不銹鋼耐熱鋼的焊接匯總

1、第三章 不銹鋼、耐熱鋼焊接 第一節(jié) 不銹鋼、耐熱鋼的類型和特性一、不銹鋼及耐熱鋼類型（ 一 ） 定義對其含義有三種理解：1. 原義型僅指在無污染的大氣環(huán)境中能夠不生銹的鋼。2. 習(xí)慣型指原義型含義不銹鋼及耐酸腐蝕的耐酸不銹鋼的統(tǒng)稱。3. 廣義型一一泛指耐蝕鋼和耐熱鋼，統(tǒng)稱為不銹鋼.我們在此所說的不銹鋼是指習(xí)慣型含義（gb4237-2007） , 即包括在大氣及各種強(qiáng)腐蝕介質(zhì)中具有耐蝕性能的鋼。而耐熱鋼另有國標(biāo)（gb42382007）規(guī)定。它是指具有高溫?zé)岱€(wěn)定性和熱強(qiáng)性的一類鋼。耐熱鋼及不銹鋼的主要成分為cr、ni, 一般cr12%,才能在大氣環(huán)境下不發(fā)生腐蝕，要耐酸腐蝕，則cr17%。增加cr

2、、ni含量，耐腐蝕及耐熱性均可提高。所以本章所涉及的是cr系、cr-ni系鐵基高合金鋼，包括少數(shù) cr-mn-n系節(jié)ni不銹鋼，一般ni12%0（ 二 ） 分類1. 按用途分類 不銹鋼（習(xí)慣型含義），主要用于有侵蝕性化學(xué)介質(zhì)（包括大氣）的工作環(huán)境中，要求鋼材能耐腐蝕，對強(qiáng)度要求不高，工作溫度一般不超過500。這類鋼包括：高 cr 鋼： 1cr13 2cr13低碳 cr-ni 鋼： 0cr19ni9 1cr18ni9ti 0cr25ni20超低碳 cr-ni 鋼（c 0.03%） : 00cr19ni11 00cr17ni14mo2耐蝕性要求更高的不銹鋼，還要提純，得到高純不銹鋼（c0.01 %

3、, s、p ti、nb等元素。00cr23ni4n鋼是瑞典最先開發(fā)的一種低合金型雙相不銹鋼，不含鋁，銘和鍥的含量也較低。由于鋼中wr為23%有很好的耐孔蝕、縫隙腐蝕和均勻腐蝕的性能，可代替 304l和316l等常 用奧氏體不銹鋼。0cr21ni5ti、1cr21ni5ti這兩種鋼是了為節(jié)鍥，分別代替 0cr18ni9ti和 1cr18ni9ti而設(shè)計的，但比后者具有更好的力學(xué)性能，尤其是強(qiáng)度更高（約為 1cr18ni9ti的2 倍）。典型的有 18-5 型、21-5 型、25-5 型,如 00cr18ni5mo3si2、0cr21ni5ti、1cr21ni5ti、 00cr25ni5mo2 1

4、cr18mn10ni5m。3矯。常以固溶狀態(tài)供貨。衷3t 典型綱號的主要化學(xué)組成示例（笳）鋼號cmns3crn1ti其他flocrl ftnlllw”.源丸。如9.013.012,41.03 7.019.0mum5日。產(chǎn)）|一olcrltni(31t),1vlo16.018,012.016.00ccrz5njg2m02n(ai(jxfoli .5，00-4wk 5鷗.531 .522.sazg4cr35nis0(hk-4q)0.35(m5451,t51923.0zg5cre5nj35(hp)33刃370 i1 一ii! _zgjcr25ni35nbc36x)0*3 50.4e2,0027.03

5、2.0-55,01 一incoloys o3540耐點(diǎn)蝕試驗(yàn)方法有國標(biāo)（ gb/t 18590-2001）3. 縫隙腐蝕縫隙腐蝕是金屬構(gòu)件縫隙處發(fā)生的斑點(diǎn)狀或潰瘍形宏觀腐蝕坑，它是以腐蝕部位特征來命名的。常發(fā)生在墊圈、鉚釘、螺釘連接接縫、搭接的焊接接頭、閥座等處。由于縫隙處被腐蝕 產(chǎn)物所覆蓋，以及介質(zhì)擴(kuò)散受到限制等原因，使該處的介質(zhì)成分和濃度與整體有很大區(qū)別，于 是引起介質(zhì)的電化學(xué)不均勻性而產(chǎn)生腐蝕?？p隙腐蝕和點(diǎn)蝕具有共同性質(zhì)，耐點(diǎn)蝕的鋼都能耐 縫隙腐蝕。因此也可用點(diǎn)蝕指數(shù)來衡量耐縫隙腐蝕傾向 。耐縫隙腐蝕試驗(yàn)方法有國標(biāo)（gb/t 10127-2002）4. 晶間腐蝕晶間腐蝕起源于金屬表面，沿

6、晶界深入金屬內(nèi)部的腐蝕現(xiàn)象，外觀仍顯金屬光澤，但晶粒間彼此已失去聯(lián)系，敲擊時已無金屬聲音，鋼質(zhì)變脆，強(qiáng)度幾乎喪生。晶間腐蝕，多半與晶界 貧 cr 有關(guān)。（ 1） a 不銹鋼的晶間腐蝕18-8a鋼，固溶處理后再經(jīng)450850c加熱（敏化處理），往往會發(fā)生晶間腐蝕，這種現(xiàn) 象一般可用品界“貧cr”來解釋。室溫時18-8鋼中碳的溶解度小于0.020.03 %。如鋼含碳 量超過該數(shù)值，則固溶處理后，a為c所過飽和，呈不穩(wěn)定狀態(tài)，在再次加熱時，超過溶解度的 碳將向晶界擴(kuò)散，并與cr結(jié)合形成富cr碳化物cr23c6或（cr, fe）23g沉淀于晶界，由于晶粒內(nèi) 部 cr 的擴(kuò)散速度較慢，所以在形成cr 的

7、碳化物時，使晶界及其鄰近區(qū)域產(chǎn)生貧cr 現(xiàn)象，當(dāng)該區(qū) cr 含量降低到臨界值12以下時，就會發(fā)生明顯的晶間腐蝕現(xiàn)象。 防止： 鋼中含有能形成穩(wěn)定碳化物的元素ti、nb等，經(jīng)穩(wěn)定化處理（850cx 2h）后，碳將優(yōu)先與nb ti結(jié)合，則不 會形成c3。就能避免缺cr現(xiàn)象發(fā)生。若降低鋼中碳含量，c v、ti等強(qiáng)碳化物形成元素。品界強(qiáng)化通過控制晶粒度（一般34級為好，過細(xì)塑性變形抗力降低，過粗脆性增大）。加入 b及 re等微量元素等方法強(qiáng)化晶界，以減少高溫下晶界的滑動。3 .高溫脆化耐熱鋼在熱加工過程中或高溫下長期工作時可能產(chǎn)生脆化現(xiàn)象。脆化有以下幾種：m鋼的回火脆性。例如cu3鋼在550c附近的回

8、火脆性，這在焊接前后的熱處理過程中 應(yīng)當(dāng)引起注意。f鋼的晶粒長大脆化。由于f鋼在加熱時沒有相變化發(fā)生，所以晶粒長大現(xiàn)象不可能通 過熱處理來改善。a鋼析出相脆化。在a鋼晶界析出碳化物相造成脆化。475 c脆化。主要出現(xiàn)在cr15%的f鋼中。在350550c較長時間加熱并緩冷，就可 導(dǎo)致在常溫時或負(fù)溫時出現(xiàn)脆化現(xiàn)象。因?yàn)樵?475c附近最容易出現(xiàn)，所以稱為475c脆性。含 cr量越高，脆化越嚴(yán)重。對該脆性的產(chǎn)生機(jī)理，目前尚無統(tǒng)一認(rèn)識，但都認(rèn)為有新相析出。已 產(chǎn)生475c脆性的鋼，經(jīng)過600700c加熱、保溫1h后空冷，可以恢復(fù)原有的性能。相脆化。（7相是一種富cr的fecr金屬間化合物，質(zhì)硬而脆，

9、沒有磁性。多半分布 在晶界，不但降低材料的6和ak,而且增大品間腐蝕傾向。一般在 500900c長時間力口熱有禾ij 于（t相的形成。（t相可由6相產(chǎn)生6 一；也可由y直接產(chǎn)生（丫 一）。或由y轉(zhuǎn)變而 成（丫 一 a 一），不過自6中形成更容易。提高鋼中cr、mo si等6形成元素含量會促進(jìn)（t相 析出，而ni、g n等因可減少6相而有減輕b相形成的作用。加熱溫度提高到超過 6相穩(wěn)定 存在的上限溫度時，相可以重新溶入固溶體中。18-8鋼的上限溫度在700c左右，25-20鋼 wj在980c左右。（三）不銹鋼、耐熱鋼的物理性能不銹鋼及耐熱鋼的物理性能見表 3-2。組織狀態(tài)相同的鋼，它們的物理性能

10、也基本相同。然 而鋼中me含量越高，導(dǎo)熱性越差，鋼的線脹系數(shù)和電阻率越大。不銹鋼及耐熱鋼的物理性能與 低碳鋼有較大的差異，例如，a鋼的導(dǎo)熱系數(shù)入約為低碳鋼的1/3 ,線脹系數(shù)比低碳鋼大50%, m鋼和f鋼的導(dǎo)熱系數(shù)約為低碳鋼的1/2 ,線脹系數(shù)與低碳鋼大體相當(dāng)。*5-2不就綱及耐熱鋸的物超性侵pcaap類蟄宙 號20cloot。l州p20ctj/te-t)m/3七)(ua/(cmjcm x)鐵索庫綱0cc137.花0.460.27io.a61|ctj5n7370*21ix豺馬氏悔鋼cr!37.7ac*0.259.957icris7.75oua0.2510,555ocrlsnhd30j0,5。a

11、. 151772奧氏悻鋼lcr9nl9ti0.500.1616.774o.is氏。74zcrasnizo-1014l4.4奧氏體鋼0cr2jnul&川3fl，500螞低隙的7,850,500.5913.q13第二節(jié) 奧氏體鋼、雙相鋼焊接一、奧氏體鋼的焊接性分析與其它類型的不銹鋼相比，丫鋼是較易焊接的。它在焊接過程中不發(fā)生相變，對h脆不敏感，接頭在焊態(tài)下也有良好的塑性和韌性。焊接的主要問題是：焊接熱裂紋、腐蝕及脆化。（一）晶間腐蝕（以18-8鋼為例）接頭可能在三個部位出現(xiàn)品間腐蝕現(xiàn)象 （圖3-3）。但在同一接頭上不能同時看到三個不同 部位的晶間腐蝕，這主要取決于鋼和焊縫的成分。敏化區(qū)腐蝕和熔合區(qū)

12、腐蝕不會同時出現(xiàn)。敏化區(qū)腐蝕出現(xiàn)在ha峰值溫度處于敏化加熱溫度區(qū)間的部位，只出現(xiàn)在不含穩(wěn)定化元素又不 是超低碳的不銹鋼中。熔合區(qū)腐蝕只出現(xiàn)在含穩(wěn)定化元素的不銹鋼中，呈窄而深的刀切形狀， 所以稱為刀狀腐蝕，簡稱“刀蝕”。焊縫區(qū)的腐蝕，主要取決于焊接材料，在正常情況下，這 一問題解決得比較好。國”2 18小不銹鋼焊接接頭 可能出現(xiàn)晶間腐蝕的部位 口一煤縫區(qū) 匕一haz敏化區(qū)c 一熔g區(qū)1.焊縫區(qū)晶間腐蝕根據(jù)晶間腐蝕機(jī)理，為防止焊縫品間腐蝕，應(yīng)采取以下措施：通過焊接材料，使焊接金 屬成為超低碳情況，或者使其含有一定的穩(wěn)定化元素nb ti , 一般希望nb 8c ti 8.5g但含ti、nb的鋼卻會產(chǎn)

13、生刀狀腐蝕。調(diào)整焊縫組織，使其含有一定量的6相。焊縫中6相的存在首先可以打亂單一 t柱狀晶的方向性，不致形成連續(xù)的貧 cr層。其次 是6相富cr,有良好的供cr條件，所以在兩相交界處不易形成貧 cr層。對丫體不銹鋼來說， 一般希望焊縫金屬中6相數(shù)量為412%為宜。但是，過量的6相存在時，會促使 6相析出脆 化（在高溫長期工作或多層焊時），而且有時會產(chǎn)生選擇性腐蝕。例如在 hso或尿素之類介質(zhì)中，6相將優(yōu)先腐蝕。6相的數(shù)量可用金相法、磁性法來 檢測，也可用schaeffler圖來估算。 schaeffler焊接組織圖是1949年根據(jù) 手工電弧焊的經(jīng)驗(yàn)而制成的，該圖把室 溫組織與creq和nieq

14、所表示的焊縫成 分聯(lián)系起來。這樣可根據(jù)化學(xué)成分在圖 中查到應(yīng)形成的組織，而根據(jù)對組織的 要求可以確定對應(yīng)的cr、ni當(dāng)量，從 而進(jìn)行焊接成分的調(diào)整。schaeffler圖只考慮了化學(xué)成分 對組織的影響，并未考慮實(shí)際結(jié)晶條件 及me存在的具體形態(tài)。所以利用 schaeffler圖所估算的6相數(shù)量往往 同實(shí)測值不一致，其誤差在土 4%以上圖4-4舍夫勒焊縫組織圖（1949年）盡管如此，這個圖對于估計焊接組織還是有價值的。舍夫勒組織圖中沒有記入 n的影響，所以在這方面有人進(jìn)行了修正工作，其中德龍（delong） 圖被認(rèn)為是有價值的改進(jìn)，在 nieq計算中加入一項(xiàng)30n,對于mr n強(qiáng)化的不銹鋼，改進(jìn)

15、的舍夫勒圖中creq和nieq的計算做了相應(yīng)的改變。對mr n強(qiáng)化的不銹鋼，有1982年提出的改進(jìn)舍夫勒圖,6.g = cf+mo+ i*bsi+0*5nb+3a1+5vni“=ni+30c+ 0.87mn4-x（n0,045）+ 0 .3332.敏化區(qū)晶間腐蝕maj cwnf3 6wl圖3-5 1e-8t i鋼haz中碳化枷分布特征 （w1一埠堂wm辿界）當(dāng)母材不含穩(wěn) 定化元素或含碳量 較高時，經(jīng)焊接熱循 環(huán)的作用，就可能出 現(xiàn)敏化區(qū)。不過焊接 接頭的敏化區(qū)并非 平衡加熱時的450850 c,而是峰值溫度 為6001000 c的部 位。因?yàn)楹附邮强焖龠B 續(xù)加熱和冷卻過程，而 cr的碳化物的沉

16、淀是 一個擴(kuò)散過程，為了充其creq和nieq的計算式如下;0cr18ni8hazfr 間腐蝕不銹鋼刀狀腐蝕形貌分?jǐn)U散 熱度”需要一定的“過顯然只有普通18-8鋼才會有敏化區(qū)存在,18-8ti、18-8nb及超低碳的18-8鋼則不易產(chǎn)生為防止敏化區(qū)腐蝕，在焊接工藝上應(yīng)采取小電流、 大焊速及強(qiáng)制冷卻等措施，以減少 haz處于敏化溫度區(qū)的時間。3.刀蝕刀蝕只發(fā)生在含穩(wěn)定化元素（ti、nb）的丫不銹鋼的熔合區(qū)。開始腐蝕寬度不過 35個 晶粒，逐步擴(kuò)展可達(dá)11.5mm,嚴(yán)重時焊縫可整條發(fā)生剝落。刀蝕的實(shí)質(zhì)也是因m23c沉淀而形成貧cr層。如圖18-8ti鋼（圖3-5）,焊前為10501150c 水淬固

17、溶處理，m3g全部固溶，而大部分 c與ti形成游離的tic,因溫度在1150c以下時tic 在鋼中的溶解度很小。經(jīng)過焊接后，焊態(tài)下的熔合區(qū)經(jīng)歷了1200c以上的過熱作用，tic將發(fā)生分解，溶入固溶體，溫度越高，tic溶解度越大。tic溶解時，分解出來的碳原子將打入到 t 點(diǎn)陣間隙中，ti則占據(jù)t點(diǎn)陣節(jié)點(diǎn)位置。在冷卻時，碳原子將迅速向 t晶粒邊界運(yùn)動，ti則 散擴(kuò)散困難而留在原地。因而碳將析集于晶界附近成為過飽和狀態(tài)。如隨后 在經(jīng)450850c敏化加熱，碳原子優(yōu)先擴(kuò)散到晶界，與 cr形成m3g,從而出現(xiàn)晶界貧cr層。越靠近熔合線，tic 固溶量越多，m3gs沉淀量越大，晶間腐蝕傾向越嚴(yán)重。由此可

18、見“高溫過熱”和“中溫敏化”的相繼作用是產(chǎn)生刀蝕的必要條件。顯然，普通18-8鋼不應(yīng)有刀蝕發(fā)生，超低 c不銹鋼也不會有刀蝕發(fā)生。為了防止刀蝕：最好采用超低碳不銹鋼，含有穩(wěn)定化元素的鋼，其含碳量希望小于0.06%。在焊接工藝上應(yīng)減少近縫區(qū)過熱。盡量采用小電流快焊速，盡量避免交叉焊縫，面向腐蝕介 質(zhì)焊縫最后焊接，無法安排在最后焊時，應(yīng)調(diào)整焊縫尺寸形狀及焊接規(guī)范，使第二面焊縫所產(chǎn) 生的敏化溫度區(qū)（6001000c）不落在第一面焊縫表面的過熱區(qū)上。 穩(wěn)定化處理，850900c x2h緩冷，可消除。（二）應(yīng)力腐蝕開裂拉應(yīng)力的存 在是scc的重要 條件。而其中殘余 應(yīng)力（特別是焊接 應(yīng)力）所引起的 scc

19、事故則約占 全部scc破壞的 70%以上。a鋼由 于導(dǎo)熱性差、線脹 系數(shù)大，在約束焊ki6-21第二面惇爨的，化區(qū)對刀技的整響心不產(chǎn)生刀恢豐b）產(chǎn)生刀鼓所以scc開裂是這類接變形時就可能殘留較大的焊接應(yīng)力 鋼焊接性中不易解決的問題。 sccr為敏感。為防止應(yīng)力腐蝕開裂，消除焊接殘余應(yīng)力最為重要。殘余應(yīng)力消除程度與“回火參數(shù)” lmp有關(guān)：lm之 t（lgt+ 20）x10-3式中t 加熱溫度（k）;t 保溫時間（h）。lm砒大，殘余應(yīng)力消除程度越大。關(guān)于me的影響，必須結(jié)合具體腐蝕介質(zhì)來研究。（三）點(diǎn)蝕點(diǎn)蝕主要是由于材料表面鈍化膜的局部破壞而 引起的，它常成為晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕起源。所以 點(diǎn)蝕

20、已越來越引起人們的重視。a鋼焊接接頭有點(diǎn)蝕 傾向，耐點(diǎn)蝕性優(yōu)異的雙相鋼有時也會產(chǎn)生點(diǎn)蝕。 點(diǎn)蝕最易出現(xiàn)在焊縫中的不完全混合區(qū)，其化學(xué)成分與母材相同，但都經(jīng)歷了熔化與凝固過程，應(yīng)屬 焊縫一部分。有時焊縫中心也會有點(diǎn)蝕產(chǎn)生。點(diǎn)蝕實(shí)驗(yàn)表明，焊接接頭過熱區(qū)對圖3-t迷小銅管庫接接第cc斷裂時間與材料含碳髭的關(guān)系介成一費(fèi)h匕冤水i臣第一口，又】后方波交變應(yīng)力 保特*min/eycleecfrosjcn,費(fèi)指數(shù)越小的鋼，點(diǎn)蝕傾向越大0cu7ni12mo矯銹鋼焊趾處的應(yīng)力腐為提高抗點(diǎn)蝕性能，應(yīng)采取以下措施： 減少cr、m姍析，自熔焊時易形成偏析。如一蝕一y鋼cr22ni25mo,在tig焊時，使晶界界mo與

21、其晶軸mo量之比（即偏析度）達(dá)1.6, cr偏析度達(dá)1.25;所以晶軸部位易產(chǎn)生點(diǎn)蝕 采取超合金化焊接材料，即采用較母材更高cr、mo量的焊接材料。由于提高ni含量,cr、ni、mot （超合金化）ni基合金焊絲、ni 基合金cpt低于bm接頭 cpt本達(dá)bmzk平口惺隆推輿0熔雅金麓圖3-8 不同焊絲tig焊時的cpt馳fec13+g.q5mhe1, 2處侵）a 0 qcr 23ni24mo3.4n0 24b t qcr2 泗輪,5n0 * 1c -qocr22nic2moe l7nb3,4d一不填空e-oocrianiismog, 7n0.q3晶軸中cr、mo的負(fù)偏析顯著減少，因此采用高

22、ni或ni基合金焊絲是有利的圖3-8是用臨界點(diǎn)蝕溫度cpt（即能引起點(diǎn)蝕的最低加熱溫度）來評價耐點(diǎn)蝕性能的 bm-00cr20ni18mo6n0.2 cpt 6570 ca 00cr23ni24mo8.4n0.29b 00cr22ni62mo8.5n0.11c- 00cr22ni62mo8.7nb3.4焊絲、接頭cpt8本達(dá)bmc平d不填絲（自熔焊）cpt 45 ce 00cu9ni13mo3.7n0.03 cpt 25c 完全不能適應(yīng)要求結(jié)論：（1）為提高耐點(diǎn)蝕性能而不能進(jìn)行自 熔焊；（2）焊接材料與母材必須“超合金化”匹 配；（3）必須考慮母材的稀釋作用，以保證足夠的 合金含量；（4）提高

23、ni量有利于減少微觀偏析， 必要時可考慮采用ni基合金焊絲。（四）奧氏體鋼焊接接頭熱裂紋y鋼焊接時，在焊縫及haz都有可能產(chǎn)生熱 裂紋。最常見的是焊縫凝固裂紋（結(jié)晶裂紋），有時也可出現(xiàn)近縫區(qū)液化裂紋。 含ni量越高，產(chǎn) 生熱裂的傾向越大。所以25-20鋼比18-8鋼具有 更大的熱裂傾向。1 .熱裂紋產(chǎn)生的原因與一般結(jié)構(gòu)鋼相比，cr-ni t鋼焊接時有較 大的熱裂傾向。其主要原因如下：由于丫鋼導(dǎo)熱系數(shù)小和線脹系數(shù)大，在焊接條件下，焊接接頭必然形成較大的拉應(yīng)力，而焊縫金屬凝固期間存在較大拉應(yīng)力是產(chǎn)生熱裂紋的必要條件。t鋼學(xué)生結(jié)晶形成方向性強(qiáng)的柱狀晶組織，利于有害雜質(zhì)的偏析及晶間液態(tài)夾雜的形 成，易

24、于促使產(chǎn)生凝固裂紋。t鋼及焊縫的合金組成較復(fù)雜，不僅s、p、sn、sb可形成易熔液膜，溶解度有限的si、 nb b也可能形成易熔共晶，如si化物共晶、nb化物共晶。在高ni穩(wěn)定丫鋼焊接時，si、nb 往往是產(chǎn)生熱裂紋的重要原因之一。2 .影響因素（1）凝固模式（焊縫組織）實(shí)驗(yàn)表明，與丫 +6雙相組織焊縫相比，單相 t組織的焊縫對熱裂紋更為敏感。因?yàn)?6相 的存在打亂了單相t組織的方向性，使晶粒相對細(xì)化，而且使低熔點(diǎn)夾層在晶界上的分布呈不 連續(xù)狀。所以對防止熱裂紋是有益的。通常用室溫下焊縫中的6相數(shù)量來判斷熱裂傾向。但凝固 裂紋是產(chǎn)生于凝固過程的后期，用室溫組織來考核凝固過程中的現(xiàn)象總有缺憾。必

25、須聯(lián)系凝固 模式來考慮才更合理。所謂凝固模式是指以何種初生相（丫或“開始結(jié)晶進(jìn)行凝固過程，和以何種相完成凝固 過程。凝固裂紋與凝固過程有直接聯(lián)系。以圖 3-10的70%fe-cr-ni相圖來分析凝固裂紋與凝 固過程的關(guān)系。，圖294相含屆;對熱裂傾向的影響皿】（trans-vflrestraintii）tcl一裂稅息長htr脆性溫度區(qū)間藏周模式cvw 1020卸圖37。前驗(yàn)ficbni物二元相圖 （圖中標(biāo)出凝固模式）凝固模式有四種：f模式：以6相完成整個凝固過程，合金fa模式：以6相開始結(jié)晶，以6 + 丫結(jié)束。例如合金af模式：以t相開始凝固，以丫+6結(jié)束。例如合金a模式：以t相完成整個凝固過

26、程。例如合金焊縫凝固模式不同，凝固裂紋敏感性也不同。根據(jù)晶粒潤濕理論，以fa模式抗凝固裂紋最強(qiáng)，而f模式或a模式最差。所以對凝固模式的判斷具有重要意義。cr-ni t焊縫的結(jié)晶模式主要取決于焊縫金屬的cr/nieq , af與fa的分界大體相當(dāng)于 cr/nieq = 1.5 ,如將這一界線標(biāo)示于schaeffler圖上，則可將防止熱裂所需室溫 6相數(shù)量與 凝固模式聯(lián)系起來。圖3-11為標(biāo)有af/fa界線的schaeffler圖。圖3-12為wrc美國焊接科 學(xué)研究委員會）1992新焊縫組織圖。圖中將6相數(shù)量用“鐵素體數(shù)目 fn表示，是用磁性檢 測儀測定的6相的讀數(shù)。其值在不足fn10時，與6

27、%標(biāo)示值相當(dāng)，超過fn10后，fn越來越大 于6 %值。另外圖中creq、nieq的計算不同于schaeffler圖。所以標(biāo)示的af/fa界線值cr/nieq 1.5,約為 1.4。（aa 線）is u 圓 杜 世 以 2 相 羽 胃 北 卿=c r+電+1,5$計3附a口南 + 無！一品工 jz圖3-14焊接熱能響區(qū)熱裂紋 與cr”/nm的關(guān)系口的卻川飾af/fa殿的舍夫舞b押如，璐酊72 wrc-1的辨割家國（蹺；n力近1啊b.上。的虱1限n。/，；從以上二圖可以看出，為了防止熱裂，室溫所需最少6相數(shù)量，對于不同creq的丫鋼焊縫 并不相同，creq越大，所需6相數(shù)量就越多。須指出，有時焊

28、縫金屬并非以單一凝固模式進(jìn)行凝固，可能一個局部區(qū)域是af模式，而另一個局部區(qū)域是fa模式。對于同一型號的焊條，由于成分波動范圍可能較大，所以熔敷金屬的 6相數(shù)量可能也有較大差異，因此抗熱裂性能也有較大差異。至于haz勺液化裂紋，也與偏析液月m有關(guān)。同樣也依賴于 cr/nieq以及母材中雜質(zhì)s p 等的含量。由圖3-14可以看出，焊接熱影響區(qū)的熱裂紋與母材純度有重要關(guān)系。按舍夫勒圖計算，在 cr/nieq 1.5時，應(yīng)力求鋼中雜質(zhì) p+s0.01%,方可保證不產(chǎn)生熱裂紋。最易產(chǎn)生液化裂 紋的部位是緊鄰熔合線的過熱區(qū)（13001450c峰值溫度范圍），因?yàn)檫@個部位有利于出現(xiàn)偏析 液膜。圖3-14的

29、結(jié)果再次表明，影響熱裂傾向的關(guān)鍵是決定凝固模式的 cr/nieq比值，而并非 室溫6相數(shù)量。由此可知，18-8系列奧氏體鋼，因cr/nieq 處于1.52.0之間，一般不會輕 易發(fā)生熱裂；而25-20系列奧氏體鋼，因cr/nieq 1.5,含ni量越高，其比值越小，熱裂傾 向越大。（2）化學(xué)成分調(diào)整成分是控制焊縫性能（包括裂紋問題）的重要手段。但如何進(jìn)行合金化，還未獲得完 全有規(guī)律的認(rèn)識。因?yàn)樵诤辖鹣到y(tǒng)中元素的作用與它單獨(dú)存在時的作用往往不同，甚至相反。a.對于含ni量小于15%的18-8 丫鋼，加入me使焊縫形成丫 + 6雙相組織，對提高焊縫 抗熱裂性能最為有效。b.對于含ni量大于15%的

30、t鋼，如以丫 +6雙相組織來提高焊縫的抗裂性，則需相當(dāng)數(shù) 量的6相才能滿足要求。2c 2cr25ni20si2鋼，6相要在2530%才能起到防止熱裂的效果。止匕 時勢必要求在焊縫中加入較多的6化元素，使焊縫與母材成分發(fā)生很大的差異，在性能上兩者就 難以匹配。但如形成丫+c或t +b雙相組織 同樣可提高其抗裂性能。為了獲得 丫+c,可 適當(dāng)提高焊縫的含碳量。例如 cr14ni8w2nb 鋼焊縫，碳提高到0.15%,使nb- 10c,限制 si量，使nb/si=48,可有效地消除熱裂。 為了獲得t +b,必須有足夠數(shù)量的b,微量b 就可偏析與fe、ni形成低熔共晶 fe-b（1149c）、ni-b

31、（1140 c）。提高 b量，易 熔共晶數(shù)量增多，反而細(xì)化了一次結(jié)晶組織， 而產(chǎn)生“愈合”作用，熱裂傾向降低。如 2cr25ni20si2 鋼,加入 b 0.40.7%,含 si 量高達(dá)2.53.0%,也無裂紋發(fā)生。但含b量不得大于0.81.0%,否則嚴(yán)重降低韌性而促。.5使冷裂。c.對于希望焊縫金屬為單相 丫，為了防 止熱裂，可適當(dāng)提高t化元素mn含量。使焊 縫金屬在凝固期間為fa模式，而室溫組織為 單一的丫相。mn在46%時有最小的裂紋傾圖a15 mn對舞-20前焊最熱裂紋的影響向性（圖3-15）。d.在不同的組織狀態(tài)下，元素所起的作用會有所不同。如 18-8鋼和25-20鋼合金化的方 向

32、就有所不同。以mn為例，在25-20鋼中mn是有利的。但有cu存在時，mnt cu可互相促進(jìn)偏析，而增 大熱裂傾向。在18-8鋼焊接時，加入mn如不致使6相消失，mn的加入有利于控制s的有害作 用，可改善抗裂性。但如使6相消失，抗裂性就會降低。又如 si在18-8鋼中促使產(chǎn)生6相， 可提高抗裂性；而在25-20鋼中si則強(qiáng)烈偏析，產(chǎn)生熱裂。又如s、p是有害的，必須加以限制。但在 18-8和25-20鋼中的影響程度不一樣，這是由 于s、p在6-fe和丫-fe中的溶解度不同所致。s在6-fe中的溶解度約為丫-fe中的10倍。 s p在ni中的溶解度均為0,所以高鍥t鋼中的& p更易偏析。（3）焊接

33、工藝為了減少熱裂傾向，從工藝上應(yīng)采取減少過熱和降低應(yīng)力的措施。應(yīng)盡量采用小的焊接熱輸入和小截面焊道，不應(yīng)預(yù)熱，并降低層間溫度，以避免焊縫 haz 過熱粗化，以致使偏析增大。為了減小熱輸入，不應(yīng)過分增大焊速，而應(yīng)適當(dāng)降低焊接電流。因?yàn)楹杆僭龃?，冷速也?大，于是增大了凝固過程的不平衡性，凝固模式將逐次變化為fzala,使熱裂傾向增加。（五）奧氏體鋼焊縫的脆化cr-ni奧氏體鋼用于不銹耐蝕條件時，通常都是在常溫或不太高的溫度（350 c）條件下工作。這時對焊接接頭的要求主要是耐蝕性，對力學(xué)性能無特別要求。但如用于高溫條件下， 如是耐熱抗氧化鋼，主要是防止氧化，對力學(xué)性能也無特殊要求。如是短時工作（

34、小于幾十小 時）的熱強(qiáng)鋼，則必須要求焊接接頭與母材等強(qiáng)。如是長期工作（105小時）的熱強(qiáng)鋼，則要求接頭在保證足夠強(qiáng)度的同時，有足夠的塑性和韌性。當(dāng)用于低溫條件下，要求接頭具有合適的 低溫韌性。奧氏體鋼焊縫脆化的原因主要有以下兩種:1 .低溫脆化焊縫的組織形態(tài)對低溫脆性影響很大（如下表）1cr18ni9ti焊縫組織對低溫沖擊韌性的影響部位組織%u (j/cm2)主要成分（）+20 c-196 ccsimncrniti焊縫y + 5121460.080.570.4417.610.80.16y1781570.150.221.525.518.9母材（固溶）y2802300.12：1.c2.017198

35、12= 0.7為了滿足低溫韌性的要求，最好不采取 丫 +6雙相組織，即使是單相t組織的焊縫沖擊韌 性指標(biāo)仍低于固溶處理的母材。研究認(rèn)為，焊縫中的6相因形貌不同，可具有相異的韌性水平。如超低碳 18-8鋼焊縫中的 6相，可以球狀、蠕蟲狀和花邊條狀存在，而以蠕蟲狀居多數(shù)。它對抗熱裂有利，但會造成脆 性斷口形貌。如提高含cr量（稍大于20%）,獲得少量花邊條狀6相，其低溫韌性會得到改善， 其值可達(dá)常溫的80%。2.6相脆化6相脆化可出現(xiàn)在500900c長期工作的t鋼 中，也可出現(xiàn)在t鋼連續(xù)多層焊的接頭中，由于本 身硬而脆，而易集中在晶界處，因此它的產(chǎn)生使母材 和焊接接頭塑、韌性急劇下降。一般由 6一

36、6比丫 一容易一些，且轉(zhuǎn)變速度高好幾倍。所以6化元素 cr、si、mo nb等均可促使其產(chǎn)生長大。而在穩(wěn)定 y鋼焊接時，為了克服高mo的6化作用，提高丫化 元素ni和n十分有利。在高溫加熱過程中，如產(chǎn)生 塑性變形或施加應(yīng)力，也可大大加速6相析出。如圖 3-16。圖3-16是一組試驗(yàn)結(jié)果。在低n（圖中l(wèi)n, n為 0.02 %）情況下，在圖3-16中虛線上部區(qū)域是出現(xiàn) （7相脆化區(qū)域，虛線以下區(qū)域無 （7相發(fā)生，這是 cr22ni-fe- mo-n的tig焊接情況。如果母材含mo既 和nil8 % （b點(diǎn)），若用同質(zhì)焊絲tig焊，焊縫將處 于6相脆化狀態(tài)。增高n量（圖中hn n為0.1% 0.2

37、 %）時，6相脆化區(qū)則移到實(shí)線以上區(qū)域，即（7 相脆化減輕。此時母材雖已處于 6相脆比區(qū)邊緣外，3-16 cr22ni-fe-mo-n4j ni、mo, n對。隴化的影喇（據(jù)笫改給）若采用同質(zhì)焊絲仍不能保證焊縫耐點(diǎn)蝕質(zhì)量，而不得不采用異質(zhì)焊絲，必須“超合金化”。如 將焊絲mo量提高到8.5%,從圖3-16可見，即使在高n（hn滌件下，焊絲ni量也應(yīng)超過50% 因?yàn)榭紤]到熔合比作用，所焊焊縫的成分應(yīng)位于母材 （點(diǎn)b）與焊絲（點(diǎn)f）的連線上。因此，如果 選用ni基合金焊絲，若含ni62%,則必須控制熔合比小于0.3才可靠；如果熔合比比較大，焊 縫成分將有落入 相脆化區(qū)的危險，雖然選用了超合金化焊絲

38、，仍難保證避免相脆化。防止措施：調(diào)整焊縫金屬合金成分，嚴(yán)格限制mo si、nb,適當(dāng)降低cr,并相應(yīng)提高ni 工藝方面，采取熱輸入量低的焊接方法，焊件避免在600850c作焊后熱處理。已出現(xiàn)（7相的焊件，可以加熱到10501100c保溫1h后水淬，可使絕大部分（t相溶入 丫體中，恢復(fù)性能。二、奧氏體鋼的焊接工藝特點(diǎn)奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的焊接性，幾乎所有熔焊方法和部分壓焊方法都可以使用。但從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等方面考慮，常采用焊條電弧焊、氣體保護(hù)焊、埋弧焊及等離子弧焊等。1焊接材料選擇不銹鋼及耐熱鋼用焊接材料主要有：藥皮焊條、埋弧焊絲和焊劑、 tig和mig實(shí)芯焊絲以及藥芯焊絲。其中由于藥芯焊絲具有生產(chǎn)

39、效率高，綜合成本低，可自動化焊接等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展最快，有取代藥皮焊條和實(shí)芯焊絲的趨勢。在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，藥芯焊絲是不銹鋼焊接生產(chǎn)中用量最大的焊接材料。目前，除了渣量多的藥芯焊絲外，也發(fā)展了渣量少的金屬芯焊絲。焊接材料的選擇首先決定于具體焊接方法的選擇。在選擇具體焊接材料時，至少應(yīng)注意以下幾個問題。1) 應(yīng)堅持“適用性原則”。通常是根據(jù)不銹鋼材質(zhì)、具體用途和服役條件(工作溫度、接觸介質(zhì))，以及對焊縫金屬的技術(shù)要求選用焊接材料， 原則是使焊縫金屬的成分與母材相同或相近。2) 根據(jù)所選各焊接材料的具體成分來確定是否適用，并應(yīng)通過工藝評定試驗(yàn)加以驗(yàn)收，絕不能只根據(jù)商品牌號或標(biāo)準(zhǔn)的名義成分就決定取舍。3) 考

40、慮具體應(yīng)用的焊接方法和工藝參數(shù)可能造成的熔合比大小，即應(yīng)考慮母材的稀釋作用 ，否則將難以保證焊縫金屬的合金化程度。4) 根據(jù)技術(shù)條件規(guī)定的全面焊接性要求來確定合金化程度，即是采用同質(zhì)焊接材料，還是超合金化焊接材料。5) 不僅要重視焊縫金屬合金系統(tǒng)，而且要注意具體合金成分在該合金系統(tǒng)中的作用；不僅考慮使用性能要求，也要考慮防止焊接缺陷的工藝焊接性的要求。2焊接工藝要點(diǎn)焊接不銹鋼和耐熱鋼時，也同焊接其他材料一樣，都有一定規(guī)程可以遵循。(1) 合理選擇焊接方法不銹鋼藥芯焊絲電弧焊是焊接不銹鋼的一種理想焊接方法。與焊條電弧焊相比，采用藥芯焊絲可將斷續(xù)的生產(chǎn)過程變?yōu)檫B續(xù)的生產(chǎn)方式，從而減少了接頭數(shù)目，而

41、且不銹鋼藥芯焊絲不存在發(fā)熱和發(fā)紅現(xiàn)象。與實(shí)芯焊絲電弧焊相比，藥芯焊絲合金成分調(diào)整方便，對鋼材適應(yīng)性強(qiáng)，焊接速度快，焊后無需酸洗、打磨及拋光。同埋弧焊相比，其熱輸入遠(yuǎn)小于埋弧焊，焊接接頭性能更好。(2) 控制焊接熱輸入，避免接頭產(chǎn)生過熱現(xiàn)象 奧氏體鋼熱導(dǎo)率小，熱量不易散失，一般焊接所需的熱輸入比碳鋼低20%- 30%(3) 接頭設(shè)計的合理性應(yīng)給以足夠的重視僅以坡口角度為例，采用奧氏體鋼同質(zhì)焊接材料時，坡口角度取60(同一般結(jié)構(gòu)鋼的相同)是可行的；但如采用ni 基合金作為焊接材料，由于熔融金屬流動更為粘滯，坡口角度取60很容易發(fā)生熔合不良現(xiàn)象，其坡口角度一般均要增大到 80左右。(4) 盡可能控制

42、 焊接工藝穩(wěn)定 以保證焊縫金屬成分穩(wěn)定 因?yàn)楹缚p性能對化學(xué)成分的變動有較大的敏感性，為保證焊縫成分穩(wěn)定，必須保證熔合比穩(wěn)定。(5) 控制焊縫成形表面成形是否光整，是否有易產(chǎn)生應(yīng)力集中之處，均會影響到接頭的工作性能，尤其對耐點(diǎn)蝕和耐應(yīng)力腐蝕開裂有重要影響。(6) 防止焊件工作表面的污染 奧氏體不銹鋼焊縫受到污染，其耐蝕性會變差。焊前應(yīng)徹底清除焊件表面的油脂、污漬、油漆等雜質(zhì)，否則這些有機(jī)物在電弧高溫作用下分解燃燒成氣體，引起焊縫產(chǎn)生氣孔或增碳，從而降低耐蝕性。為了保證不銹鋼焊接質(zhì)量，必須嚴(yán)格遵守技術(shù)規(guī)程和產(chǎn)品技術(shù)條件，并應(yīng)因地制宜，靈活地開展工作，全面綜合考慮焊接質(zhì)量、生產(chǎn)效率及經(jīng)濟(jì)效益。u 工

43、力 0 +u3七5u 一流：匚咐 7+mo+l.5卻圖扣打焊健組物用_!_各不同焊接林耕成信變動范圍”三、雙相不銹鋼的焊接性分析雙相不銹鋼具有良好的耐應(yīng)力腐蝕、耐點(diǎn)腐蝕、耐縫隙腐蝕及耐晶間腐蝕性能。與純奧氏 體不銹鋼相比，雙相不銹鋼焊后具有較低的熱裂傾向；與純鐵素體不銹鋼相比，焊后具有較低 的脆化傾向，且焊接熱影響區(qū)粗化程度也較低，因而具有良好的焊接性。但雙相不銹鋼中因有 較大比例鐵素體存在，而鐵素體鋼所固有的脆化傾向，如475c脆性，b相析出脆化和晶粒粗化 依然存在，只是因奧氏體的平衡作用而獲得一定緩解，因此，焊接時仍應(yīng)引起注意。雙相不銹鋼焊接的最大特點(diǎn)是焊接熱循環(huán)對焊接接頭組織的影響。無論

44、焊縫或是焊接haz都會有相變發(fā)生，因此，焊接的關(guān)鍵是要使焊縫金屬和焊接熱影響區(qū)均保持有適量的鐵素體和奧氏體的組織。（一）雙相鋼焊接冶金特性鐵素體-奧氏體不銹鋼是最典型的雙相不銹鋼，也是近十幾年來發(fā)展最快的不銹鋼種，兼有 奧氏體鋼和鐵素體鋼的優(yōu)點(diǎn)，已得到廣泛應(yīng)用。1 .凝固過程為考察雙相鋼焊接冶金特點(diǎn)，可參考圖 3-17為60%fe-cr-ni合金偽二元相圖。設(shè)合金名 義成分為g,以cr30%-ni10 %做為雙相鋼代表成分。從 creq、nieq考慮，這一合金大體相當(dāng) 25-5型雙相鋼。顯然，這一合金是以f凝固模式進(jìn)行凝固的，無丫相出現(xiàn)，凝固剛結(jié)束為單相6組織（圖3-17 中bc問）。繼續(xù)冷卻

45、就會進(jìn)入丫+ 6兩相區(qū)（由c開始），奧氏體丫優(yōu)先形成于鐵素體6的晶粒 邊界以及亞晶界。這樣的部位可以富集有穩(wěn)定奧氏體的元素（ni、mr cuk n、c）。在平衡條件下，冷卻過程中可以不斷發(fā)生6一丫相變，但由偽二元相圖可以推斷.在室溫時肯定會保留有 相當(dāng)數(shù)量的6相，即成為丫+6兩相組織。1600l2520151050%(%)wni(%)圖3-17 60 %fe-cr-ni的偽二元相圖2 .焊縫金屬的組織轉(zhuǎn)變事實(shí)上，所有雙相不銹鋼從液相凝固后都是完全的鐵素體組織，這一組織一直保留至鐵素 體溶解度曲線的溫度，只有在更低的溫度下部分鐵素體才轉(zhuǎn)變成奧氏體，形成奧氏體 -鐵素體雙 相組織。對于焊縫而言，經(jīng)歷了