第二章异种钢的焊接(2)作业

1、 耐热钢的分类及特点耐热钢的分类及特点 2.1 不锈钢的焊接不锈钢的焊接2.4本章主要内容本章主要内容 不锈钢的分类及特点不锈钢的分类及特点 2.3 耐热钢的焊接耐热钢的焊接2.2（1 1）铬不锈钢：）铬不锈钢： w wCrCr=12-30%=12-30%，主要为，主要为Cr13Cr13型型 （2 2）铬镍不锈钢：）铬镍不锈钢： w wCrCr=12-30%=12-30%， w wNiNi=6-12%=6-12%，如，如Crl8Ni9Crl8Ni9钢钢（3 3）铬锰氮不锈钢：）铬锰氮不锈钢：用锰代替镍含量，如用锰代替镍含量，如1Crl8Mn6Ni5N1Crl8Mn6Ni5N（1 1）不锈钢：）

2、不锈钢：要求耐浸蚀性的化学介质腐蚀，对强度要求不要求耐浸蚀性的化学介质腐蚀，对强度要求不高，工作温度低于高，工作温度低于500 500 ； （2 2）抗氧化钢（不起皮钢）：）抗氧化钢（不起皮钢）：要求在高温下抗氧化或耐气体要求在高温下抗氧化或耐气体介质的腐蚀介质的腐蚀 ，工作温度可高达，工作温度可高达900-1100 900-1100 ；（3 3）热强钢：）热强钢：高温下有较好的抗氧化性和耐腐蚀能力，并具高温下有较好的抗氧化性和耐腐蚀能力，并具有较高的强度，工作温度可高达有较高的强度，工作温度可高达600-800600-800。（1 1）马氏体不锈钢：）马氏体不锈钢：热处理强化钢；牌号主要为热

3、处理强化钢；牌号主要为 1Cr13 1Cr134Cr134Cr13；用于力学性能要求高，耐蚀性要求低，如：气轮机叶；用于力学性能要求高，耐蚀性要求低，如：气轮机叶片，医疗器械等。一般在调质状态下使用。焊后淬硬倾向大，片，医疗器械等。一般在调质状态下使用。焊后淬硬倾向大，易出现冷裂纹。易出现冷裂纹。（2 2）铁素体）铁素体不锈不锈钢钢 ：含含CrCr为为171730%30%的高铬钢属此类，主要的高铬钢属此类，主要用做热稳定钢，也可作耐蚀钢用（随用做热稳定钢，也可作耐蚀钢用（随CrCr含量增加，耐蚀性增含量增加，耐蚀性增加）；加）； Wc=0 Wc=0. .1%1%左右左右, ,不能进行热处理强化

4、不能进行热处理强化; ;如如1Cr171Cr17、1Cr17Ti1Cr17Ti、1Cr281Cr28等。等。（3 3）奥氏体）奥氏体不锈不锈钢钢 ：用途最广，占不锈钢及耐热钢总量的用途最广，占不锈钢及耐热钢总量的7070 化学成分特点化学成分特点: : W Wc c = 0.08= 0.080.14 %0.14 % W WCrCr = 17 = 1719 %19 % W WNiNi = 8 = 811 %11 % Cu Cu、TiTi、MoMo等。等。热处理特点热处理特点: :固溶处理固溶处理; ;稳定化处理稳定化处理; ;消除应力退火。消除应力退火。牌号牌号: : 0Cr18Ni90Cr18

5、Ni9、1Cr18Ni91Cr18Ni9、 0Cr18Ni9Ti 0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti固溶处理：把钢加热到单一固溶处理：把钢加热到单一A A区区（1050-1150 1050-1150 ），得到成分均匀），得到成分均匀的单一的单一A A组织，然后快冷，使高温过组织，然后快冷，使高温过饱和的固溶体组织保持到室温。饱和的固溶体组织保持到室温。稳定化处理稳定化处理: :对含对含NbNb、TiTi等固碳元素的等固碳元素的A A不锈钢，经固溶处理后，重新加热到不锈钢，经固溶处理后，重新加热到850-950850-950之间，过热溶解于奥氏体的之间，过热溶解于奥氏

6、体的TiCTiC重新析出，减少重新析出，减少Cr23C6Cr23C6析出可能性，析出可能性，从而降低晶间腐蚀的工艺过程。从而降低晶间腐蚀的工艺过程。（4 4）铁素体）铁素体- -奥氏体双相钢奥氏体双相钢：钢中铁素体占：钢中铁素体占6060-40-40，奥氏体占奥氏体占4040-60-60；抗点蚀及抗应力腐蚀开裂的能力强，；抗点蚀及抗应力腐蚀开裂的能力强，主要用于含氯离子的环境，如石油、化工、化肥、造纸等主要用于含氯离子的环境，如石油、化工、化肥、造纸等设备。如设备。如00Crl8Ni5Mo3Si200Crl8Ni5Mo3Si2、00Cr22Ni 5Mo3N00Cr22Ni 5Mo3N、0Cr2

7、5Ni5Mo3N0Cr25Ni5Mo3N等。等。 （5 5）沉淀硬化型不锈钢）沉淀硬化型不锈钢：在不锈钢中单独或复合添加硬：在不锈钢中单独或复合添加硬化元素，通过适当热处理得到高强度、高韧性、良好耐蚀化元素，通过适当热处理得到高强度、高韧性、良好耐蚀性的一类不锈钢。如性的一类不锈钢。如0Crl7Ni7Al0Crl7Ni7Al、0Crl7Ni4Cu4Nb0Crl7Ni4Cu4Nb等等。 2 2、耐蚀性：、耐蚀性：（1）化学腐蚀）化学腐蚀: 金属与介质金属与介质 ( (干燥气体和非电解质溶液干燥气体和非电解质溶液 ) ) 发生化学发生化学 反应而产生的腐蚀。例如反应而产生的腐蚀。例如: :高温氧化

8、、脱碳等。高温氧化、脱碳等。 特点：无电流产生特点：无电流产生（2）电化学腐蚀）电化学腐蚀:金属与介质金属与介质 ( (电解质溶液，即酸、碱、盐溶液电解质溶液，即酸、碱、盐溶液 ) ) 发生电化学反应而产生的腐蚀。发生电化学反应而产生的腐蚀。 特点：有电流产生。特点：有电流产生。1 1、物理性能：、物理性能：热导率小、线膨胀系数大、电阻率大热导率小、线膨胀系数大、电阻率大 电化学腐蚀过程示意图电化学腐蚀过程示意图 珠光体电化学腐蚀示意图珠光体电化学腐蚀示意图（1）均匀腐蚀）均匀腐蚀 均匀腐蚀是指接触腐蚀介质的金属表面全部产生腐蚀均匀腐蚀是指接触腐蚀介质的金属表面全部产生腐蚀的现象。均匀腐蚀使金

9、属截面不断减少，对于被腐蚀的现象。均匀腐蚀使金属截面不断减少，对于被腐蚀的受力零件而言，会使其承受的真实应力逐渐增加，的受力零件而言，会使其承受的真实应力逐渐增加，最终达到材料的断裂强度而发生断裂。最终达到材料的断裂强度而发生断裂。v不锈钢与硝酸等氧化性酸作用，在表面能形成稳不锈钢与硝酸等氧化性酸作用，在表面能形成稳定的钝化层，不易产生腐蚀；定的钝化层，不易产生腐蚀；v不锈钢与硫酸等还原性酸作用，只含不锈钢与硫酸等还原性酸作用，只含CrCr的马氏体的马氏体和铁素体钢发生腐蚀，同时含和铁素体钢发生腐蚀，同时含CrCr和和NiNi的奥氏体钢的奥氏体钢不发生腐蚀；不发生腐蚀；v在含在含ClCl离子离

10、子的介质中，奥氏体钢易发生腐蚀。的介质中，奥氏体钢易发生腐蚀。 (2) 点腐蚀点腐蚀点腐蚀是指在金属材料表面大部分不腐蚀或腐蚀轻微，点腐蚀是指在金属材料表面大部分不腐蚀或腐蚀轻微，而分散发生高度的孔状或坑状局部腐蚀，又称坑蚀或孔而分散发生高度的孔状或坑状局部腐蚀，又称坑蚀或孔蚀（蚀（Pitting CorrosionPitting Corrosion），常见蚀点的尺寸小于），常见蚀点的尺寸小于1mm1mm，深度往往大于表面孔径，轻者有较浅的蚀坑，严重的甚深度往往大于表面孔径，轻者有较浅的蚀坑，严重的甚至形成穿孔。不锈钢常因至形成穿孔。不锈钢常因ClCl的存在而使钝化层局部破的存在而使钝化层局部

11、破坏以至形成腐蚀坑。坏以至形成腐蚀坑。 (3) 缝隙腐蚀缝隙腐蚀 在电解液中，如在氯离子环境中，不锈钢间或与异物接在电解液中，如在氯离子环境中，不锈钢间或与异物接触的表面间存在间隙时，缝隙中溶液流动将发生迟滞现触的表面间存在间隙时，缝隙中溶液流动将发生迟滞现象，以至溶液局部象，以至溶液局部ClCl浓化，形成浓差电池，从而导致浓化，形成浓差电池，从而导致缝隙中不锈钢钝化膜吸附缝隙中不锈钢钝化膜吸附ClCl而被局部破坏的现象称为而被局部破坏的现象称为缝隙腐蚀。缝隙腐蚀。 (4) 晶间腐蚀晶间腐蚀不锈钢在不锈钢在450-850450-850加热时，由于沿奥氏体晶界沉淀出加热时，由于沿奥氏体晶界沉淀出

12、了了CrCr的碳化物，致使晶粒边界贫的碳化物，致使晶粒边界贫CrCr，在腐蚀介质中沿晶，在腐蚀介质中沿晶粒边界附近发生的有选择性的腐蚀现象。粒边界附近发生的有选择性的腐蚀现象。 受这种腐蚀的设备或零件，外观虽呈金属光泽，但因受这种腐蚀的设备或零件，外观虽呈金属光泽，但因晶粒彼此间已失去联系，敲击时已无金属的声音，钢质晶粒彼此间已失去联系，敲击时已无金属的声音，钢质变脆。变脆。 晶间腐蚀常发生于奥氏体不锈钢中，多半与晶界层晶间腐蚀常发生于奥氏体不锈钢中，多半与晶界层“贫铬贫铬”现象有联系。现象有联系。v接头再次加热到接头再次加热到450-850450-850或在此温度区间工作或在此温度区间工作

13、通常把通常把450-850450-850温度区间称为温度区间称为，把在此，把在此区间内加热的过程称为敏化加热或区间内加热的过程称为敏化加热或。铬是决定不锈钢耐蚀性的决定元素，但是含量只有超过铬是决定不锈钢耐蚀性的决定元素，但是含量只有超过12%12%才能使钢处于耐腐蚀的钝态。由于才能使钢处于耐腐蚀的钝态。由于18-818-8钢固溶处理态下，钢固溶处理态下，奥氏体一定是碳过饱和，所以呈不稳定状态。如果固溶态的奥氏体一定是碳过饱和，所以呈不稳定状态。如果固溶态的不锈钢在不锈钢在450-850450-850 C C使用或加热时，超过溶解度的使用或加热时，超过溶解度的C C向晶界扩向晶界扩散，并与铬形

14、成铬的碳化物散，并与铬形成铬的碳化物Cr23C6 Cr23C6 在晶界沉淀，由于铬在在晶界沉淀，由于铬在奥氏体中扩散速度慢，晶粒内部的铬不能及时补充到晶界，奥氏体中扩散速度慢，晶粒内部的铬不能及时补充到晶界，就造成晶界贫铬。当贫化区的铬降至钝化所需的极限含量就造成晶界贫铬。当贫化区的铬降至钝化所需的极限含量12%12%以下时，电极电位急剧下降。这样在腐蚀介质中，晶界以下时，电极电位急剧下降。这样在腐蚀介质中，晶界和晶内产生电极电位差形成电化学腐蚀，贫化区的晶界成为和晶内产生电极电位差形成电化学腐蚀，贫化区的晶界成为阳极，在腐蚀介质的作用下产生晶界腐蚀。阳极，在腐蚀介质的作用下产生晶界腐蚀。 4

15、50 850 C扩散晶界+CrCr23C6沉淀 晶界贫Cr层晶间腐蚀固溶处理后碳饱和 v温度、时间温度、时间 v化学成分化学成分 C C 含碳量含碳量越容易形成晶间贫铬层越容易形成晶间贫铬层晶间腐晶间腐蚀倾向蚀倾向 其它合金元素其它合金元素 与与C C的亲和力的亲和力 铬与铬与C C的亲和力，可以阻止铬的亲和力，可以阻止铬与与C C结合，结合，晶间腐蚀倾向晶间腐蚀倾向 与与C C的亲和力的亲和力 铬与铬与C C的亲和力，不起作用的亲和力，不起作用 v相结构的影响相结构的影响 铁素体铁素体+ +奥氏体双相奥氏体双相 可以打乱单一奥氏体柱状晶的方向性可以打乱单一奥氏体柱状晶的方向性 （5）应力腐蚀

16、）应力腐蚀 也称应力腐蚀开裂（也称应力腐蚀开裂（Stress Corrosion CrackingStress Corrosion Cracking，简称，简称SCCSCC），是），是指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指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和氧引起的。高浓度苛性碱、开裂现象。不锈钢的应力腐蚀大部分是由氯和氧引起的。高浓度苛性碱、硫酸水溶液等也会引起应力腐蚀。硫酸水溶液等也会引起应力腐蚀。产生条件：产生条件： A A、拉应力下产生，压应力不、拉应力下产生，压应力不产生；产生； B B、材料与

17、介质之间有选择性；、材料与介质之间有选择性； C C、纯金属一般不产生，合金、纯金属一般不产生，合金中易产生。中易产生。（1 1）覆盖层保护）覆盖层保护: : 涂漆、电镀、发蓝、磷化等工艺。涂漆、电镀、发蓝、磷化等工艺。（2 2）形成氧化层）形成氧化层: : 加入合金元素加入合金元素CrCr、AlAl、SiSi等等, ,形成形成CrCr2 2O O3 3、SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3等氧化膜。等氧化膜。 （3 3）提高金属的电极电位）提高金属的电极电位: : 加入合金元素加入合金元素CrCr、NiNi、SiSi等等, ,提高金属基体的电极电位。提高金属基体的电极电位。（4 4

18、）使钢在室温下呈单相组织）使钢在室温下呈单相组织: :加入合金元素加入合金元素 Mn Mn、NiNi、CoCo等能扩大等能扩大区区, ,可在室温获得可在室温获得奥氏体钢。奥氏体钢。加入合金元素加入合金元素 Cr Cr、MoMo、W W、V V、TiTi、Si Si 等能扩大等能扩大区区, ,可在室温获得铁素体钢。可在室温获得铁素体钢。（5 5）减少与消除钢中的各种不均匀现象）减少与消除钢中的各种不均匀现象: : 偏析、应力、组织等。偏析、应力、组织等。（6 6）牺牲阳极保护阴极）牺牲阳极保护阴极 : : 镶嵌一些比金属或合金基体电极电位更低的金属块。镶嵌一些比金属或合金基体电极电位更低的金属块

19、。3 3、不锈钢的力学性能、不锈钢的力学性能常温力学性能与其微观组织结构有着密切的关系。常温力学性能与其微观组织结构有着密切的关系。 马氏体钢：马氏体钢：退火状态：退火状态：强度低，塑性、韧性好强度低，塑性、韧性好 淬火状态：淬火状态：强度高，但塑性、韧性降低；强度高，但塑性、韧性降低； 铁素体钢：铁素体钢：强度及韧性均较低；强度及韧性均较低； 奥氏体钢：奥氏体钢：具有较高的抗拉强度，塑性、韧性也较好具有较高的抗拉强度，塑性、韧性也较好1 1、焊接性分析、焊接性分析显微组织：奥氏体显微组织：奥氏体 成分：高铬不锈钢成分：高铬不锈钢+ +适量的适量的Ni Ni 典型钢种：典型钢种： 18-818

20、-8钢钢 0Cr18Ni9 1Cr18Ni9Ti 0Cr18Ni9 1Cr18Ni9Ti 25-2025-20钢钢 2Cr25Ni20Si2 4Cr25Ni20 2Cr25Ni20Si2 4Cr25Ni20 25-3525-35钢钢 0Cr21Ni32 4Cr25Ni35 0Cr21Ni32 4Cr25Ni35 变形能力强、含碳量低，焊接性良好；变形能力强、含碳量低，焊接性良好； 问题：腐蚀、焊接热裂纹、铁素体含量的控制、脆化等问题：腐蚀、焊接热裂纹、铁素体含量的控制、脆化等 （1 1）焊接接头的晶间腐蚀）焊接接头的晶间腐蚀焊接接头的晶间腐蚀区焊接接头的晶间腐蚀区 A A、焊缝区腐蚀、焊缝区腐

21、蚀 焊态下已有焊态下已有CrCr2323C C6 6析出，如多层焊的重复加热区域析出，如多层焊的重复加热区域 接头在焊态下无贫铬层，焊后经敏化处理，有发生倾向接头在焊态下无贫铬层，焊后经敏化处理，有发生倾向理论最敏感温度：理论最敏感温度：4 45050-8-85 500，原因：，原因：低于低于400400，C C活动能力弱，活动能力弱， Cr Cr2323C C6 6析出困难析出困难高于高于800800，铬的活动能力增强，使贫铬层消失，铬的活动能力增强，使贫铬层消失 实际由于接头处于焊接的快速连续冷却过程中，实际由于接头处于焊接的快速连续冷却过程中， Cr Cr2323C C6 6析出需更高析

22、出需更高的温度，接头的敏化温度为：的温度，接头的敏化温度为：600-1000600-1000。预防措施：预防措施： 降低母材和焊缝中的含碳量降低母材和焊缝中的含碳量 ：将钢中的碳降低到小于或等于将钢中的碳降低到小于或等于其室温时在其室温时在相中的溶解度，这样在加热时就不会有或很少有相中的溶解度，这样在加热时就不会有或很少有CrCr2323C C6 6析出，从而从根本上避免了贫铬层的形成。如析出，从而从根本上避免了贫铬层的形成。如 00Crl9Ni10 00Crl9Ni10、00Crl8Nil0N00Crl8Nil0N及焊丝及焊丝H00Crl9Nil2Mo2 H00Crl9Nil2Mo2 在钢中

23、加入稳定的碳化物形成元素在钢中加入稳定的碳化物形成元素（钛、铌、钽等）：如钛、铌、钽等）：如0Crl8Ni11Ti0Crl8Ni11Ti、0Crl8Ni11Nb0Crl8Ni11Nb及焊丝及焊丝H0Cr20Ni10TiH0Cr20Ni10Ti、H0Cr20Ni10NbH0Cr20Ni10Nb等等 焊后进行固溶处理焊后进行固溶处理：固溶处理可使已经析出的固溶处理可使已经析出的CrCr2323C C6 6重溶于奥重溶于奥氏体中。氏体中。 固溶处理：固溶处理：T T1050-11501050-1150 此方法对大型复杂零部件有一定的困难，处理后再次在敏化温度此方法对大型复杂零部件有一定的困难，处理后

24、再次在敏化温度范围加热，仍然会形成贫铬层范围加热，仍然会形成贫铬层 。 改变焊缝的组织状态：改变焊缝的组织状态：使焊缝由单一的使焊缝由单一的相改变为相改变为+双相。双相。原因：原因：相可以打乱粗大的柱状树枝晶，使面积较小而直的晶界变为曲相可以打乱粗大的柱状树枝晶，使面积较小而直的晶界变为曲折的晶界，从而破坏腐蚀通道；折的晶界，从而破坏腐蚀通道； 铬在铬在相中溶解度大，有良好的供铬条件，从而减少贫铬层形成。相中溶解度大，有良好的供铬条件，从而减少贫铬层形成。 相量：相量： 4 4-12-12 ，最好，最好5 5左右。左右。相过多：相过多： 有脆化倾向，过量有脆化倾向，过量存在多层焊时易形成存在多

25、层焊时易形成相；相； 因因相与相与相之电极电位不同，还会引起选择性腐蚀。相之电极电位不同，还会引起选择性腐蚀。 稳定化处理：稳定化处理：T T1050-11501050-1150，让全部溶于固溶体并形成稳定碳，让全部溶于固溶体并形成稳定碳化物化物 操作上：操作上：尽量采用窄焊缝，多道多层焊，焊接区快速冷却，焊缝尽量采用窄焊缝，多道多层焊，焊接区快速冷却，焊缝背面可用纯铜垫背面可用纯铜垫 B B、HAZHAZ敏化区敏化区在焊接热影响区峰值温度处于敏化温度区间的部位所发生的腐蚀在焊接热影响区峰值温度处于敏化温度区间的部位所发生的腐蚀 温度范围：温度范围：600-1000 600-1000 普通的普

26、通的18-818-8钢才有敏化区，含钢才有敏化区，含TiTi、NbNb的和超低碳的的和超低碳的18-818-8钢不易出现钢不易出现防治措施：防治措施： 采用含钛、铌或低碳采用含钛、铌或低碳18-818-8钢钢 选用较低线能量、快速冷却的工艺选用较低线能量、快速冷却的工艺 采用固溶处理或稳定化退火采用固溶处理或稳定化退火C C、刀状腐蚀、刀状腐蚀发生部位：在熔合区产生的晶间腐蚀发生部位：在熔合区产生的晶间腐蚀发生材质：含有铌、钛的发生材质：含有铌、钛的18-8钢的过热区，如钢的过热区，如0Cr18Ni11Ti、0Cr18Ni11Nb等，超低碳时也不容易发生。等，超低碳时也不容易发生。 产生原因：

27、产生原因： 焊接时，过热区的峰值温度高达焊接时，过热区的峰值温度高达1200以上，钢中的以上，钢中的TiC溶人奥氏体，分解出的碳在冷却过程中偏聚在晶界形成过饱和溶人奥氏体，分解出的碳在冷却过程中偏聚在晶界形成过饱和状态，而钛则因扩散能力远比碳低而留于晶内。当接头在敏化状态，而钛则因扩散能力远比碳低而留于晶内。当接头在敏化温度区间（温度区间（450-850）再次加热，过饱和的碳在晶间以）再次加热，过饱和的碳在晶间以Cr23C6形式析出，在晶界形成贫铬层，使耐腐蚀能力降低。形式析出，在晶界形成贫铬层，使耐腐蚀能力降低。 产生条件：高温加热产生条件：高温加热+ +中温敏化相继作用中温敏化相继作用（1

28、 1）降低含碳量：）降低含碳量：一般要求一般要求WC0.06%WC0.06% （2 2）减少近缝区的过热）减少近缝区的过热: :选用小线能量选用小线能量 （3 3）避免在敏化温度下工作）避免在敏化温度下工作（4 4）焊后热处理：）焊后热处理：固溶处理、稳定化处理。固溶处理、稳定化处理。（5 5）合理安排焊接顺序：）合理安排焊接顺序：与腐蚀介质接触的焊缝应尽可能最后焊与腐蚀介质接触的焊缝应尽可能最后焊接。与腐蚀介质接触的焊缝无法最后焊接时应调整焊接参数，使接。与腐蚀介质接触的焊缝无法最后焊接时应调整焊接参数，使后焊焊缝的敏化区不要与第一面焊缝表面的过热区重合。后焊焊缝的敏化区不要与第一面焊缝表面

29、的过热区重合。 （2 2）应力腐蚀开裂）应力腐蚀开裂导热性差、线胀系数大，焊接残余应力大导热性差、线胀系数大，焊接残余应力大介质：氯化物、氟化物介质：氯化物、氟化物防止措施防止措施A、选择合适的材料、选择合适的材料B、消除产品残余应力、消除产品残余应力 C、改进结构设计和加工工艺、改进结构设计和加工工艺 D、进行防腐蚀处理，保护奥氏体不锈钢表面的钝化膜、进行防腐蚀处理，保护奥氏体不锈钢表面的钝化膜（3 3）点腐蚀）点腐蚀 含含MoMo钢耐点蚀能力强；钢耐点蚀能力强；TIGTIG自熔焊接所形成焊缝易形成点蚀。自熔焊接所形成焊缝易形成点蚀。 产生部位：焊缝中的不完全混合区产生部位：焊缝中的不完全混

30、合区 预防措施：预防措施： A A、不进行自熔焊接；、不进行自熔焊接； B B、焊接材料与母材、焊接材料与母材“超合金化超合金化”匹配；匹配； C C、考虑、考虑母母材的稀释作用，以保证足够的合金含量；材的稀释作用，以保证足够的合金含量； D D、提高、提高NiNi含量，必要时用含量，必要时用NiNi基合金焊材。基合金焊材。（4 4）热裂纹）热裂纹焊缝中主要是结晶裂纹，热影响区及多层焊层间金属，则多焊缝中主要是结晶裂纹，热影响区及多层焊层间金属，则多为高温液化裂纹。为高温液化裂纹。 产生原因：产生原因： A A、奥氏体钢是单相组织，焊缝从凝固冷却到室温不发生、奥氏体钢是单相组织，焊缝从凝固冷却

31、到室温不发生相变相变，很容易形成方向性很强的粗大柱状晶组织很容易形成方向性很强的粗大柱状晶组织。 B B、奥氏体钢中合金元素的品种多，数量大，不仅硫、磷、奥氏体钢中合金元素的品种多，数量大，不仅硫、磷等杂质会与铁形成低熔点共晶，合金元素之间或与杂质间作等杂质会与铁形成低熔点共晶，合金元素之间或与杂质间作用也可形成低熔点化合物或共晶。用也可形成低熔点化合物或共晶。 C C、热导率低，热膨胀系数大，局部加热时温度分布不均、热导率低，热膨胀系数大，局部加热时温度分布不均匀，收缩量大等都将使接头在冷却过程中产生较大的内应力。匀，收缩量大等都将使接头在冷却过程中产生较大的内应力。 防止措施：防止措施：A

32、 A、控制钢材中的硫磷含量，含镍量越高，控制越严；控制钢材中的硫磷含量，含镍量越高，控制越严；B B、合理进行合金化合理进行合金化 ：如在单相稳定奥氏体钢中适当增加：如在单相稳定奥氏体钢中适当增加MnMn、C C、N N的含量，可以改善抗裂性（的含量，可以改善抗裂性（合金中有合金中有CuCu时，时，MnMn与与CuCu共存将促进偏析共存将促进偏析而使裂纹增加，此时不能提高含而使裂纹增加，此时不能提高含MnMn量量 ） ；对；对18-818-8不锈钢，当焊接不锈钢，当焊接材料的材料的Cr/Ni1.6Cr/Ni1.6时，易产生热裂纹，时，易产生热裂纹，Cr/Ni=2.3-3.2Cr/Ni=2.3-

33、3.2时，可防止热时，可防止热裂纹。裂纹。 C C、工艺上：减少熔池过热和接头的残余应力，如小线能量、不预工艺上：减少熔池过热和接头的残余应力，如小线能量、不预 热、降低层间温度。热、降低层间温度。 D D、控制焊缝化学成分，获得双相组织：控制焊缝化学成分，获得双相组织：+ + （5%5%左右）左右）。原因：原因：（1 1）打乱打乱A A方向性，细化晶粒，低熔点杂质被方向性，细化晶粒，低熔点杂质被分散和隔开，避分散和隔开，避免低熔点杂质呈连续网状分布，阻碍热裂纹扩展和延伸；免低熔点杂质呈连续网状分布，阻碍热裂纹扩展和延伸；（2 2）能溶解较多的能溶解较多的S S、P P，使其在晶界上数量大大减

34、少，提高抗裂，使其在晶界上数量大大减少，提高抗裂能力。能力。2 2、焊接工艺要点、焊接工艺要点（1 1）焊前准备）焊前准备 A A、下料方法的选择：、下料方法的选择： 机械切割、等离子弧切割及碳弧气刨等，机械切割、等离子弧切割及碳弧气刨等，最好等离子弧切割；最好等离子弧切割； B B、坡口的制备、坡口的制备 适当减小适当减小V V形坡口角度。当板厚大于形坡口角度。当板厚大于10mm10mm时，应时，应尽量选用焊缝截面较小的尽量选用焊缝截面较小的U U形坡口。；形坡口。； C C、焊前清理、焊前清理 将坡口两侧将坡口两侧20mm20mm30mm30mm范围内的焊件表面清理干净，范围内的焊件表面清

35、理干净，如有油污，可用丙酮或酒精等有机溶剂擦拭。对表面质量要求特别高如有油污，可用丙酮或酒精等有机溶剂擦拭。对表面质量要求特别高的焊件，应在适当范围内涂上用白垩调制的糊浆，以防飞溅金属损伤的焊件，应在适当范围内涂上用白垩调制的糊浆，以防飞溅金属损伤表面。表面。 D D、表面防护、表面防护 避免损伤钢材表面，不允许用利器划伤钢板表面，避免损伤钢材表面，不允许用利器划伤钢板表面，不允许随意到处引弧等不允许随意到处引弧等 （2 2）焊接方法）焊接方法 焊接奥氏体不锈钢时，应控制焊接热输入和层间温度，以防止热影焊接奥氏体不锈钢时，应控制焊接热输入和层间温度，以防止热影响区晶粒长大及碳化物析出，应根据具

36、体焊接性和使用要求选择：响区晶粒长大及碳化物析出，应根据具体焊接性和使用要求选择： A A、焊条电弧焊、焊条电弧焊 同样直径的焊条，焊接电流值应比低碳钢焊条降低同样直径的焊条，焊接电流值应比低碳钢焊条降低20%20%左右左右 ；焊条；焊条长度应比碳素钢焊条短；采用直流反接施焊长度应比碳素钢焊条短；采用直流反接施焊 ；多层焊时，待上一层焊；多层焊时，待上一层焊道冷到道冷到6060以下再焊下一层焊道，以防晶间腐蚀以下再焊下一层焊道，以防晶间腐蚀 ；在焊接过程中，应；在焊接过程中，应注意提高焊接速度，同时焊条不作横向摆动。注意提高焊接速度，同时焊条不作横向摆动。 B B、熔化极惰性气体保护焊、熔化极

37、惰性气体保护焊 一般采用直流反接法一般采用直流反接法 ，焊接电流为相同直径的碳钢焊丝的，焊接电流为相同直径的碳钢焊丝的8080 ；保护气体可用纯保护气体可用纯ArAr，ArAr+ +O O2 2（COCO2 2）或）或ArAr+ +HeHe+ +COCO2 2混合气；板厚混合气；板厚6-25mm6-25mm用喷射过渡，用喷射过渡，6mm6mm用短路过渡。用短路过渡。 CO CO2 2气体保护焊不适合焊接气体保护焊不适合焊接A A不锈钢，因为不锈钢，因为COCO2 2焊接时使焊缝增碳焊接时使焊缝增碳（Cr+ COCr+ CO2 2=Cr=Cr2 2O O3 3+C+C） C C、钨极氩弧焊、钨极

38、氩弧焊 焊缝成形好，线能量很低，特别适合焊接对过热敏感的各种奥氏体焊缝成形好，线能量很低，特别适合焊接对过热敏感的各种奥氏体钢；一般采用直流正接，以防止因电极过热而造成焊缝中渗钨的现象；钢；一般采用直流正接，以防止因电极过热而造成焊缝中渗钨的现象；但因生产效率较低、成本高，一船只用于焊接但因生产效率较低、成本高，一船只用于焊接6mm6mm以下的薄板以下的薄板 。D D、埋弧焊、埋弧焊 埋弧焊具有热输入量高、熔池尺寸大、冷却和凝固速度较低等特点，埋弧焊具有热输入量高、熔池尺寸大、冷却和凝固速度较低等特点，加剧了合金元素的偏析，使热裂纹倾向加大；同时，在冷却过程中还加剧了合金元素的偏析，使热裂纹倾

39、向加大；同时，在冷却过程中还可能因在敏化温度区间停留时间较长，导致耐晶间腐蚀能力下降可能因在敏化温度区间停留时间较长，导致耐晶间腐蚀能力下降。（3 3）焊接材料选择）焊接材料选择A A、适用性原则、适用性原则B B、注重实验验证、注重实验验证C C、考虑熔合比大小对焊缝成分的影响、考虑熔合比大小对焊缝成分的影响D D、根据焊接性要求确定合金化程度、根据焊接性要求确定合金化程度E E、注重具体合金成分在该合金系统中的作用、注重具体合金成分在该合金系统中的作用 对于工作在高温条件下的奥氏体不锈钢，填充材料选择对于工作在高温条件下的奥氏体不锈钢，填充材料选择的原则是在无裂纹的前提下，保证焊缝金属的热

40、强性与母的原则是在无裂纹的前提下，保证焊缝金属的热强性与母材基本相同，这就要求其合金成分大致与母材成分匹配，材基本相同，这就要求其合金成分大致与母材成分匹配，同时应当考虑焊缝金属中铁素体含量的控制。同时应当考虑焊缝金属中铁素体含量的控制。 对在腐蚀介质下工作的奥氏体不锈钢，主要按腐蚀介质对在腐蚀介质下工作的奥氏体不锈钢，主要按腐蚀介质和耐腐蚀性要求来选择焊接材料，一般选用与母材成分相和耐腐蚀性要求来选择焊接材料，一般选用与母材成分相同或相近的焊接材料。同或相近的焊接材料。 腐蚀性弱或仅为避免锈蚀污染的设备，可选用含腐蚀性弱或仅为避免锈蚀污染的设备，可选用含TiTi或或NbNb等稳定化元素或超低

41、碳焊接材料；对于耐酸腐蚀性能较高等稳定化元素或超低碳焊接材料；对于耐酸腐蚀性能较高的工件，常选用含的工件，常选用含MoMo的焊接材料。的焊接材料。（4 4）焊接工艺要点）焊接工艺要点 A A、合理选择焊接方法，药芯焊丝电弧焊最好，不锈钢薄板宜用、合理选择焊接方法，药芯焊丝电弧焊最好，不锈钢薄板宜用TIGTIG焊，厚板用气保焊；焊，厚板用气保焊； B B、控制焊接参数，避免接头产生过热：如热输入比焊接碳钢时小、控制焊接参数，避免接头产生过热：如热输入比焊接碳钢时小20-30%20-30%；焊接时采用小电流、窄道快速焊，焊完进行强制冷却；避免交；焊接时采用小电流、窄道快速焊，焊完进行强制冷却；避免

42、交叉焊缝；多层焊时使层间温度冷却到叉焊缝；多层焊时使层间温度冷却到6060以下再焊下一道以下再焊下一道； C C、注意焊接接头设计的合理性，、注意焊接接头设计的合理性，A A钢焊接时选择同质材料，坡口一钢焊接时选择同质材料，坡口一般般6060，选择镍基材料做焊材时，坡口需增大，选择镍基材料做焊材时，坡口需增大8080； D D、尽可能控制焊接工艺稳定以保证焊缝金属成分稳定；、尽可能控制焊接工艺稳定以保证焊缝金属成分稳定； E E、控制焊缝成形，保证焊件表面完好无损，焊接时要避免焊件碰撞、控制焊缝成形，保证焊件表面完好无损，焊接时要避免焊件碰撞损伤和在焊件表面进行引弧，造成局部损伤影响其耐蚀性损

43、伤和在焊件表面进行引弧，造成局部损伤影响其耐蚀性； F F、焊后热处理、焊后热处理，奥氏体不锈钢焊接后，原则上不进行热处理。只在奥氏体不锈钢焊接后，原则上不进行热处理。只在焊接接头产生了脆化要进一步提高其耐蚀能力时，才根据需要选择固溶焊接接头产生了脆化要进一步提高其耐蚀能力时，才根据需要选择固溶处理、稳定化处理或消除应力处理处理、稳定化处理或消除应力处理； G G、焊后焊接变形不能用火焰加热矫正、焊后焊接变形不能用火焰加热矫正。 （5 5）焊缝的酸洗及钝化处理）焊缝的酸洗及钝化处理 酸洗：酸洗：去除焊缝及热影响区表面的氧化皮；去除焊缝及热影响区表面的氧化皮； 钝化：钝化：使酸洗的表面重新形成一

44、层无色的致密氧化膜，起耐腐蚀作使酸洗的表面重新形成一层无色的致密氧化膜，起耐腐蚀作用。用。 酸洗前须进行表面清理及修补，包括修补表面损伤、彻底清除焊缝酸洗前须进行表面清理及修补，包括修补表面损伤、彻底清除焊缝表面残渣及焊缝附近表面的飞溅物。表面残渣及焊缝附近表面的飞溅物。（6 6）焊后检验）焊后检验 焊后除了要进行一般焊接缺陷的检验外，还要进行耐蚀性试验。焊后除了要进行一般焊接缺陷的检验外，还要进行耐蚀性试验。 1 1、焊接性分析、焊接性分析高铬铁素体钢的焊接性比奥氏体钢差些，焊接中主要的问题是脆化和晶间高铬铁素体钢的焊接性比奥氏体钢差些，焊接中主要的问题是脆化和晶间腐蚀倾向，而脆化往往又会导

45、致接头产生裂纹。腐蚀倾向，而脆化往往又会导致接头产生裂纹。A A、晶间腐蚀、晶间腐蚀原因：原因：CrCr2323C C6 6析出后形成贫铬层析出后形成贫铬层 区域：区域：熔合线附近（熔合线附近（10001000以上），而且只有在快冷的条件下才会发生。以上），而且只有在快冷的条件下才会发生。 碳在碳在相中的溶解度比在相中的溶解度比在相中小得多，而扩散速度大，快冷时铬来不及相中小得多，而扩散速度大，快冷时铬来不及扩散均化，贫铬层无法消除扩散均化，贫铬层无法消除 ； 钢中加入钢中加入TiTi、NbNb等稳定剂，可有效地防让晶间腐蚀等稳定剂，可有效地防让晶间腐蚀 消除：消除：经经650-850650-

46、850加热并缓冷加热并缓冷 B B、脆化、脆化晶粒粗大导致脆化：晶粒粗大导致脆化：铁素体钢加热时无固态相变，因此晶粒一旦粗化，无铁素体钢加热时无固态相变，因此晶粒一旦粗化，无法用热处理消除。法用热处理消除。 预防：预防：小的线能量小的线能量 ，母材和焊缝中加入适量的，母材和焊缝中加入适量的TiTi、NbNb、A1A1等能够细化晶等能够细化晶粒的元素粒的元素高温脆化：高温脆化：F F不锈钢焊接接头加热至不锈钢焊接接头加热至950-1000950-1000以上后激冷至室温，以上后激冷至室温，HAZHAZ的塑、韧性显著下降的现象。的塑、韧性显著下降的现象。C C、N N含量越高，冷却速度越快，脆化越

47、严重。含量越高，冷却速度越快，脆化越严重。 消除：重新加热到消除：重新加热到750-850750-850 475475脆性脆性 ：高铬钢在高铬钢在475475附近加热时可能产生，脆化程度与在此温度附近加热时可能产生，脆化程度与在此温度区间停留的时间有关。时间越长，脆化越严重。区间停留的时间有关。时间越长，脆化越严重。预防：避免焊接区在预防：避免焊接区在450-525450-525温度范围内停留时间过长温度范围内停留时间过长 ；在；在700-800700-800短时加热后水冷，可短时加热后水冷，可以消除以消除475475脆性。脆性。相脆化：相脆化：含铬量大于含铬量大于2 2 1%1%的的F F不

48、锈钢，在不锈钢，在520-820520-820长时间加热，将析出长时间加热，将析出相；其形成与焊缝金属化学成分、组织、加热温度、保温时间等有关相；其形成与焊缝金属化学成分、组织、加热温度、保温时间等有关2 2、焊接工艺要点、焊接工艺要点A A、焊接方法：、焊接方法：可用焊条电弧焊、可用焊条电弧焊、MIGMIG、TIGTIG、埋弧焊等，但为防止、埋弧焊等，但为防止F F晶粒晶粒长大，必须控制热输入；长大，必须控制热输入；B B、焊接材料、焊接材料F F型：型：焊缝与母材颜色和形貌相同，线膨胀系数和耐蚀性相同；但焊缝焊缝与母材颜色和形貌相同，线膨胀系数和耐蚀性相同；但焊缝金属为粗大金属为粗大F F

49、，韧性差；，韧性差；A A型：型：塑性较好，但焊缝颜色和性能与母材不同，耐蚀性比母材低，且塑性较好，但焊缝颜色和性能与母材不同，耐蚀性比母材低，且此时焊后不能退火处理（此时焊后不能退火处理（因退火温度处于因退火温度处于A A钢敏化温度区间，同时应力钢敏化温度区间，同时应力难消除难消除）镍基合金：镍基合金：塑性较好塑性较好 C C、为了减小、为了减小475475脆化，避免焊接时产生裂纹，焊前可以预热，脆化，避免焊接时产生裂纹，焊前可以预热，预热温度为预热温度为100100200200。 D D、焊接时，尽量缩短在、焊接时，尽量缩短在430430480480之间的加热或冷却时间。之间的加热或冷却时

50、间。 E E、为防止过热，尽量减少热输入，例如焊接时采用小电流、快速、为防止过热，尽量减少热输入，例如焊接时采用小电流、快速焊，焊条最好不要摆动，尽量减少焊缝截面，不要连续焊，即待前道焊，焊条最好不要摆动，尽量减少焊缝截面，不要连续焊，即待前道焊缝冷却到预热温度时再焊下一道焊缝，多层焊时要控制层间温度。焊缝冷却到预热温度时再焊下一道焊缝，多层焊时要控制层间温度。 F F、对于厚度大的焊件，为减少焊接应力，每道焊缝焊完后，可用、对于厚度大的焊件，为减少焊接应力，每道焊缝焊完后，可用小锤轻轻敲击。小锤轻轻敲击。 G G、焊后常在、焊后常在750750850850之间退火处理，这种焊后热处理可以改善

51、之间退火处理，这种焊后热处理可以改善接头韧性及塑性，同时使过饱和的接头韧性及塑性，同时使过饱和的C C、N N完全析出，铬可以补充到贫铬完全析出，铬可以补充到贫铬区，恢复其耐蚀性。区，恢复其耐蚀性。1 1、焊接性分析：主要是冷裂纹和脆化、焊接性分析：主要是冷裂纹和脆化原因：原因： 马氏体不锈钢在焊接时有较大的晶粒粗化倾向，特别是多数马氏体钢马氏体不锈钢在焊接时有较大的晶粒粗化倾向，特别是多数马氏体钢其成分特点使其组织往往处在马氏体其成分特点使其组织往往处在马氏体铁素体的边界上。在冷却速度较小铁素体的边界上。在冷却速度较小时近缝区会出现粗大的铁素体和碳化物组织，使其塑性和韧性显著下降；时近缝区会

52、出现粗大的铁素体和碳化物组织，使其塑性和韧性显著下降； 冷却速度过大时，由于马氏体不锈钢具有较大的淬硬倾向，会产生粗冷却速度过大时，由于马氏体不锈钢具有较大的淬硬倾向，会产生粗大的马氏体组织，使塑性和韧性下降。大的马氏体组织，使塑性和韧性下降。 马氏体不锈钢导热性差，焊接时的残余应力也大，容易产生冷裂纹。马氏体不锈钢导热性差，焊接时的残余应力也大，容易产生冷裂纹。 有氢存在时，马氏体不锈钢还会产生更危险的氢致延迟裂纹。钢中碳有氢存在时，马氏体不锈钢还会产生更危险的氢致延迟裂纹。钢中碳含量越高，冷裂纹倾向也越大。含量越高，冷裂纹倾向也越大。 马氏体不锈钢也有马氏体不锈钢也有475475脆化，但马

53、氏体不锈钢的晶间腐蚀倾向很小。脆化，但马氏体不锈钢的晶间腐蚀倾向很小。2 2、焊接工艺要点、焊接工艺要点A A、同质焊缝焊接时，为保证焊接接头不产生裂纹，并具有良好的力学性同质焊缝焊接时，为保证焊接接头不产生裂纹，并具有良好的力学性能，在焊接时，应进行焊前预热，一般预热温度在能，在焊接时，应进行焊前预热，一般预热温度在100100400400之间。预之间。预热温度不能过高，否则热温度不能过高，否则A A粗大，导致接头塑性和强度下降；粗大，导致接头塑性和强度下降；B B、焊后热处理是防止延迟裂纹和改善接头性能的重要措施，通常在焊后热处理是防止延迟裂纹和改善接头性能的重要措施，通常在7007007

54、60760之间加热空冷。之间加热空冷。焊后热处理需严格控制焊件温度：焊后热处理需严格控制焊件温度： 如从焊接温度直接升温进行回火热处理，此时如从焊接温度直接升温进行回火热处理，此时A A未完全转变为未完全转变为M M，导，导致致A A转变为转变为P P，或碳化物沿，或碳化物沿A A晶界沉淀，产生粗大晶界沉淀，产生粗大F F和碳化物组织，降低接和碳化物组织，降低接头韧性和耐蚀性；若空冷至室温再进行热处理，头韧性和耐蚀性；若空冷至室温再进行热处理，M M不锈钢会出现空气淬应不锈钢会出现空气淬应倾向，使常温塑性降低，同时倾向，使常温塑性降低，同时A A继续转变为继续转变为M M，使接头又硬又脆。，使

55、接头又硬又脆。正确选择：正确选择：回火前使焊件适当冷却，让焊缝和回火前使焊件适当冷却，让焊缝和HAZHAZ的的A A基本分解为基本分解为M M。C C、马氏体不锈钢常用的焊接方法是焊条电弧焊，还可以采用埋弧焊、马氏体不锈钢常用的焊接方法是焊条电弧焊，还可以采用埋弧焊、氩弧焊和氩弧焊和COCO2 2气体保护焊等方法。焊前注意焊接材料的烘干（如焊条应气体保护焊等方法。焊前注意焊接材料的烘干（如焊条应经经100100400400 烘干）。烘干）。D D、焊接材料焊接材料 马氏体耐热钢通常要求采用含铬量与母材基本相同的同质填充焊马氏体耐热钢通常要求采用含铬量与母材基本相同的同质填充焊丝或焊条。用奥氏体

56、钢焊条焊接马氏体钢实质上属于异种钢的焊接，丝或焊条。用奥氏体钢焊条焊接马氏体钢实质上属于异种钢的焊接，由于填充金属与母材之间成分上存在的差异，对焊缝、熔合区的成分由于填充金属与母材之间成分上存在的差异，对焊缝、熔合区的成分与组织，以及接头的使用性能都带来一些不小的影响。与组织，以及接头的使用性能都带来一些不小的影响。 1、焊接性分析、焊接性分析和奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢具有强度高、对晶间腐蚀不敏感、较好和奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢具有强度高、对晶间腐蚀不敏感、较好的耐点蚀性能的特点，并有优良的耐应力腐蚀性能。原因：的耐点蚀性能的特点，并有优良的耐应力腐蚀性能。原因：（1 1） + +双相不锈钢的屈服强度比双相不锈钢的屈服强度比18-818-8型奥氏