二、鐵素體不銹鋼的焊接

1．焊接性

①熱影響區(qū)900℃以上的部位由于晶粒長(zhǎng)大，使焊接接頭塑性、韌性急劇下降，焊后熱處理不能使晶粒細(xì)化。

普通高鉻鐵素體不銹鋼焊接接頭在焊接熱循環(huán)的作用下，被加熱到950℃以上溫度的區(qū)域冷卻后，會(huì)在晶間產(chǎn)生腐蝕的傾向。而后如果在700～850℃進(jìn)行短時(shí)間保溫退火處理，又可恢復(fù)其耐蝕性。所以，焊接接頭產(chǎn)生晶間腐蝕的位置是焊縫附近的高溫區(qū)。

②普通純度鐵素體型不銹鋼中Cr的含量(不論母材或焊縫)大于21%時(shí)，若在520～820℃之間長(zhǎng)期加熱，會(huì)出現(xiàn)一種又硬又脆的鐵與鉻的金屬間化合物(HV高達(dá)800～1000)，叫σ相。通常，焊接熱過(guò)程本身以及焊后的熱處理都不容易造成σ相脆化。然而，對(duì)于長(zhǎng)期工作于σ相形成溫度區(qū)的鐵素體型耐熱鋼的焊接構(gòu)件，則應(yīng)加以重視。一般認(rèn)為800℃高溫時(shí)，σ相形成速度可能達(dá)到最高值，低于此溫度形成σ相速度減慢，需較長(zhǎng)的時(shí)間。

③高鉻鐵素體不銹鋼含(Cr＞16%)常溫下韌性較低，當(dāng)焊接接頭剛度較大時(shí)，焊后容易產(chǎn)生裂紋。

④當(dāng)普通純鐵素體不銹鋼鉻的含量大于等于15.5%時(shí)，在溫度400～500℃長(zhǎng)期加熱后，會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)度升高韌性下降的現(xiàn)象，稱之為475℃脆性。一般隨含鉻量的增加而脆化的傾向嚴(yán)重。若鐵素體不銹鋼鉻的含量在14%左右，在此溫度區(qū)間長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，亦會(huì)對(duì)475℃脆性產(chǎn)生敏感。工作構(gòu)件在400～600℃范圍運(yùn)行后，冷卻速度小于10℃/s時(shí)，也可產(chǎn)生脆化，且冷卻速度緩慢，脆化嚴(yán)重。鉻含量小于12%的鐵素體不銹鋼，可避免脆化的形成。475℃脆性可通過(guò)700～800℃短時(shí)間加熱，緊接著進(jìn)行水冷的處理來(lái)消除。

2．焊材的選用

如果能夠采取焊前預(yù)熱或焊后熱處理措施的焊件，可選用與母材金屬相同化學(xué)成分的焊接材料;對(duì)于不允許預(yù)熱或焊后不能進(jìn)行熱處理的焊件，應(yīng)選用奧氏體不銹鋼焊接材料，以保證焊縫具有良好的塑性和韌性。當(dāng)采用同質(zhì)的焊接材料時(shí)，焊縫金屬呈粗大的鐵素體組織，韌性很差。通過(guò)焊后熱處理，焊接接頭的塑性和韌性能得到改善。

焊條電弧焊焊接鐵素體不銹鋼時(shí)的焊條主要有兩類，一類是同質(zhì)的鐵素體型焊條;另一類是異質(zhì)的奧氏體型(或鎳基合金)焊條。采用同質(zhì)焊條焊成的焊縫與母材有同樣的顏色，雖然母材與填充金屬具有同樣的線膨脹系數(shù)和大體相似的耐蝕性，但抗裂性不高。采用異質(zhì)焊條焊成的焊縫具有很好的塑性，應(yīng)用較廣泛，但是要控制好母材金屬對(duì)奧氏體焊縫的稀釋。用異質(zhì)焊條焊接不能防止熱影響區(qū)的晶粒長(zhǎng)大和焊縫形成馬氏體組織，而且焊縫與母材金屬的色澤也不同。鐵素體型不銹鋼的焊條見表5－37。

表5－37　鐵素體不銹鋼常用焊條

3．預(yù)熱及焊后熱處理

(1)要求低溫預(yù)熱。

高鉻鐵素體不銹鋼在室溫時(shí)韌性較低，焊接時(shí)接頭易形成高溫脆化，在一定條件下可能產(chǎn)生裂紋。通過(guò)預(yù)熱，使焊接接頭在處于富有韌性的狀態(tài)下施焊，能有效地防止裂紋的產(chǎn)生。但是，焊接接頭的熱循環(huán)又會(huì)使接頭近縫區(qū)的晶粒急劇長(zhǎng)大粗化，引起脆化。因此，要嚴(yán)格控制好預(yù)熱溫度，一般預(yù)熱溫度在100～200℃，隨著母材金屬中含鉻量的提高，預(yù)熱溫度可相應(yīng)提高。但是，過(guò)高的預(yù)熱溫度會(huì)造成接頭脆硬。

(2)焊后熱處理。

對(duì)于同質(zhì)材料焊接成的鐵素體不銹鋼焊接接頭，熱處理的目的是使焊接接頭組織均勻化，從而提高其塑性及耐蝕性。焊后熱處理溫度一般為750～800℃，是一般的回火溫度，即空冷的退火處理。

4．焊接工藝要點(diǎn)

①焊前仔細(xì)清除待焊處的油、污、銹、垢。

②根據(jù)焊件的結(jié)構(gòu)剛度、使用情況、焊縫數(shù)量等具體情況，合理選用焊條，選用小直徑的焊條或焊絲。

③焊接過(guò)程中，應(yīng)選用小的焊接熱輸入，大焊速，窄焊道焊接，焊條不做橫向擺動(dòng)?？s短高溫停留時(shí)間，不要連續(xù)施焊。

④高鉻不銹鋼焊前要預(yù)熱到70～150℃，防止產(chǎn)生裂紋。

⑤采用強(qiáng)制冷卻焊縫的方法，以減少焊接接頭的高溫脆化和475℃脆性，同時(shí)還可以減少焊接接頭的熱影響區(qū)過(guò)熱。其方法主要是采用通氬冷卻或通水冷卻銅墊板等。焊件出現(xiàn)475℃脆化傾向，焊后應(yīng)進(jìn)行700～760℃回火處理，然后空冷。

⑥焊接厚度較大的焊件時(shí)，每焊完一道焊縫，用鐵錘輕輕敲擊焊縫表面，改善接頭性能。

⑦多層多道焊縫，后道焊縫應(yīng)等前道焊縫冷至預(yù)熱溫度時(shí)再進(jìn)行焊接。

⑧為消除焊件中已析出的σ脆性相，可以在930～980℃加熱，然后于水中急冷，得到均勻的鐵素體組織。

5．焊接方法

普通純度鐵素體不銹鋼通常采用焊條電弧焊、鎢極氬弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊和埋弧焊等。以焊條電弧焊最為常見。

普通純度鐵素體不銹鋼用焊條電弧焊進(jìn)行對(duì)接平焊時(shí)，坡口形式及焊接工藝參數(shù)見表5－38。從表中可以看出，采用小的熱輸入為的是抑制焊接區(qū)的鐵素體晶粒過(guò)分長(zhǎng)大，焊接時(shí)盡量減少焊縫截面，不要連續(xù)多道施焊，要待前一道焊縫冷卻到預(yù)熱溫度時(shí)，再焊下一道焊縫。

表5－38　鐵素體不銹鋼對(duì)接平焊焊條電弧焊工藝參數(shù)

續(xù)表