金屬材料焊接工藝電子教案32課件

合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號含義：“兩位數(shù)字+元素符號+數(shù)字”表示，前兩位數(shù)字表示鋼的平均含碳量的萬分之幾，合金元素用化學(xué)符號或漢字表示，元素符號后面的數(shù)字表示該元素平均含量的百分之幾，如含量分別大于1.5%、2.5%、3.5%，，，則相應(yīng)地在元素符號后面標(biāo)出2、3、4，，，16Mn：平均含碳量0.16%，Mn的平均含量小于1.5%；60Si2Mn：平均含碳量0.60%，Si的平均含量1.5%~2.5%，Mn的平均含量小于1.5%；09Mn2VRE；特殊性能鋼9Ni：平均含碳量小于0.10%，Ni的平均含量為9%；3.5Ni：平均含碳量小于0.14%，Ni的平均含量為3.5%；補(bǔ)充低溫鋼的焊接低溫鋼是指工作在-10～-196℃溫度范圍的鋼，低于-196℃（直到-273℃）的鋼稱為超低溫鋼。主要性能特點是在低溫工作條件下具有足夠的強(qiáng)度、塑性和韌性，同時具有良好的加工性。主要用于制造石油化工業(yè)中的低溫設(shè)備，如液化石油氣和液化天然氣等的儲存和運輸?shù)娜萜?、管道等。一、低溫鋼的分類、成分與性能1．低溫鋼的分類（3）按有無Ni、Cr元素分類分為無Ni、Cr低溫鋼和含Ni、Cr低溫鋼。（4）按熱處理方法分類分為非調(diào)質(zhì)低溫鋼和調(diào)質(zhì)低溫鋼。常用低溫鋼的類型及適用溫度范圍見圖3-5。圖常用低溫鋼的類型及適用溫度范圍2．低溫鋼的成分、組織和性能低溫鋼的鋼種很多，包括從低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼、低合金高強(qiáng)度鋼、低Ni鋼，直到Ni含量為9%的鋼。（1）鐵素體型低溫鋼

顯微組織為鐵素體+少量珠光體使用溫度范圍-40～-100℃，如16MnDR、09Mn2VDR、06MnNbDR、3.5Ni和06MnVTi等有“DR”標(biāo)示的為低溫容器專用鋼，一般在正火狀態(tài)下使用。（1）鐵素體型低溫鋼

16MnDR是制造-40℃低溫設(shè)備用的細(xì)晶粒鋼；09Mn2VDR也屬細(xì)晶粒鋼，主要用于制造-70℃的低溫設(shè)備，如冷凍設(shè)備、液化氣儲罐、石油化工低溫設(shè)備等；06MnNbDR是具有較高強(qiáng)度的-90℃用細(xì)晶粒鋼，主要用于制造-60～-90℃的制冷設(shè)備、容器和儲罐。3.5Ni鋼一般經(jīng)過870℃正火和635℃、1h消除應(yīng)力回火，其最低使用溫度達(dá)-100℃；調(diào)質(zhì)處理可提高其強(qiáng)度、改善韌性和降低脆性轉(zhuǎn)變溫度，其最低使用溫度可達(dá)-129℃。（2）低碳馬氏體型低溫鋼含Ni較高的鋼如9Ni鋼，淬火后組織為低碳馬氏體，正火后的組織除低碳馬氏體外，還有少量鐵素體和少量奧氏體，具有較高的強(qiáng)度、塑性和低溫韌性，5Ni鋼(-162℃~-196℃)能用于-196℃的低溫，適于制造儲存液化氣的大型儲罐。二、低溫鋼的焊接性（一）無Ni低溫鋼的焊接性無Ni低溫鋼即鐵素體型低溫鋼其中wc=0.06%～0.20%，合金元素總量≤5%，碳當(dāng)量為0.27%～0.57%，焊接性良好。在室溫下焊接不易產(chǎn)生冷裂紋，在板厚小于25mm時焊前不需預(yù)熱；板厚超過25mm或接頭剛性拘束較大時，應(yīng)預(yù)熱100～150℃，注意預(yù)熱溫度（不可超過200℃）過高會引起熱影響區(qū)晶粒長大而降低韌性。（二）含Ni低溫鋼的焊接性含Ni較低的低溫鋼如2.5Ni和3.5Ni鋼，雖然加入Ni提高了鋼的淬透性，但由于含碳量（0.14%以下）限制的較低，冷裂傾向并不嚴(yán)重，薄板焊接時可不預(yù)熱；厚板焊接時須進(jìn)行100℃預(yù)熱。（二）含Ni低溫鋼的焊接性含Ni高的低溫鋼如9Ni鋼，淬硬性很大，焊接時熱影響區(qū)產(chǎn)生馬氏體組織是不可避免的，但由于含碳量低，并采用奧氏體焊接材料，因此冷裂傾向不大。但焊接時應(yīng)注意以下幾個問題：（2）避免磁偏吹現(xiàn)象9Ni鋼具有強(qiáng)磁性，采用直流電源焊接時會產(chǎn)生磁偏吹現(xiàn)象，影響焊接質(zhì)量。防治措施是焊前避免接觸強(qiáng)磁場；盡量選用可以采用交流電源的鎳基焊條。（3）焊接熱裂紋Ni能提高鋼材的熱裂紋傾向，焊接含Ni鋼時要注意焊接熱裂紋。因此應(yīng)該嚴(yán)格控制鋼材及焊接材料中的S、P含量，以免因S、P含量偏高在焊縫結(jié)晶過程中形成低熔點共晶，而導(dǎo)致形成結(jié)晶裂紋。(Ni-Ni3S2664℃)、(Ni-Ni3P2880℃)含Ni鋼的另一個問題是具有回火脆性，因此應(yīng)注意這類鋼焊后回火的溫度和控制冷卻速度。9Ni鋼是典型的低碳馬氏體低溫鋼，淬硬性較大。焊前應(yīng)進(jìn)行正火+高溫回火或900℃水淬+570℃回火處理，其組織為低碳板條狀馬氏體，具有較高的低溫韌性，其焊接性也優(yōu)于一般低合金高強(qiáng)鋼，板厚小于50mm的焊接結(jié)構(gòu)焊接時不需預(yù)熱，焊后可不進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理。三、低溫鋼的焊接工藝特點1．焊接方法焊接低溫鋼時，焊條電弧焊和氬弧焊應(yīng)用廣泛，埋弧焊的應(yīng)用受到限制，而氣焊和電渣焊一般不用。三、低溫鋼的焊接工藝特點為避免焊縫金屬和熱影響區(qū)形成粗大組織而使接頭韌性降低，焊接熱輸入不能過大，多層焊要控制道間溫度不可過高，例如焊接06MnNbDR低溫鋼時，道間溫度不可超過300℃。2．焊接材料焊條電弧焊焊接低溫鋼時一般選用高韌性焊條;低溫鋼焊條，W607，W707Ni(-70℃,2.5Ni),W107Ni(-100℃,3.5Ni)；焊接含Ni的低溫鋼所用焊條的含Ni量應(yīng)與母材相當(dāng)或稍高；表3-23常用低溫鋼焊接材料的選用鋼號狀態(tài)焊條電弧焊埋弧焊型號牌號焊絲焊劑16MnDR正火E5016-GE5015-GJ506RHJ507RHH10Mn2AYD504A09Mn2VDR正火E5015-GE5515-C1W607AW707NiH08Mn2MoVAHJ25006MnNbDR正火800～900℃空冷E5515-C2W907Ni--15MnNiDR正火E5015-GW507R--09MnNiDR正火或正火+回火E5015-GW707RH10Mn2A或含Ni藥芯焊絲YD507A3．低溫鋼焊接操作要點減小熱輸入，焊條電弧焊通常采用小直徑焊條（一般不大于4mm）、用盡量小的焊接電流，采用多層多道焊，每一焊道焊接時采用快速不擺動的操作方法?？焖俣嗟篮缚杀苊夂傅肋^熱，多層焊時后續(xù)焊道對前焊道的再次加熱作用可細(xì)化晶粒。3．低溫鋼焊接操作要點低溫鋼焊條電弧焊平焊時的焊接參數(shù)見表3-24。其他位置焊接時焊接電流應(yīng)減小10%。在橫焊、立焊和仰焊時，為保證焊縫成形并與母材充分熔合，可作必要的擺動，例如采用“之”字形運條方法，但應(yīng)控制電弧在坡口兩側(cè)的停留時間，收弧時要將弧坑填滿。四、典型鋼種的焊接工藝板厚15mm的9Ni鋼大型儲罐，工作溫度為-190℃。儲罐平板對接的立焊焊縫，采用單面自動TIG焊，且背面不清根。選用鎳基焊絲70Ni-Mo-W，直徑為1.2mm。焊接電流200～240A、焊接電壓11～13V、焊接速度4.3～5cm/min、氬氣流量20～30L/min，焊后不進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理。補(bǔ)充耐熱鋼及其焊接工藝模塊一耐熱鋼的類型和性能

模塊二低、中合金耐熱鋼的焊接

模塊三高合金耐熱鋼的焊接

模塊四珠光體與奧氏體不銹鋼的焊接

綜合訓(xùn)練模塊一耐熱鋼的類型和性能

耐熱鋼的類型在高溫下工作，并具有一定強(qiáng)度和抗氧化、耐蝕能力的鐵基合金稱之為耐熱鋼。耐熱鋼廣泛用于石油化工工業(yè)中的高溫管線、反應(yīng)塔和加熱爐、熱電站的鍋爐和汽輪機(jī)、汽車和船舶的內(nèi)燃機(jī)、航空航天工業(yè)的噴氣發(fā)動機(jī)、核能動力裝置等高溫裝置。耐熱鋼分為:（按特性分）熱穩(wěn)定鋼--在高溫狀態(tài)下具有抗氧化或耐氣體介質(zhì)腐蝕的一類鋼，如常用的鉻鎳鋼（Cr25Ni20、Cr25Ni20Si2等）和高鉻鋼（Cr17、Cr25Ti等）；熱強(qiáng)鋼--在高溫狀態(tài)下既具有抗氧化或耐氣體介質(zhì)腐蝕，又必須具有一定的高溫強(qiáng)度的一類鋼，主要有高鉻鎳鋼（1Cr18Ni9Ti、4Cr25Ni20等）以及多元合金化的以Cr12為基的馬氏體不銹鋼（1Cr12MoWV）等。按合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分類分為低合金耐熱鋼，其合金系有Mo、Cr-Mo、Mo-V、Cr-Mo-V、Mn-Mo-V、Mn-Ni–Mo和Cr-Mo-Ti-B等；中合金耐熱鋼，其合金系有Cr-Mo、Cr-Mo-V、Cr-Mo-Nb和Cr-Mo-W-V-Nb等；高合金耐熱鋼，其合金系有Cr-Ni、Cr-Ni-Ti、Cr-Ni-Mo、Cr-Ni-Nb、Cr-Ni-Mo-Nb、Cr-Ni-Mo-V-Nb和Cr-Ni-Si等。按組織分類分為珠光體耐熱鋼、馬氏體耐熱鋼、鐵素體耐熱鋼和奧氏體耐熱鋼。2耐熱鋼的性能1．高溫化學(xué)穩(wěn)定性高溫化學(xué)穩(wěn)定性主要是指高溫抗氧化性，有時還要求具有抗氫腐蝕性。2．高溫力學(xué)性能高溫力學(xué)性能主要指熱強(qiáng)性。提高熱強(qiáng)性的措施：（1）利用Mo、W固溶強(qiáng)化，提高原子間結(jié)合力；（2）形成穩(wěn)定的第二相，主要是碳化物相（WC等）。（3）強(qiáng)化晶界，如控制晶粒度，加入微量細(xì)化晶粒的合金元素（B、Re）等。3對耐熱鋼焊接接頭性能的基本要求1．等熱強(qiáng)性2．焊接接頭的抗氧化性3．焊接接頭組織的穩(wěn)定性4．焊接接頭的物理均一性模塊二低、中合金耐熱鋼的焊接

1低、中合金耐熱鋼的成分與性能特點成分是以Cr、Mo為主要合金元素鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.5％～12.5％之間，鉬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5％或1％，室溫組織以珠光體為主，因此又稱為珠光體耐熱鋼。具有良好的抗氧化性和熱強(qiáng)性，還具有一定的抗硫和氫腐蝕的能力，同時具有很好的冷熱加工性能。主要應(yīng)用于在600℃以下工作的動力、石油化工等工業(yè)設(shè)備中。按合金化方式可將低碳低合金耐熱鋼分為以下三類：（1）Mo鋼Mo鋼是最早使用的低合金耐熱鋼，Mo的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5％。Mo的主要作用是固溶強(qiáng)化，提高鋼的熱強(qiáng)性?，F(xiàn)在應(yīng)用很少。（2）Cr-Mo鋼為了改善Mo鋼的石墨化問題，提高鋼的組織穩(wěn)定性，進(jìn)而提高熱強(qiáng)性，在Mo鋼中加入一定量的Cr，Cr能使碳化物具有一定的熱穩(wěn)定性，阻止石墨化。Cr-Mo鋼的使用溫度可以提高到550℃。按合金化方式可將低碳低合金耐熱鋼分為以下三類：（3）多元復(fù)合合金化的低合金耐熱鋼除固溶強(qiáng)化外，鋼中加入了Ｖ、Ｔi、Ｂ等微量元素進(jìn)行時效強(qiáng)化和晶界強(qiáng)化，進(jìn)一步提高鋼的熱強(qiáng)性和高溫組織的穩(wěn)定性。其合金系統(tǒng)有Cr-Mo-V，Cr-Mo-W-V，Cr-Mo-W-V-B，Cr-Mo-V-Ti-B等。表5-1常用低合金耐熱鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)％）鋼號CMnSiCrMoVW其他12CrMo≤0.150.4～0.70.2～0.40.4～0.70.4～0.55---15CrMo0.12～0.180.4～0.70.17～0.370.8～1.10.4～0.55---10Cr2Mo1≤0.150.4～0.60.15～0.502.0～2.50.9～1.1---12Cr5Mo≤0.15≤0.6≤0.54.0～6.00.5～0.6---12Cr9Mo1≤0.150.3～0.60.5～1.08.0～10.00.9～1.1---12Cr1MoV0.08～0.150.4～0.70.17～0.370.9～1.20.25～0.350.15～0.30--15Cr1Mo1V0.08～0.150.4～0.70.17～0.370.9～1.21.0～1.20.15～0.25--17CrMo1V0.12～0.200.6～1.00.3～0.50.3～0.450.7～0.90.3～0.4--20Cr3MoWV0.17～0.240.3～0.60.2～0.42.6～3.00.35～0.500.7～0.90.3～0.6-12Cr2MoWVB0.08～0.150.45～0.650.45～0.751.6～2.10.5～0.650.28～0.420.3～0.55Ti0.08～0.18B≤0.00812Cr3MoVSiTiB0.09～0.150.5～0.80.6～0.92.5～3.01.0～1.20.25～0.35-Ti0.22～0.38B0.0005～0.011表5-2常用低合金耐熱鋼的力學(xué)性能鋼牌號熱處理狀態(tài)抗拉強(qiáng)度σb/MPa屈服點σs/MPa伸長率δ5/%沖擊吸收功αk/J·㎝-212CrMo900～930℃正火680～730℃回火（緩冷至300℃空冷）≥410≥265≥24≥13515CrMo900℃正火650℃回火≥440≥294≥22≥11810Cr2Mo1940～960℃正火730～750℃回火440～590≥265≥20≥78.512Cr5Mo900℃正火540～570℃回火≥980-≥10-12Cr9Mo1900～1000℃空冷或油冷淬火730～750℃空冷回火590～735≥392≥20≥78.512Cr1MoV1000～1020℃正火740℃回火≥470≥255≥21≥5915Cr1Mo1V1020～1050℃正火730～760℃回火540～685≥345≥18≥4917CrMo1V980～1000℃正火或油淬710～730回火≥735≥640≥16≥5920Cr3MoWV1040～1060℃油淬或正火650～720℃回火≥785≥640≥1349～68.512Cr2MoWVB1000～1035℃正火760～780℃回火≥540≥342≥18-12Cr3MoVSiTiB1040～1090℃正火720～770℃回火≥625≥440≥18-2低、中合金耐熱鋼的焊接性1．熱影響區(qū)淬硬性及冷裂紋低合金耐熱鋼的主要合金元素是Cr和Mo，能顯著提高鋼的淬硬性。如果在焊接時冷卻速度過快，則在焊縫及熱影響區(qū)形成對冷裂紋敏感的馬氏體和上貝氏體等組織。如圖5-1所示，12Cr2MoWVTiB鋼氬弧焊焊接接頭的過熱區(qū)出現(xiàn)了粗大的馬氏體組織。圖5-112Cr2MoWVTiB鋼過熱區(qū)組織2．消除應(yīng)力裂紋傾向低合金耐熱鋼中的Cr、Mo、V、Nb、Ti等元素屬于強(qiáng)碳化物元素，若結(jié)構(gòu)拘束度較大，那么在消除應(yīng)力處理或高溫下長期使用時，在熱影響區(qū)的粗晶區(qū)容易出現(xiàn)消除應(yīng)力裂紋。圖5-2為10CrMo910鋼焊接接頭在620℃回火處理后出現(xiàn)的消除應(yīng)力裂紋。2．消除應(yīng)力裂紋傾向消除應(yīng)力裂紋一般在500～700℃敏感溫度范圍內(nèi)形成，并且出現(xiàn)在殘余應(yīng)力較高的部位，如接頭咬邊、未焊透等應(yīng)力集中處，這些部位在加熱過程中，殘余應(yīng)力釋放，蠕變變形較大，更容易出現(xiàn)裂紋。圖5-210CrMo910鋼粗晶區(qū)的消除應(yīng)力裂紋為了防止消除消除應(yīng)力裂紋，可采取下列措施：1）選用高溫塑性優(yōu)于母材的焊接材料，嚴(yán)格控制母材和焊接材料的合金成分，特別是要限制V、Nb、Ti等合金元素的含量到最低的程度。2）將預(yù)熱溫度提高到250℃以上，道間溫度控制在300℃左右。3）采用低熱輸入焊接工藝和方法，縮小焊接接頭過熱區(qū)的寬度，細(xì)化晶粒。4）選擇合理的熱處理工藝，避免在敏感溫度區(qū)間停留較長時間。3．熱影響區(qū)的軟化低合金耐熱鋼焊接接頭熱影響區(qū)存在軟化問題，其軟化區(qū)的金相組織特征是鐵素體加上少量碳化物，在粗視磨片上觀察到一條明顯的“白帶”，其硬度明顯下降。軟化區(qū)的存在對室溫性能沒有什么不利的影響，但在高溫長期靜載拉伸條件下，接頭往往在軟化區(qū)發(fā)生破壞。4．回火脆性Cr-Mo耐熱鋼及焊接接頭在350～500℃溫度區(qū)間長期運行過程中發(fā)生脆變的現(xiàn)象稱為回火脆性。焊縫金屬回火脆化的敏感性比母材大，這是因為焊接材料中的雜質(zhì)難以控制。3低、中合金耐熱鋼的焊接工藝要點

1．低合金耐熱鋼的焊接工藝低、中合金耐熱鋼一般在預(yù)熱狀態(tài)下焊接（定位焊同樣需要預(yù)熱），焊后大多要進(jìn)行高溫回火處理。多層焊時應(yīng)保持道間溫度不低于預(yù)熱溫度。焊接過程中盡量避免中斷，不得以中斷焊接時，應(yīng)采取緩冷措施；重新施焊的焊件仍需預(yù)熱，焊接完畢應(yīng)將焊件保持在預(yù)熱溫度以上數(shù)小時，然后再緩慢冷卻。（1）焊接方法常采用的熔焊方法有焊條電弧焊、埋弧焊、鎢極氬弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊和電渣焊,但常以焊條電弧焊為主，埋弧焊和氣體保護(hù)焊的應(yīng)用也越來越多。（2）焊前準(zhǔn)備焊前準(zhǔn)備的內(nèi)容主要包括下料、坡口加工、熱切割邊緣和坡口面的清理以及焊接材料的預(yù)處理。一般的低合金耐熱鋼工件，可以采用各種熱切割下料。為防止厚板熱切割邊緣的開裂，應(yīng)采取下列工藝措施：1）對于所有厚度的2.25Cr-Mo、3Cr-1Mo型鋼和15mm以上的1.25Cr-0.5Mo鋼板，熱切割前應(yīng)將割口邊緣預(yù)熱150℃以上。2）對于15mm以下的2.25Cr-Mo鋼板，熱切割前應(yīng)預(yù)熱100℃以上。熱切割邊緣應(yīng)作機(jī)械加工并用磁粉探傷檢查是否存在表面裂紋。焊接材料在使用前應(yīng)作適當(dāng)?shù)念A(yù)處理。埋弧焊絲用光焊絲，表面要清理干凈。鍍銅焊絲應(yīng)將表面積塵和污垢仔細(xì)清理。焊條和焊劑要妥善保管，在使用前，應(yīng)嚴(yán)格按工藝規(guī)程的規(guī)定進(jìn)行烘干。表5-3列出了幾種常用低合金耐鋼的焊條和焊劑烘干溫度。表5-3常用耐熱鋼焊條和焊劑的烘干溫度焊條與焊劑烘干溫度/℃烘干時間/h保持溫度/℃型號牌號E5003-A1E5503-B1E5503-B2R102R202R302150～2001～250～80E5015-A1E5515-B1E5515-B2E6015-B3E5515-B2-VE5515-B3-VWBR107R207R307R407R317R347350～4001～2127～150HJ350,HJ250,HJ380400～4502～3120～150SJ101,SJ301,SJ601300～3502～3120～150（3）焊接材料焊接材料的選擇原則應(yīng)保證焊縫金屬的合金成分、強(qiáng)度性能與母材基本一致。若二者成分相差很大，則焊接接頭在長期高溫條件下工作時，會因成分不均勻而導(dǎo)致合金元素擴(kuò)散，使焊接接頭的高溫性能不穩(wěn)定；焊縫強(qiáng)度不能選得過高，以免使焊縫塑性變差，甚至產(chǎn)生冷裂紋。焊接材料中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)略低于母材，其wc<0.12％，但不得低于0.07％，否則會造成焊縫金屬的沖擊韌度、熱強(qiáng)性等降低。含碳量對10CrMo910鋼焊縫金屬沖擊韌度的影響如圖5-3所示，焊縫金屬wc＝0.08％時的韌性明顯高于wc＝0.05％的焊縫。圖5-3碳含量對10CrMo910鋼焊縫金屬缺口沖擊吸收功的影響（3）預(yù)熱和焊后熱處理低合金耐熱鋼預(yù)熱溫度范圍一般80～150℃，；局部預(yù)熱時，必須保證預(yù)熱寬度大于焊件壁厚的4倍，且不能少于150㎜。對于低合金耐熱鋼來說，焊后熱處理的目的不僅是消除焊接殘余應(yīng)力，更重要的是改善組織，提高接頭的綜合性能。低合金耐熱鋼焊后一般作高溫回火處理，回火參數(shù)主要是加熱溫度和保溫時間?；鼗饻囟鹊姆秶?80～760℃。2．中合金耐熱鋼的焊接（1）焊接方法應(yīng)優(yōu)先選擇低氫的焊接方法。如鎢極氬弧焊和熔化極氣體保護(hù)焊等。在厚壁焊件中，可選擇焊條電弧焊、埋弧焊和電渣焊。但必須采用堿性藥皮焊條和焊劑。（2）焊前準(zhǔn)備切割之前，必須將切割邊緣200mm寬度內(nèi)預(yù)熱到150℃以上。切割面應(yīng)采用磁粉探傷檢查是否存在裂紋，焊接坡口應(yīng)機(jī)械加工，坡口面上的熱切割硬化層應(yīng)清理干凈，必要時應(yīng)作表面硬度測定加以鑒別。接頭坡口形式和尺寸的設(shè)計原則是盡量減少焊縫的橫截面積。（3）焊接材料焊接材料選擇原則是在保證焊接接頭具有與母材相當(dāng)?shù)母邷厝渥儤O限和抗氧化性的前提下，改善其焊接性。其方案有兩種：一是選用高鉻鎳奧氏體焊接材料；二是選擇與母材化學(xué)成分相近的中合金耐熱鋼焊接材料。（4）預(yù)熱和焊后熱處理預(yù)熱和焊后熱處理是焊接過程中不可缺少的重要工序。預(yù)熱是防止裂紋，降低接頭硬度和焊接應(yīng)力；焊后熱處理的目的在于改善焊縫金屬及其熱影響區(qū)的組織，使淬火馬氏體轉(zhuǎn)變成回火馬氏體，降低接頭區(qū)的硬度，提高其韌性、變形能力和高溫持久強(qiáng)度并消除內(nèi)應(yīng)力。模塊三高合金耐熱鋼的焊接

1高合金耐熱鋼的焊接性按其組織特征可分為奧氏體型、鐵素體型、馬氏體型和彌散硬化型四類。按其基本合金系統(tǒng)可分為鉻鎳型和純鉻型兩類。高合金耐熱鋼與低、中合金耐熱鋼相比，具有獨特的物理性能。如表4-1所示（教材P67），由表中的數(shù)據(jù)可見，與碳鋼相比，奧氏體耐熱鋼的熱系數(shù)較大，導(dǎo)熱率較低，導(dǎo)致焊件變形較為嚴(yán)重，焊接過程需加以控制。一、奧氏體耐熱鋼的焊接性1.鐵素體含量的控制奧氏體耐熱鋼焊縫金屬中鐵素體含量關(guān)系到抗熱裂性、σ相脆化和熱強(qiáng)性能。從抗熱裂性能角度出發(fā)，要求焊縫金屬內(nèi)含有一定量的鐵素體，但從σ相脆化和熱強(qiáng)性能角度考慮，鐵素體含量越低越好。妥善和合理地解決這一矛盾是奧氏體耐熱鋼焊接的核心問題。不同成分的鉻鎳焊縫金屬在焊后狀態(tài)的鐵素體含量可按德龍（Delong）焊縫組織圖來確定，如圖5-4所示。奧氏體焊縫金屬的力學(xué)性能與其鐵素體含量存在一定的關(guān)系，隨著鐵素體含量的增加，奧氏體鉻鎳焊縫金屬的常溫抗拉強(qiáng)度提高，而變形能力下降；尤其是高溫抗拉強(qiáng)度、高溫持久強(qiáng)度及低溫韌性隨之明顯下降。因此，對于高溫強(qiáng)度要求較高的焊接接頭，必須嚴(yán)格控制鐵素體含量，在某些場合下還必須采用全奧氏體的焊縫金屬。圖5-4德龍（Delong)焊縫組織圖2.σ相脆化鉻鎳奧氏體不銹鋼和焊縫金屬在高溫下持續(xù)加熱過程中也會發(fā)生σ相脆化。在奧氏體不銹鋼中，σ相析出的溫度為650～850℃。σ相的出現(xiàn)使奧氏體不銹鋼缺口沖擊韌度明顯降低，另外σ相對奧氏體抗高溫氧化性和接頭的高溫蠕變極限也有一定的有害作用。因此必須采取相應(yīng)措施控制奧氏體焊縫金屬的σ相轉(zhuǎn)變。防止奧氏體不銹鋼焊縫金屬σ相形成的最有效措施是調(diào)整焊縫金屬的合金成分，嚴(yán)格限制Mo、Si、Nb等加速σ相形成的元素，適當(dāng)降低Cr含量并相應(yīng)提高Ni含量。二、鐵素體耐熱鋼的焊接性鐵素體耐熱鋼是以低碳高鉻Fe-Cr-C合金為主，并加入Al、Nb、Mo和Ti等鐵素體化元素。鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于21％的鐵素體耐熱耐熱鋼在600～800℃溫度范圍內(nèi)長時間加熱時，會形成σ相。在800℃高溫，σ相形成速度可達(dá)到最高值；在較低的溫度下，σ相形成速度減慢而需要較長時間。鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于17％的高鉻鋼在450～525℃之間溫度下加熱，會產(chǎn)生475℃脆性，故對鐵素鐵耐熱鋼，應(yīng)避免在450～525℃的溫度區(qū)間進(jìn)行焊接接頭的焊后熱處理。三、馬氏體耐熱鋼的焊接性馬氏體耐熱鋼的合金系統(tǒng)基本是Fe-Cr-C，通常鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在11.5～18％。這些鋼幾乎在所有的冷卻條件下都轉(zhuǎn)變成馬氏體組織，能夠淬硬，冷裂傾向很大，故這類鋼的焊接性很差。2合金耐熱鋼的焊接工藝要點一、奧氏體耐熱鋼的焊接工藝要點可以采用所有的熔焊方法焊接。在擬定奧氏體耐熱鋼焊接工藝時應(yīng)考慮其特殊的物理性能，即低的熱導(dǎo)率、高的電阻率、高的線膨脹系數(shù)以及高度致密的表面保護(hù)膜等。奧氏體耐熱鋼含有大量對氧親和力較高的元素，因此不論采用何種焊接方法，都必須利用焊劑、焊條藥皮和惰性保護(hù)氣體對焊接熔池和高溫區(qū)作良好的保護(hù)，以使決定熱強(qiáng)性的基本元素保持在所要求的范圍內(nèi)。奧氏體耐熱鋼焊接材料選擇的原則：在無裂紋的前提下保證焊縫金屬的熱強(qiáng)性與母材金屬基本相等。即要求其合金成分大致與母材金屬成分匹配。同時考慮焊縫金屬內(nèi)的鐵素體含量的控制。對于長期在高溫下運行的奧氏體耐熱鋼焊件，焊縫金屬內(nèi)鐵素體的體積分?jǐn)?shù)不應(yīng)超過5％，表5-9為我國常用奧氏體耐熱鋼焊條和焊絲牌號及其匹配的母材鋼號。表5-9奧氏體耐熱鋼焊條和焊絲鋼號焊條埋弧焊焊絲氣體保護(hù)焊焊絲標(biāo)準(zhǔn)型號牌號0Cr18Ni9E308-16A101,A102H0Cr19Ni9H0Cr19Ni91Cr18Ni9TiE347-16A132H1Cr19Ni10NbH0Cr19Ni9Ti0Cr18Ni11Ti0Cr18Ni11NbE347-16E347-15A132A137H1Cr19Ni10NbH0Cr19Ni9TiH1Cr19Ni10Nb0Cr18Ni13Si4E316-16E318V-16A201A202A232H0Cr19Ni11Mo3H0Cr19Ni11Mo31Cr20Ni14Si2E347-16A312H1Cr25Ni23H1Cr25Ni230Cr23Ni13E309-16A302H1Cr25Ni23H1Cr25Ni230Cr25Ni20E310-16E3101Mo-16A402A412H1Cr25Ni13H1Cr25Ni130Cr17Ni12Mo2E316-16A201A202H0Cr19Ni11Mo3H0Cr19Ni11Mo30Cr19Ni13Mo3E317-16A242H0Cr25Ni13Mo3H0Cr25Ni13Mo3HJ260

SJ601保護(hù)氣體的體積分?jǐn)?shù)Ar,Ar+O21%Ar+CO22%～3%1.焊條電弧焊工藝應(yīng)選擇較小的焊接電流，或選用耐發(fā)紅的奧氏體不銹鋼的焊條。施焊過程應(yīng)采用窄焊道技術(shù)，以加快冷卻速度，焊道寬度不應(yīng)超過焊芯直徑的4倍，多層焊每層焊道的厚度不應(yīng)大于3mm；仔細(xì)清理坡口表面，焊條使用前應(yīng)按要求烘干，以防產(chǎn)生氣孔；選擇工藝性好的鈦鈣型藥皮的焊條，以防夾渣。2.熔化極惰性氣體保護(hù)焊工藝對于20mm以下的奧氏體耐熱鋼應(yīng)優(yōu)先采用自動或半自動熔化極惰性氣體保護(hù)焊，半自動焊選用的焊絲直徑為φ0.6～1.6㎜；自動焊選用的焊絲直徑為φ2.0～3.0㎜。焊接電源可使用平特性的直流電源或直流脈沖電源，直流反接。保護(hù)氣體可使用純Ar、Ar+O2或Ar+CO2，純He、He+Ar+CO2等混合氣體。采用較低的焊接電流和電壓。表5-10奧氏體耐熱鋼熔化極氣體保護(hù)焊典型焊接參數(shù)板厚/㎜熔滴形式接頭和坡口形式焊絲直徑/㎜焊接電流/A電弧電壓/V焊速/(㎜/min)焊道數(shù)3.26.49.512.71925噴射I形坡口（帶襯墊）60°V形，1.6㎜鈍邊1.61.61.62.42.42.4200～250250～300275～325300～350350～375350～37525～2827～2928～3231～3231～3331～335003805001501401201223～45～67～81.61.62.02.02.53.2短路角接I形對接角接或搭接I形坡口對接角接或搭接角接或搭接0.88585909010512521222222232345050035030038040013.鎢極氬弧焊按對焊縫質(zhì)量的要求不同，可采用氬氣、氦氣或其混合氣體作保護(hù)氣體。單層焊或打底焊時，焊縫背面應(yīng)通相同的氣體保護(hù)或特制的成形氣體。焊接電源通常選擇恒流特性的直流電源，采用正極性，也可采用頻率范圍為0.5～20Hz的低頻脈沖直流電。填充焊絲可采用與熔化極氣體保護(hù)焊相同成分的焊絲，或硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3～0.5％，其它成分與母材相同的焊絲。手工氬弧焊時，選用的焊絲直徑為1.6～2.5mm，自動氬弧焊選用填充焊絲的直徑為0.8～1.2mm。5.焊后熱處理對奧氏體耐熱鋼焊件，當(dāng)壁厚超過20mm時，有時應(yīng)考慮作適當(dāng)?shù)暮负鬅崽幚怼W氏體耐熱鋼的焊后熱處理，按處理的溫度：可分為低溫、中溫和高溫焊后熱處理。加熱溫度在500℃以下的低溫?zé)崽幚韺宇^的力學(xué)性能不會發(fā)生重大影響，其作用主要是降低殘余應(yīng)力，提高結(jié)構(gòu)尺寸的穩(wěn)定性；加熱溫度在500～800℃之間的中溫?zé)崽幚?，主要是消除接頭中的殘余應(yīng)力，以提高其抗應(yīng)力腐蝕的能力。但在這一區(qū)間，會析出σ相和碳化物，從而顯著地降低接頭的韌性。因此，對于碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高或鐵素體含量較多的奧氏體耐熱鋼焊縫應(yīng)盡量避免采用中溫?zé)崽幚?；對于某些超低碳鉻鎳奧氏體耐熱鋼，800～850℃的高溫?zé)崽幚砜商岣呓宇^的蠕變極限和塑性。二、馬氏體耐熱鋼的焊接工藝要點1.焊前預(yù)熱使用與母材成分相同或相近的焊接材料焊接馬氏體耐熱鋼時，為防止冷裂紋，焊前需要預(yù)熱。預(yù)熱溫度一般選在200～320℃，最好不高于馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度。一般情況下，當(dāng)wC≤0.1％時，可不預(yù)熱，但板厚較大時余熱200℃；當(dāng)wC＝0.1％～0.2％時，預(yù)熱溫度為200～260℃；當(dāng)wC>0.2％時，或在特別苛刻的條件下，可采用更高的預(yù)熱溫度，如預(yù)熱至400～450℃。并注意保持道間溫度不低于預(yù)熱溫度。2.焊后開始回火的溫度焊件焊后不應(yīng)以焊接溫度直接升溫進(jìn)行回火處理。一般，對于剛度較小的構(gòu)件，可以冷至室溫后再進(jìn)行回火；對于大厚度的結(jié)構(gòu)，特別當(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高時，需焊后冷至100～150℃，保溫0.5～1h，然后加熱至回火溫度。3.焊后熱處理馬氏體耐熱鋼的焊后熱處理包括回火和完全退火。只有為了得到最低硬度，如焊后需機(jī)加工時，才采用完全退火。退火溫度為830～880℃，保溫2h后隨爐冷至595℃，然后空冷。高鉻馬氏體耐熱鋼一般在淬火＋回火的調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接，焊后仍會出現(xiàn)不均勻的馬氏體組織，整個焊件還需經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，使接頭具有均勻的性能?；鼗饻囟炔粦?yīng)在475～550℃，這一溫度范圍回火的馬氏體耐熱鋼韌性很低。4.