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(ti)不銹(xiu)鋼不如奧氏(shi)體不(bu)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。同其他品種不銹鋼的焊接一樣,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、鐵素體不銹(xiu)鋼焊接(jie)方法
雖然說各種電弧焊方法都可用于鐵(tie)素體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)焊接,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,焊接(jie)(jie)方法應選擇高能量的(de)等離子(zi)弧(hu)焊和真空電子(zi)束焊最為合適(shi)。同時(shi)要(yao)(yao)求焊接(jie)(jie)材料不得污染;焊接(jie)(jie)熔(rong)池、焊縫背(bei)面都要(yao)(yao)進(jin)行(xing)有效保護,防止空氣(qi)的(de)侵入。除(chu)采用小的(de)熱輸(shu)入進(jin)行(xing)焊接(jie)(jie)外(wai),焊縫背(bei)面可用惰(duo)性氣(qi)體保護,并最好采用水冷(leng)銅墊(dian)板(ban),以(yi)減少(shao)過熱,增加冷(leng)卻速度(du),多層(ceng)焊時(shi)層(ceng)間溫度(du)要(yao)(yao)控制(zhi)在(zai)100℃左(zuo)右。
二、鐵素體不銹(xiu)鋼焊(han)接材料
鐵素(su)體不(bu)銹(xiu)鋼焊(han)(han)接(jie)(jie)材(cai)料(liao)的選擇,對鐵素(su)體不(bu)銹(xiu)鋼的焊(han)(han)接(jie)(jie)無疑是非常重要(yao)的。其焊(han)(han)接(jie)(jie)材(cai)料(liao)既(ji)要(yao)保證焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)的塑(su)性(xing)、韌性(xing),即不(bu)發(fa)生脆化的問題,又要(yao)保證鐵素(su)體型(xing)不(bu)銹(xiu)鋼焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)具有相同(tong)于母材(cai)的耐腐蝕性(xing)。
在(zai)焊接鐵素體不銹(xiu)鋼時,通(tong)常可以采用兩種焊接材料(liao):
1. 與母材(cai)相同(tong)類型的焊接(jie)材(cai)料
如0Cr12、0Cr13、0Cr13AL,等用(yong)00Cr13Nb焊絲,0Cr17、0Cr17Ti使(shi)用(yong)1Cr17(Ti)焊絲。在要求焊縫(feng)金屬(shu)與母材有(you)相(xiang)同的導(dao)(dao)電、導(dao)(dao)磁及力學(xue)性能(neng)和(he)表面(mian)色澤(ze)時(shi)應使(shi)用(yong)同材質的焊接材料。
2. 采用奧氏體焊(han)接材(cai)料(liao)或鎳基合金
采用(yong)奧(ao)氏體(ti)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)材(cai)(cai)料或鎳基合金(jin),實質上是異種鋼(gang)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie),可以(yi)提高焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)的韌性,免除焊(han)(han)(han)(han)前預熱和焊(han)(han)(han)(han)后熱處理。由于鐵素體(ti)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)材(cai)(cai)料的熔敷金(jin)屬(shu)韌性太(tai)低,加上添(tian)加的鋁與鈦(tai)等鐵素體(ti)形成元(yuan)素難以(yi)有效地(di)過(guo)渡到熔池中去,因此鐵素體(ti)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)材(cai)(cai)料的應用(yong)受到一定的限制(zhi)。
盡管在一些例(li)子中采(cai)用同種金屬做焊絲是(shi)(shi)成功的(de)(de),但是(shi)(shi),最好還是(shi)(shi)采(cai)用低碳(tan)的(de)(de)奧氏體不銹鋼作為鐵(tie)素(su)體不銹鋼焊縫的(de)(de)充填(tian)金屬。鐵(tie)素(su)體不銹鋼焊接材(cai)料的(de)(de)選擇,見表2-7。
三、鐵素體不銹鋼的(de)焊(han)接工(gong)藝(yi)
為了克服普通高鉻鐵素體不(bu)銹在(zai)焊(han)接過(guo)程中出現的(de)晶間腐蝕和焊(han)接接頭脆化(hua)而引(yin)起(qi)的(de)冷(leng)裂紋,在(zai)焊(han)接工(gong)藝(yi)上應采取以(yi)下(xia)措施(shi):
1. 焊前預(yu)熱
預熱溫度為100℃~200℃,目的在于(yu)使被焊(han)材料處于(yu)韌性較好的狀態和(he)降低(di)焊(han)接接頭的應(ying)力。隨著(zhu)鋼中鉻(ge)的含量提(ti)高(gao),預熱溫度也應(ying)相應(ying)提(ti)高(gao)。
2. 焊后(hou)熱(re)處理
焊后對(dui)焊接(jie)接(jie)頭區域(yu)要進行750℃~800℃退火處(chu)理,使(shi)過飽(bao)和(he)碳和(he)氨氮完全析出,使(shi)鉻充分地補充到貧鉻區,以恢復其耐蝕性(xing),同(tong)時也可改善(shan)焊接(jie)接(jie)頭的塑性(xing)。值得注意的是,退火后應(ying)快冷,以防止475℃脆性(xing)產生。
3. 采(cai)用(yong)小的(de)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℃脆性的影響。
當選用(yong)的焊(han)接(jie)(jie)材料與母材金屬的化(hua)學成分(fen)相當時(shi),必須按上(shang)述工藝措施進行。如選用(yong)奧氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼焊(han)接(jie)(jie)材料,則可(ke)免除焊(han)前(qian)預熱和焊(han)后(hou)熱處理;但對于不(bu)含穩定化(hua)元素的鐵素體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭來說,熱影響區的粗晶脆化(hua)和晶間腐蝕問題不(bu)會因填(tian)充材料的改變而變化(hua)。奧氏(shi)體(ti)(ti)或奧氏(shi)體(ti)(ti)-鐵素體(ti)(ti)焊(han)縫金屬基(ji)本上(shang)與鐵素體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼母材等強度(du);但在某些腐蝕介質(zhi)中,這(zhe)種異(yi)質(zhi)焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的耐蝕性可(ke)能(neng)低于同質(zhi)的接(jie)(jie)頭。
極低碳的(de)(de)高鉻鐵素(su)體(ti)不(bu)(bu)銹鋼板(ban)(ban)厚小(xiao)于(yu)5mm時焊(han)(han)(han)前可不(bu)(bu)預熱(re)(re),焊(han)(han)(han)后也不(bu)(bu)必(bi)進(jin)行(xing)熱(re)(re)處(chu)理,可使焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭仍保持(chi)足夠的(de)(de)韌性(xing),耐腐蝕性(xing)也好。焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)工藝(yi)的(de)(de)重點是使焊(han)(han)(han)縫金(jin)屬(shu)中碳加氮的(de)(de)含量不(bu)(bu)高于(yu)母材金(jin)屬(shu)的(de)(de)含量,首先焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)材料(liao)必(bi)須滿足這一(yi)要(yao)(yao)求。焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)方法應(ying)選擇高能量的(de)(de)等離子弧焊(han)(han)(han)和(he)真空電子束焊(han)(han)(han)。要(yao)(yao)求焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)材料(liao)不(bu)(bu)得(de)污染;焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)熔(rong)池、焊(han)(han)(han)縫背(bei)面(mian)都(dou)要(yao)(yao)有效保護,防止(zhi)空氣(qi)的(de)(de)侵入。除采用(yong)小(xiao)的(de)(de)熱(re)(re)輸人進(jin)行(xing)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)外(wai),焊(han)(han)(han)縫背(bei)面(mian)可用(yong)惰性(xing)氣(qi)體(ti)保護,并(bing)最好采用(yong)通冷(leng)(leng)卻(que)水的(de)(de)銅(tong)墊板(ban)(ban),以減少過(guo)熱(re)(re),增加冷(leng)(leng)卻(que)速度。多(duo)層(ceng)焊(han)(han)(han)時層(ceng)間溫度要(yao)(yao)控制在100℃左右(you)。
四、鐵素(su)體(ti)不銹(xiu)鋼的焊接技巧
(1). 采用窄焊(han)道焊(han)接,如小的焊(han)接線能量、較快的焊(han)接速度等;
(2). 使焊絲的(de)受熱(re)末端(duan)始終(zhong)處在保護氣體中;
(3). 采用先進的焊接技術,如等(deng)離子電弧焊、熔(rong)化極(ji)電弧焊等(deng);
(4). 熄(xi)弧后應繼(ji)續通保護氣體,直(zhi)至冷(leng)卻(que)充分(fen);
(5). 用(yong)純凈(jing)度高的氬氣保護焊接熔池;
(6). 焊縫背面應采用惰性氣體保護;
(7). 對于多層焊接,應(ying)用不銹鋼(gang)刷子清(qing)除層間氧(yang)化(hua)物。