奧氏體鋼焊接接頭熱裂紋全國職業(yè)教育數(shù)字化資源共建共享

奧氏體鋼焊接接頭熱裂紋全國職業(yè)教育數(shù)字化資源共建共享奧氏體鋼焊接接頭熱裂紋在焊縫及近縫區(qū)都有可能出現(xiàn)熱裂紋，最常見的是焊縫凝固裂紋，也可能在HAZ或多層焊道間金屬出現(xiàn)液化裂紋。單相奧氏體不銹鋼鋼焊接時，具有較高的熱裂紋敏感性。奧氏體鋼焊接接頭熱裂紋（一）奧氏體鋼焊接熱裂紋的基本原因奧氏體鋼的熱導率小和線膨脹系數(shù)大，較大拉應力；奧氏體鋼易于聯(lián)生結晶形成方向性強的柱狀晶的焊縫組織，有利于有害雜質(zhì)偏析；奧氏體鋼合金組成較復雜，易溶共晶多。奧氏體鋼焊接接頭熱裂紋（二）熱裂紋與凝固模式凝固裂紋最易產(chǎn)生于單相奧氏體（γ）組織的焊縫中，如果為γ＋δ雙相組織，則不易于產(chǎn)生凝固裂紋。通常用室溫下焊縫中δ相數(shù)量來判斷熱裂傾向，如圖9-10所示。室溫δ相數(shù)量由0%增至100%，熱裂傾向與脆性溫度區(qū)間BTR大小完全對應。奧氏體鋼焊接接頭熱裂紋奧氏體鋼焊接接頭熱裂紋圖9-10

凝固模式對熱裂紋的影響

TCL-裂紋總長BTR-脆性溫度區(qū)間（二）熱裂紋與凝固模式凝固裂紋與凝固模式有直接關系所謂凝固模式，首先是指以何種初生相（γ或δ）開始結晶進行凝固過程，其次是指以何種相完成凝固過程。四種凝固模式：如圖9-11所示1）合金①，以δ相完成整個凝固過程，以F表示；奧氏體鋼焊接接頭熱裂紋2）合金②初生相為δ，但超過AB面后又依次發(fā)生包晶和共晶反應，以FA表示；3）合金③初生相為γ，但超過AC面后依次發(fā)生包晶和共晶反應，以AF表示；4）合金④初生相為γ，直到凝固結束不再發(fā)生變化，以A表示。奧氏體鋼焊接接頭熱裂紋奧氏體鋼焊接接頭熱裂紋圖9-11

Fe-Cr-Ni三元合金一個70%Fe的偽二元相圖偏析液膜能夠潤濕γ-γ、δ-δ界面，不能潤濕異相γ-δ界面。以FA模式形成的δ相呈蠕蟲狀，妨礙γ枝晶支脈發(fā)展，構成理想的γ-δ界面，因而不會有熱裂傾向。單純F或A模式凝固時，只有γ-γ或δ-δ界面，所以會有熱裂傾向。以AF模式凝固時，由于是通過包晶／共晶反應面形成γ＋δ，這種δ相不足以構成理想的γ＋δ界面，所以仍然可以呈現(xiàn)液膜潤濕現(xiàn)象，以致還有一定的熱裂傾向。奧氏體鋼焊接接頭熱裂紋AF與FA的分界具有重要意義；由圖9-11可知，這個界線應通過點A（實為共晶線），按舍夫勒圖的Creq、Nieq的計算的，這個界線大體相當Creq/

Nieq≈1.5。如將這一界線標于舍夫勒圖上，可防止熱裂所需室溫δ相數(shù)量與凝固模式AF/FA界線聯(lián)系起來。圖9-12為標有AF/FA界線的舍夫勒焊縫組織圖。奧氏體鋼焊接接頭熱裂紋奧氏體鋼焊接接頭熱裂紋圖9-12

標有AF/FA界線的舍夫勒圖至于焊接熱影響區(qū)的熱裂紋，多屬液化裂紋，也與偏析液膜有聯(lián)系，因此，也與Creq/Nieq有同樣的依賴關系。由圖9-13可以看出，焊接熱影響區(qū)的熱裂紋與母材純度有重要關系。按舍夫勒圖計算，在Creq/Nieq<1.5時，應力求鋼中雜質(zhì)P+S<0.01%

，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)（1300~1450℃峰值范圍），因為這個部位有利于出現(xiàn)偏析液膜。奧氏體鋼焊接接頭熱裂紋奧氏體鋼焊接接頭熱裂紋圖9-13

焊接熱影響區(qū)熱裂紋與Creq/Nieq的關系影響熱裂傾向的關鍵是決定凝固模式的Creq/Nieq比值，而并非室溫δ相數(shù)量。

18-8系列奧氏體鋼，因Creq/Nieq處于1.5～2.0之間，一般不會輕易發(fā)生熱裂。而25-20系列奧氏體鋼，因Creq/Nieq＜1.5，含Ni含量越高，其比值越小，所以具有明顯的熱裂傾向。（三）熱裂紋與化學成分Mn的影響在單相奧氏體鋼中Mn的作用有利，但若同時存在Cu時，Mn與Cu可以相互促進偏析，晶界易于出現(xiàn)偏析液膜而增大熱裂傾向。S、P的影響硫、磷在焊接奧氏體鋼時極易形成低熔點化合物，增加焊接接頭的熱裂傾向。磷容易在焊縫中形成低熔點磷化物，增加熱裂敏感性，而硫則容易在焊接熱影響區(qū)形成低熔點硫化物而增加熱裂敏感性。在焊縫中，硫?qū)崃训拿舾行员攘兹酰@是因為在焊縫中硫能形成MnS，并且離散地分布在焊縫中。奧氏體鋼焊接接頭熱裂紋S、P的影響在熱影響區(qū)中，硫比磷對裂紋敏感性更強，這是因為硫比磷的擴散速度快，更容易在晶界偏析。焊縫中硫、磷的最高質(zhì)量分數(shù)應限制在0.015%以內(nèi)。Si的影響Si是鐵素體形成元素，焊縫中wSi>4%之后，碳的活動能力增加，形成碳化物或碳氮化合物，因此，為了提高抗晶間腐蝕能力，必須使焊縫中wC不超過0.02%。Si在18-8鋼中有利于促使產(chǎn)生δ相，可提高抗裂性，可不必過分限制；但在25-20鋼中，Si的偏析強烈，易引起熱裂。奧氏體鋼焊接接頭熱裂紋鈮的影響鈮可與磷、鉻及錳一起形成低熔點磷化物，而與硅、鉻和錳則可形成低熔點硫化物－氧化物雜質(zhì)。鈮在晶粒邊界富集，可形成富鈮、鎳的低熔點相，其結晶溫度甚至低于1160℃。含鈮的低熔點相在鐵素體和奧氏體中的溶解度不同，從而對熱裂影響不同。鈦的影響鈦也可以形成低熔點相，如在1340℃時，焊縫中就可以形成鈦碳氮化物的低熔點相。奧氏體鋼焊接接頭熱裂紋鈦的影響含鈦低熔點相的形成對抗裂性的影響不如鈮的明顯，因為鈦與氧有強的結和力，因此鈦通常不用于焊縫金屬的穩(wěn)定化，而是用于鋼的穩(wěn)定化。鈦主要是對母材及熱影響區(qū)的液化裂紋的形成有影響。碳的影響碳對于熱裂敏感性的影響僅在一次結晶為奧氏體的單相奧氏體化的焊縫金屬中，碳對熱裂敏感性的影響很復雜，還取決于合金成分。奧氏體鋼焊接接頭熱裂紋硼的影響硼是對抗熱裂性影響最壞的元素。高溫時硼在在奧氏體中的溶解度非常低，只有0.005%，硼與鐵、鎳都能形成低熔點共晶。因此，要限制焊縫中的硼含量?？傊?，凡是溶解度小而能偏析形成易熔共晶的成分，都可能引起熱裂紋的產(chǎn)生。凡可無限固溶的成分（如Cu在Ni中）或溶解度大的成分（如Mo、W、V），都不會引起熱裂。奧氏體鋼焊縫，提高Ni含量時，熱裂傾向會增大；而提高Cr含量，對熱裂不發(fā)生明顯影響。在含Ni量低的奧氏體鋼加Cu時，焊縫熱裂傾向也會增大。凡促使出現(xiàn)A或AF凝固模式的元素，該元素必會增大焊縫的熱裂傾向。奧氏體鋼焊接接頭熱裂紋（四）焊接工藝的影響為避免焊縫枝晶粗大和過熱區(qū)晶粒粗化，以致增大偏析程度，應盡量采用小焊接熱輸入快速焊工藝，而且不應預熱，并降低層間溫度。不過，為了減小焊接熱輸入，不應過分增大焊接速度，而應適當