4不锈钢及耐热钢的焊接ppt课件

金属焊接性 吴明忠 第4章不锈钢及耐热钢的焊接 4 1 1不锈钢的基本定义1 定义 耐空气 水 酸 碱 盐及其溶液和其他腐蚀介质腐蚀的 具有高度化学稳定性的合金钢的总称解释 原义型 习惯型 广义型 4 1不锈钢及耐热钢的分类及特性 2 不锈钢和耐热钢的区别 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 耐热钢 抗氧化钢和热强钢 不锈钢主要用在温度不高的湿腐蚀介质条件耐腐蚀性 耐热钢主要用在高温气体环境耐高温腐蚀性能及高温下力学性能 不锈钢含碳量低而耐热钢含碳量较高如 25 200Cr25Ni20 00Cr25Ni20 2Cr25Ni20 4Cr25Ni20 1 按主要化学成分分类 铬不锈钢钢 Cr13 铬镍不锈钢 Cr18Ni9 铬锰氮不锈钢 1Cr18Mn8Ni5N 1Cr18Mn6Ni5N 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 4 1 2不锈钢及耐热钢的分类 2 按用途分类 不锈钢1Cr13 0Cr19Ni9 00Cr25Ni22Mo2 500 抗氧化钢1Cr17Cr25Si2 2Cr25Ni20900 1100 热强钢1Cr18Ni94Cr25Ni20 1Cr12600 800 3 按组织分类 奥氏体钢 18 8钢 25 20钢 25 35钢 固溶处理态 铁素体钢 含Cr11 5 32 0 1Cr171Cr25Si2 退火态 马氏体钢 含Cr11 5 18 0 Cr13系列1Cr132Cr133Cr13Cr12系列1Cr12MoW 铁素体 奥氏体双相钢铁素体占60 40 奥氏体占40 60 提高Cr降低Ni加Mo加N如18 5型22 5型25 5型 固溶处理态 沉淀硬化钢经时效强化处理以形成析出硬化相的高强钢马氏体强化沉淀硬化钢0Cr17Ni4Cu4Nb 17 4PH半奥氏体强化沉淀硬化钢0Cr17Ni7Al 17 7PH 时效处理态 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 1 不锈钢的物理性能导热率 线膨胀系数 电阻率表4 1 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 4 1 3不锈钢及耐热钢的特性 2 不锈钢的耐蚀性能 均匀腐蚀 点腐蚀 缝隙腐蚀 晶间腐蚀 应力腐蚀 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 均匀腐蚀 硝酸等氧化性酸中 不易产生均匀腐蚀硫酸等还原性酸中 Cr Ni奥氏体钢具有良好的耐蚀性 只含Cr的马氏体钢和铁素体钢不耐腐蚀含氯离子介质中 Cr Ni奥氏体钢钝化层破坏发生腐蚀 Mo元素在各种酸中有改善耐蚀性作用马氏体钢不适宜强腐蚀介质中使用 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 点腐蚀 在金属材料表面大部分不腐蚀或腐蚀轻微 而分散发生的局部腐蚀 又称坑蚀或孔蚀 常发生在材料表面缺陷处 如夹杂物 贫铬区 晶界 位错在表面暴露处 属于阳极腐蚀 防止点蚀途径 减少氯离子含量和氧含量 加缓蚀剂 降低介质温度 加入CrNiMoSiCu等合金元素 尽量不进行冷加工 以减少位错露头 降低C 添加N 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 缝隙腐蚀 机理同点腐蚀 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 晶间腐蚀 在晶粒边界附近发生的有选择性的腐蚀现象 晶间腐蚀多半与晶界层 贫铬 现象有联系 奥氏体不锈钢晶间腐蚀 450 850 温度区间发生敏化 超低碳及钢中含有Nb或Ti 经稳定化处理 高Cr铁素体钢晶间腐蚀发生过程与奥氏体不锈钢正相反 固溶处理可以改善耐晶间腐蚀性能 奥氏体钢中存在一定数量的铁素体相 可减少晶间腐蚀倾向 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 应力腐蚀 SCC 不锈钢在特定的腐蚀介质和拉应力作用下出现的低于强度极限的脆性开裂现象 不锈钢的应力腐蚀大部分是由氯引起的 Cr Ni奥氏体不锈钢耐氯化物SCC的性能 随Ni含量的提高而增大 双向不锈钢的SCC敏感性与两相的比例有关 相为40 50 时具有最好的耐SCC的性能 3 不锈钢及耐热钢的高温性能 高温性能抗氧化性抗热强性 合金化 高温脆化回火脆化Cr13550 晶粒长大脆化高铬铁素体晶界析出碳化物脆化奥氏体475 脆化Cr 15 的高铬铁素体430 480 相脆化Cr 20 的纯Fe Cr高Cr Ni奥氏体钢 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 4 1 4Fe Cr Fe Ni相图及合金元素的影响 1 Fe Cr相图 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 2 Fe Ni相图 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 3 合金元素对相图的影响 碳的影响 碳是强奥氏体化元素 碳首先与铬形成化合物 其次是铁 不锈钢中碳的溶解度大大降低 减缓 析出 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 氮的影响 氮是强奥氏体化元素 是Ni的30倍 铬 镍不锈钢中具有高溶解度 在 不锈钢中不易形成脆性析出相 减缓 析出 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 钼的影响 钼是铁素体形成元素 奥氏体相区的边界向高温区迁移 相区向低铬高镍迁移 通过调整Cr Mo C的相对含量调整铁素体量 促进 析出 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 锰的影响 锰是奥氏体形成元素 防止在奥氏体中的热裂纹 提高氮的溶解度 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 4 2奥氏体钢焊接 4 2 1奥氏体不锈钢的类型 18 8型 18 12Mo型 25 20型 1Cr18Ni9和0Cr18Ni91Cr18Ni9Ti和1Cr18Ni11Nb00Cr19Ni10 0Cr17Ni12Mo2 0Cr18Ni12Mo2Ti高耐点腐蚀性能 0Cr25Ni20 1 奥氏体不锈钢焊接接头的耐蚀性 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 4 2 2奥氏体不锈钢焊接性分析 晶间腐蚀 应力腐蚀开裂 点蚀 2 热裂纹 3 析出现象 4 低温脆化 1 晶间腐蚀焊接接头有三个部位有可能产生晶间腐蚀 焊缝晶间腐蚀 敏化区腐蚀 近缝区刀状腐蚀 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 焊缝晶间腐蚀的原因由于在晶界析出铬的碳化物从而在晶界形成薄的贫铬层引起的 晶间腐蚀倾向与焊接材料有直接关系焊接材料含有稳定化元素 如Ti Nb 或含碳量达到超低碳 碳含量小于0 03 水平时就不容易产生晶间腐蚀 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 防止焊缝区晶间腐蚀措施冶金措施 1 焊缝金属超低碳 或含有足够的稳定化元素铌由于在一定温度下18 8钢中铌会优先与碳形成稳定的NbC 阻止了Cr23C6的形成 也就不会产生贫铬现象 因此应选用含有足够铌的焊接材料或选用超低碳焊接材料 一般Nb 8C或Nb 1 数量不足不能可靠的固定C 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 2 调整焊缝化学成分获得一定数量的铁素体希望有一定的铁素体相原因 A 打乱单一 相柱状晶的方向性 不致形成连续贫Cr层单相 组织的焊缝金属具有发达的柱状晶特征 出现的贫铬层可以贯穿于晶粒之间构成腐蚀通道 具有热裂倾向 晶间腐蚀倾向 若存在 相 树枝晶打散不能构成腐蚀通道 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 B 相富Cr碳化物可以优先在 相内部边缘沉淀 而不致于在晶界形成贫铬层 合适的比值在4 12 合适 5 时最优 过多促使形成 相 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 对于晶间腐蚀的产生 还与腐蚀介质有关 在硫酸或尿素之类的介质中 相优先腐蚀 相的检测 一般采用金相法或磁性法检测 相的数量也可采用舍夫勒焊缝图来判断 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 图4 4舍夫勒焊缝组织图 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 图4 4Delong焊缝组织图 2 热影响区敏化区晶间腐蚀焊接热影响区中加热峰值温度处于敏化温度区间的部位也会由于奥氏体晶粒边界析出碳化物造成晶粒边界贫铬而产生晶间腐蚀 产生温度 600 1000 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 所谓敏化区腐蚀 是指焊接热影响区中被加热的温度处于敏化温度区间的金属发生晶间腐蚀的现象 对于碳的质量分数为0 1 的18 8型奥氏体不锈钠 其敏化温度区间是450 850 但由于焊接过程不是恒温加热过程 而是一个快速连续加热过程 而铬的碳化物的沉淀是一个扩散过程 需要有充分扩散的时间 因此总要有一个过热度 故其实际敏化温度区间是600一1000 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 敏化区腐蚀的原因是 经过固溶处理的奥氏体钢中碳是以过饱和的状态溶于奥氏体小 但不是一种稳定的状态 当金属受到敏化温度的热作用时 过饱和的碳就向晶界扩散 与铬形成Cr23C6或 Cr Fe C6沉淀于晶界 碳是间隙原子 扩散速度比较快 可以不断地由晶内向晶界补充 而晶内的铬扩散速度比较慢 来不及向晶界补充 因而在晶界能形成一个薄的贫铬层 使之丧失耐腐蚀能力 在腐蚀介质的作用厂 就会产生敏化腐蚀 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 在敏化温度区间以下加热时 由于碳和铬的扩散速度都很低 铬的碳化物析出速度很低 不会呈现晶间腐蚀倾向 在敏化温度区间以上加热时 铬的扩散速度加快 能及时从晶内向晶界补充 因此也不会产生晶间腐蚀倾向 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 只有普通的18 8钢才会有敏化区 含有钛 铌的奥氏体不锈钢 含有一定数量铁素体的双相不锈钢 以至超低碳的奥氏体不锈钢母材 不易有敏化区出现 焊接工艺上选用较低线能量 快速冷却的工艺措施等有利于防止热影响区敏化区晶间腐蚀 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 在熔合区产生的晶间腐蚀 有如刀削切口的形式 故称刀口腐蚀 腐蚀区的宽度初期不超过3 5个晶粒 逐步扩展到1 0 1 5mm 发生材质 含有铌 钛的18 8钢的熔合区 产生原因 图4 6 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 3 刀状腐蚀 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 控制措施 1 降低含C量 0 06 2 焊接时尽量减少过热 尽量避免交叉焊缝和采用小的热输入 避免敏化区落在HAZ的过热区 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 2 应力腐蚀开裂 简称SCC 焊接接头应力腐蚀是奥氏体不锈钢焊接中最不易解决的问题之一 奥氏体不锈纲在氯化物 氟化物等介质中对应力腐蚀破坏较为敏感 引起应力腐蚀的拉应力主要来源于 焊接残余拉应力 零件冷加工 如冷弯 切削 打磨 热加工 如热弯 火焰矫正 焊后热处理 及安装过程中产生的残余拉应力 工件使用过程中产生的工作应力 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 腐蚀介质的影响 焊接应力的作用 合金元素的作用 合金元素的偏析 腐蚀介质与材料组合上的选择性 退火消除焊接残余应力 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 1 降低残余应力水平 如采用小线能量 短道焊 合理布置焊缝的位置和焊接次序 消除残余应力是防止应力腐蚀最有效的措施之一 如焊后锤击 焊接区表面喷丸 焊后退火等 退火时要注意退火温度必须避开产生晶间腐蚀的敏化温度 2 接头设计要尽量减少应力集中 设计时还要注意防止产生 死区 而使接头区因 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 应力腐蚀开裂的防止 存在浓缩和沉积的介质而产生应力腐蚀开裂 3 选材上 注意选择在工作介质中对于应力腐蚀不敏感的母材 对于焊缝金属 关键是选择焊接材料 如选择可产生双相组织 奥氏体 铁素体 的焊接材料 有利于提高在氯化物中的耐应力腐蚀开裂性能 4 注意保护奥氏体不锈钢表面的钝化膜 酸洗处理或随意在母材表面打弧都可能造成表面钝化膜的破坏而引起应力腐蚀 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 发生材质 奥氏体钢 双相钢含Mo钢耐点蚀性好一些 产生部位 a 熔合区中不完全混合区 也有人称它为近熔合区的焊缝 成分与母材相同 但经历了熔化与凝固过程 b 若焊接材料选择不当 焊缝中心部位也会有点蚀产生 其主要原因应归结为耐点蚀成分Cr与Mo的偏析 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 3 点蚀 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 控制方法 不能进行自熔焊接 或填同质焊丝 否则造成Cr与Mo的偏析 焊接材料与母材必须超合金化匹配 提高焊接材料中Cr Ni Mo的含量 必须考虑母材的稀释作用 以保证足够的合金含量 提高Ni量有利于减少微观偏析 必要时采用Ni基合金焊丝 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 2 热裂纹 奥氏体钢焊接热裂纹的原因 热导率小 线彭胀系数大 柱状晶组织 利于杂质偏析 合金复杂 凝固模式对热裂纹的影响 单相奥氏体易产生 双向组织不易产生 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 凝固模式 以何种初生相开始结晶 以何种相完成凝固过程 晶界润湿理论偏析液膜能够润湿 界面 不能润湿 异相界面 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 化学成分对热裂纹的影响 1 Mn的影响 单相A钢中Mn是有益的 但是Mn Cu共存 相互促进偏析 形成偏析液膜 增大热裂倾向 焊接普通25 20钢时 提高Mn量 热裂降低 而焊接Cr23Ni28Mo3Cu3Ti则不加Mn 调整成分归根结底还是通过组织发生作用 如何进行冶金化 还未能获得完全有规律的认识 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 2 S P的影响 S P在焊接奥氏体钢时极易形成低熔点化合物 增加焊接接头的热裂倾向 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 3 Si的影响 Si在18 8钢中有利于促使产生 相 提高抗裂性 25 20钢中Si偏析强烈 易引起热裂纹 硅化物共晶 4 Nb的影响 与P Cr Mn形成低熔点磷化物 与Si Cr Mn形成低熔点硫化物 氧化物夹杂 在晶粒边界富集 形成富铌 镍的低熔点相 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 5 Ti的影响 Ti可形成低熔点相 钛碳氮化物相 对抗裂性的影响不如Nb的明显 6 B的影响对抗热裂性影响最坏的元素 与铁 镍都能形成低熔点共晶 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 7 Cr Ni的影响 奥氏体钢焊缝提高Ni 热裂倾向增加 提高Cr影响不大 总之 溶解度小而能偏析形成易熔共晶的成分 引起热裂纹的产生 凡可无限固溶的成分或溶解度大的成分都不会引起热裂 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 焊接工艺的影响 小的E为避免焊缝枝晶粗大和过热区晶粒粗化 焊接速度不要过大 适当降低焊接电流 不预热降低层间温度 采用不摆动 窄焊缝的操作工艺 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 3 析出现象 相析出 硬脆而无磁性的金属间化合物 相通常在Cr 16 时才会析出 铁素体化元素均加强 转变 相析出材料韧性降低 硬度增加 材料腐蚀敏感性增加 C可大大减慢 相析出 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 4 低温脆化 试验表明 奥氏体钢焊缝中一次铁素体 相不仅能引起高温脆化 而且也能引起低温脆化 相数量越多 低温脆化越严重 因此 为了满足低温韧性的要求 最好不采用 双相组织 而应取得单相奥氏体组织 实际上即使采用单相奥氏体组织 其低温韧性也低于经固溶处理的母材 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 实际上 相形态不同 韧性也不同 焊缝中 相有三种形态球状蠕虫状 居多数 韧性降低花边状少量的花边状 相 可以改善低温韧性 实例 0Cr18Ni9不锈钢列车贮水箱点蚀与开裂原因分析 背景 某旅客列车配套厂生产的1 8m3不锈钢贮水箱 设计使用寿命为七年 列车提速后 在某些路局 这些路局的水样分析结果为水中的Cl 是正常饮用水的20倍 的快速列车上发生了漏水现象 渗漏点主要集中在箱体焊接处 渗漏点形貌为贯穿板厚的圆形小孔 用立式显微镜放大至20倍观察 发现小孔周边已失去了钝化膜 其边缘和内表面凸凹不平 十分粗糙 此外 在水箱防波板和箱体焊接处附近还发现多处裂纹 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 现场调查 在生产现场发现 焊工随意引弧 造成焊缝附近的母材金属被电弧擦伤 且常用带棱铁锤敲击箱体以矫正焊接变形 或用尖角锤清除渣皮 用尖角锤清除渣皮 故模拟生产工况条件和焊接工艺 制备经过外力锤击和电弧擦伤的试样 将两种试样与原板材试样分别进行快速腐蚀试验和电极电位的对比试验 以进一步确定不锈钢水箱产生点蚀和开裂的原因 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 渗漏点点蚀及裂纹观察与分析用肉眼可发现 发生点蚀的部位均在防波板与箱体焊缝处或水箱拼板的焊缝处 且在未施焊的迎水面一侧 体视显微镜下点蚀形貌 见图2 图 中处为点蚀部位 为焊缝区 为焊趾部位 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 肉眼观察发现裂纹发生在防波板与箱体焊接的热影响区内 见图3 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 快速腐蚀结果在腐蚀液中放置10分钟后将试样取出 用清水冲洗干净后吹干 肉眼可观察到电弧擦伤部位周围出现点蚀 其余两块试样无明显变化 再将试样放入腐蚀液中继续腐蚀 再过10分钟取出试样洗净擦干 电弧擦伤部位周围点蚀坑明显增多 见图6 锤击试样与原板材试样均无明显变化 将试样放入腐蚀液中继续腐蚀半小时后发现锤击处也出现点蚀 见图7 而母材无变化 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 图7锤击坑处的点蚀10 图6电弧擦伤处的点蚀10 腐蚀结果分析点蚀位置出现在模拟试样表面的受电弧擦伤和锤击处 表明发生点蚀的原因与不锈钢表面的钝化膜受损及表面应力有关 正常情况下在不锈钢的表面存在致密的钝化膜 主要是铬的氧化膜 这层膜作为金属与介质间的一个屏障保护内部金属不易被介质腐蚀 但是焊接时的电弧擦伤 飞溅以及产生应力处的钝化膜都会受到不同程度的破坏 由于氧化膜被破坏处基体的电极电位低于未破坏处 在电解液中为阳极 其余未破坏处为阴极 形成原电池 当钝化膜遭到局部破坏时 Cl 在该处的作用会表现的更加强烈 使该处首先发生点蚀 阳极反应阴极反应 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 结论 1 0Cr18Ni9不锈钢表面钝化膜局部受损后 受损部位电极电位下降 在腐蚀液内易发生点蚀 2 水箱发生点蚀的原因 是由于焊接时电弧擦伤和锤击使表面钝化膜局部受损而后在水中Cl 作用下所致 在正应力作用下部分点蚀处易扩展为应力腐蚀裂纹 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 补充内容 一次稳定状态二次稳定状态 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 什么是奥氏体钢和焊缝的一次稳定状态和二次稳定状态 所谓奥氏体钢和焊缝的一次稳定状态 是指尚未丧失耐晶间腐蚀的奥氏体钢和奥氏体焊缝在敏化温度区内加热时间很短 仍具有耐晶间腐蚀能力的状态 此时 晶界的贫铬层来不及形成 所谓奥氏体钢和焊缝的二次稳定状态 是指当奥氏体钢和奥氏体焊缝在敏化温度区内加热时间较长 且丧失了耐晶间腐蚀的能力以后 通过长时间加热 促使铬的扩散 使金属又恢复了耐腐蚀能力的状态 通常把这种处理称为 稳定化退火 4 2 3奥氏体钢焊接工艺特点1 焊接材料选择1 坚持 适用性原则 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 2 根据所选各焊接材料的具体成分来确定是否适用 并应通过工艺评定试验加以验证 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 3 考虑熔合比的大小熔敷金属 焊缝金属 4 确定合金化程度 5 具体合金成分的作用 轻度 超合金化 2 焊接工艺要点 合理选择最适当的焊接方法 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 由于导热系数小 线胀系数大 自由状态下焊接易产生变形 应选焊接能量集中的方法 以机械化快速焊为好 必须控制焊接参数 避免接头产生过热现象 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 奥氏体钢导热系数小 热量不易散失 在同样电流下比结构钢时得到较大的熔深 焊接所用焊接电流和焊接线能量比焊接碳钢要小20 左右 应避免交叉焊缝 不应预热 快冷却 保持较低的层间温度 例如 坡口角度同质焊接材料 60 镍基合金焊接材料 由于金属流动更为粘滞 坡口角度要增大到80 60 时很容易发生熔合不良现象 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 接头设计要合理 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 尽可能控制焊接工艺稳定以保证焊缝金属成分稳定 控制焊缝成形 表面成形是否光整 是否有易产生应力集中之处 均会影响到接头的工作性能 因为焊缝性能对化学成分的变动有较大的敏感性 为保证焊缝成分稳定 必须保证熔合比稳定 奥氏体不锈钢焊缝受到污染 其耐蚀性会变差 随处任意引弧造成弧击 铁锤敲击 打冲眼等都是腐蚀根源 控制焊缝施焊程序 保证面向介质的焊缝在最后施焊 这样可以避免面对介质的焊缝及其HAZ发生敏化 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 防止工件工作表面的污染及表面正常状态 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 防治措施 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 1Cr17铁素体钢自动钨极氩弧焊实例 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 1Cr17Ti铁素体钢焊条电弧焊实例 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 实例 1Cr18Ni9Ti不锈钢管对接焊 背景 1Cr18Ni9Ti不锈钢钢管对接焊 主要用于化工厂耐热 耐酸 耐压设备和管道的焊接中 现介绍的1Cr18Ni9Ti不锈钢 159mm 5mm钢管对接焊工艺 主要用于化肥厂最主要的设备 合成塔内部管件的对接焊 合成塔内部管件的焊接难度大 质量要求高 且要求内表面成型良好 焊缝高度不能大于0 8mm 焊后管内要求的通径为147mm 以便管内安装电阻丝和瓷瓶等 以往采用氩弧焊水平焊接或手工电弧焊 焊后内孔尺寸难以保证 为保证焊接质量 提高生产效率 现采用手工钨极氩弧焊立焊打底 手工电弧平焊盖面 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 1焊前准备 1 清理油 污物 将坡口面及周围10mm内修磨出金属光泽 2 检查水 电 气路是否畅通 设备及附件状态是否良好 3 按尺寸进行装配 采用坡口内定位焊 1点 9点 5点半为点焊位置 点焊长度10 必须焊透并保证质量 再用角向磨光机 在点焊位置两侧磨出斜坡口形状 坡口角度单边30 钝边0 5 以便在后续焊接中形成良好的接头 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 2TIG焊接工艺2 1焊接参数采用 2 5的钨极 钨极伸出长度为4 5mm 不预热 喷嘴直径12mm 焊接工艺参数见表3 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 2 2操作方法 1 为保证内部焊缝高度不大于0 8mm 采用外填丝法施焊 2 引弧前一定要把管内氩气保护装置安装好 然后再进行焊接 焊接过程中焊丝不能与钨极接触或直接深入电弧的弧柱区 否则会造成焊缝夹钨并破坏电弧稳定性 3 在3点5分处起焊 一般焊接位置保持在3点到2点45分处 焊接时钨极垂直于管子轴心 这样能更好地控制熔池大小 而且可使喷嘴均匀地保护熔池不被氧化 4 焊接时钨极端部离焊件距离2mm左右 焊丝要顺着坡口沿着管子切向输送到熔池的前端 使用自动滚轮架慢慢均匀地转动 焊枪保持在3点5分位置 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 3手工电弧焊接工艺3 1焊接参数采用直流电焊机 手工电弧焊平焊位置 层间温度小于130 其它工艺参数见表4 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 3 2操作方法 热源温度越高 层间温度越低 焊接后的质量就越好 一般焊接1Cr18Ni9Ti不锈钢选择小电流 电弧要稳定 焊条与工件保持1 2mm的距离 因为电弧低熔池就稳定 金属飞溅就少 盖面焊接时摆动要均匀 每根焊条结束后 再接另一根焊条引弧时要过收弧处6mm 等引弧成功后 再移到收弧处 这样的接头成型良好 也不会夹渣 焊缝高低基本一样 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 焊接时 焊条与管子的角度要合适 自动转速均匀 这样才能保证焊缝质量 避免焊缝产生气孔 夹渣等现象 焊接时采用小月牙形摆动 两侧稍作停留稳弧 中间速度稍快 这样可以避免焊缝凸起 填充时 要注意坡口边缘不要被电弧擦伤 以备盖面层焊接 盖面时应在坡口边缘稍作停顿 以保证熔池与坡口更好地融合 收弧处 焊条要在熔池稍作停留 填充熔池 回焊 这样可防止收弧处产生裂纹 焊接接尾处低下 夹渣 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 注意事项 1 TIG焊时 焊接电流小 根部间隙小 焊接速度过快 焊枪角度不正常等均会产生未焊透缺陷 在焊接过程中 氩气保护装置必须与管子对严 以防止被氧化 不锈钢焊接时若温度超高 其组织性能就会受到破坏 还会产生裂纹 所以一定要控制层间温度 最好采用小电流多层次焊接 4 收弧处容易产生裂纹 夹渣等缺陷 所收弧时要再回焊一下 以保证焊接质量 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 第三节铁素体钢及马氏体钢的焊接一 铁素体钢的焊接 一 F钢的类型1 普通F钢其中有 1 低Cr Cr12 14 钢如 00Cr120Cr130Cr13Al2 中Cr Cr16 18 钢如 0Cr17Ti1Cr17Mo3 高Cr Cr25 30 钢如 1Cr25Ti1Cr28 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 2 高纯度铁素体钢限制C N的含量 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 铁素体钢的焊接性如何 焊接时容易出现哪些问题 铁素体钢中铁素体形成元素铬的含量很高 有些钢中还加入了一些其它铁素体形成元素 如A1 Mo和Si等 因此 大多数钢在高温下完全失去了转变成奥氏体的可能性 这种钢没有淬硬性 总的来说 焊接性比马氏体钢好 但通常比奥氏体钢差 普通铁素体钢焊接时主要有以下两方面问题 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 1 焊接接头晶间腐蚀问题铁素体钢比奥氏体钢有更大的晶间腐蚀敏感性 腐蚀部位在热影响区中被加热至925 到熔合线之间 铁素体钢一般是退火状态供货 金相组织是铁素体加少量碳化物和少量金属间化合物 碳化物分布比较均匀 当铁素体含铬量高 或加入一些能固定碳的元素时 可提高抗晶间腐蚀的能力 例如Cr28 Crl7Ti型钢具有良好的抗晶间腐蚀能力 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 2 焊接接头脆化问题 1 高温过热引起的脆化 2 475 脆化 3 相脆化 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 1 高温过热引起的脆化铁素体钢焊缝和热影区中的过热区的晶粒粗化倾向比较大 当接头严重过热时 晶粒剧烈地长大 使常温下的冲击韧度显著地降低 而且 如果焊接内应力比较大 还容易产生裂纹 这种脆化无法用焊后热处理来改善 过热脆化的主要原因与这种钢没有重结晶过程有关 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 2 475 脆化铁素体钢由于含铬量很高 475 脆化问题比较突出 在热影响区被加热到350 一550 的部位很容易产生475 脆化 因此应尽量缩短在这个温度区停留的时间 同时 在预热 焊后热处理时都应避开这个温度范围 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 3 相脆化这也是铁素体钢焊接时比较突出的问题 在焊接接头被加热到520 820 的部位和当焊接接头整体在520 820 的范围内加热时 都容易产生 相脆化 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 铁素体型钢的焊接工艺要点如下 1 焊接方法可以采用焊条电弧焊 钨极氩弧焊 埋弧焊 等离子弧焊 电子束焊等焊接方法焊接 为了减小过热脆化 475 脆化和 相脆化倾向 以及提高接头的耐蚀性 应采用小的热输入 窄焊道等焊接技术 例如 焊条电弧焊时应采用小的焊接电流 快速焊 焊条不摆动和短弧焊 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 2 焊接材料根据对焊接接头性能要求的不同 可以选用合金含量与母材相近的焊条或焊丝 或选用奥氏体焊条和焊丝 当接头有耐蚀性 耐热性要求时 应选用合金含量与母材相近的焊接材料 例如E430 16 G302 E430 15 G307 焊条等 此时需要焊前预热 焊后热处理 以防止产生裂纹和改善接头的性能 当接头不能预热焊接时或对接头塑性要求比较高时 可以选用奥氏体焊接材料 例如E316 15 A207 E310 16 A402 焊条等 一般不需焊后热处理 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 3 预热和层间温度当采用合金含量与母材相近的焊接材料时 推荐的预热温度和层间温度为150 230 含铬量越高 其预热温度也应越高 但是对焊件进行预热不是为了防止淬硬 而是为了在好韧性的条件下焊接和减小焊缝收缩力 因为铁素体钢在室温下的塑性和韧性较差 而当温度升高时 冲击韧度明显地提高 这有利于防止产生裂纹 但是为了避免475 脆性和限制晶粒长大 预热温度不应该太高 采用奥氏体钢焊条时 焊前不必预热 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 4 焊后热处理对于采用合金含量与母材相近的焊接材料焊接的焊接接头 焊后应进行750 800 退火处理 使铬的分布均匀化 碳化物球化 以恢复耐蚀性和改善接头的塑性 退火后应快冷 以防止475 脆化和 相脆化 采用奥氏体钢焊条时 焊后可不做热处理 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 二马氏体钢焊接 一 马氏体钢的类型1 普通Cr13钢 1Cr13 2Cr13 3Cr13 4Cr132 热强马氏体钢 Cr12为基多元合金化2Cr12WMoV 2Cr12MoV 2Cr12Ni3MoV3 超低碳复相马氏体钢 C低于0 05 并加入Ni 也可能加少量的Mo Ti Si0 01C 13Cr 7Ni 3Si0 03C 12 5Cr 4Ni 0 3Ti 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 马氏体钢的焊接性如何 焊接时容易出现哪些问题 马氏体钢淬硬倾向很大 在空冷的条件下就能产生高硬度的马氏体组织 在所有的不锈钢和高合金耐热钢中其焊接性最差 焊接时容易产生以下问题 1 焊接冷裂纹2 焊接接头脆化 1 近缝区过热脆化 2 回火脆化 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 1 焊接冷裂纹这是马氏体钢很突出的问题 这一方面与其淬硬性大有关 另一方面也与马氏体导热性差 能引起较大的焊接内应力有关 特别是含碳量比较高的钢和刚性比较大的焊接结构很容易产生焊接冷裂纹 因此 一般都需要采取预热和焊后热处理等措施 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 2 焊接接头脆化有两种脆化问题 1 近缝区过热脆化多数马氏体钢由于其成分特点 其组织往往处于马氏体 铁素体的交界处 当冷却速度较大时 近缝区能产生粗大的马氏体组织 使接头塑性下降 当冷却速度较小时 则产生粗大的块状铁素体和碳化物组织 使接头的塑性更显著下降 因此焊接时应注意控制冷却速度 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 2 回火脆化马氏体钢及其焊接接头在375 575 的范围内加热并逐渐冷却时 能产生比较明显的断裂韧性降低现象 这是由回火脆化引起的 因此热处理时应避开回火脆化温度区 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 试述马氏体钢的焊接工艺要点1 焊接方法马氏体钢可采用除气焊以外的所有熔焊方法进行焊接 例如焊条电弧焊 埋弧焊钨极氩弧焊 熔化极氩弧焊等 由于这种钢具有很大的冷裂敏感性 焊前必须严格清理焊件 烘干焊条 使焊接保持低氢甚至超低氢条件 当焊接接头的拘束度较大时 最好采用钨极氩弧焊或熔化极氩弧焊 在不使近缝区过热脆化的前提下适当增大焊接热输入 可减小产生冷裂纹的倾向 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 2 焊接材料焊接材料的选择应视钢种 焊接方法和接头的工作条件的不同而异 为了保证使用性能的要求 焊缝的化学成分应力求接近母材的成分 即宜选用与母材成分接近的焊接材料 但是在这种情况下 焊缝和热影响区容易硬化变脆 为防止冷裂 焊后一般都需要进行热处理 第四章不锈钢及耐热钢的焊接 当件不允许进行热处理时 宜采用25 20 25 13型奥氏体钢焊接材料焊接 以形成奥氏体焊缝 松弛焊接应力 并能较多地固溶氢 降低冷裂倾向 奥氏体焊缝塑性和韧性高 但强度较低 因而只适