 马氏体过渡层和碳扩散的迁移层都在珠光体钢母材一侧 的熔合线附近形成。
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㈡焊接工艺要点 ⑴合理选择最合适的焊接方法 ⑵必须控制焊接参数，避免接头产生过热现象 ⑶接头设计的合理性应给予足够重视
⑷尽可能控制焊接工艺稳定以保证焊缝金属成分稳定
⑸控制焊缝成形 ⑹保护焊件的工作表面应处于正常状态
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§7.3 铁素体钢及马氏体钢焊接
一、铁素体钢焊接 ㈠铁素体钢类型 1、普通铁素体钢
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㈢碳迁移过渡层的形成

异种钢接头在焊后热处理或在高温条件下工作时，在熔 合线的珠光体钢一侧的碳，通过焊缝边界向奥氏体钢焊
缝一侧扩散迁移。结果在珠光体钢一侧产生脱碳层，在
相邻的奥氏体焊缝侧形成增碳层。

脱碳层硬度低，质软，晶粒粗大；增碳层中的碳以碳化
物形态析出，硬度高。 后果是接头的高温持久强度和耐腐蚀性能下降，脆性增 大，使接头可能沿熔合区产生破坏。 迁移层的宽度随加热温度提高和加热时间增长而增大。
①低Cr钢 ②中Cr钢 ③高Cr钢
2、高纯铁素体钢：钢中C+N的含量限制很严。
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㈡铁素体钢的焊接工艺
⑴焊缝成分的确定

同质焊接材料：焊缝金属呈粗大的铁素体组织，韧性很 差。应限制杂质含量，提高纯度，进行合理的合金化。 当要求具有高抗裂性能，而且不能进行预热和焊后热处 理的情况下，可采用异质的奥氏体型焊接材料。注意： ①焊接材料应是低碳的； ②焊后不可退火处理，因铁素体钢退火温度(780－ 850℃)正好在奥氏体钢敏化温度区间，易引起晶间腐蚀 和脆化； ③奥氏体钢焊缝的颜色和性能和母材不同。
奥氏体钢之间的Inconel合金作为焊接材料，可以减轻
热应力的产生。
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二、异种钢焊接工艺措施
㈠隔离层堆焊法

防止形成凝固过渡层，最好在珠光体钢的坡口面上先堆 焊一层奥氏体金属隔离层。 奥氏体钢与隔离层间的连接为奥氏体钢之间的焊接，可 选用普通奥氏体钢填充金属。 注意：应当避免先在奥氏体钢上熔敷碳钢或低合金钢的 隔离层，因为可导致脆硬马氏体组织。
原因: 熔化的母材金属和填充金属，在熔池内部和熔池
边缘相互混合情况不同，在熔池靠近边界的很窄范围内
存在一个不完全混合区，在化学成分分布上有很大的浓 度梯度，越靠近熔合线稀释率越高，铬、镍含量极低。

该区组织可能是硬度很高的马氏体或奥氏体加马氏体。 过渡层的存在对焊接接头的抗裂性能影响很大。 提高填充金属中奥氏体形成元素Ni的含量，该过渡层的 宽度就可以减小。
第 19 讲 不锈钢、耐热钢焊接
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三、奥氏体钢焊缝的脆化 1)低温脆化
焊缝的化学成分和组织状态对低温韧性影响很大。 在18－8钢双相组织焊缝中，铁素体形成元素均
可提高焊缝强度，但都降低塑性和韧性，其中Ti、 Nb最为明显。 为满足低温韧性的要求，最好不采用γ＋δ双相组 织的焊缝，而使用能形成单一γ焊缝组织的焊接
多层焊时层间温度应保证不低于预热温度，以防止在
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3、焊后热处理
为了降低焊缝和热影响区硬度，改善其塑性和韧性，
以及减少焊接残余应力，焊后应进行整体或局部高温
回火热处理。
对于某些多元合金的马氏体不锈钢，既不容许焊后尚
处高温时立即回火，也不允许冷却至室温再回火，而 应冷却到150－200℃保温2h，使奥氏体大部分转变 成马氏体，然后及时地进行高温回火热处理。
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四、奥氏体钢、双相钢焊接工艺
㈠焊接材料选择
⑴焊接材料应按照相应技术标准考虑选择； ⑵坚持“适用性原则”；
⑶必须根据所选则各焊接材料具体成分，来确定是否适用， 并应通过试验加以验收。
⑷必须考虑具体应用的焊接方法和工艺参数可能造成的熔 合比大小，应考虑母材的稀释作用。
⑸必须根据技术条件规定的全面焊接性要求来确定合金化 程度。 ⑹要注意具体合金成分在合金系统中的作用，不仅考虑使 用性能，也要考虑防止焊接缺陷的工艺焊接性的要求。
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三、马氏体的焊接工艺
1、焊接材料的选择
为保证使用性能要求，焊缝成分应与母材同质。 对于含碳量较高的马氏体钢，为防止冷裂，也可采用 奥氏体焊缝。 2、预热与层间温度
在使用与母材同质的焊接材料时，为防止冷裂纹，焊
前需预热，预热温度通常在200－400℃范围，含碳量 越高，焊件厚度越大，预热温度也越高，但最好不要 高于Ms点。
材料。
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பைடு நூலகம்
2
2）焊缝σ相脆化 σ相是一种脆硬而无磁性的金属间化合物，具有 变成分和复杂的晶体结构。 σ相的产生是γ→σ或是δ→σ。 Nb、Si、Mo、Cr显著影响γ→σ转变。 具有γ＋δ双相组织的18－8钢焊缝高温加热时， δ→σ转变速度大大超过γ→σ。δ→σ转变速度与δ 相的数量和合金化程度有关。 在稳定奥氏体钢焊接时，为克服Mo的σ化作用， 提高奥氏体化元素Ni和N十分有利。
消除σ相脆化。
采用奥氏体钢焊接材料时，不必预热和焊后热处理。
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二、马氏体钢焊接
㈠马氏体钢类型
1、普通Cr13钢：1Cr13、2Cr13
2、热强马氏体钢：是以Cr12为基进行多元复相合金 化的马氏体钢。
3、超低碳复马氏体钢 ㈡马氏体钢焊接性
马氏体不锈钢的焊接性和调质的中低合金钢相似，焊
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§7.4 珠光体与奥氏体的焊接
一、异种钢的焊接性分析
㈠焊缝成分的稀释

异种钢焊缝成分是由填充金属成分、母材成分及其熔合 比所确定的。
珠光体钢与奥氏体钢相连接的异种钢焊接接头，一般是 采用超合金化焊接材料，或高CrNi奥氏体钢，或Ni基 合金。
熔焊时，母材的熔入，使填充金属受到稀释，经热源的 搅拌后所形成的焊缝金属其成分大体是均匀的。通常过 度稀释的焊缝金属中就会形成脆性的马氏体组织，有产 生裂纹的可能。

㈢“过渡层”的利用

一种是着眼于防止碳迁移，选用V、Ti、Nb量较高的一 段珠光体钢作为过渡段，先与原珠光体焊接起来，然后 再与奥氏体钢焊接。 另一种是着眼于简化施工工艺，先在车间堆焊一个短的 珠光体钢和奥氏体钢的异质接头过渡段，在工地施焊时 已是同质接头问题，施工方便，易于保证质量。
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(2)预热与焊后热处理
普通铁素体不锈钢有冷裂倾向，脆性转变温度常在室温
以上，韧性低，为了防止冷裂纹，焊前预热是必要的。
但这种钢对过热敏感，预热温度不能高，只能低温预热。
最好控制在150℃以下，层间温度也应控制在相应水平，
否则晶粒长大和可能产生475℃脆性。
采用同质焊接材料焊接后应进行热处理。热处理目的在
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㈣残余应力的形成

由于两种钢的线膨胀系数相差很大，不仅焊接时会产生 较大的残余应力，而且在使用中如有循环温度作用，也 会形成热应力。焊后热处理也难以消除。

奥氏体焊缝承受拉应力，珠光体焊缝承受压应力。

焊后回火不能消除残余应力，只是使焊接残余应力作了
重新分布。

异种钢焊接时，应尽量选用线膨胀系数介于珠光体钢与