奧氏體不銹鋼焊接

奧氏體不銹鋼通常在常溫下的組織為純奧氏體，也有一些為奧氏體+少量鐵素體。奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的焊接性能，但由于其特殊的成分和組織，相對(duì)于普碳鋼，其焊接又有很多不同之處，本文就奧氏體不銹鋼的焊接進(jìn)行分析。一、奧氏體不銹鋼的焊接特點(diǎn)奧氏體不銹鋼是石油化工生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的金屬材料之一，其焊接性能良好，但在焊接過(guò)程中也容易產(chǎn)生不少問(wèn)題，主要表現(xiàn)為以下幾種：1.1晶間腐蝕奧氏體不銹鋼焊接件容易在焊接接頭處發(fā)生晶間腐蝕，根據(jù)貧鉻理論，其原因是焊接時(shí)焊縫和熱影響區(qū)在加熱到450～850℃溫度范圍停留一定時(shí)間的接頭部位，在晶界處析出高鉻碳化物（Cr23C6），引起晶粒表層含鉻量降低，形成貧鉻區(qū)，在腐蝕介質(zhì)的作用下，晶粒表層的貧鉻區(qū)受到腐蝕而形成晶間腐蝕。這時(shí)被腐蝕的焊接接頭表面無(wú)明顯變化，受力時(shí)則會(huì)沿晶界斷裂，幾乎完全失去強(qiáng)度。為防止和減少焊接接頭處的晶間腐蝕，一般采取的防止措施有：（1）采用低碳或超低碳的焊材，如A002等，或采用含鈦、鈮等穩(wěn)定化元素的焊條，如A137、A132等；（2）由焊絲或焊條向焊縫熔入一定量的鐵素體形成元素，使焊縫金屬成為奧氏體+鐵素體的雙相組織（鐵素體一般控制4-12％）；（3）減少焊接熔池過(guò)熱，選用較小的焊接電流和較快的焊接速度，加快冷卻速度；（4）對(duì)耐晶間腐蝕性能要求很高的焊件進(jìn)行焊后穩(wěn)定化退火處理。1.2焊接熱裂紋熱裂紋產(chǎn)生的主要原因是焊縫中的樹(shù)枝晶方向性強(qiáng)，有利于S、P等元素的低熔點(diǎn)共晶產(chǎn)物的形成和聚集。另外，此類鋼的導(dǎo)熱系數(shù)?。s為低碳鋼的1/3），線脹系數(shù)大（比低碳鋼大50％），所以焊接應(yīng)力也大，加劇了熱裂紋的產(chǎn)生。其防止的辦法是：（1）選用含碳量低的焊接材料，采用含適量Mo、Si等鐵素體形成元素的焊接材料，使焊縫形成奧氏體加鐵素體的雙相組織，減少偏析；（2）盡量選用堿性藥皮的優(yōu)質(zhì)焊條，以限制焊縫金屬中S、P、C等的含量。1.3應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂是焊接接頭在特定腐蝕環(huán)境下受拉伸應(yīng)力作用時(shí)所產(chǎn)生的延遲開(kāi)裂現(xiàn)象。奧氏體不銹鋼焊接接頭的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂是焊接接頭比較嚴(yán)重的失效形式，表現(xiàn)為無(wú)塑性變形的脆性破壞。應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂防止措施：（1）采取合適的焊接工藝，保證焊縫成形良好，不產(chǎn)生任何應(yīng)力集中或點(diǎn)蝕的缺陷，如咬邊等；采取合理的焊接順序，降低焊接殘余應(yīng)力水平；（2）合理選擇焊材，焊縫與母材應(yīng)有良好的匹配，不產(chǎn)生任何不良組織，如晶粒粗化及硬脆馬氏體等；（3）消除應(yīng)力處理：焊后熱處理，如焊后完全退火或退火；在難以實(shí)施熱處理時(shí)采用焊后錘擊或噴丸等。1.4焊縫金屬的低溫脆化對(duì)于奧氏體不銹鋼焊接接頭，在低溫使用時(shí)，焊縫金屬的塑韌性是關(guān)鍵問(wèn)題。此時(shí)，焊縫組織中的鐵素體的存在總是惡化低溫韌性。一般可以通過(guò)選用純奧氏體焊材和調(diào)整焊接工藝獲得單一的奧氏體焊縫的方法來(lái)防止焊縫金屬的低溫催化。1.5焊接接頭的σ相脆化焊件在經(jīng)受一定時(shí)間的高溫加熱后會(huì)在焊縫中析出一種脆性的σ相，導(dǎo)致整個(gè)接頭脆化，塑性和韌性顯著下降。σ相的析出溫度范圍650-850℃。在高溫加熱過(guò)程中，σ相主要由鐵素體轉(zhuǎn)變而成。加熱時(shí)間越長(zhǎng)，σ相析出越多。防止措施：（1）限制焊縫金屬中的鐵素體含量（小于15％），采用超合金化焊接材料，即高鎳焊材；（2）采用小規(guī)范，以減小焊縫金屬在高溫下的停留時(shí)間；（3）對(duì)已析出的σ相在條件允許時(shí)進(jìn)行固溶處理，使σ相溶入奧氏體。二、奧氏體不銹鋼的焊條選用原則不銹鋼主要用于耐腐蝕，但也用作耐熱鋼和低溫鋼。因此，在焊接不銹鋼時(shí)，焊條的性能首先必須與不銹鋼的用途相符，其次不銹鋼焊條還必須根據(jù)母材和工作條件（包括工作溫度和接觸介質(zhì)等）來(lái)選用。結(jié)合不銹鋼焊接過(guò)程中容易出現(xiàn)的問(wèn)題以及防止措施，焊條的選用原則一般有如下幾種：2.1一般來(lái)說(shuō)，焊條的選用可參照母材的材質(zhì)，選用與母材成分相同或相近的焊條。如：A102對(duì)應(yīng)0Cr19Ni9，A137對(duì)應(yīng)1Cr18Ni9Ti等。2.2奧氏體不銹鋼的焊縫金屬應(yīng)保證力學(xué)性能。這可以通過(guò)焊接工藝評(píng)定進(jìn)行驗(yàn)證。2.3由于碳含量對(duì)不銹鋼的抗腐蝕性能有很大的影響，因此，一般選用熔敷金屬含碳量不高于母材的不銹鋼焊條。如316L必須選用A022焊條。2.4對(duì)于在高溫工作的耐熱不銹鋼（奧氏體耐熱鋼），所選用的焊條主要應(yīng)能滿足焊縫金屬的抗熱裂性能和焊接接頭的高溫性能。（1）對(duì)Cr/Ni≥1的奧氏體耐熱鋼，如1Cr18Ni9Ti等，一般均采用奧氏體-鐵素體不銹鋼焊條，以焊縫金屬中含2-5％鐵素體為宜。鐵素體含量過(guò)低時(shí)，焊縫金屬抗裂性差;若過(guò)高，則在高溫長(zhǎng)期使用或熱處理時(shí)易形成σ脆化相，造成裂紋。如A002、A102、A137。在某些特殊的場(chǎng)合，可能要求采用全奧氏體的焊縫金屬時(shí)，可采用比如A402、A407焊條等。（2）對(duì)Cr/Ni<1的穩(wěn)定型奧氏體耐熱鋼，如Cr16Ni25Mo6等，一般應(yīng)在保證焊縫金屬具有與母材化學(xué)成分大致相近的同時(shí)，增加焊縫金屬中Mo、W、Mn等元素的含量，使得在保證焊縫金屬熱強(qiáng)性的同時(shí)，提高焊縫的抗裂性。如采用A502、A507。2.5對(duì)于在各種腐蝕介質(zhì)中工作的耐蝕不銹鋼，則應(yīng)按介質(zhì)和工作溫度來(lái)選擇焊條，并保證其耐腐蝕性能（做焊接接頭的腐蝕性能試驗(yàn)）。（1）對(duì)于工作溫度在300℃以上、有較強(qiáng)腐蝕性的介質(zhì)，須采用含有Ti或Nb穩(wěn)定化元素或超低碳不銹鋼焊條。如A137或A002等。（2）對(duì)于含有稀硫酸或鹽酸的介質(zhì)，常選用含Mo或含Mo和Cu的不銹鋼焊條如:A032、A052等。（3）對(duì)工作介質(zhì)腐蝕性弱或僅為避免銹蝕污染的不銹鋼設(shè)備，可采用不含Ti或Nb的不銹鋼焊條。為保證焊縫金屬的耐應(yīng)力腐蝕能力，采用超合金化的焊材，即焊縫金屬中的耐蝕合金元素（Cr、Mo、Ni等）含量高于母材。如采用00Cr18Ni12Mo2類型的焊接材料（如A022）焊接00Cr19Ni10焊件。2.6對(duì)于在低溫條件下工作的奧氏體不銹鋼，應(yīng)保證焊接接頭在使用溫度的低溫沖擊韌性，故采用純奧氏體焊條。如A402、A407。2.7也可選用鎳基合金焊條。如采用Mo達(dá)9％的鎳基焊材焊接Mo6型超級(jí)奧氏體不銹鋼。綜上所述，奧氏體不銹鋼的焊接是有其獨(dú)特特點(diǎn)的，奧氏體不銹鋼焊接時(shí)焊條的選用尤其值得注意，只有根據(jù)不同材料和工作條件選用不同的焊接方法和不同的焊接材料，才能達(dá)到所預(yù)期的焊接質(zhì)量。三、在使用氬弧焊焊接奧氏體不銹鋼時(shí)，由于各類偶然或必然因素的作用，難免會(huì)出現(xiàn)一些焊接不良的不合格品。分析其產(chǎn)生的原因并制定補(bǔ)救方法是提高成品率的一種手段。本文就焊接時(shí)出現(xiàn)的一些不合格現(xiàn)象做出分析，并提出一些補(bǔ)救方法，以作參考。3.1表面氣孔原因：產(chǎn)生表面氣孔的原因一般為使用了不符合要求的焊材或工件表面的清理未達(dá)到要求或操作時(shí)焊條角度不對(duì)或施工環(huán)境未達(dá)到要求等而引起的。預(yù)防：使用正確的焊材，焊前清理干凈工件，選擇合適的焊接角度。補(bǔ)救措施：用角向磨光機(jī)或焊工鑿子對(duì)缺陷進(jìn)行清理，如缺陷清除后焊縫表面成型達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的要求時(shí)，必須重新進(jìn)行補(bǔ)焊。補(bǔ)焊時(shí)必須考慮到引弧和熄弧的位置；補(bǔ)焊完成后應(yīng)重新打磨清理焊縫，使之過(guò)渡圓滑。3.11割口重焊類原因：焊口須做割口重焊處理一般因?yàn)楹缚谟袊?yán)重的未焊透、內(nèi)凹、密集性氣孔等缺陷或焊接工藝方法選擇錯(cuò)誤或管路安裝錯(cuò)誤而引起的。預(yù)防：從以上各項(xiàng)目改正。補(bǔ)救措施：使用角向磨光機(jī)、電鋸、碳弧氣刨等工具對(duì)焊口進(jìn)行分段或一次性處理。重焊時(shí)應(yīng)先將原焊縫金屬去掉；坡口的形狀應(yīng)滿足焊接操作的要求，必要時(shí)應(yīng)對(duì)坡口進(jìn)行補(bǔ)焊；割口重焊的焊接技術(shù)要求不得低于原焊接工藝的要求。3.12氬弧焊根層夾鎢預(yù)防：采用高頻引弧法或擦除法引弧，熟練引弧方法。補(bǔ)救