第十二章 常用金屬材料的焊接工藝與操作技巧(一)(1 / 3)

焊接奧氏體不鏽鋼時,產生熱裂紋的因素如下。

a.鉻鎳奧氏體不鏽鋼成分複雜,含有較多的能夠形成低熔點共晶體的合金元素和雜質;

b.奧氏體結晶的枝晶方向性強,容易造成偏析聚集;

c.奧氏體的線膨脹係數大,冷卻時焊縫收縮應力大。

為防止產生熱裂紋,應采取以下措施。

a.控製焊縫組織。焊縫為奧氏體加少量鐵素體雙相組織,不僅能防止晶間腐蝕,也有利於減少鋼中低熔點雜質偏析,阻礙奧氏體晶粒長大,防止熱裂紋。

b.控製化學成分。對18-8型不鏽鋼,應減少焊縫中鎳、碳、磷、硫元素的含量和增加鉻、鉬、矽、錳等元素的含量。

c.選用小功率焊接參數和冷卻速度快的工藝方法,避免過熱,提高抗裂性。

2.馬氏體不鏽鋼

這類鋼主要特點是含有較高的鉻和較高的碳,所以具有淬硬性。當溫度不超過30℃時,在弱腐蝕介質中,有良好的耐腐蝕性(如鹽水溶液、硝酸及某些濃度不高的有機酸等);在熱處理與拋光後,具有良好的機械性能。

馬氏體鋼淬硬傾向很大。在冷卻的條件下就能產生高硬度的馬氏體組織,在所有的不鏽鋼和高合金耐熱鋼中其焊接性最差,焊接時容易產生以下問題。

(1)焊接冷裂紋是馬氏體鋼很突出的問題。這一方麵與其淬硬性大有關,另一方麵也與馬氏體導熱性差,能引起較大的焊接內應力有關,特別是含碳量比較高的鋼和剛性比較大的焊接結構很容易產生焊接冷裂紋,因此,一般都需要采取預熱和焊後熱處理等措施。

(2)焊接接頭處近縫區過熱脆化和回火脆化:當冷卻速度較大時,近縫區能產生粗大的馬氏體組織,使接頭塑性下降;當冷卻速度較小時,則產生粗大的塊狀鐵素體和碳化物組織,使接頭的塑性更顯著下降,因此焊接時應注意控製冷卻速度,避免近縫區過熱脆化。而且馬氏體鋼及其焊接接頭在375~575℃的範圍內加熱並逐漸冷卻時,能產生比較明顯的斷裂韌性降低現象。這是由回火脆化引起的,因此熱處理時應避開回火脆化溫度區。

3.鐵素體不鏽鋼

鐵素體不鏽鋼以鉻為主要合金元素,鉻含量一般是13%~30%。含碳量較低,均在0.25%以下。這類鋼具有良好的熱加工性和一定的冷加工性,經淬火也不會硬化,在400~600℃溫度區間停留時,易出現脆化現象。

鐵素體鋼中鐵素體形成元素鉻的含量很高,有些鋼中還加入了一些鉛、鉬和矽等鐵素體形成元素,大多數鋼在高溫下完全失去了轉變成奧氏體的可能性。這種鋼沒有淬硬性,焊接性比馬氏體鋼好,但比奧氏體鋼差。鐵素體鋼焊接時主要有以下兩方麵問題:

(1)焊接接頭脆化問題主要有二種方式。

焊接奧氏體不鏽鋼時,產生熱裂紋的因素如下。

a.鉻鎳奧氏體不鏽鋼成分複雜,含有較多的能夠形成低熔點共晶體的合金元素和雜質;

b.奧氏體結晶的枝晶方向性強,容易造成偏析聚集;

c.奧氏體的線膨脹係數大,冷卻時焊縫收縮應力大。

為防止產生熱裂紋,應采取以下措施。

a.控製焊縫組織。焊縫為奧氏體加少量鐵素體雙相組織,不僅能防止晶間腐蝕,也有利於減少鋼中低熔點雜質偏析,阻礙奧氏體晶粒長大,防止熱裂紋。

b.控製化學成分。對18-8型不鏽鋼,應減少焊縫中鎳、碳、磷、硫元素的含量和增加鉻、鉬、矽、錳等元素的含量。

c.選用小功率焊接參數和冷卻速度快的工藝方法,避免過熱,提高抗裂性。

2.馬氏體不鏽鋼

這類鋼主要特點是含有較高的鉻和較高的碳,所以具有淬硬性。當溫度不超過30℃時,在弱腐蝕介質中,有良好的耐腐蝕性(如鹽水溶液、硝酸及某些濃度不高的有機酸等);在熱處理與拋光後,具有良好的機械性能。

馬氏體鋼淬硬傾向很大。在冷卻的條件下就能產生高硬度的馬氏體組織,在所有的不鏽鋼和高合金耐熱鋼中其焊接性最差,焊接時容易產生以下問題。

(1)焊接冷裂紋是馬氏體鋼很突出的問題。這一方麵與其淬硬性大有關,另一方麵也與馬氏體導熱性差,能引起較大的焊接內應力有關,特別是含碳量比較高的鋼和剛性比較大的焊接結構很容易產生焊接冷裂紋,因此,一般都需要采取預熱和焊後熱處理等措施。

(2)焊接接頭處近縫區過熱脆化和回火脆化:當冷卻速度較大時,近縫區能產生粗大的馬氏體組織,使接頭塑性下降;當冷卻速度較小時,則產生粗大的塊狀鐵素體和碳化物組織,使接頭的塑性更顯著下降,因此焊接時應注意控製冷卻速度,避免近縫區過熱脆化。而且馬氏體鋼及其焊接接頭在375~575℃的範圍內加熱並逐漸冷卻時,能產生比較明顯的斷裂韌性降低現象。這是由回火脆化引起的,因此熱處理時應避開回火脆化溫度區。

3.鐵素體不鏽鋼

鐵素體不鏽鋼以鉻為主要合金元素,鉻含量一般是13%~30%。含碳量較低,均在0.25%以下。這類鋼具有良好的熱加工性和一定的冷加工性,經淬火也不會硬化,在400~600℃溫度區間停留時,易出現脆化現象。

鐵素體鋼中鐵素體形成元素鉻的含量很高,有些鋼中還加入了一些鉛、鉬和矽等鐵素體形成元素,大多數鋼在高溫下完全失去了轉變成奧氏體的可能性。這種鋼沒有淬硬性,焊接性比馬氏體鋼好,但比奧氏體鋼差。鐵素體鋼焊接時主要有以下兩方麵問題:

(1)焊接接頭脆化問題主要有二種方式。

高溫過熱引起的脆化。鐵素體鋼焊縫和熱影響區中的過熱區的晶粒粗化傾向比較大。當接頭嚴重過熱時,晶粒劇烈地長大,使常溫下的衝擊韌度顯著地降低,而且,如果焊接內應力比較大,還容易產生裂紋。這種脆化無法用焊後熱處理來改善。過熱脆化的主要原因與這種鋼沒有重結晶過程有關。