第5章不锈钢焊接

1、第第5 5章章 不锈钢的焊接不锈钢的焊接硝酸储存罐硝酸储存罐 压力容器壳体压力容器壳体 5.1 不锈钢的分类及性能知识目标：1.掌握不锈钢的分类2.掌握不锈钢腐蚀的类型能力目标：能分析不锈钢腐蚀方式 不锈钢：耐空气、蒸汽、水等弱酸性 不锈钢 腐蚀介质的钢 耐酸钢：耐酸、碱、盐等强酸性介质 的钢 抗氧化钢：高温下有抗氧化性和高强耐热钢 度的钢 热强钢：有抗氧化性和耐腐蚀性及高 温热强性的钢5.1.1 不锈钢和耐热钢的类型（1）按用途分类不锈钢:高铬钢、铬镍钢、铬锰氮钢等，对强度 要求不高。抗氧化钢：铬镍钢、高铬钢，高温下有抗氧化 性和耐气体腐蚀的钢。热强钢：高铬镍钢，抗氧化性和耐腐蚀能力及 高强

2、度。（2）按组织进行分类马氏体钢热处理强化钢，典型钢号Cr13和Cr12为基的多元合金化的钢。如：1 Cr13、2 Cr13、3 Cr13、1Cr12WMoV等。铁素体钢使用状态下组织为铁素体，含Cr为11%30%的高铬钢为此类钢，主要用作耐热钢，如0Cr13Al、1 Cr17。奥氏体钢常用Cr18Ni8系列（18-8型）之中0Cr18Ni9、00Cr18Ni10等用作耐腐蚀钢， Cr25Ni20系列（25-20型）用作抗氧化钢。铁素体-奥氏体双相钢铁素体的含量占60%-40%，奥氏体占40%-60%，具有抗点蚀、应力腐蚀的能力。沉淀硬化（PH）不锈钢17-4PH、17-7PH5.1.2 不锈

3、钢的耐蚀性（1）金属的腐蚀形式金属的腐蚀：金属与环境介质之间发生化学或 电化学作用而引起的破坏和失效现象。 化学腐蚀金属腐蚀 电化学腐蚀（2）提高金属的耐蚀性使钢表面形成稳定、牢固、致密均匀的保护膜使钢得到单一的固溶体，提高固溶体的电极电位5.1.3不锈钢的基本特性（1）不锈钢的物理性能线膨胀系数、电阻率大，热导率小，容易产生变形（2）不锈钢的力学性能（3）不锈钢的耐蚀性能钝化层被破坏而形成腐蚀均匀腐蚀接触腐蚀性介质表面全部产生腐蚀的现象点蚀由于Cl-的存在使钝化层局部破坏以至形成腐蚀坑，甚至穿孔的现象。Cr可以形成稳定的氧化膜，Mo可以形成离子吸附Cl-，N也可起到保护氧化膜的效果缝隙腐蚀在

4、Cl-环境中，缝隙中的Cl-滞留发生Cl-浓度增加而形成腐蚀现象。 缝隙腐蚀晶间腐蚀 沿着金属晶粒间的分界面向内部扩展的腐蚀。 晶间腐蚀破坏晶粒间的结合，大大降低金属的机械强度。而且腐蚀发生后金属和合金的表面仍保持一定的金属光泽，看不出被破坏的迹象，但晶粒间结合力显著减弱，力学性能恶化, 不能经受敲击。 18-8奥氏体不锈钢在500800范围内加热后， Cr23C6沿晶界析出，Cr含量小于12%变得敏化，易于发生晶间腐蚀，奥氏体不锈钢晶间腐蚀的理论是基于晶界贫铬。防止晶间腐蚀措施：加入固碳元素在敏化区急冷提高钢中铁素体含量应力腐蚀拉应力和腐蚀介质共同作用下引起的腐蚀产生应力腐蚀的条件：介质条件

5、，大部分是由氯引起的。应力条件，拉应力作用下才形成。材料条件，一般发生在合金中。5.2 奥氏体不锈钢的焊接知识目标：掌握奥氏体不锈钢焊接性能力目标：能制定奥氏体不锈钢焊接工艺5.2.1 奥氏体不锈钢的焊接性（1）焊接接头的晶间腐蚀18-8奥氏体不锈钢在500800范围内加热后， Cr23C6沿晶界析出，Cr含量小于12%变得敏化，易于发生晶间腐蚀，奥氏体不锈钢晶间腐蚀的理论是基于晶界贫铬提高接头晶间腐蚀措施：降低母材和焊缝金属的含碳量（00Cr18Ni10N）在钢中加入稳定碳的元素，形成碳化物（Ti Nb）焊后进行固溶处理改变焊缝的组织状态（2）HAZ区晶间腐蚀（3）焊接接头的刀口腐蚀由于过热

6、区碳化物溶解，使碳溶入晶粒，当在敏化区加热时形成Cr23C6产生的。防止措施：降低含碳量c0.06%减少近缝区过热合理安排焊接顺序焊后进行稳定化处理（4）焊接接头的应力腐蚀开裂在化工设备的破坏事故中，不锈钢的应力腐蚀开裂造成的事故占50%。一般纯金属没有应力腐蚀开裂，在不锈钢中奥氏体钢比马氏体和铁素体钢倾向大。应力腐蚀开裂的条件：拉应力的存在腐蚀介质与材料的组合上有选择性应力腐蚀开裂一般在50300腐蚀性最大防止应力腐蚀开裂的措施：正确选择材料 一般用质量分数为42%的沸MgCl2溶液进行试验。消除产品残余应力对材料进行防蚀处理 电镀、喷镀、衬里等改进部件结构及接头设计，采用合理工艺。合理调整

7、焊缝成分对某些特殊介质，可采用高铬不锈钢（5）焊接接头的热裂纹产生热裂纹的原因：奥氏体钢焊缝结晶时，液固相线之间距离大，容易发生偏析。奥氏体钢线膨胀系数大、导热系数小，延长了高温区停留时间。奥氏体是单相组织，容易形成柱状晶。防止焊缝结晶裂纹的途径：严格控制杂质元素的含量调整焊缝为双相组织进行合理的合金化工艺上的措施（6）铁素体含量的控制铁素体的含量直接关系到抗热裂性、相脆化和热强性，从抗热裂性上看希望铁素体越多越好,相脆化和热强性上看希望铁素体越少越好。焊缝区的力学性能也和铁素体含量有关5.2.2 奥氏体不锈钢的焊接工艺（1）焊前准备下料方法不采用氧-乙炔火焰切割，常用机械切割、等离子切割、碳

8、弧气刨的方式。焊前清理将坡口周围2030mm处进行清理，清理后在表面涂上白垩粉进行保护。（2）接头形式与坡口尺寸（3）焊接材料的选择选择成分上和奥氏体不锈钢一致的材料（4）焊接方法的选择焊条电弧焊选择碱性焊条，用直流反接。采用小电流、快速焊，电流比低碳钢小20%。施焊时采用短弧、高速焊，层间温度不高于60。焊后进行固溶处理,不用火焰方法矫正变形埋弧焊适合焊接中厚板，但合金元素有烧损，要在焊丝和焊剂中补偿。氩弧焊熔化极气体保护焊（5）焊缝的酸洗及钝化处理酸洗目的：去除焊缝及热影响区表面的氧化皮。酸洗方法：酸液酸洗法（浸洗法，刷洗法） 酸膏酸洗法 酸洗剂：硝酸20%，氟氢酸5%，其余为水。（浸洗）

9、 50%盐酸和50%水（酸洗法） 盐酸20ml，水100ml,硝酸30ml,膨润土150ml（酸膏法） 钝化目的：使酸洗表面重新形成一层无色的致 密氧化膜。钝化方法：钝化液涂一层，然后用清水洗净， 再用拖布擦洗，最后用温水冲洗干 净并干燥。钝化液配方：硝酸5%，重铬酸钾2%，其余为 水，钝化温度为室温。知识目标：掌握铁素体不锈钢焊接性能力目标：能制定铁素体不锈钢焊接工艺5.3 铁素体不锈钢的焊接5.3.1 铁素体型不锈钢的焊接性热影响区脆化 焊接接头晶间腐蚀（1）热影响区脆化粗晶脆化加热到950，近缝区晶粒变粗大（2）相的脆化相是硬脆无磁性的FeCr金属间化合物cr13%时可产生相焊后在650

10、850缓冷，铁素体会向相转化（3）475 脆化cr15%时容易产生475 脆化在430480 长时间加热并缓冷，在常温或负温时所产生。产生原因是时效沉淀析出富Cr的相（2）焊接接头的晶间腐蚀普通高铬铁素体不锈钢加热到950以上温度冷却，将产生敏化腐蚀，在1100 水淬或空冷都会产生腐蚀。消除办法：焊后经700850 进行退火处理超高纯铁素体不锈钢产生：由1100空冷，晶界上析出碳、氮化物消除：900 或600 保温5.3.2 铁素体型不锈钢的焊接工艺（1）焊接方法普通高铬铁素体不锈钢：各种熔焊方法超高纯铁素体不锈钢：保护效果好的焊接方法（2）焊接材料的选择同质的铁素体型焊条：焊缝与母材颜色一样

11、、相同的线膨胀系数和大小相似，抗裂性不高。异质的奥氏体型焊条：有良好的塑性，但要控 制好母材金属对奥氏体焊缝的稀释，容易使晶粒长大和形成马氏体，而且色泽上也不同。（3）焊接工艺要点普通高铬铁素体不锈钢预热：一般在70150预热 铬含量越高，预热温度越高焊接材料的选择：允许焊前预热和焊后热处理的构件，选用与母材金属化学成分相同的焊材。不允许焊前预热和焊后热处理的构件，选用奥氏体不锈钢焊材，以保证韧性。焊接工艺参数：用小电流、快速焊，焊条不横向摆动，多层焊，层间温度为预热温度，多层焊每一层焊完后小锤敲击。焊后热处理：目的：消除残余应力，并获得均匀的铁素体方法：750850退火，使组织均匀化，900

12、加热水淬，使脆化相重新溶解，得到均一的铁素体组织采用奥氏体型焊条可不用预热和焊后热处理超高纯铁素体不锈钢预热：一般不需要预热处理焊接材料：采用与母材同成分的焊丝焊接工艺要点：防止焊缝污染知识目标：掌握马氏体不锈钢焊接性能力目标：能制定马氏体不锈钢焊接工艺5.4 马氏体不锈钢的焊接5.4.1 马氏体型不锈钢的焊接性（1）热影响区脆化冷却速度小：焊接热影响区容易产生粗大的铁素体和碳化物。冷却速度大：形成粗大的马氏体，马氏体不锈钢还具有一定的回火脆性。（2）焊接冷裂纹马氏体不锈钢的淬硬性极大，焊接总会产生马氏体组织，而且马氏体的转变温度下降，硬度提高、韧性降低，冷裂纹倾向增加。对于含奥氏体元素少或含铁素体多的马氏体钢，焊后还会形成铁素体组织，增加冷裂纹倾向。5.4.2马氏体型不锈钢的焊接工艺（1）焊接方法的选择焊条电弧焊为主（2）焊接材料的选择Cr13型马氏体不锈钢焊条和焊丝与母材成分相近，具有较高的强度，但焊缝冷裂倾向较大焊前预热温度不超过450焊后热处理，一般冷至150200 后保温2h，全部变成马氏体后进行高温回火，加热到730790 后保温（每1mm板厚为10min,不小于2h）空冷，Cr-Ni奥氏体型不锈钢焊条与焊丝有良好的塑性，小的应力，对氢有溶解度大，能有效的防止冷裂纹。5.4.3焊接工艺要点（1）预热预热温度低于马氏