奧氏體不銹鋼砝碼焊接問(wèn)題匯總及解決辦法 一、焊接熱過(guò)程和接頭腐蝕性熔化焊的冶金特點(diǎn)二焊接不銹鋼， 多采用手工焊， 埋弧自動(dòng)焊等氣體保護(hù)焊等工藝圖是熔化焊 不 銹鋼焊縫結(jié) 晶和焊接 熱循環(huán)示意圖。 焊接熔池盡管很小， 但同樣要進(jìn)行復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)。 以手工焊、 埋弧焊為例， 在電弧加熱，熔渣和氣體保護(hù)下填充金 不銹鋼砝碼屬熔化并與弧柱、熔池中的氧發(fā)生強(qiáng)烈的氧化還原反應(yīng)，而熔渣中的金屬，非金屬氧化物被還原的元素進(jìn)入焊縫金屬。另外為了使焊縫的增碳傾向盡可能小井有良好的焊接工藝，多采用酸性(鈦鈣型)渣系的藥皮和焊劑。增加了不銹鋼填充金屬的氧化。手工焊，埋弧自動(dòng)焊有增碳現(xiàn)象[3]。是降低焊縫耐腐蝕的主要原因之一。超低碳不銹鋼含碳量越低，焊縫金屬的增碳量越嚴(yán)重。減少藥皮或焊劑的碳酸鹽組分或增加氧化性組分、可以降低增碳傾向。考慮到焊接過(guò)程中增碳現(xiàn)象的必然性，為了保證焊縫的耐蝕性能，要求焊材的含碳量必須比母材低。最好含碳量≤0.02 %。在TIG、MIG等氣體保護(hù)焊中，由于氬氣的保護(hù)作用和對(duì)熔池的攪拌作用，降低了熔池氣氛中的CO的分壓，在一定程度上使焊縫有降碳作用。熔池的氧化還原反應(yīng)引起的合金元素的氧化和增碳作用，對(duì)焊縫的耐蝕性能和力學(xué)性能有明顯的影響，因此需要在填充金屬的藥皮或焊劑中預(yù)先添加必要的合金元素，以保證焊縫的必要化學(xué)成分和性能。此過(guò)程，是調(diào)正焊縫成分，改善性能的重要手段。焊接過(guò)程是在移動(dòng)的點(diǎn)熱源加熱下形成熔池并連續(xù)熔化，連續(xù)結(jié)晶的過(guò)程。焊接區(qū)的溫度梯度很陡，加熱熔化和冷卻結(jié)晶速度都很快，為合金元素的偏析和聚集創(chuàng)造了熱力學(xué)條件，元素在枝晶、柱晶之間，尤其是最后結(jié)晶的焊縫中間靠上部分，最容易偏析。S.P、Si、Nb、Cu等合金元素的偏析往往形成低熔點(diǎn)共晶并弓|起焊縫凝固裂紋,Cr、Mo、Nb、Si等元素的偏析，則可能形成某些金屬間化合物，如σ、X、G相等,降低焊縫的耐蝕性能和力學(xué)性能。熔池在冷卻過(guò)程中，由于結(jié)晶速度快,柱狀晶粗大，方向性鮮明[5,6]，又不能通過(guò)焊后熱處理加以細(xì)化，因此焊縫金屬的塑韌性較低。另一方面快速結(jié)晶的結(jié)果，熔池中某些非金屬氧化物和硅酸鹽類(lèi)熔流微粒來(lái)不及上浮進(jìn)入熔渣，在枝晶之間形成夾雜，不僅降低焊縫的力學(xué)性能，也能成為孔蝕和應(yīng)力腐蝕破裂的源點(diǎn)。
二、不銹鋼砝碼焊縫金屬的組織穩(wěn)定性 不平衡和不*的冶金反應(yīng)和快速結(jié)晶過(guò)程，使焊縫存在著成分和組織的不均勻性，所以組織是不穩(wěn)定的。在多層焊縫，或者雖是單層焊縫，但焊后經(jīng)過(guò)熱處理或在某一溫度下長(zhǎng)期使用，可能發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，析出金屬間化合物和碳化[(1,3,7]。以常用的18Cr- -8Ni (包括304、321、347、316)型不銹鋼焊縫為例，通常焊縫中有少量(4~10%)δ鐵素體,在550~900°C的溫度范圍發(fā)生8→P'+σ的轉(zhuǎn)變使焊縫脆化，耐蝕性降低。研究表明，焊縫中不穩(wěn)定的8鐵素體.的轉(zhuǎn)變?cè)诩s750 C時(shí)只需30 min就開(kāi)始，其中30 %轉(zhuǎn)變?yōu)閞'，而70 %轉(zhuǎn)變?yōu)棣蚁?。試?yàn)表明，321厚壁焊管用347焊絲和MIG焊接,焊后經(jīng)750 °C保溫2 h處理后,焊縫的V型缺口夏比沖擊值從70.8 J降至39.3 J[8]。 焊縫重新在450~ 850 C的溫度范圍加熱和長(zhǎng)期使用，焊縫中游離的碳將在奧氏體晶界或奧氏體-鐵素體晶界析出并生成Cr2sC6，導(dǎo)致焊縫晶間腐蝕。為了提高焊縫的耐品間腐蝕的性能，可在焊縫中添加穩(wěn)定元素Nb或Ti,防止Cr23C。 的析出，但最好是降低鋼.及焊材的碳含量，使焊縫C≤0.03 %。是提高焊縫耐蝕性的有效方法。
三、不銹鋼砝碼焊接熱影響區(qū)的組織變化 在1300C以上的熱影響區(qū),稱過(guò)熱區(qū)。晶粒急劇長(zhǎng)大，在緊鄰熔合線的晶粒發(fā)生局部熔化;添加Nb、Ti等穩(wěn)定元素的不銹鋼，則發(fā)生NbC、TiC的溶解;在冷卻時(shí)沿奧氏體晶界生成少量鐵素體。隨后再經(jīng)敏化溫度的作用，在奧氏體晶界或奧氏體~鐵索體品.界析出Cr23Cs，如果在腐蝕介質(zhì)中使用，就產(chǎn)生如圖2所示那樣的刀口腐蝕[3,9,10]。在450~ 850°C的熱影響區(qū)，特別是在
四、奧氏體鋼不銹鋼砝碼的焊接熱裂紋傾向 焊接裂紋分為熱裂紋和冷裂紋兩大類(lèi),熱裂紋是奧氏體鋼的主要問(wèn)題。熱裂紋又可分為凝固裂紋、液化裂紋、高溫低塑性裂紋、多邊化和再熱裂紋等?，F(xiàn)僅就常見(jiàn)的前面三種作-一概述。 1 )凝固裂紋 熔池在結(jié)晶的后期，即在固液共存溫度下產(chǎn)生的裂紋稱作凝固裂紋(或結(jié)晶裂紋)。在550~900C的范圍的熱影響區(qū),通常沒(méi)有明顯的σ相的轉(zhuǎn)變和析出，這與軋制鋼材的化學(xué)成分均勻,晶粒細(xì)小,無(wú)鐵素體相，組織穩(wěn)定以及焊后冷卻速度快，來(lái)不及析出有關(guān)。在熱影響區(qū)不存在σ相引起的耐蝕性和力學(xué)性能降低的問(wèn)題。 2)焊接接頭的應(yīng)力狀態(tài) 焊接接頭由于加熱過(guò)程發(fā)生塑性變形,隨后冷卻時(shí)又因收縮變形受阻而產(chǎn)生殘余拉，應(yīng)力。奧氏體鋼的膨脹系數(shù)又大，焊后殘余拉應(yīng)力有時(shí)可達(dá)到屈服極限。18Cr-8Ni 奧氏體鋼焊接接頭常常先于母材發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂，與焊接殘余應(yīng)力有密切關(guān)系。圖3a是薄板對(duì)接焊縫殘余應(yīng)力分布與應(yīng)力腐蝕破裂現(xiàn)象，圖3b為18Cr-8Ni鋼焊縫應(yīng)力 腐蝕破裂形貌[(11)。在結(jié)晶后期，奧氏體柱狀晶,樹(shù)枝狀晶之間殘存著某種低熔點(diǎn)的液態(tài)共晶或化合物，在冷卻收縮變形形成的拉應(yīng)力作用下，引起晶間開(kāi)裂[3、5、6]。用IW推薦的可變拘束熱裂紋試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行裂紋敏感性試驗(yàn)，測(cè)出表示凝固裂紋敏感程度的BTR (脆性溫度區(qū)間)和E mia (臨界最小應(yīng)變)(12,13]。, BTR越大,E min越小,凝固裂紋敏感性越大。表2中以304、321、 347、316、310為序,凝固裂紋的敏感性加強(qiáng)。 奧氏體鋼不銹鋼砝碼的凝固裂紋傾向大的原因，除與前述導(dǎo)熱系數(shù)小，膨脹系數(shù)大，焊接時(shí)變形和應(yīng)力比其他鋼種大有關(guān)之外，還因大多數(shù)在P相中溶解度小的元素Nb、Si、S、P等容易偏析，在柱狀晶，樹(shù)枝狀晶之間生成低熔點(diǎn)化合物及共晶薄膜，降低BTR下限溫度和擴(kuò)大BTR,這是奧氏體鋼凝固裂紋敏感的主要原因。圖4和5是00Cr25Ni20Nb奧氏體鋼焊縫凝固裂紋及其斷口.上胞狀柱晶間富鈮，富磷低熔點(diǎn)共晶結(jié)晶形貌[14,15]。為了防止凝固裂紋，通常要求焊縫中盡可能降低Nb、Si、S、P等有害元素的含量。Mn、Mo、W、V、Ti等合金元素在奧氏體焊縫中對(duì)防止凝固裂紋是有利的。Mn的有利作用是它可以形成MnS，防止NiS-Ni等低熔點(diǎn)共晶，并且MnS是高熔點(diǎn)化合物，在熔池中成為結(jié)晶中心，提高熔池的結(jié)晶速度，縮短BTR,對(duì)防止凝固裂紋有良好的作用。錳在焊縫中要求大于1 %，例如尿素級(jí)不銹鋼00Cr25Ni22Mo2N，如采用同成分的焊條焊接，容易產(chǎn)生凝固裂紋。而用高M(jìn)n的00Cr25Ni22Mn4Mo2N焊條，就可以避免裂紋。Mo和W的有利作用是提高熔池的結(jié)晶溫度，縮小BTR。例如00Cr18Ni14Mo3鋼的焊縫需要4%鐵素體,才能防止裂紋,而含4.5Mo00Cr20Ni25Mo4.5Cu鋼的焊縫(無(wú)鐵素體)，因Mo較高，不發(fā)生開(kāi)裂(16,17)。V. Ti可縮小BTR，起到減小凝固裂紋開(kāi)裂的作用。 
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