壓力容器常用不銹鋼焊接特點(diǎn)
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奧氏體不銹鋼的焊接
1.奧氏體不銹鋼的焊接特點(diǎn)
奧氏體不銹鋼的焊接性能較好，但對于不同類型的奧氏體不銹鋼，在焊接過程中，當(dāng)奧氏體從高溫冷卻到室溫時，由于C、Cr、Ni、Mo等合金元素含量的不同，金相組織轉(zhuǎn)變的差異及穩(wěn)定化元素Ti、Nb+Ta的變化或焊接材料、焊接工藝的不同，其焊接接頭可能出現(xiàn)以下一種或多種問題和缺陷。 （1）晶間腐蝕傾向：奧氏體不銹鋼在450~850攝氏度的溫度范圍內(nèi)停留，或在焊接熱循環(huán)下，加熱到450~850攝氏度的溫度區(qū)間時，熱影響區(qū)內(nèi)奧氏體不銹鋼的碳和鉻形成碳化鉻，使晶粒邊界處奧氏體局部貧鉻，發(fā)生腐蝕而喪失耐蝕能力。 對于焊縫金屬，根據(jù)貧鉻理論，在晶界上析出碳化鉻，因此造成貧鉻的晶界是晶界腐蝕的主要原因。過熱區(qū)的“刀蝕”僅在由Nb或Ti穩(wěn)定化的奧氏體不銹鋼熱影響區(qū)的過熱區(qū)中產(chǎn)生，其原因是焊接時，過熱區(qū)被加熱到1200攝氏度高溫，使Nb、Ti的碳化物大量溶解，冷卻時，Nb或Ti原子來不及擴(kuò)散，使活潑的碳原子在奧氏體晶界處于過飽和狀態(tài)，在經(jīng)過敏化溫度區(qū)加熱后，使碳化鉻優(yōu)先在晶界沉淀，造成貧鉻的晶界，形成晶間腐蝕。熱影響區(qū)敏化溫度區(qū)的晶間腐蝕產(chǎn)生于600~1000攝氏度范圍的區(qū)域，產(chǎn)生原因也是奧氏體晶界析出碳化鉻，形成晶間貧鉻所致。 （2）應(yīng)力腐蝕開裂傾向：焊接接頭的應(yīng)力腐蝕開裂特征是：局部性；裂紋從表面開始，整體呈樹枝狀。消除殘余應(yīng)力的方法有：錘擊焊縫法、振動法、或者采用噴丸處理使表面具有壓應(yīng)力狀態(tài)；也可以對含Nb或Ti的穩(wěn)定性奧氏體不銹鋼進(jìn)行850~900攝氏度穩(wěn)定化處理。此外，調(diào)整焊縫金屬的合金成分，使其具有奧氏體-鐵素體雙相組織，或者采用奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼，也可以有效地防止應(yīng)力腐蝕開裂的產(chǎn)生。 （3）熱裂紋傾向：與其他不銹鋼相比，奧氏體不銹鋼具有較高的熱烈敏感性，在焊縫及近縫區(qū)都有產(chǎn)生熱裂紋的可能。熱裂紋通常分為凝固裂紋、液化裂紋和高溫失塑裂紋三大類。凝固裂紋主要發(fā)生在焊縫區(qū)。液化裂紋主要出現(xiàn)在靠近融合線的近縫區(qū)或多層多道焊的層道間。高溫失塑裂紋通常發(fā)生在焊縫金屬凝固結(jié)晶結(jié)束的高溫區(qū)。 （4）焊接接頭的脆化傾向：奧氏體不銹鋼焊接接頭在低溫使用時，為滿足低溫韌性的要求，焊縫組織通常應(yīng)用單一的奧氏體組織，避免δ鐵素體存在，否則將使低溫韌性、塑性大大降低。奧氏體不銹鋼在焊接過程中，焊縫中的γ相和δ相均有可能發(fā)生σ相轉(zhuǎn)變，σ相是一種淬硬的金屬間化合物，主要析集于奧氏體柱狀晶的晶界，其成分不定，具有復(fù)雜的晶格。由于這種脆性的σ相的析出，使焊接接頭的塑性和韌性嚴(yán)重降低，而且抗晶間腐蝕性能也有所下降。
2.奧氏體型不銹鋼的焊接工藝要點(diǎn)
奧氏體不銹鋼可采用焊條電弧焊、鎢極氬弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊以及埋弧焊等。奧氏體不銹鋼焊接時正確選用焊接材料，盡量選用含碳量較低和含穩(wěn)定化元素（Nb）的焊接材料，以避免碳與鉻形成化合物引起晶界處貧鉻，從而提高焊縫抗晶間腐蝕的能力；選用含有適量鐵素體促進(jìn)元素（Cr、Mo、Si等）的奧氏體不銹鋼焊接材料，可獲得奧氏體加少量鐵素體雙相組織的焊縫，以提高奧氏體不銹鋼焊縫的耐晶間腐蝕能力和抗熱裂紋的能力；采用窄焊道焊接技術(shù)，盡量采用不擺動或少量擺動焊接，并在保證熔合良好的條件下，盡量采用較小的焊接電流、較低的電弧電壓和較快的焊接速度；焊接過程中必須將焊件保持較低的層間溫度，必要時可采用強(qiáng)制冷卻（如水冷、吹壓縮空氣等）措施以控制層間溫度和焊后溫度，盡量減少焊縫在450~850攝氏度范圍內(nèi)停留時間。
馬氏體不銹鋼的焊接
1.馬氏體不銹鋼的焊接特點(diǎn)
高碳馬氏體不銹鋼在空冷條件下淬硬傾向很大。此類焊縫及焊接熱影響區(qū)的組織通常為硬而脆的高碳馬氏體，含碳量越高，這種淬硬傾向越大。當(dāng)焊接接頭的拘束度較大或氫含量較高時，很容易導(dǎo)致冷裂紋的產(chǎn)生。為了避免裂紋，改善焊接接頭力學(xué)性能，應(yīng)采取預(yù)熱、后熱、焊后立即高溫回火等措施。 低碳馬氏體不銹鋼具有良好的焊接性。
2.馬氏體不銹鋼的焊接工藝要點(diǎn)
此類不銹鋼當(dāng)采用同材質(zhì)焊條進(jìn)行焊接時，應(yīng)選用低氫或超低氫型焊條，須經(jīng)高溫烘干處理。 （1）預(yù)熱和后熱：預(yù)熱溫度一般為100~350攝氏度，當(dāng)w（C）小于0.05%時，預(yù)熱溫度為100~150攝氏度，當(dāng)w（C）為0.05~0.15%時，預(yù)熱溫度為200~250攝氏度；當(dāng)w（C）大于0.15%時，預(yù)熱溫度為300~350攝氏度。為進(jìn)一步防止氫致裂紋，對于含碳量較高或拘束度大的焊接接頭，在后熱處理前還應(yīng)采取必要的后熱措施。 （2）焊后熱處理：Cr13型馬氏體不銹鋼焊接接頭通常需要進(jìn)行焊后熱處理，其目的在于降低焊縫熱影響區(qū)的硬度，改善接頭的塑性和韌性，消除或降低焊接殘余應(yīng)力，焊后處理有回火和完全退火。
鐵素體不銹鋼的焊接
1.鐵素體不銹鋼的焊接特點(diǎn)
鐵素體不銹鋼通常分為普通鐵素體不銹鋼和超純鐵素體不銹鋼；鐵素體不銹鋼焊接時應(yīng)注意的主要問題是焊接接頭的脆性問題，即焊接熱影響區(qū)的脆化，包括熔合區(qū)附近熱影響區(qū)的晶粒長大而引起的韌性下降，475攝氏度脆化，σ相析出脆化。主要包括以下幾點(diǎn)：過熱區(qū)脆化、475攝氏度脆化、σ相脆化以及焊接裂紋。
2.鐵素體不銹鋼的焊接工藝要點(diǎn)
普通鐵素體不銹鋼焊接時應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)： （1）焊前將焊件預(yù)熱到150攝氏度以上，層間溫度保持不低于預(yù)熱溫度，注意控制層間溫度不可過高，以防止高溫脆化和475攝氏度脆化。 （2）采用小的熱輸入、窄焊道焊接技術(shù)，防止在450攝氏度以上停留時間長。 （3）焊后進(jìn)行750~800攝氏度退火處理，使碳化物球化，鉻分布均勻，可恢復(fù)耐蝕性和改善接頭的塑性。退火后快冷，防止σ相析出和475攝氏度脆化。 （4）采用奧氏體不銹鋼焊條焊接，焊前不必預(yù)熱，焊后不可作熱處理。 鐵素體不銹鋼的焊接材料，原則上應(yīng)選用合金含量與母材相近的焊條或焊絲，以保證焊接接頭的均質(zhì)性，只有在焊前無法預(yù)熱，焊后難于熱處理的情況下，才選用合金成分較高的奧氏體不銹鋼焊接材料。采用奧氏體不銹鋼焊接材料有利于提高焊接接頭的塑性、韌性，但對于不含穩(wěn)定化元素的鐵素體不銹鋼，熱影響區(qū)的敏化難以消除。Cr25~Cr30鐵素體不銹鋼，常用的奧氏體不銹鋼焊接材料是Cr25~Ni13型。Cr16~Cr18鐵素體不銹鋼，常用的奧氏體不銹鋼焊接材料是Cr19~Ni10型、Cr18~Ni12Mo型。
鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼的焊接
1.鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼的焊接特點(diǎn)
這類不銹鋼的焊接性良好，在一般的拘束條件下，焊縫金屬的熱裂紋敏感性小，但當(dāng)拘束度較大和焊縫金屬中含氫量較高時，會導(dǎo)致焊接氫致裂紋傾向，因此在選擇焊接材料和焊接過程中應(yīng)控制氫的來源，防止產(chǎn)生氫致裂紋。
2.鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼的焊接工藝要點(diǎn)
（1）Cr18型雙相不銹鋼：這類鋼焊接性好，焊接熱裂紋和冷裂紋的敏感性小，接頭脆化傾向小，因此，焊前無需預(yù)熱，焊后也無需熱處理。 此類鋼焊接時，若接頭的局速度較大，需嚴(yán)格控制氫的含量，防止產(chǎn)生氫致裂紋。對于薄板、薄壁管的封底焊接，宜采用鎢極氬弧焊，并控制焊接熱輸入；對于中厚板封底焊以外的焊接，可采用焊條電弧焊、氣體保護(hù)焊和埋弧焊。 （2）Cr23無Mo型不銹鋼：其與Cr18型雙相鋼一樣焊接性良好，焊接熱裂紋和冷裂紋的敏感性小，接頭脆化傾向小，因此，焊前無需預(yù)熱，焊后也無需熱處理。焊接時為獲得良好的相比例及防治各種脆化相析出，應(yīng)控制焊接熱輸入在10~25kJ/cm的范圍內(nèi)，層間溫度不超過150攝氏度。 （3）Cr22型不銹鋼：焊接性良好，焊接熱裂紋和冷裂紋的敏感性小，接頭脆化傾向小，因此，焊前無需預(yù)熱，焊后也無需熱處理。當(dāng)焊接材料選擇合適、焊接熱輸入控制在10~25kJ/cm、層間溫度不超過150攝氏度時，焊接接頭具有良好的綜合性能。對于這類鋼的焊接，應(yīng)嚴(yán)格控制焊材及焊接過程中的氫來源，防止氫致裂紋。 （4）Cr25型不銹鋼：具有良好的焊接性。但要控制熱輸入，一般控制在10~25kJ/cm、層間溫度不超過150攝氏度以防止焊接接頭塑性、韌性及耐腐蝕性能大幅度降低。此類鋼優(yōu)先選用Cr25-Ni9-Mo4型超低碳雙相不銹鋼焊接材料。當(dāng)焊接接頭耐蝕性有更高要求時，可選用不含Nb的高M(jìn)o型鎳基合金焊接材料。另外要控氫，以防止氫致裂紋。
