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（中职）熔焊基础与金属材料焊接第八章电子教案.ppt

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1、Y CF正版可修改PPT（中职）熔焊基础与金属材料焊接第八章电子教案第8 章不锈钢的焊接 8.1 奥氏体不锈钢的焊接 8.2 铁素体不锈钢的焊接 8.3 马氏体不锈钢的焊接 8.4 双相不锈钢的焊接返回第8 章不锈钢的焊接一般泛指的“不锈钢”是不锈钢、耐酸钢和耐热钢的通称。严格的区分，不锈钢只是空气中能够抵抗腐蚀的钢;耐酸钢是在某些化学浸蚀介质中能够抵抗腐蚀的钢;而耐热钢是在高温下能抗氧化、抗蠕变、抗破断，并能抵抗有一定腐蚀介质的钢。耐酸钢和耐热钢一般具有不锈的性能，而不锈钢一般的耐酸和耐热性能却较差。也有某些钢既可作为不锈钢，又可作为耐酸钢和耐热钢，如1Cr18 Ni9Ti 钢就是最典型的

2、一种。铬是使不锈钢获得耐蚀性的基本元素，当钢中主加元素铬的含量达到12%左右时，铬与腐蚀介质中的氧作用，在钢表面形成一层很薄的氧化膜(自钝化膜)，可阻止钢基体进一步腐蚀。下一页返回第8 章不锈钢的焊接除铬外，常用的合金元素还有镍、钼、钛、铌、铜、氮等，以满足各种用途对不锈钢组织和性能的要求。按化学成分可分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大类。按组织分可分为铁素体型不锈钢、马氏体型不锈钢、奥氏体型不锈钢、双相不锈钢(包括奥氏体-铁素体型、奥氏体-马氏体型)和沉淀硬化不锈钢等。上一页返回8.1 奥氏体不锈钢的焊接 8.1.1 概述奥氏体不锈钢是指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。钢中含Cr 约18%

3、,Ni8%10%、C 约0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。奥氏体铬镍不锈钢包括18Cr-8 Ni 钢和在此基础上增加Cr、Ni 含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti 等元素发展起来的高Cr-Ni 系列钢。奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，但强度较低，不能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化。奥氏体不锈钢一般属于耐蚀钢，是应用最广泛的一类钢，其中以18-8型不锈钢最具有代表性，它具有较好的力学性能，便于机加工、冲压和焊接。下一页返回8.1 奥氏体不锈钢的焊接在氧化性环境中具有优良的耐腐蚀性能和良好的耐热性能;但对溶液中含有氯离子的介质特别敏感，易于发生应力腐蚀;若在18-8 钢中

4、适当减少镍和铬的含量，则在常温下得到不稳定的奥氏体组织，再经冷加工容易产生马氏体组织，最终使这种钢变得强度高、硬度大且脆。相反，适当增加一些镍和铬的含量，则可获得稳定的奥氏体组织，同时也可改善冷加工性能;若在18-8 钢中添加钦和妮时，能提高其抗晶间腐蚀的能力;若在18-8 钢中添加钼、铜和钛，则能提高其在还原性酸(如稀硫酸等)中的耐腐蚀性能，同时也能提高其抗晶间腐蚀的能力;若在18-8 钢中添加硫、磷和硒等元素，则可以改善不锈钢的切削性能。上一页下一页返回8.1 奥氏体不锈钢的焊接 18-8 型不锈钢按其化学成分中碳的含量不同，可分为三个等级:一般含碳量(碳含量0.15%)、低碳级(碳含

5、量 0.08%)和超低碳级(碳含量 0.08)，如1Cr18Ni9,0Cr18Ni9,00Cr18Ni9 三种钢材分别属于上述三个等级。8.1.2 奥氏体不锈钢的焊接性 1.焊接接头的热裂纹奥氏体型不锈钢焊接时，在焊缝及近缝区都可以见到热裂纹。但是，最常见的是焊缝凝固裂纹，有时也以液化裂纹形式出现在近缝区。其中，25-20 类高镍(一般镍含量15%)奥氏体型耐热钢的焊缝产生凝固裂纹倾向比18-8 型钢大得多，而且含镍量越高，产生裂纹的倾向也越大，并且越不容易控制。上一页下一页返回8.1 奥氏体不锈钢的焊接(1)奥氏体型不锈钢焊接时热裂纹产生的原因奥氏体型不锈钢焊接时，容易形成方向性较强

6、的柱状晶焊缝组织，有利于有害杂质的偏析，促使形成晶间液态夹层并产生焊缝凝固裂纹。奥氏体型不锈钢的热导率小而线膨胀系数大，在焊接局部加热和冷却条件下，焊接接头在冷却过程中，可以形成较大的拉应力，焊缝金属在凝固过程中存在较大的拉应力，正是产生凝固裂纹的必要条件。奥氏体型不锈钢及其焊缝的合金较复杂，不仅P、S、Sn、Sb 之类的杂质可以形成易熔夹层，有些合金元素因溶解度有限，也能形成有害的易熔夹层。(2)防止奥氏体型不锈钢焊接产生热裂纹的措施上一页下一页返回8.1 奥氏体不锈钢的焊接严格限制有害杂质严格限制P、S 杂质含量对18-8 型钢防止热裂纹很有效;对25-20 型钢也有一定的效果，但

7、不理想。尽可能避免形成单相奥氏体组织焊缝组织如果是奥氏体+铁素体型的双相组织时，就不容易产生低熔点杂质偏析，由此可减少热裂纹产生。但双相组织中的铁素体的体积分数不宜超过5%，否则，会产生相而脆化。适当调整合金成分在不适宜采用双相组织焊缝时，必须在焊接过程中，进行合理的合金化。上一页下一页返回8.1 奥氏体不锈钢的焊接适当提高奥氏体化元素Mn、C、N 的含量，可以明显地改善单相奥氏体焊缝的抗裂性。注意的是，当锰含量4%6%时，产生热裂纹倾向最小，当锰含量7%时，热裂纹倾向反而有增大的趋势。尽量减小焊缝的过热在选择焊接参数时，尽量减小熔池过热，避免焊缝形成粗大柱状晶，采用小热输入、快

8、速焊、小截面焊道对提高焊缝抗热裂性是有益的。选择适当焊条药皮类型低氢型药皮焊条可以使焊缝晶粒细化，减少杂质偏析，提高抗裂性。不利的因素是随着含碳量的增加，焊接接头的耐腐蚀性能将下降。上一页下一页返回8.1 奥氏体不锈钢的焊接 2.焊接接头的晶间腐蚀沿焊缝金属晶粒边界发生的腐蚀破坏现象称为晶间腐蚀。这类腐蚀发生以后，有时从外观不易被发现，但由于晶界区因腐蚀已遭到破坏，晶粒间的结合强度几乎完全丧失。腐蚀深度较大的可以失去金属声，焊件因有效承载面积大减而导致过载断裂。受腐蚀严重的不锈钢甚至形成粉末，从焊件上脱落下来，这种腐蚀危害极大。(1)奥氏体型不锈钢晶间腐蚀的机理奥氏体型不锈钢在450

9、850 温度区停留一段时间后，在晶界处会析出碳化(Cr23C6)，其中铬主要来自晶粒表层，当(Cr)12%，时，因内部的铬来不及补充而使晶界的晶粒表层的含铬量下降形成贫铬区，在强腐蚀介质作用下，晶界贫铬区受到腐蚀而形成晶间腐蚀。上一页下一页返回8.1 奥氏体不锈钢的焊接受到晶间腐蚀的不锈钢在表面上没有明显的变化，受到外力作用后，会沿晶界断裂，这是不锈钢最危险的一种破坏形式。(2)防止和减小奥氏体型不锈钢晶间腐蚀的措施采用小电流、快速焊、短弧焊，焊条不作横向摆动，减小焊缝在高温停留时间;为了加快焊接接头的冷却速度，减小焊接热影响区，可以给焊缝采取强制冷却措施(如用铜垫板、水冷等);多层焊

10、时，要控制好层间温度(前一道焊缝冷却到60 以下再焊第二道焊缝)。选择超低碳(碳含量0.03%)焊条，或用含有Ti 或Nb 等稳定元素的不锈钢焊条。上一页下一页返回8.1 奥氏体不锈钢的焊接先焊接不与腐蚀介质接触的非工作面焊缝，与腐蚀介质接触的工作面焊缝最后焊接。(4)焊后进行固熔处理，把焊件加热至10501150 后进行淬火处理，使晶界上的Cr23C6 熔入晶粒内部，形成均匀的奥氏体组织。对于奥氏体型不锈钢焊缝金属，一般希望铁素体相数量为4%12%比较适宜，实践证明，体积分数5%的铁素体相是可以获得比较满意的抗晶间腐蚀性能的。焊接生产中常用的18-8 型钢焊条，就是出于这一要求而研

11、制的。3.焊接接头的应力腐蚀(1)奥氏体型不锈钢应力腐蚀的机理上一页下一页返回8.1 奥氏体不锈钢的焊接奥氏体型不锈钢由于热导性差、线膨胀系数大，焊接过程中在约束焊接变形时，会产生较大的残余应力。拉应力的存在是应力腐蚀开裂不可缺少的重要条件，而焊接残余应力所引起的应力腐蚀开裂事例约占全部应力腐蚀开裂事例的60%以上。应力条件应力腐蚀对应力有选择性，通常压应力是不会引起应力腐蚀开裂的，只有在拉应力的作用下才会导致应力腐蚀裂纹开裂。材料条件一般情况下，纯金属不会产生应力腐蚀，应力腐蚀大多发生在合金中(含各种杂质的工业纯金属，也属于合金)，在晶界上的合金元素偏析是引起晶间开裂型应力腐蚀的重

12、要因素之一。上一页下一页返回8.1 奥氏体不锈钢的焊接介质的影响应力腐蚀的最大特点是腐蚀介质与材料组合上有选择性，在特定组合以外的条件下不会产生应力腐蚀。如:奥氏体型不锈钢在Cl-环境中的应力腐蚀，不仅与溶液中的Cl-离子浓度有关，而且还与溶液中的氧含量有关。当溶液中的Cl-离子浓度很高而氧含量很少，或者Cl-离子浓度较低而氧含量较高时，都不会引起奥氏体型不锈钢应力腐蚀。Cr-Ni 奥氏体型不锈钢由于所处的腐蚀介质不同，其应力腐蚀开裂形式也不同，可以呈晶间开裂形式，也可以呈穿晶开裂形式或者穿晶与沿晶混合开裂形式。上一页下一页返回8.1 奥氏体不锈钢的焊接(2)控制应力腐蚀开裂的措施

13、尽量降低焊接残余应力在焊接施工中，除尽量消除应力集中源和减少焊接应力之外，焊后消除应力处理也是非常重要的。合理调整焊缝成分在奥氏体型不锈钢中增加铁素体含量，使铁素体组织在奥氏体组织中起到阻碍裂纹发展的作用，从而提高其耐应力腐蚀的能力(铁素体的体积分数不宜超过60%，否则，将使不锈钢性能下降)。上一页下一页返回8.1 奥氏体不锈钢的焊接 4.焊接接头的脆化奥氏体型不锈钢在高温下持续加热的过程中，会形成一种以Fe-Cr 为主、成分不定的金属间化合物，即相,相性能硬脆而无磁性，并且分布在晶界处，使奥氏体型不锈钢因冲击韧度大大下降而脆化。实践表明，相的析出温度为650850。常用的Crl

14、8Ni9 钢在700800 温度下，Cr25Ni20 钢在800850 温度下，相析出的敏感性最大。以上两类钢在低于相的析出温度时，相的析出速度要缓慢得多;在高于相析出温度时，相将不再析出。在高温加热过程中，如伴有塑性变形或施加应力，就将大大加速相析出。上一页下一页返回8.1 奥氏体不锈钢的焊接相对奥氏体型不锈钢性能最明显的影响就是促使缺口冲击韧度急剧下降。此外，相对奥氏体型不锈钢抗高温氧化、蠕变强度也产生一定的有害影响。为了消除已经生成的相，恢复焊接接头的冲击韧度，焊后可以把焊接接头加热到10001050，然后快速冷却。5.焊接变形与收缩奥氏体型不锈钢的热导率小而线膨胀系数

15、大，在自由状态下焊接时，容易产生较大的焊接变形。上一页下一页返回8.1 奥氏体不锈钢的焊接 8.1.3 奥氏体型不锈钢的焊接工艺 1.奥氏体型不锈钢焊接工艺的特点(1)焊接热输入要小奥氏体型不锈钢焊接过程中，为了缩小高温停留时间，加快冷却速度，采用小的热输入，短弧快速焊，不仅能防止晶间腐蚀，而且还能减小焊接变形。(2)焊接操作正确奥氏体型不锈钢在焊接过程中，焊条不作横向摆动，直线形运条，每道焊道不宜过宽，焊道宽度应小于焊条直径的3 倍。上一页下一页返回8.1 奥氏体不锈钢的焊接(3)快速冷却为了防止晶间腐蚀，奥氏体型不锈钢焊后可采取强制冷却措施，如采用铜垫板，用水冷却等。(4)焊

16、前预热和后热处理为了防止焊后冷却速度降低，奥氏体型不锈钢焊前不进行预热、焊后不采取后热工艺措施。多层多道焊接时，其层间温度应低于60。(5)焊后热处理焊后一般不进行热处理，只是在有应力腐蚀开裂倾向时，才进行消除应力退火处理，可根据设计要求选择在低于350 或者高于850 进行退火处理。上一页下一页返回8.1 奥氏体不锈钢的焊接热处理前，必须将钢材表面的油脂洗净，以免加热时产生渗碳现象。在800900 以上温度进行加热消除应力处理时，850 以下升温要缓慢，850 以上的升温速度要快，以免焊缝晶粒受热长大。(6)焊后表面处理奥氏体型不锈钢焊后进行表面处理，可以增加不锈钢的耐腐蚀性，主

17、要处理方法有:表面抛光处理不锈钢光滑的表面，能产生一层致密而均匀的氧化膜，保护内部的金属不再受到氧化和腐蚀，所以，焊后应对不锈钢的表面的凹痕、刻痕、污点、粗糙点、焊接飞溅等进行表面抛光处理。上一页下一页返回8.1 奥氏体不锈钢的焊接表面钝化处理为增加不锈钢焊后的耐腐蚀性，在其表面人工形成一层起保护作用的氧化膜的工艺措施称为表面钝化处理。钝化处理的工艺流程为:表面清理和修补酸洗水洗和中和钝化水洗和吹干。表面清理和修补。用手提砂轮将焊接飞溅、焊瘤磨光，把表面损伤处修好。酸洗。用酸洗液或酸膏去除经热加工和焊接高温所形成的氧化皮。水洗和中和。经酸洗的焊件，用清水冲洗干净。钝化。在焊件表面用钝

18、化液擦拭一遍，停留1h。水洗和吹干。用清水冲洗，再用布仔细擦洗，最后再用热水冲洗干净并吹干。上一页下一页返回8.1 奥氏体不锈钢的焊接 2.焊接方法的选择奥氏体型不锈钢有优良的焊接性，可以用焊条电弧焊、钨极氢弧焊、熔化极氩弧焊、埋弧焊和等离子弧焊等。最常用的是焊条电弧焊和氢弧焊。(1)焊条电弧焊焊条的选择选用焊条应根据焊件化学成分来考虑，焊条的化学成分类型应尽量与母材相近，焊条的含碳量不要高于母材，铬镍的含量应不低于母材。奥氏体型不锈钢焊条选用见表8-1。上一页下一页返回8.1 奥氏体不锈钢的焊接不锈钢焊条药皮分为三类:焊条药皮类型代号为15 的焊条，通常为碱性焊条。焊接电弧不

19、够稳定，飞溅较多，脱渣性稍差，焊缝外观容易形成凸形，可以进行全位置焊接，焊波较粗，只适用直流反接电源。焊条金属抗裂性好，适用于焊接刚性较大、中板以上的焊接结构。焊条药皮类型代号为16 的焊条，药皮可以是碱性的，也可以是钛型的或钛钙型的。焊接工艺性良好，电弧柔软，焊接飞溅少，焊缝光滑、美观，熔深稍浅，可使用交流或直流电源进行全位置焊接。由于不锈钢焊条钢芯电阻大，交流电源焊接时，焊条药皮容易发红、开裂，使后半根焊条工艺性能恶化，所以，最好不用交流电源。上一页下一页返回8.1 奥氏体不锈钢的焊接焊条药皮类型代号为17 的焊条，它是焊条药皮类型代号为16 的变型，是目前国内外大力发展、推广的焊条

20、，该焊条可以使用交流或直流电源进行全位置焊接。这类焊条熔滴以附壁过渡为主，比药皮类型代号为16 的焊条焊缝成型更好，焊波更细密、圆滑、扁平，横角焊焊缝的形状呈凹形，立角焊焊缝是由下向上焊接时，熔渣凝固较慢，焊条要作轻微摆动，加速熔池冷却速度，使焊缝形成合适的形状，因此，角焊缝的最小尺寸，比药皮类型为16 的焊条焊接的角焊缝大一些。与药皮类型代号为16 的焊条相比，熔化系数可提高20%以上，焊接过程中焊条药皮不发红，减少了焊条头的损失，并且提高了熔敷效率。上一页下一页返回8.1 奥氏体不锈钢的焊接焊接参数的选择采用直流反接性，为防止热影响区晶粒长大及碳化物析出，应严格控制多层焊的层间温度

21、60 和小的焊接热输入。由于不锈钢焊条的电阻大，焊接过程中药皮容易发红而失去保护作用，所以，焊接电流要比碳钢焊条小20%左右。焊接奥氏体型不锈钢焊接电流的选择见表8-2。焊接操作技术焊接奥氏体型小锈钢时，采用小电流、短弧、快速、焊条不作横向摆动的操作方式。为了加快焊缝冷却速度，减少焊缝在450850 停留时间，可以采取强制冷却措施，如用水冷却焊缝。上一页下一页返回8.1 奥氏体不锈钢的焊接焊接开始时，不要在坡口之外的焊件上直接引弧，要用引弧板，收弧时要填满弧坑。与腐蚀介质接触的焊缝，为了防止因多次焊接热循环使其过热而产生晶间腐蚀，应该最后焊接。焊接生产的注意事项奥氏体型不锈钢焊缝的性

22、能对化学成分的变动有很大的敏感性，所以，为保证焊缝成分的稳定，必须保证有稳定的熔合比，也就是必须设法保证焊接参数的稳定性。钢材的表面必须避免碰撞和摩擦损伤，划线下料时不要打样冲眼和用划针划线，以免损失不锈钢的耐腐蚀性。上一页下一页返回8.1 奥氏体不锈钢的焊接焊缝根部接触腐蚀介质时，要保证背面焊缝焊透，禁止使用金属垫板。焊接地线电缆卡头，在焊件上要卡紧，防止在焊接过程中出现起弧或过烧现象。为避免焊接飞溅损伤不锈钢表面，在坡口及其两侧刷涂石灰水或防飞溅剂。焊缝交接处要错开，不要出现十字交接形焊缝。钢材的储存及运输，要与一般的结构钢分开，以免不锈钢被铁锈污染。尽量用机械加工或等离子弧切割下料

23、，避免用碳弧切割。钢材的矫正不得用铁锤敲击，以免破坏不锈钢表面保护膜。上一页下一页返回8.1 奥氏体不锈钢的焊接容器封头等零件最好冷压成形，如热压成形时，应检查耐腐蚀性的变化，并且做相应的热处理。奥氏体型不锈钢焊后，严禁用火焰矫正变形，只能采用机械矫正。焊接前后需要进行热处理时，加热前必须把钢材表面油脂洗净，以免加热时产生渗碳现象。(2)埋弧焊奥氏体型不锈钢含有较高的容易氧化元素如Ti、Cr 等，当用普通焊剂进行埋弧焊时，焊丝中的这些元素将被严重氧化和烧损，同时还形成与焊缝表面牢固结合的渣壳，会恶化脱渣性，使焊缝金属的力学性能、耐腐蚀性能降低。上一页下一页返回8.1 奥氏体不锈钢的

24、焊接为了保证焊缝金属各项性能基本等同焊件母材的相应指标，必须保证焊缝金属的主要合金成分与母材的成分相匹配。焊接材料的选择焊剂的选择奥氏体型不锈钢埋弧焊时，应选用无锰中硅中氟焊剂、低锰低硅高氟焊剂、无锰低硅高氟焊剂，如HJ150、HJ151、HJ151Nb、HJ172等。对于耐腐蚀性要求较低的焊接接头，可以选择低锰高硅中氟焊剂，如HJ260。上一页下一页返回8.1 奥氏体不锈钢的焊接烧结焊剂具有焊缝金属成分稳定、易于控制、脱渣容易、工艺性能良好等优点，在奥氏体型不锈钢埋弧焊中已逐渐得到应用。焊丝的选择奥氏体型不锈钢用焊丝选择原则是:在没有裂纹的前提下，保证焊缝金属的耐腐蚀性能达到设

25、计要求、保证焊缝金属的力学性能与母材基本相当或略高，尽量保证焊缝金属合金成分与母材成分一致或相近。在不影响耐腐蚀性能的前提下，希望焊缝中含有一定数量的铁素体，这样既能保证良好的抗裂性能，又能有良好的抗腐蚀性能。但对在某些特殊介质(如尿素)中工作的奥氏体型不锈钢焊件，则要限制焊缝金属内铁素体含量(体积分数)不得超过5%，以防止在使用过程中铁素体发生脆性转变。上一页下一页返回8.1 奥氏体不锈钢的焊接常用的奥氏体不锈钢埋弧焊用焊接材料见表8-3。焊接参数的选择奥氏体型不锈钢埋弧焊的焊接参数主要有焊接电流I、电弧电压U、焊接速度v 和焊丝伸出长度L 等。选择焊接参数总的原则是，选用小的焊接热

26、输入、小的焊接电流、较高的焊接速度及与其相配的电弧电压。奥氏体型不锈钢薄板加铜垫板埋弧焊的焊接参数见表8-4，奥氏体型不锈钢焊剂垫上双面焊的焊接参数见表8-5。焊接操作技术焊丝伸出导电嘴外长度不要过长，焊丝直径为23mm 时，焊丝伸出长度不应超过20 30mm，以免在焊接过程中发红影响焊接质量。上一页下一页返回8.1 奥氏体不锈钢的焊接焊接过程中，导电嘴要经常更换，以保证焊接电流的稳定;10 mm 以下的薄板进行单面焊接时，背面的铜垫板要夹紧和压紧，防止在焊接过程中变形，影响焊缝背面成形质量;厚板开坡口焊接时，采用窄焊道多层焊接技术，层间仔细清渣，并控制好层间温度，最好不要超过60。焊

27、接地线铜质导电端头用弹簧夹夹紧，防止因接触不良而影响焊接电流的稳定;与腐蚀介质接触的焊缝要最后焊接。焊接生产的注意事项奥氏体型不锈钢可以采用等离子弧切割下料，切割后用机械加工的方法去除切割边缘的热影响区;如果用冲剪方法下料，则加工硬化带也要用机械加工方法去除。上一页下一页返回8.1 奥氏体不锈钢的焊接所有的焊接坡口都应用机械加工的方法制备，焊接前用丙酮仔细擦洗待焊处的油、污、垢。焊丝表面用丙酮脱脂，焊丝送给轮、焊丝校正轮焊前也应清洗干净。与奥氏体型不锈钢待焊处接触的工装、夹具表面，都应采用铜垫板，防止碳钢器具的表面铁离子粘附在不锈钢表面，导致该部位耐腐蚀性能降低。焊剂焊前应进行烘干，烘

28、干温度250 300，保温23h。奥氏体型不锈钢焊丝为已经加工硬化的焊丝时，焊前应进行退火软化处理，退火软化温度9001000。奥氏体型不锈钢焊前进行组装、定位焊，定位焊焊道长度见表8-6。上一页下一页返回8.1 奥氏体不锈钢的焊接(3)钨极氩弧焊(TIG 焊)钨极氩弧焊适用于8 mm 以下的板结构焊接，特别适宜3mm 以下的薄板焊接，以及直径60mm 以下管子焊接和大直径管子的打底焊。焊接材料的选择钨极纯钨极价格比较便宜，焊接电弧稳定，不足之处是空载电压较高，导电性能差，承载电流能力小，引弧性能差，使用寿命短;钍钨极比纯钨极降低了空载电压，改善了引弧、稳弧性能，增大了焊接电流承载能力

29、，有微量放射性;铈钨极比钍钨极更容易引弧，电极损耗更小，放射剂量也低得多，目前应用广泛。上一页下一页返回8.1 奥氏体不锈钢的焊接氩气奥氏体型不锈钢焊接时，要求氢气纯度较高，大于等于99.7%。焊丝奥氏体型不锈钢钨极氩弧焊(TIG 焊)用焊丝选择见表8-7。焊接参数的选择由于焊接参数对奥氏体型不锈钢焊缝金属的合金成分有一定的影响，钢中的Cr、Nb、Ti 等合金元素对氧的亲和力较高，为了避免这些元素在焊接过程中被氧化，防止不锈钢特有性能的降低，要求选用较低的焊接热输入，即采用较低的焊接电流、电弧电压和较高的焊接速度焊接。常用奥氏体型不锈钢钨极氢弧焊的焊接参数见表8-8。上一页下一页

30、返回8.1 奥氏体不锈钢的焊接焊接操作技术正确引弧正规生产常采用高频引弧法或高频脉冲引弧法引弧，引弧时，提前510s 送气，以便吹尽送气管中的空气，保护焊接过程中熔池中的合金元素不被氧化。引弧时，钨极与焊件保持35mm 距离，按下控制开关，此时，在高频高压作用下，击穿间隙，焊接电弧被引燃。注意保持焊接电弧的适宜长度焊接过程中，氢气的挺度稍差一些，弧长就会控制不好，从而降低保护效果。上一页下一页返回8.1 奥氏体不锈钢的焊接控制好填丝焊接过程中，掌握好填丝角度和焊丝填充位置。填丝时，焊丝不要触及钨极以免污染电极。焊丝在焊接过程中的运动，不要离开氢气保护区，避免高温焊丝端头被空气

31、氧化。焊接生产的注意事项室外焊接时，在电弧周围要有防风措施，防止风力破坏氩气保护罩，影响焊接质量。不要在焊件上随便起弧，起弧应在铜垫板上进行，铜垫板要紧临焊缝起始处。上一页下一页返回8.1 奥氏体不锈钢的焊接(4)熔化极氩弧焊(MIG 焊)用熔化极氩弧焊焊接奥氏体型不锈钢，焊缝成形很差，焊缝高而窄，所以应用不广泛。但是，通过采用混合气体、外加脉冲电流，即可得到焊接过程稳定、焊丝熔化速度较快、电弧热量集中的焊接效果。短路过渡(MIG 焊)短路过渡是指焊丝端部的熔滴与熔池短路接触，由于强烈的过热和磁收缩作用，使熔滴爆断，达到直接向熔池过渡的形式。所用保护气体(气体成分体积分数)为:Ar+O2

32、(1%5%)或如Ar+CO2(5%25%)的混合气体，用于焊接3 mm 以下的薄板，焊缝为一层。奥氏体型不锈钢短路过渡MIG 焊的焊接参数见表8-9。上一页下一页返回8.1 奥氏体不锈钢的焊接脉冲MIG 焊使用小于临界电流的平均电流值焊接，可通过调整脉冲参数控制焊缝成形，细化焊缝组织和改善焊缝抗裂性能。常用直径1.6mm 以下焊丝焊接。奥氏体型不锈钢脉冲MIG 焊的焊接参数见表8-10。喷射过渡MIG 焊焊接过程中，熔滴呈细小的颗粒，沿着焊丝铅笔尖状的端头，以喷射状态快速通过电弧空间向焊缝熔池过渡的形式。所用保护气体(气体成分体积分数)为:Ar+O2(1%2%)或Ar+CO2(5%1

33、0%)的混合气体。奥氏体型不锈钢喷射过渡MIG 焊的焊接参数见表8-11。上一页下一页返回8.1 奥氏体不锈钢的焊接(5)等离子弧焊用等离子弧在不开坡口的情况下，可以单面焊接810mm 厚的奥氏体型不锈钢板一次成形，而且焊接性能良好。焊接过程中，需要特别注意的问题如下:尽量缩小在450 850 温度区间的停留时间，防止焊接接头产生晶间腐蚀。所以，等离子弧焊接过程中，要用高速度、小电流的小热输入焊接。由于不锈钢的线膨胀系数较大，焊接过程容易产生变形，所以，焊接1 mm 以下的薄板材时，要进行适当的装夹，防止焊接变形。上一页下一页返回8.1 奥氏体不锈钢的焊接为防止产生弧坑裂纹和引弧气

34、孔，焊接过程采取起弧时焊接电流递增，收弧时焊接电流递减的工艺措施。与腐蚀介质接触的焊缝最后施焊。焊前仔细清除待焊处两侧各2030mm 处的油、污、垢。上一页返回8.2 铁素体不锈钢的焊接 8.2.1 概述铁素体不锈钢的金相组织为铁素体，在退火和正火状态下使用，不能利用热处理来强化。铁素体不锈钢中铬含量介于11.5%32.0%之间。随着铬含量的增加，其耐酸性能不断提高，加入钼后，可进一步提高耐酸腐蚀性和抗应力腐蚀的能力。这类钢的典型牌号有00Crl2、1Cr17、00Cr17Mo、00Cr30Mo2 等。其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

35、荷的其他零部件和设备。根据碳和氮的总含量，铁素体不锈钢分为普通纯度和超高纯度两个系列。下一页返回8.2 铁素体不锈钢的焊接普通纯度的铁素体不锈钢中碳含量为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。超高纯度的铁素体不锈钢是通过真空或保护气体精炼技术炼出超低碳和超低氮含量(碳、氮总含量0.025%0.035%)的超高纯度铁素体不锈钢，其典型牌号有00Cr18Mo2 和00Cr27 Mo 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，应用相对广泛。8.2.2 铁素体不锈钢的焊接性铁素体

36、不锈钢焊接中的主要问题是脆性与晶间腐蚀倾向。脆化往往还会导致焊接接头产生裂纹。上一页下一页返回8.2 铁素体不锈钢的焊接 1.焊接接头的脆性(1)相脆化铁素体或奥氏体不锈钢在高温(375875)长时间保温(几小时到几百小时)就会形成一种Fe-Cr 金属间化合物，即相。相的性能极硬而脆，且分布在晶界处，使不锈钢的冲击韧度大大下降而脆化。为了消除已经生成的相，恢复焊接接头的韧度，可以把焊接接头加热到10001050，然后快速冷却。相在1Cr18Ni9Ti 钢的焊缝中一般不产生。相析出需长时间加热，在焊接条件下一般不会出现。上一页下一页返回8.2 铁素体不锈钢的焊接(2)475 脆性

37、主要出现于铬含量15%的铁素体不锈钢中，这种钢在350500 内长期停留(几个小时到几十个小时)，就会使焊缝出脆脆化，冲击韧度大大下降。由于475 时的脆化速度最快，故称为475 脆化。焊接过程中不可避免地要经历这个温度。已产生475 脆化的焊缝，可经900 淬火消除。铁素体不锈钢加热时无固态相变，因此晶粒一旦粗化，就无法用热处理消除。为了防止晶粒粗化，焊接时应尽可能采用较小的热输入，以减少接头过热。上一页下一页返回8.2 铁素体不锈钢的焊接另外，在母材和焊缝中加入适量的Ti、Nb、Al 等能够细化晶粒的元素，亦可收到一定的效果。2.晶间腐蚀铁素体不锈钢的晶间腐蚀倾向产生的原因与奥氏体

38、不锈钢基本相同，也是Cr23C6 析出后形成贫铬层的结果。铁素体不锈钢的接头出现晶间腐蚀的位置在接头熔合线附近(1000)，而且只有在快冷的条件下才会发生。焊后若经650850 加热并缓冷，接头的耐晶间腐蚀能力可以恢复。铁素体不锈钢焊接时除了焊接接头脆化和晶间腐蚀以外，由于在室温下韧性很低，易在冷却到室温时产生冷裂纹。上一页下一页返回8.2 铁素体不锈钢的焊接为此，在使用铬钢焊条焊接时，常常要求低温预热以使接头在韧性较高的状态下收缩，可以有效地防止冷裂纹的产生。8.2.3 铁素体不锈钢的焊接工艺为克服铁素体不锈钢在焊接过程中出现的晶间腐蚀和焊接接头的脆化而引起的裂纹，应采用以下工艺措施

39、:1.选择合适的焊接材料若选用与母材相近的铁素体铬钢作为填充材料，由于焊缝金属为粗大的铁素体组织，焊缝的塑性低、韧性差。为了改善焊缝的性能，可向焊缝中加入少量的变质剂Ti、Nb 等元素，细化焊缝组织，为此通常选用奥氏体不锈钢焊接材料(如表8-12)。上一页下一页返回8.2 铁素体不锈钢的焊接但在某些腐蚀介质中，耐蚀性可能低于同质接头。用于高温条件下的铁素体不锈钢，必须采用成分基本与母材匹配的填充材料。2.预热温度与层间温度预热的目的是使被焊材料处于较好的韧性状态和降低焊接接头的应力。随着钢中铬含量的增加，预热温度也相应提高。预热温度一般100200 左右。多层焊的层间温度应低于预热温

40、度。对于厚大焊件，为降低应力，可在每焊完一层后用锤轻击焊缝表面。上一页下一页返回8.2 铁素体不锈钢的焊接 3.焊接规范选择焊接规范参数时，应尽可能选择较小的焊接线能量，这对减小母材熔化量，减少扩散层宽度，减小热影响区宽度都是有利的。焊接时应尽可能减少横向摆动，减少在坡口停留时间。其目的一是减少熔合比;二是防止过热，减少粗晶脆化及过热组织的产生;三是减少扩散层;四是减少热影响区的宽度。4.焊后热处理焊后热处理通常采取对接头区域进行750800 退火处理，使过饱和的碳、氮完全析出，铬来得及补充到贫铬区，以恢复其耐蚀性;同时也可改善焊接接头的塑性。需要注意的是退火后应快速冷却，以防止产生4

41、75 脆性。上一页下一页返回8.2 铁素体不锈钢的焊接 5.选择合适的焊接方法应采用小热输入的焊接方法，如焊条电弧焊、钨极氩弧焊等，因为铁素体不锈钢对过热敏感性大，焊接时应尽可能地减少接头在高温停留时间，以减少晶粒长大和475 脆性的影响。当选用的焊接材料与母材金属的化学成分相当时，必须按上述工艺措施进行。如选用奥氏体不锈钢的焊接材料时，则可以免除焊前预热和焊后热处理，但对于不含稳定化元素的铁素体型不锈钢的焊接接头来说，热影响区的粗晶脆化和晶间腐蚀问题不会因填充材料改变而变化。奥氏体或奥氏体一铁素体焊缝金属基本上与铁素体型不锈钢母材等强度;但在某些腐蚀介质中，这种异质焊接接头的耐蚀性可能

42、低于同质的焊接接头。上一页下一页返回8.2 铁素体不锈钢的焊接超纯高铬铁素体不锈钢板厚度小于5 mm 时，焊前可不预热，焊后不必进行热处理，焊接接头仍可保持足够的韧性，耐腐蚀性也好。焊接工艺要点是焊缝金属中的碳、氮总含量不高于母材金属的含量，这是焊接材料首先必须满足的要求。焊接方法应选择高能量密度的等离子弧焊或真空电子束焊。要求焊接材料不得污染;焊接熔池、焊缝背面都要有效地保护，以防止空气的侵入。除采用小的热输入进行焊接外，焊缝背面可用惰性气体保护，并最好采用通氢气、垫铜板等措施，以减少过热，增加冷却速度。多层焊时，层间温度要控制在100 左右。上一页返回8.3 马氏体不锈钢的焊接 8

43、.3.1 概述马氏体不锈钢的金相组织为马氏体，其铬含量为11.5%18.0%,碳含量最高可达0.6%。含碳量越高，马氏体不锈钢的强度和硬度越高。在这类钢中加入少量的镍可以促使生成马氏体，同时又能提高其耐蚀性。这类钢具有一定的耐酸腐蚀性和较好的热稳定性以及热强性，可作为温度低于700 以下长期工作的耐热钢使用。其广泛用于制造对韧性和冲击韧度要求较高的零件，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。下一页返回8.3 马氏体不锈钢的焊接 8.3.2 马氏体不锈钢的焊接性马氏体不锈钢是热处理强化钢，其

44、主要特点之一是高温加热空冷后即有淬硬倾向，所以焊接时出现的问题同调质的低中合金钢相似。马氏体不锈钢中铬含量在12%以上，同时还匹配适量的碳、镍等元素，以提高其淬硬性和淬透性。因此马氏体不锈钢焊缝及热影响区焊态组织多为硬而脆的马氏体。马氏体不锈钢的导热性较碳钢差，焊接时残余应力较大，如果焊接接头的拘束度较大或再有氢的作用下，当从高温直接冷却至100120 以下时，很容易产生冷裂纹。上一页下一页返回8.3 马氏体不锈钢的焊接马氏体不锈钢在高温时晶粒粗化倾向较大，在快速冷却时，近缝区将形成粗大的马氏体，塑性、韧性急剧下降。当冷却速度较小时，形成马氏体-铁素体边缘的马氏体钢，则可能出现粗大的铁素

45、体和碳化物组织，也可导致脆化。马氏体不锈钢是调质钢，接头热影响区也存在明显的软化问题。长期在高温下使用时，软化层是接头的一个薄弱环节，软化层持久强度低，抗蠕变能力差。高温承载时，接头蠕变变形集中于软化层，使得整个接头的持久强度低。焊接热输入越大，焊后的回火温度越高，这些都会增加接头的软化程度。上一页下一页返回8.3 马氏体不锈钢的焊接 8.3.3 马氏体不锈钢的焊接工艺如上所述，马氏体不锈钢的焊接性主要受淬硬性的影响，防止冷裂纹是最主要的问题;其次还可能出现焊接接头过热脆化及软化问题。马氏体不锈钢的焊接性很差，必须制定严格的焊接工艺，才能获得满足要求的焊接接头。1.焊接方法马氏体不锈钢

46、与低合金结构钢相比，具有更高的淬硬倾向，对焊接冷裂纹更为敏感。必须严格保证低氢、甚至超低氢的焊接条件;采用焊条电弧焊时，要使用低氢碱性药皮的焊条;对于拘束度大的接头，最好采用氩弧焊。上一页下一页返回8.3 马氏体不锈钢的焊接 2.焊接材料选择马氏体不锈钢的焊接材料有两类方案:一类是采用与母材成分基本相同的焊接材料;另一类是采用奥氏体焊接材料。由于奥氏体焊缝金属具有良好的塑性，可以缓解接头的残余应力，降低焊接接头冷裂纹的可能性，简化了焊接工艺。对于高温下运行的部件，最好采用成分与母材基本相同的同质焊缝。这是因为奥氏体不锈钢的线胀系数与马氏体不锈钢有较大的差别，接头高温长期使用时，焊缝两侧始

47、终存在较高的热应力，使接头提前失效。采用同质填充材料时，焊缝金属中的含碳量控制非常重要，随着母材含铬量的不同而不同。上一页下一页返回8.3 马氏体不锈钢的焊接如当铬含量9%时，碳含量应控制在0.06%0.10%较好，过低则明显降低焊缝韧性和高温力学性能。3.预热预热温度主要根据钢中的含碳量、焊件的厚度、填充材料、结构的拘束度等来确定。其中与钢的含碳量关系最大:当碳含量0.2%时，除预热温度要适当提高外，还必须考虑保证多层焊的层间温度。上一页下一页返回8.3 马氏体不锈钢的焊接马氏体不锈钢的预热温度不宜过高，否则将使奥氏体晶粒粗大，并且随冷却速度降低，还会形成粗大铁素体加上晶界碳化

48、物组织，使焊接接头的塑性和强度均有所下降。4.焊后热处理高铬马氏体不锈钢一般在淬火+回火的状态下焊接，焊后经高温回火处理，即可得到合格的焊接接头力学性能;如果钢材在退火状态下焊接，则焊后会出现不均匀的马氏体组织，必须经过调质处理，才能使焊接接头具有均匀的力学性能。上一页返回8.4 双相不锈钢的焊接 8.4.1 概述奥氏体-铁素体双相不锈钢是奥氏体和铁素体组织各占一定比例的不锈钢。在含碳较低的情况下，Cr 含量在18%28%,Ni 含量在3%10%。有些钢还含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti、N等合金元素。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间

49、腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475 脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。下一页返回8.4 双相不锈钢的焊接铁素体的体积分数小于10%的不锈钢，是在奥氏体不锈钢基础上发展起来的钢种。它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，还有利于在焊接过程中防止热裂纹的形成。当铁素体的体积分数在30%60%时，这类钢具有特殊的抗点蚀、抗应力腐蚀性能。如00Cr18Ni5Mo

50、3Si2,0Cr26Ni5Mo2 等，这类钢的屈服强度约为一般奥氏体不锈钢的两倍，具有良好的机械加工、冷冲压和焊接性，且耐蚀性能较好，在化工设备中得到广泛的应用。上一页下一页返回8.4 双相不锈钢的焊接 8.4.2 双相不锈钢的焊接性高铬双相不锈钢中有显著的相脆化现象。相通常是在550 900 温度从铁素体相中析出。随着相的析出和相数量的增加，钢材的脆化程度加大，冲击韧度值和耐腐蚀性能均会发生明显下降。双相不锈钢具有良好的焊接性，选用合适的焊接材料不会发生焊接热裂纹和冷裂纹;焊接接头的力学性能基本上能够满足焊接结构的使用性能要求;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

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