金属材焊接工艺不锈钢及焊接工艺.pptx

工程中把能耐空气、水、酸、碱、盐及其溶液和其它腐蚀介质、具有高度化学稳定性的合金钢称为不锈钢。不锈钢中含Cr12%（耐酸钢17%），且具有良好的耐腐蚀、耐热及热力学性能。其耐蚀性是基于铬的氧化、对电化学腐蚀的阻止、促使形成单相组织，阻止形成微电池而实现的。第1页/共104页 不锈钢除含Cr外，还加入了Ni、Mo、Mn等元素，按照合金元素对不锈钢组织的影响和作用的程度不同，将其分为两大类：一类是形成或稳定奥氏体的元素：C、Ni、Mn、N和Cu等；另一类是缩小或封闭奥氏体区即形成铁素体的元素：Cr、Si、Mo、Ti、Nb、V、W和Al等。第2页/共104页 不锈钢实际上是不锈钢和耐（酸）蚀钢的总称。在空气或弱介质中能抵抗侵蚀的钢称为不锈钢。在某些强腐蚀介质中能抵抗侵蚀的钢称为耐蚀钢。不锈钢不一定能耐（酸）腐蚀，而耐蚀钢一定具有良好的耐蚀性。能力知识点1 不锈钢的类型第3页/共104页能力知识点1 不锈钢的类型按主要化学成分分类铬不锈钢：Cr=12%13%，基本类型为Cr13铬镍不锈钢：Cr=12%30%，Ni=6%12%基本类型为Cr18Ni9铬锰氮不锈钢：节镍型奥氏体不锈钢，基本类型为1Cr18Mn8Ni5N第4页/共104页能力知识点1 不锈钢的类型按用途分类不锈钢：习惯含义，如高铬钢类1Cr13、2Cr13低碳超低碳铬镍钢1Cr18Ni9Ti、00Cr25Ni22Mo2高纯不锈钢000Cr19Ni15（工作温度500下）抗氧化钢：高温9001100抗氧化，对高温强度要求不高，如高铬钢1Cr17、1Cr25Si2铬镍钢2Cr25Ni20、2Cr25Ni20Si2热强钢：具有500800抗氧化和一定高温强度如铬镍钢1Cr18Ni9Ti、4Cr25Ni34、多元化高铬钢1Cr12MoWV第5页/共104页能力知识点1 不锈钢的类型按组织分奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢铁素体不锈钢铁素体不锈钢马氏体不锈钢沉淀硬化不锈钢奥氏体-铁素体双相不锈钢第6页/共104页能力知识点1 不锈钢的类型1铁素体不锈钢 室温组织为铁素体，铬的质量分数Cr在11.532.0的范围内。随Cr增加，其耐酸性能提高；加入钼后，则可以提高耐酸腐蚀性和抗应力腐蚀的能力。典型牌号有00Cr12、1Cr17、00Cr17Mo、00Cr30Mo2等 主要用于制造硝酸化工设备的吸收塔、热交换器、储运和运输硝酸用的槽罐以及制造不承受冲击载荷的其它零部件和设备。第7页/共104页能力知识点1 不锈钢的类型 根据C和N的总含量，铁素体不锈钢分为普通纯度和超高纯度两个系列。（1）普通纯度铁素体不锈钢 其碳的质量分数wc为0.1左右，并含有少量的氮，其典型的牌号为1Cr17、1Cr17Mo等。与奥氏体不锈钢相比，缺点是材质较脆，焊接性较差。其主要原因是其中碳和氮的总质量分数较高、在高温加热条件下造成钢的脆性转变温度升高。（2）超高纯度铁素体不锈钢 通过真空或保护气体精炼技术炼出超低碳和超低氮含量（C+N总的质量分数0.0250.035）的超高纯度铁素体不锈钢，其典型牌号有00Cr18Mo2和00Cr27Mo等。这类钢不论在韧性、耐蚀性还是焊接性等方面均优于普通纯度的铁素体不锈钢，并得到了广泛的应用。第8页/共104页能力知识点1 不锈钢的类型2马氏体不锈钢 室温组织为马氏体，铬的质量分数Cr在11.518.0范围内，碳的质量分数C最高可达1.0。马氏体不锈钢具有一定的耐酸腐蚀性和较好的热稳定性及热强性。主要用于力学性能要求较高、且在弱腐蚀介质中工作的零件和工具，也可作为温度在700以下长期工作的耐热钢使用，如汽轮机的叶片、内燃机排气阀和医疗器械等。这类钢的焊接性较差，其典型牌号的钢板有1Cr13、2Cr13、3Cr13、1Cr17Ni2等。第9页/共104页能力知识点1 不锈钢的类型3奥氏体不锈钢 室温组织为奥氏体，是在高铬不锈钢中加入适当的镍（wNi为825）而形成的。奥氏体不锈钢是以Cr18Ni9铁基合金为基础，在此基础上随着用途的不同，发展了六大系列奥氏体不锈钢：1）在0Cr18Ni9的基础上降低碳的质量分数，获得00 Cr19Ni10等超低碳不锈钢，耐蚀性提高；在此基础上加入Mo、Cu、Ti，获得00 Cr17Ni14Mo2、00 Cr18Ni14Mo2Cu2Ti等，抗还原性酸的能力提高；2）在0Cr18Ni9的基础上增加碳的质量分数，获得1Cr18Ni9等，强度提高；第10页/共104页能力知识点1 不锈钢的类型3）在0Cr18Ni9基础上加入Ti、Nb等稳定碳化物元素，获得0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni11Nb等，抗晶间腐蚀的能力提高；4）在0Cr18Ni9的基础上加入Mo、Cu、Ti等元素，获得1Cr18Ni12Mo2Ti、1Cr18Ni12Mo3Ti、0Cr18Ni12Mo2Cu2等，抗还原酸腐蚀的能力和抗晶间腐蚀的能力提高；5）在0Cr18Ni9基础上加入Cr、Ni等元素，可获得1Cr23Ni13、1Cr25Ni20等，耐热性提高；6）在0Cr18Ni9基础上用Mn、N代Ni，节约了Cr、Ni，获得1Cr17Mn6Ni5N、1Cr18Mn8Ni5N，成本降低。第11页/共104页能力知识点1 不锈钢的类型 奥氏体不锈钢不能利用热处理进行强化，一般情况下没有磁性，但冷加工后因诱导马氏体而有弱磁性，奥氏体不锈钢属于耐蚀钢，应用最广泛，其中以18-8型不锈钢最具有代表性，其具有较好的力学性能，便于机加工、冲压和焊接。其对溶液中含有氯离子（Cl-）的介质特别敏感，易于发生应力腐蚀。18-8型不锈钢按其化学成分中的碳的含量不同，可分为三个等级：一般含碳量（wc0.15%）、低碳级（wc0.08%）和超低碳级（wc0.03%）。如1Cr18Ni9、0Cr18Ni9、00Cr18Ni9三种钢材分别属于上述三个等级。部分奥氏体不锈钢可作为耐热钢使用第12页/共104页能力知识点1 不锈钢的类型4.奥氏体-铁素体型双相不锈钢 室温组织为奥氏体+铁素体，与含碳量相同的奥氏体不锈钢相比，具有较小的晶间腐蚀倾向和较高的力学性能，且韧性比铁素体不锈钢好。同时，由于少量铁素体的存在，还有利于防止热裂纹的形成。当铁素体的体积分数在3060时，不锈钢具有特殊的抗点蚀、抗应力腐蚀的性能，如00Cr18Ni5Mo3Si2、0Cr26Ni5Mo2等牌号，这类钢的屈服点约为一般奥氏体不锈钢的两倍。广泛应用于化肥厂和化工厂等设备装置，其机械加工、冷冲压和焊接性能良好，且具有较好的耐蚀性能。第13页/共104页能力知识点1 不锈钢的类型沉淀硬化不锈钢 沉淀硬化不锈钢是在不锈钢中单独或复合添加硬化元素，通过适当热处理获得高强度、高韧性并具有良好耐蚀性能的一类不锈钢。曲型的有马氏体沉淀强化钢0Cr17Ni4Cu4Nb(简称17-4PH)，半奥氏体（A+M）沉淀强化钢0Cr17Ni7Al(简称17-7PH)，这类钢也叫PH不锈钢。通常作为耐磨、耐蚀、高强度结构件，如轴、齿轮、弹簧、阀等零件以及高强度压力容器、化工处理设备和航空航天设备等。第14页/共104页能力知识点2 不锈钢的性能1不锈钢的物理性能 A不锈钢的线膨胀系数比低碳钢大将近50，而热导率仅为低碳钢的1/3左右。F不锈钢和M不锈钢的线膨胀系数与低碳钢相近，而热导率仅为低碳钢的1/2左右。由于A不锈钢的特殊物理性能，在焊接过程中会引起较大的焊接变形，在异种钢焊接时，会产生很大的残余应力，是焊接接头产生裂纹的主要原因之一。A不锈钢通常是非磁性的，当冷加工硬化产生马氏体相变时，将产生磁性，可用热处理方法来消除马氏体和磁性。第15页/共104页能力知识点2 不锈钢的性能2不锈钢的力学性能 各类不锈钢的力学性能见表4-2（教材P67）。A不锈钢的综合性能最好，既有足够的强度，又有极好的塑性，同时硬度也不高。其强度、硬度，随着温度的降低而提高，塑性则随着温度降低而减小，具有较高的冷加工硬化性。M不锈钢在退火状态下，硬度最低，可通过淬火硬化，正常使用时回火状态的硬度又稍有下降。F不锈钢的特点是常温塑性低。当在高温长时间加热时，可能导致475脆化，脆性相产生或晶粒粗大等，使力学性能进一步恶化。第16页/共104页能力知识点2 不锈钢的性能不锈钢的耐蚀性能 不锈钢的主要腐蚀形式有均匀腐蚀（表面腐蚀）、点腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀和应力腐蚀破裂等五种。（1）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的现象。由于不锈钢中铬的质量分数在12.5以上，在氧化性介质中容易在表面形成富铬氧化膜，该膜能够阻止金属的离子化而产生钝化作用，同时还能提高基体的电极电位，因此提高了不锈钢的耐均匀腐蚀性能。第17页/共104页能力知识点2 不锈钢的性能（2）晶间腐蚀 晶间腐蚀是起源于金属表面沿金属晶界发生的有选择的深入金属内部的腐蚀。该种腐蚀是一种局部腐蚀，能够导致晶粒间的结合力丧失，使材料强度几乎消失。所以在所有的腐蚀形式中，晶间腐蚀的危害性最大，容易造成设备突然破坏，而在金属外形上没有任何变化。奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢均会产生晶间腐蚀。第18页/共104页能力知识点2 不锈钢的性能（3）点蚀 点蚀是指在金属表面产生的尺寸约小于1.0的穿孔性或蚀坑性的宏观腐蚀。主要是由材料表面钝化膜的局部破坏所引起的，经试验研究表明，材料的阳极电位值越高，抗点蚀能力越好。超低碳高铬镍含钼奥氏体不锈钢和超高纯度含钼高铬铁素体不锈钢均有较高的耐点蚀性能。第19页/共104页能力知识点2 不锈钢的性能（4）缝隙腐蚀 缝隙腐蚀是金属构件缝隙处发生的斑点状或溃疡形宏观蚀坑，常发生在垫圈、铆接、螺钉连接缝、搭接的焊接接头等部位。主要是由介质的电化学不均匀性引起的。0Cr18Ni9及00Cr17Ni14Mo2型奥氏体不锈钢、铁素体及马氏体不锈钢在海水中均有缝隙腐蚀的倾向。适当增加铬、钼含量可以改善抗缝隙腐蚀的能力。实际上只有采用钛、高钼镍基合金和铜合金等才能有效地防止缝隙腐蚀的发生。因此，改变介质成分和结构形式是防止缝隙腐蚀的重要措施。第20页/共104页能力知识点2 不锈钢的性能（5）应力腐蚀破裂 应力腐蚀破裂是指在拉伸应力与电化学介质的共同作用下，因阳极溶解过程而引起的断裂。其产生的条件如下：1）引起应力腐蚀破裂的介质条件：应力腐蚀的最大特点之一是在腐蚀介质与材料的组合上有选择性。在非特定组合条件下不产生应力腐蚀。如奥氏体不锈钢的应力腐蚀发生在在溶液中Cl-和含氧量共存并达到一定程度。对此种现象又常称为氯脆。2）应力条件：应力腐蚀破裂是在拉应力作用下才能产生，在压应力的作用下不会产生。3）材料条件：一般条件下纯金属不产生应力腐蚀，应力腐蚀均发生在合金中。在晶界上的合金元素是引起合金的晶间型开裂的应力腐蚀的重要原因。第21页/共104页能力知识点1 奥氏体不锈钢的焊接性 奥氏体不锈钢属于面心立方晶体结构，具有良好塑、韧性，成型加工性好，焊接时很少产生冷裂纹，其焊接时存在的主要问题是：焊缝及热影响区热裂纹敏感性大。接头产生碳化铬沉淀析出，耐蚀性下降。接头中铁素体含量高时，可能出现475脆化或相脆化。第22页/共104页能力知识点1 奥氏体不锈钢的焊接性一、焊接热裂纹 单相奥氏体不锈钢焊接时，具有较高的热裂纹敏感性。在焊缝及近缝区都有可能出现热裂纹，最常见的是焊缝凝固裂纹，也可能在HAZ或多层焊道间金属出现液化裂纹。奥氏体不锈钢具有较大的热裂纹敏感性，主要取决于其化学成分、组织与性能特点。第23页/共104页能力知识点1 奥氏体不锈钢的焊接性1.焊接接头产生热裂纹的原因1)化学成分：奥氏体不锈钢中的合金元素较多，尤其是含有一定数量的镍，它易与硫、磷等杂质形成低熔点共晶，如Ni-S共晶熔点为645，Ni-P共晶熔点为880，比Fe-S、Fe-P共晶的熔点更低，危害性也更大。其他一些元素如硅、硼、铌等元素，也能形成有害的易熔晶间层，这些低熔点共晶会促使热裂纹的产生。第24页/共104页能力知识点1 奥氏体不锈钢的焊接性2)组织：奥氏体不锈钢钢焊缝易形成方向性强的粗大柱状晶组织，有利于有害杂质元素的偏析，从而促使形成连续的晶间液膜，提高了热裂纹的敏感性。3)性能：从奥氏体不锈钢的物理性能看，它具有热导率小、线膨胀系数大的特点，因而在焊接局部加热和冷却条件下，易产生较大的焊接残余拉应力，进一步促进焊接热裂纹的产生。碳素钢、低合金高强钢热裂纹产生原因与奥氏体不锈钢热裂纹产生是否相同？第25页/共104页能力知识点1 奥氏体不锈钢的焊接性2防止奥氏体不锈钢产生热裂纹的主要措施（1）冶金措施1）严格控制焊缝金属中有害杂质元素的含量。2）调整焊缝化学成分使焊缝金属形成奥氏体铁素体双相组织，能够有效地防止焊缝热裂纹的产生。如18-8钢焊缝组织中有少量铁素体（）相存在，则抗裂性能大大提高，如图4-1所示。这是因为相的存在打乱了奥氏体焊缝柱状晶的方向性（如图4-2所示）、细化了晶粒，低熔点的杂质被铁素体分散和隔开，避免了低熔点杂质呈连续网状分布，从而阻碍热裂纹扩展和延伸；相能溶解较多的硫、磷等微量元素，使其在晶界上的数量大减少，从而提高焊缝抗热裂纹的能力。常用铁素体化的元素有铬、钼、钒等。第26页/共104页图图4-1 相含量对焊接热裂倾向的影响相含量对焊接热裂倾向的影响相含量对焊接热裂倾向的影响相含量对焊接热裂倾向的影响第27页/共104页图图4-2 相在奥氏体基体上的分布相在奥氏体基体上的分布 a)单相单相 b)+第28页/共104页能力知识点1 奥氏体不锈钢的焊接性3）控制焊缝金属中的铬镍比：对于18-8型不锈钢来说，当焊接材料的铬镍比小于1.61时，就易产生热裂纹；而铬镍比达到2.33.2时，就可以防止热裂纹的产生。4）在焊缝金属中加入少量的铈、锆、钽等微量元素 这些元素可以细化晶粒，也可以减少焊缝对热裂纹的敏感性。冶金因素通过选择焊接材料来达到调整焊缝化学成分的目的。目前我国生产的18-8型不锈钢焊条的熔敷金属，都能获得奥氏体-铁素体双相组织。第29页/共104页能力知识点1 奥氏体不锈钢的焊接性（2）工艺措施 焊接时应尽量减小熔池过热程度，以防止形成粗大的柱状晶。为此焊接时宜采用小热输入及小截面的焊道，多层焊时，道间温度不宜过高，以避免焊缝过热；焊接过程中焊条不允许摆动，采用窄焊缝的操作技术。此外，为防止在25-20型奥氏体不锈钢的焊接接头中产生液化裂纹，除了严格限制母材中的杂质含量，控制母材的晶粒度以外，在工艺上应尽量采用高能量密度的焊接方法、小热输入和提高接头的冷却速度等措施，以减少母材的过热和避免近缝区晶粒的粗化。第30页/共104页能力知识点1 奥氏体不锈钢的焊接性二、焊接接头的晶间腐蚀 有些奥氏体不锈钢的焊接接头，在腐蚀介质中工作一段时间后可能发生局部沿着晶粒边界的腐蚀，一般称此种腐蚀为晶间腐蚀，0Cr18Ni9不锈钢晶间腐蚀如图4-3所示。根据母材类型和所采用焊接材料与焊接工艺不同，奥氏体不锈钢焊接接头可能发生焊缝晶间腐蚀、HAZ敏化区（6001000）晶间腐蚀、熔合区附近的刀状腐蚀，如图4-4所示。第31页/共104页图图4-3 0Cr18Ni9不锈钢晶间腐蚀不锈钢晶间腐蚀第32页/共104页图图4-4 奥氏体不锈钢焊接接头奥氏体不锈钢焊接接头可能发生晶间腐蚀的部位可能发生晶间腐蚀的部位a焊缝区焊缝区 bHAZ敏化区敏化区 c熔合区熔合区第33页/共104页能力知识点1 奥氏体不锈钢的焊接性1晶间腐蚀（1）产生晶间腐蚀的原因 奥氏体不锈钢焊缝和HAZ敏化区的晶间腐蚀，都与敏化过程使晶界形成贫铬层有关。焊缝产生晶间腐蚀可有两种情况：一种是焊态下已有Cr23C6析出，如多层焊缝的重复加热区域。另一种为接头在焊态下无贫铬层，焊后经过敏化温度区间，因而具有晶间腐蚀倾向。第34页/共104页能力知识点1 奥氏体不锈钢的焊接性 奥氏体不锈钢焊接接头敏化温度范围为6001000。奥氏体不锈钢在加热到450850时，对晶间腐蚀最敏感，此温度区间称敏化温度区。当温度低于450时，碳原子活动能力很弱，Cr23C6析出困难不会形成贫铬层。当温度高于850时，晶粒内部的铬获得了足够的动能，扩散到晶界，从而使已形成的贫铬层消失。在450850温度区间内，既有利于Cr23C6的析出，晶粒内部的铬原子又不能扩散到晶界，最容易形成贫铬层，对晶间腐蚀最敏感。但在450850温度区间加热足够长的时间，晶内的铬原子也可以扩散到晶界使贫铬层消失（实际生产中很少采用？）。第35页/共104页能力知识点1 奥氏体不锈钢的焊接性（2）防止焊接接头产生晶间腐蚀的措施1）冶金措施使焊缝金属形成奥氏体-铁素体双相组织，其铁素体的体积分数应在412范围内。在焊缝金属中渗入比铬更容易与碳结合的稳定化元素，如钛、铌、钽和锆等。超低碳有利于防止晶间腐蚀。第36页/共104页能力知识点1 奥氏体不锈钢的焊接性2）工艺措施选择合适的焊接方法即热输入最小，让焊接接头尽可能地缩短在敏化温度区间停留时间。焊接参数应在保证焊缝质量的前提下，采用小的焊接电流、最快的焊接速度。在操作上尽量采用窄焊缝，多道多层焊，焊条或焊丝不摆动；并注意每焊完一道焊缝后，要等焊接处冷却至室温再进行下一道焊缝的焊接。强制焊接区的快速冷却。进行固溶处理或稳定化处理。第37页/共104页能力知识点1 奥氏体不锈钢的焊接性2.刀状腐蚀（1）刀状腐蚀产生的原因 刀状腐蚀简称刀蚀，它是焊接接头中特有的一种晶间腐蚀，只发生在含有Ti、Nb等稳定化元素的奥氏体不锈钢焊接接头中。腐蚀部位沿熔合线发展，处于HAZ的过热区，由于区域很窄（电弧焊一般为1.01.5），形状有如刀削切口，故称为刀状腐蚀。高温过热和中温敏化是导致焊接接头过热区产生刀蚀的重要条件。刀蚀产生的原因也与Cr23C6沉淀造成贫铬层有关。第38页/共104页图图4-5 1Cr18Ni2Mo2Ti不锈钢焊接接头的刀不锈钢焊接接头的刀状腐蚀形貌状腐蚀形貌第39页/共104页能力知识点1 奥氏体不锈钢的焊接性（2）防止刀蚀的措施降低母材的含碳量。采用合理的焊接工艺 选择较小的热输入，以减小过热区在高温停留时间，避免产生“中温敏化”的效果。双面焊时，与腐蚀介质接触的焊缝应尽量最后施焊，否则应调整焊接参数及焊缝形状，尽量避免与腐蚀介质接触的过热区再次受到敏化加热，如图4-6所示。焊接过程中或焊后采用强制冷却，使焊缝快速冷却。焊后矫正，采用冷矫方法进行。对腐蚀性能要求较高的焊件，必要时进行焊后的稳定化处理或固溶处理。第40页/共104页图图4-6 第二面焊缝的敏化区对刀蚀的影响第二面焊缝的敏化区对刀蚀的影响 a)敏化区与腐蚀介质不接触敏化区与腐蚀介质不接触b)敏化区与腐蚀介质接触敏化区与腐蚀介质接触 第41页/共104页能力知识点1 奥氏体不锈钢的焊接性三、应力腐蚀开裂(SCC)1.应力腐蚀开裂产生原因 应力腐蚀开裂是在拉应力和特定腐蚀介质共同作用下而发生的一种破坏形式。应力腐蚀开裂引起的事故占整个腐蚀破坏事故的60以上。奥氏体不锈钢焊接接头容易出现应力腐蚀开裂，是因为其特定的物理性能引起巨大的焊接残余应力，加速了腐蚀介质的作用，最不易解决。第42页/共104页能力知识点1 奥氏体不锈钢的焊接性2防止应力腐蚀开裂的措施1）合理地设计焊接接头，避免腐蚀介质在焊接接头部位聚集，降低或消除焊接接头应力集中。2）消除或降低焊接接头的残余应力。3）正确选用材料：如提高含镍量可提高抗应力腐蚀能力；硅可使氧化膜致密；钼有利于防止点蚀引起的应力腐蚀；超低碳利于提高抗应力能力。第43页/共104页能力知识点2 奥氏体不锈钢的焊接工艺要点焊前准备（1）下料方法 用机械切割、等离子弧切割及碳弧气刨（能否用氧乙炔火焰切割）等方法进行下料或坡口加工。（2）焊前清理 焊前应将坡口及其两侧2030范围内的焊件表面清理干净。（3）表面防护 在搬运、坡口制备、装配及点焊过程中，应注意避免损伤表面，以免使产品的耐蚀性能降低。（4）考虑自冷作硬化（屈服点提高40%，塑性下降）第44页/共104页焊接方法 奥氏体不锈钢可以采用所有的熔焊方法，如焊条电弧焊、TIG焊、MIG焊、埋弧焊、等离子弧焊等进行焊接。最适宜采用什么样的焊接方法？能否采用CO2气体保护焊？能力知识点2 奥氏体不锈钢的焊接工艺要点第45页/共104页焊接材料 对于在高温条件下工作的奥氏体不锈钢，填充材料的合金成分大致与母材成分匹配，同时焊缝金属中铁素体含量不能超过5%。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，其含碳量不能高于母材。腐蚀性弱或仅为避免锈蚀污染的设备，可选用含Ti或Nb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Mo的焊接材料。能力知识点2 奥氏体不锈钢的焊接工艺要点第46页/共104页焊接工艺要点 根据奥氏体不锈钢对抗裂性和耐蚀性的要求，焊接时要注意以下几点：（1）焊前不预热。（2）防止接头过热。焊接电流比低碳钢时小1020，短弧快速直线运条，减少起弧、收弧次数，尽量避免重复加热，强制冷却焊缝（加铜垫板、喷水冷却等）。（3）要保证工件表面完好无损。（4）焊后热处理。能力知识点2 奥氏体不锈钢的焊接工艺要点第47页/共104页焊后清理 焊后，焊缝必须进行酸洗、钝化处理。常用的酸洗方法有两种：酸液酸洗（浸泡2545min）和酸膏酸洗（呈白亮）。钝化在酸洗后进行，用钝化液在部件表面揩一遍，然后用冷水冲洗，再用抹布仔细擦洗，最后用温水冲洗干净并干燥。经钝化处理后的不锈钢制品表面呈白色，具有较好的耐蚀性。能力知识点2 奥氏体不锈钢的焊接工艺要点第48页/共104页能力知识点3 双相不锈钢的焊接性及其工艺要点 由于奥氏体不锈钢存在应力腐蚀现象，使其在化工、炼油等工业中的应用受到制约，而双相奥氏体不锈钢却能很好解决此问题。国家标准中的双相不锈钢牌号有00Cr18Ni5Mo3Si2、1Cr21Ni5Ti和0Cr26NiMo2等三类。其化学成分见表4-，在石油化工等工业设备中用于取代奥氏体不锈钢。第49页/共104页能力知识点3 双相不锈钢的焊接性及其工艺要点表4 4三类双相不锈钢的化学成分类型牌号化学成分（质量分数）/%CCrNiMoSiMnN其它Cr1800Cr18Ni5Mo3Si20.0318.019.54.55.52.53.01.32.01.02.00.10Cr211Cr21Ni5Ti0.090.1420.022.04.85.80.80.8Ti(C%-0.02)0.80Cr250Cr26NiMo20.0823.028.03.06.01.03.01.01.5-第50页/共104页能力知识点3 双相不锈钢的焊接性及其工艺要点 通过铬当量和镍当量的计算，再通过舍夫勒的不锈钢组织图（图4-6），找出该类钢所处位置即可判断铁素体相和奥氏体相含量。三类不锈钢相比例（体积分数）大致为：铁素体相为4060，奥氏相为6040。这个相比例为双相不锈钢的理想比例，对提高耐应力腐蚀能力极为有利。第51页/共104页图图4-7 舍夫勒不锈钢组织图舍夫勒不锈钢组织图第52页/共104页能力知识点3 双相不锈钢的焊接性及其工艺要点 双相不锈钢具有良好的焊接性，焊接材料选择合适，不会发生冷、热裂纹；接头力学性能基本上能够满足使用要求。焊接接头具有良好的耐应力腐蚀能力，耐点蚀和缝蚀的能力也均优于奥氏体不锈钢，抗晶间腐蚀能力和奥氏体不锈钢相当。接头过热区的铁素体晶粒不可避免地会粗大，从而将降低该区域的耐蚀性。第53页/共104页能力知识点3 双相不锈钢的焊接性及其工艺要点1r18型双相不锈钢的焊接 具有较好的焊接性。但在热影响区中会出现单相铁素体，对焊接接头耐应力腐蚀、晶间腐蚀和力学性能均有影响。可以采用所有的熔焊方法，如焊条电弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊、埋弧焊、等离子弧焊等。其中最常用的是焊条电弧以焊和氩弧焊。焊条电弧焊适用于中、厚板的焊接，一般选用E309Mo-16（A312）焊条。焊前不需要预热、焊后也不进行热处理。第54页/共104页能力知识点3 双相不锈钢的焊接性及其工艺要点 为减少和防止焊缝和热影响区产生单相铁素体组织，以及晶粒粗大的粗大化，应采取以下措施。（1）尽量选用小的热输入量。（2）采用窄焊缝多道焊，道间温度小于100，施焊过程中焊条不允许作横向摆动。（3）接触腐蚀介质的焊缝要先焊，使最后一道焊缝移至非接触介质一面。（4）如果要求接触介质的焊缝必须最后施焊，则在此焊缝上加一道工艺焊缝，此工艺焊缝焊后必须除掉，目的也是给接触介质的焊缝进行一次热处理。第55页/共104页能力知识点3 双相不锈钢的焊接性及其工艺要点2r21型双相不锈钢的焊接 具有良好焊接性 焊接方法主要是焊条电弧焊和钨极氩弧焊。焊条电弧焊可选用E309和E309L型焊条；氩弧焊可选用H0Cr20Ni14Mo3焊丝作为填充金属。施焊时，为了防止热影响区晶粒粗大，尽量使用小的焊接热输入，其余工艺同r18型双相不锈钢的焊接。第56页/共104页能力知识点3 双相不锈钢的焊接性及其工艺要点3r25型双相不锈钢的焊接 具有良好的焊接性，产生裂纹的倾向较小。焊接方法可选用焊条电弧焊和氩弧焊。焊接材料选与母材金属成分相同的填充金属材料或镍基焊丝；焊条可采用E310焊条和镍基焊条。焊接时，焊前不需要预热，焊后不需要热处理，但要选用小的焊接热输入。焊后对焊接接头进行固溶处理（10501080）。第57页/共104页能力知识点4 曲型奥氏体不锈钢的焊接工艺1 Cr1 8Ni9奥氏体不锈钢的焊接工艺一、奥氏体不锈钢的性能和焊接性分析11Cr18Ni9奥氏体不锈钢的性能(1)1Crl8Ni9奥氏体不锈钢的物理性能，见表l。第58页/共104页(2)1Crl8Ni9奥氏体不锈钢的力学性能，见表2第59页/共104页21Crl8Ni9奥氏体不锈钢焊接性分析21 焊接裂纹(1)1Crl8Ni9奥氏体不锈钢的导热系数大约只有低碳钢的一半，而线膨胀系数却大得多，所以焊后在接头中会产生较大的焊接内应力。(2)1Cr18Ni9奥氏体不锈钢中的成分，如碳、硫、镍等会在熔池中形成低熔点共晶。如硫与镍形成的Ni，S2熔点为645C，而NiNi，S2共晶的熔点只有625。第60页/共104页(3)1Cr18Ni9奥氏体不锈钢的液、固相线的区间较大，结晶时间较长，且奥氏体结晶的枝晶方向性强，所以杂质偏析现象比较严重。综上所述，1Crl8Ni9奥氏体不锈钢焊接时比较容易产生焊接热裂纹，包括焊缝的纵向和横向裂纹、火口裂纹、打底焊的根部裂纹和多层焊的层间裂纹等。第61页/共104页22 焊接接头的晶间腐蚀 晶间腐蚀发生于晶粒边界，所以叫晶间腐蚀。它是奥氏体金属最危险的破坏形式之一。不锈钢具有抗腐蚀能力的必要条件是含铬量大于12。当含铬量小于12时，就会失去抗腐蚀能力。奥氏体不锈钢就是由于晶界处形成贫铬区(含铬量小于12)而造成的。其原因是奥氏体不锈钢处在450C850C温度下，碳在奥氏体中的扩散速度大于铬在奥氏体中的扩散速度。第62页/共104页 室温下碳在奥氏体中的溶解度很小，约为002一003，当奥氏体钢中含碳量超过002 003时，碳就不断地向奥氏体晶界扩散，并和铬化合形成铬化物(C C6)。但由于铬比碳原子半径大，扩散速度小，来不及向晶界扩散，晶界附近大量的铬和碳化合成碳化铬，造成奥氏体边界的贫铬区，当其含铬量小于12时，便失去抗腐蚀能力，在腐蚀介质中使用，会引起晶间腐蚀。第63页/共104页二、1Crl8Ni9奥氏体不锈钢焊接工艺1 焊接方法1Crl8Ni9奥氏体不锈钢的焊接，即可采用焊条电弧焊，也可采用氩弧焊、埋弧自动焊、等离子弧焊等焊接方法进行焊接。在此采用焊条电弧焊的焊接工艺焊接1Cri8Ni9奥氏体不锈钢。第64页/共104页2焊条选择 由于1Crl8Ni9奥氏体不锈钢在焊接时容易产生焊接热裂纹和晶间腐蚀等缺陷。因此，在焊条电弧焊时，应选用焊条EO一1910Nb一15或焊条EO一1910Nb一16。首先，该种焊条的含碳量低，约为005 007。碳是造成晶间腐蚀的主要元素，碳含量在008以下时，能够析出碳的数量较少，碳含量在008以上时，能够析出碳的数量迅速增加。同时碳也是造成焊接热裂纹的主要元素之一，碳在奥氏体不锈钢中易形成低熔点共晶。所以，应选用该种含碳量低的不锈钢焊条。其次，该种焊条含有元素铌，约为0508。铌与碳的亲和能力比铬强，能够与碳结合成稳定的碳化物，从而避免在奥氏体晶界造成贫铬，对提高抗晶间腐蚀能力起到良好的作用。第65页/共104页 其三，该种焊条含铬量约为85。铬在焊缝中能形成铁素体组织。因为铬在铁素体中的扩散速度比在奥氏体中快，因此铬在铁素体内较快地向晶界扩散，减轻了奥氏体晶界的贫铬现象，防止晶间腐蚀的产生。同时，在焊缝中形成的铁素体和奥氏体双相组织是防止焊接热裂纹的重要措施。当焊缝中有5左右的铁素体时，便可使奥氏体的晶粒长大受到阻碍，打乱柱状晶的方向，因而细化了晶粒，使焊缝的杂质均匀分散，防止杂质的聚集。并且铁素体还可以比奥氏体溶解更多的杂质，从而减少了低熔点共晶物在奥氏体晶格边界上的偏析。其四，该种焊条是碱性焊条低氢型药皮。低氢型不锈钢焊条的抗热裂性较高，有利于防止焊接热裂纹的产生。第66页/共104页3焊接工艺31 焊前准备 根据钢板厚度及接头形式，用机械加工、等离子切割或碳弧气刨等方法下料和加工坡口。对接接头板厚超过3 mm须开坡口，为了避免焊接时碳和杂质混入焊缝，在焊前应将焊缝两侧20 mm30 mm范围内用丙酮擦净，并涂白垩粉，以避免表面被飞溅金属损伤。第67页/共104页32 点固焊点固焊所用的焊条与正式焊接所用的焊条型号应相同，并且直径要稍细些。点固焊焊点高度不超过工件厚度的23，长度不超过30 mm。33 焊接工艺(1)采用小规范工艺参数可防止晶间腐蚀、热裂纹及焊接变形的产生。焊接电流应比焊接低碳钢时低20左右，见表3。第68页/共104页焊条直径mm2.53.24.05.0焊接电流A508080110110150160200表3 焊接规范为了便于记忆，焊接电流也可按焊条直径的25 35倍估算。第69页/共104页(2)为了保证电弧稳定燃烧，可采用直流反接法。(3)采用短弧焊，收弧要慢，填满弧坑。(4)与腐蚀介质接触的面最后焊接。(5)多层焊时要控制层间温度(21%时，如果在520820之间长期加热，会形成硬而脆的铁铬金属间化合物，使材料的脆性增大。475脆性是指铁素体不锈钢在wCr15.5，并在温度400500长期加热时，常常出现强度升高而韧性下降的现象。能力知识点1 铁素体不锈钢的焊接性第79页/共104页 防止焊接接头脆化的措施1）采用小的热输入即小电流、高焊速，禁止横向摆动，待前一道焊缝冷却到预热温度后，再焊下一道焊缝。2）焊后进行750800退火处理退火后应快冷，防止出现相和475脆化。3）对超纯铁素体不锈钢主要是防止焊缝的污染，以避免焊缝增加C、N、O的水平。能力知识点1 铁素体不锈钢的焊接性第80页/共104页能力知识点2 铁素体不锈钢的焊接工艺要点 由于铁素体不锈钢焊接时存在晶间腐蚀、接头脆化问题，所以焊接工艺具有以下特点：一、焊接方法的选择 铁素体不锈钢适用的焊接方法很广，常用的有焊条电弧焊、药芯焊丝电弧焊、TIG焊、MAG焊、埋弧焊、等离子弧焊、真空电子束焊等。无论采用何种焊接方法，都应以控制热输入为目的，以防止晶粒粗大化。第81页/共104页能力知识点2 铁素体不锈钢的焊接工艺要点二、焊接材料的选择 铁素体不锈钢适用的焊接材料主要有二类：1.同质铁素体型 采用同质焊材，焊缝与母材有相同的颜色形貌，相同的线胀系数和相近的耐蚀性，但组织呈粗大铁素体，韧性较差，为改善其性能，应尽量限制杂质含量，提高纯度，并进行合理的合金化，如向焊缝中添加钛、铌等改善韧性的合金元素。第82页/共104页能力知识点2 铁素体不锈钢的焊接工艺要点二、焊接材料的选择 铁素体不锈钢适用的焊接材料主要有二类：2.奥氏体型 在不宜预热或焊后热处理时可选择此类焊材，但应该注意以下几点：1）焊后不可退火：因为此种钢的退火温度为787843，正好处于敏化温度区，易引起晶间腐蚀与脆化，除非焊缝为超低碳或含钛、铌，再者因为其母材与焊缝具有不同线胀系数，退火处理无法去应力。第83页/共104页能力知识点2 铁素体不锈钢的焊接工艺要点三、低温预热及焊后热处理 为了防止铁素体不锈钢因室温韧性太低、高温易形成脆化而导致裂纹，采取适当的低温预热可以使焊接接头处于富有韧性的状态下焊接，能有效防止裂纹产生，但为了防止晶粒粗大，预热温度应控制在100200,随铬含量的增加,预热温度可适当提高，但不可过高，以防止接头过热而脆化。第84页/共104页能力知识点2 铁素体不锈钢的焊接工艺要点三、低温预热及焊后热处理 高铬铁素体钢具有晶间腐蚀倾向，焊后经750850退火处理，可以使铬及时补充贫铬区，恢复其耐蚀性，并可改善接头塑性，但退火后应快冷，以防止475脆化，其次，高铬钢在550820长期加热时会出现 相，而在820以上时其可以重新溶解，所以加热和冷却过程应尽可能快速冷却。第85页/共104页能力知识点2 铁素体不锈钢的焊接工艺要点四、其它事项 铁素体不锈钢在900以上极易粗化且难以消除，且因热处理时没有相变，所以通过热处理没法细化晶粒，因此焊接时应尽量采用小的热输入和快速冷却，多层焊接时还应严格控制层间温度。高纯度铁素体钢由于碳和氮的含量很低，焊接性良好，高温脆化不显著，无须焊接预热、焊后热处理，但防止焊接材料表面和熔池沾污非常重要。第86页/共104页能力知识点3 曲型铁素体不锈钢的焊接工艺一、普通铁素体不锈钢的焊条电弧焊工艺 在焊前准备工作中,下料方法的选择、焊前清理和表面保护与奥氏体不锈钢的焊接工艺相同。填充金属主要分为两类：一类是同质的铁素体型焊条。另一类为异质的奥氏体型（镍基合金）焊条。第87页/共104页能力知识点3 曲型铁素体不锈钢的焊接工艺操作要点：（1）采用小的热输入，选用小直径的焊接材料。（2）采用窄道快速焊接，多层多道焊，焊接时，不允许摆动施焊。（3）多层焊时，要严格控制道间温度在150左右，不宜连续施焊。（4）采用强制冷却焊缝的方法，如通氩气冷却、通水冷却或加铜垫板冷却。第88页/共104页能力知识点3 曲型铁素体不锈钢的焊接工艺2超高纯度铁素体不锈钢的焊接工艺焊接方法：氩弧焊、等离子弧焊和真空电子束焊。工艺措施：（1）增加对熔池的保护。（2）焊接时要采用提前送氩气，滞后停气的焊接设备。（3）提高氩气的纯度，用高纯度氩气进行施焊。（4）操作时，焊工不允许将焊丝末端离开保护区。（5）焊缝背面要通氩气保护，最好采用通氩气的水冷铜垫板，减少过热，增加冷却速度。（6）尽量减小热输入，多层焊时要控制道间温度低于100。第89页/共104页能力知识点1 马氏体不锈钢的焊接性1马氏体不锈钢的类型和特性 室温组织为马氏体的钢，即马氏体不锈钢。它可以通过热处理强化。其具有较高的强度、高硬度、高耐磨性、耐疲劳特性、耐热性并具有一定的耐蚀能力。主要用来制造各种工具和机器零件，如热机叶片等，而很少用于管道、容器等需要焊接的构件。马氏体不锈钢既可作为不锈钢，又可作为热强钢。第90页/共104页能力知识点1 马氏体不锈钢的焊接性马氏体不锈钢可分为以下两类：（1）普通Cr13型马氏体不锈钢 主要有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13等。这类钢高温下组织稳定性差，但含铬量较高，具有一定耐均匀腐蚀的能力，一般用作不锈钢。（2）热强马氏体不锈钢 以马氏体为基体的耐热钢，目前应用最多的是Cr9和Cr12系列马氏体热强钢，如12Cr-1MoWV、9Cr-1MoVNbN等。马氏体不锈钢最大特点是高温加热后空冷就有很大的淬硬倾向，经调质处理后，能充分发挥这类钢的性能特点。第91页/共104页能力知识点1 马氏体不锈钢的焊接性2马氏体不锈钢的焊接性1）易产生冷裂纹。2）焊接接头的脆化。3）接头HAZ也存在明显的软化问题。第92页/共104页能力知识点1 马氏体不锈钢的焊接性 为避免冷裂纹、改善接头力学性能，应采取以下措施：1）焊前预热 在使用与母材同成分的焊接材料时，焊前需预热。预热温度一般在200260。2）焊后开始回火的温度 对于刚