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18-8型奥氏体不锈钢焊接工艺研究
澳门新葡8455最新网站-www.8455.com【最新登录官网】 日期:2012-09-12  发布人:  浏览量:

               8-8型奥氏体不锈钢焊接工艺研究
                             陈银银
(郑州交通职业学院 车辆工程系,郑州 450062)
摘要:不锈钢由于其优良的耐腐蚀性能,在我国的经济建设中占有举足轻重的地位,被广泛应用于国民生产的各个行业。在不锈钢加工工艺中,焊接是必不可少的加工技术。焊接件的数量、品种、规格在不断地增加,对焊接工艺和质量的要求也越来越高。本文从焊前准备、焊接材料选用、防变形措施、焊接规范、操作标准、前期预热及焊后热处理等方面探讨l8-8型奥氏体不锈钢的焊接工艺。
关键词:18-8型奥氏体不锈钢;焊接工艺;热处理
    1 引言
   当今随着石油、化工、医药及其它工业的不断发展,对耐腐蚀性的设备需求越来越多,更多的不锈钢设备在化工企业得以广泛应用,特别是18-8型奥氏体不锈钢以其良好的耐腐蚀性和热稳定性,在工业应用上呈逐年上升的趋势。然而在工作中,我们常遇到晶间腐蚀,应力腐蚀,过热裂纹等问题。因其膨胀系数大,导热性差,焊接过程易产生变形。为了提高18—8型奥氏体不锈钢的焊接性、耐蚀性,防止裂纹的产生,控制焊接变形,提高设备制作质量,延长使用寿命,为此我研究了18-8型奥氏不锈钢的焊接工艺特点。
   2 奥氏体不锈钢焊接问题的原因及防止措施
   2.1焊接接头的晶间腐蚀问题
   2.1.1产生原因
   奥氏体钢在固溶状态下碳以过饱和的形式溶解于γ固溶体,加热时过饱和的
碳以碳化铬的形式沿晶界析出。碳化铬的析出消耗了大量的铬,因而使晶界附近铬的含量降到低于钝化所需要的最低量(12%),形成贫铬层。贫铬层的电极电位比晶粒内低得多。当金属与腐蚀介质接触时,就形成了微电池。电极电位低的晶界成为阳极,被腐蚀溶解形成晶间腐蚀[1]。
   2.1.2 防止措施
  (1)降低母材和焊缝中的含碳量,将钢中的碳降低到小于或等于其室温时在γ相中的溶解度,这样在加热时就不会有或很少有碳化铬析出,从而从根本上避免贫铬层的形成。

  (2)在钢中加入稳定的碳化物形成元素,改变碳化物的类型,如向钢中加入与碳亲和力大于铬的钛、铌、钽等,这些元素将优先与碳结合而避免形成碳化铬,从而避免了碳化铬的产生。
  (3)焊后进行固溶处理,固溶处理可使已经析出的碳化铬重新溶于奥氏体中,但对大型复杂零部件则有一定的困难。且在加热时会反复形成碳化铬。
  (4)改变焊缝的组织状态,使焊缝由单一的γ相改变为γ+δ双相。当焊缝中存在一定数量的初析铁素体δ相时,可以打乱粗大的柱状树枝晶,使面积较小而直的晶界变为曲折的晶界,破坏了腐蚀通道。
     2.2焊接接头刀口腐蚀
     2.2.1 产生原因
    刀口腐蚀一般发生在焊后再次在敏化温度区间加热时,即高温过热与中温敏化连续作用的条件下,产生原因也和碳化铬析出后形成贫铬层有关。
2.2.2 防止措施
   (1)降低含碳量,最好采用超低碳不锈钢。对于稳定化不锈钢,要求碳含量小于等于0.06%
   (2)减少近缝区过热,尽量选用较小的线能量,以减少过热区在高温停留的时间。
   (3)合理安排焊接顺序,刀口腐蚀不仅产生于焊后在敏化温度再热时,而在多层焊与双面焊时后一条焊缝的热作用,有可能对先焊焊缝的过热区起到敏化温度再加热的作用,在与腐蚀介质接触时,也会产生刀口腐蚀。
   (4)焊后进行稳定化处理,对于可能在敏化温度区工作的产品,焊后进行稳定化处理可使过热区的碳与稳定剂结合为稳定的碳化物,从而在工作中不会再以碳化铬形式析出[2]。
    2.3应力腐蚀开裂问题
   2.3.1 产生原因
   纯金属一般没有应力腐蚀开裂的倾向,而在不锈钢中,奥氏体钢比铁素体钢或马氏体钢对应力腐蚀更为敏感。奥氏体钢在焊接应力和腐蚀介质的共同作用下就会有应力腐蚀开裂的倾向。
   2.3.2 防止措施
  (1)正确选用材料,根据介质特性,选用对应力腐蚀开裂敏感性低的材料是防止应力腐蚀开裂最根本的措施。
  (2)消除产品的残余应力,消除或减少结构或部件中的残余应力,是降低奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂敏感性的重要措施。
  (3)对材料进行防蚀处理,通过电镀、喷镀、衬里等方法,用金属或非金属覆盖层将金属与腐蚀介质隔离。
  (4)改进部件结构及接头设计,由于设计的不合理,往往会形成较大的应力集中或在制造中产生较大的残余应力。
   2.4焊接接头的热裂纹问题
   2.4.1 产生原因
   奥氏体不锈钢对热裂纹比较敏感,主要是由冶金因素决定的,即由钢的化学成分、组织与性能决定的。由于奥氏体钢是单相组织,焊缝从凝固冷却到室温不发生相变,很容易形成方向性很强的粗大柱状晶组织,为低熔点物质的偏析与集中创造了条件;且奥氏体钢中合金元素的品种多,数量大,不仅硫、磷等杂质会与铁形成低熔点共晶,合金元素之间或与杂质之间作用也会形成低熔点化合物或共晶;奥氏体钢的热物理性能对裂纹敏感性亦有着直接的影响[3]。
   2.4.2 防止措施
   (1)严格控制有害杂志,主要是硫、磷的数量。
   (2)调整焊缝金属为双相组织,因为纯奥氏体组织的焊缝很容易产生结晶裂纹。
   (3)合理进行合金化。
   (4)工艺上,为降低焊缝的热裂倾向,应尽可能减少熔池过热和接头的残余应力。
    3 不锈钢焊接的方法
    常用不锈钢焊接方法对不锈钢最常用的焊接方法是手工电弧焊(MMA),其次是金属极气体保护焊(MIG/MAG)和钨极惰性气体保护焊(TIG)。虽然这些焊接方法对不锈钢工业的大多数人而言是熟悉的,但是我们认为这个领域值得深入探讨。
为了保证焊接接头的耐蚀性,防止焊接缺陷,在焊前准备中对下列问题应予以特别注意。下料方法的选择。奥氏体钢中铬含量较高,用一般的氧乙炔火焰切割有困难,可用机械切割、等离子切割或碳弧气刨等方法进行下料或坡口加工。焊前清理。为了保证焊接质量,焊前应将坡口及其两侧20~30㎜范围内的焊件表面清理干净。表面保护。在搬运、坡口制备、装配及点焊过程中,应注意避免损伤钢材表面,以免使产品的耐蚀性能降低[4]。
   3.1手工电弧焊(MMA)
    不锈钢主要用于耐腐蚀,但也用作耐热钢和低温钢。因此,在焊接不锈钢时,焊条的性能必须与不锈钢的用途相符。不锈钢焊条必须根据母材和工作条件(包括工作温度和接触介质等)来选用。
一般来说,焊条的选用可参照母材的材质,选用与母材成分相同或相近的焊条。如:A102对应0Cr19Ni9;A137对应1Cr18Ni9Ti。
    由于碳含量对不锈钢的抗腐蚀性能有很大的影响,因此,一般选用熔敷金属含碳量不高于母材的不锈钢焊条。如316L必须选用A022焊条。                           
奥氏体不锈钢的焊缝金属应保证力学性能。可通过焊接工艺评定进行验证。对于在高温工作的耐热不锈钢(奥氏体耐热钢),所选用的焊条主要应能满足焊缝金属的抗热裂性能和焊接接头的高温性能。
    对Cr/Ni≥1的奥氏体耐热钢,如1Cr18Ni9Ti等,一般均采用奥氏体-铁素体不锈钢焊条,以焊缝金属中含2-5%铁素体为宜。铁素体含量过低时,焊缝金属抗裂性差;若过高,则在高温长期使用或热处理时易形成σ脆化相,造成裂纹。如A002、A102、A137。在某些特殊的应用场合,可能要求采用全奥氏体的焊缝金属时,可采用比如A402、A407焊条等。
对Cr/Ni<1的稳定型奥氏体耐热钢,如Cr16Ni25Mo6等,一般应在保证焊缝金属具有与母材化学成分大致相近的同时,增加焊缝金属中Mo、W、Mn等元素的含量,使得在保证焊缝金属热强性的同时,提高焊缝的抗裂性。如采用A502、A507。
   对于在各种腐蚀介质中工作的耐蚀不锈钢,则应按介质和工作温度来选择焊条,并保证其耐腐蚀性能(做焊接接头的腐蚀性能试验)、。
    对于工作温度在300℃以上、有较强腐蚀性的介质,须采用含有Ti或Nb稳定化元素或超低碳不锈钢焊条。如A137或A002等[6]。
    对于含有稀硫酸或盐酸的介质,常选用含Mo或含Mo和Cu的不锈钢焊条如:A032、A052等。腐蚀性弱或仅为避免锈蚀污染的设备,方可采用不含Ti或Nb的不锈钢焊条。为保证焊缝金属的耐应力腐蚀能力,采用超合金化的焊材,即焊缝金属中的耐蚀合金元素(Cr、Mo、Ni等)含量高于母材。如采用00Cr18Ni12Mo2类型的焊接材料(如A022)焊接00Cr19Ni10焊件。
对于在低温条件下工作的奥氏体不锈钢,应保证焊接接头在使用温度的低温冲击韧性,故采用纯奥氏体焊条。如A402、A407。
   也可选用镍基合金焊条。如采用Mo达9%的镍基焊材焊接Mo6型超级奥氏体不锈钢。
焊条药皮类型的选择:由于双相奥氏体钢焊缝金属本身含有一定量的铁素体,具有良好的塑性和韧性,从焊缝金属抗裂性角度进行比较,碱性药皮与钛钙型药皮焊条的差别不像碳

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