壓力容器常用不銹鋼焊接特點(diǎn)

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奧氏體不銹鋼的焊接

1.奧氏體不銹鋼的焊接特點(diǎn)

奧氏體不銹鋼的焊接性能較好，但對于不同類(lèi)型的奧氏體不銹鋼，在焊接過(guò)程中，當奧氏體從高溫冷卻到室溫時(shí)，由于C、Cr、Ni、Mo等合金元素含量的不同，金相組織轉變的差異及穩定化元素Ti、Nb+Ta的變化或焊接材料、焊接工藝的不同，其焊接接頭可能出現以下一種或多種問(wèn)題和缺陷。

（1）晶間腐蝕傾向：奧氏體不銹鋼在450~850攝氏度的溫度范圍內停留，或在焊接熱循環(huán)下，加熱到450~850攝氏度的溫度區間時(shí)，熱影響區內奧氏體不銹鋼的碳和鉻形成碳化鉻，使晶粒邊界處奧氏體局部貧鉻，發(fā)生腐蝕而喪失耐蝕能力。

對于焊縫金屬，根據貧鉻理論，在晶界上析出碳化鉻，因此造成貧鉻的晶界是晶界腐蝕的主要原因。過(guò)熱區的“刀蝕”僅在由Nb或Ti穩定化的奧氏體不銹鋼熱影響區的過(guò)熱區中產(chǎn)生，其原因是焊接時(shí)，過(guò)熱區被加熱到1200攝氏度高溫，使Nb、Ti的碳化物大量溶解，冷卻時(shí)，Nb或Ti原子來(lái)不及擴散，使活潑的碳原子在奧氏體晶界處于過(guò)飽和狀態(tài)，在經(jīng)過(guò)敏化溫度區加熱后，使碳化鉻優(yōu)先在晶界沉淀，造成貧鉻的晶界，形成晶間腐蝕。熱影響區敏化溫度區的晶間腐蝕產(chǎn)生于600~1000攝氏度范圍的區域，產(chǎn)生原因也是奧氏體晶界析出碳化鉻，形成晶間貧鉻所致。

（2）應力腐蝕開(kāi)裂傾向：焊接接頭的應力腐蝕開(kāi)裂特征是：局部性；裂紋從表面開(kāi)始，整體呈樹(shù)枝狀。消除殘余應力的方法有：錘擊焊縫法、振動(dòng)法、或者采用噴丸處理使表面具有壓應力狀態(tài)；也可以對含Nb或Ti的穩定性?shī)W氏體不銹鋼進(jìn)行850~900攝氏度穩定化處理。此外，調整焊縫金屬的合金成分，使其具有奧氏體-鐵素體雙相組織，或者采用奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼，也可以有效地防止應力腐蝕開(kāi)裂的產(chǎn)生。

（3）熱裂紋傾向：與其他不銹鋼相比，奧氏體不銹鋼具有較高的熱烈敏感性，在焊縫及近縫區都有產(chǎn)生熱裂紋的可能。熱裂紋通常分為凝固裂紋、液化裂紋和高溫失塑裂紋三大類(lèi)。凝固裂紋主要發(fā)生在焊縫區。液化裂紋主要出現在靠近融合線(xiàn)的近縫區或多層多道焊的層道間。高溫失塑裂紋通常發(fā)生在焊縫金屬凝固結晶結束的高溫區。

（4）焊接接頭的脆化傾向：奧氏體不銹鋼焊接接頭在低溫使用時(shí)，為滿(mǎn)足低溫韌性的要求，焊縫組織通常應用單一的奧氏體組織，避免δ鐵素體存在，否則將使低溫韌性、塑性大大降低。奧氏體不銹鋼在焊接過(guò)程中，焊縫中的γ相和δ相均有可能發(fā)生σ相轉變，σ相是一種淬硬的金屬間化合物，主要析集于奧氏體柱狀晶的晶界，其成分不定，具有復雜的晶格。由于這種脆性的σ相的析出，使焊接接頭的塑性和韌性嚴重降低，而且抗晶間腐蝕性能也有所下降。

2.奧氏體型不銹鋼的焊接工藝要點(diǎn)

奧氏體不銹鋼可采用焊條電弧焊、鎢極氬弧焊、熔化極氣體保護焊以及埋弧焊等。奧氏體不銹鋼焊接時(shí)正確選用焊接材料，盡量選用含碳量較低和含穩定化元素（Nb）的焊接材料，以避免碳與鉻形成化合物引起晶界處貧鉻，從而提高焊縫抗晶間腐蝕的能力；選用含有適量鐵素體促進(jìn)元素（Cr、Mo、Si等）的奧氏體不銹鋼焊接材料，可獲得奧氏體加少量鐵素體雙相組織的焊縫，以提高奧氏體不銹鋼焊縫的耐晶間腐蝕能力和抗熱裂紋的能力；采用窄焊道焊接技術(shù)，盡量采用不擺動(dòng)或少量擺動(dòng)焊接，并在保證熔合良好的條件下，盡量采用較小的焊接電流、較低的電弧電壓和較快的焊接速度；焊接過(guò)程中必須將焊件保持較低的層間溫度，必要時(shí)可采用強制冷卻（如水冷、吹壓縮空氣等）措施以控制層間溫度和焊后溫度，盡量減少焊縫在450~850攝氏度范圍內停留時(shí)間。

馬氏體不銹鋼的焊接

1.馬氏體不銹鋼的焊接特點(diǎn)

高碳馬氏體不銹鋼在空冷條件下淬硬傾向很大。此類(lèi)焊縫及焊接熱影響區的組織通常為硬而脆的高碳馬氏體，含碳量越高，這種淬硬傾向越大。當焊接接頭的拘束度較大或氫含量較高時(shí)，很容易導致冷裂紋的產(chǎn)生。為了避免裂紋，改善焊接接頭力學(xué)性能，應采取預熱、后熱、焊后立即高溫回火等措施。

低碳馬氏體不銹鋼具有良好的焊接性。

2.馬氏體不銹鋼的焊接工藝要點(diǎn)

此類(lèi)不銹鋼當采用同材質(zhì)焊條進(jìn)行焊接時(shí)，應選用低氫或超低氫型焊條，須經(jīng)高溫烘干處理。

（1）預熱和后熱：預熱溫度一般為100~350攝氏度，當w（C）小于0.05%時(shí)，預熱溫度為100~150攝氏度，當w（C）為0.05~0.15%時(shí)，預熱溫度為200~250攝氏度；當w（C）大于0.15%時(shí)，預熱溫度為300~350攝氏度。為進(jìn)一步防止氫致裂紋，對于含碳量較高或拘束度大的焊接接頭，在后熱處理前還應采取必要的后熱措施。

（2）焊后熱處理：Cr13型馬氏體不銹鋼焊接接頭通常需要進(jìn)行焊后熱處理，其目的在于降低焊縫熱影響區的硬度，改善接頭的塑性和韌性，消除或降低焊接殘余應力，焊后處理有回火和完全退火。

鐵素體不銹鋼的焊接

1.鐵素體不銹鋼的焊接特點(diǎn)

鐵素體不銹鋼通常分為普通鐵素體不銹鋼和超純鐵素體不銹鋼；鐵素體不銹鋼焊接時(shí)應注意的主要問(wèn)題是焊接接頭的脆性問(wèn)題，即焊接熱影響區的脆化，包括熔合區附近熱影響區的晶粒長(cháng)大而引起的韌性下降，475攝氏度脆化，σ相析出脆化。主要包括以下幾點(diǎn)：過(guò)熱區脆化、475攝氏度脆化、σ相脆化以及焊接裂紋。

2.鐵素體不銹鋼的焊接工藝要點(diǎn)

普通鐵素體不銹鋼焊接時(shí)應該注意以下幾點(diǎn)：

（1）焊前將焊件預熱到150攝氏度以上，層間溫度保持不低于預熱溫度，注意控制層間溫度不可過(guò)高，以防止高溫脆化和475攝氏度脆化。

（2）采用小的熱輸入、窄焊道焊接技術(shù)，防止在450攝氏度以上停留時(shí)間長(cháng)。

（3）焊后進(jìn)行750~800攝氏度退火處理，使碳化物球化，鉻分布均勻，可恢復耐蝕性和改善接頭的塑性。退火后快冷，防止σ相析出和475攝氏度脆化。

（4）采用奧氏體不銹鋼焊條焊接，焊前不必預熱，焊后不可作熱處理。

鐵素體不銹鋼的焊接材料，原則上應選用合金含量與母材相近的焊條或焊絲，以保證焊接接頭的均質(zhì)性，只有在焊前無(wú)法預熱，焊后難于熱處理的情況下，才選用合金成分較高的奧氏體不銹鋼焊接材料。采用奧氏體不銹鋼焊接材料有利于提高焊接接頭的塑性、韌性，但對于不含穩定化元素的鐵素體不銹鋼，熱影響區的敏化難以消除。Cr25~Cr30鐵素體不銹鋼，常用的奧氏體不銹鋼焊接材料是Cr25~Ni13型。Cr16~Cr18鐵素體不銹鋼，常用的奧氏體不銹鋼焊接材料是Cr19~Ni10型、Cr18~Ni12Mo型。

鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼的焊接

1.鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼的焊接特點(diǎn)

這類(lèi)不銹鋼的焊接性良好，在一般的拘束條件下，焊縫金屬的熱裂紋敏感性小，但當拘束度較大和焊縫金屬中含氫量較高時(shí)，會(huì )導致焊接氫致裂紋傾向，因此在選擇焊接材料和焊接過(guò)程中應控制氫的來(lái)源，防止產(chǎn)生氫致裂紋。

2.鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼的焊接工藝要點(diǎn)

（1）Cr18型雙相不銹鋼：這類(lèi)鋼焊接性好，焊接熱裂紋和冷裂紋的敏感性小，接頭脆化傾向小，因此，焊前無(wú)需預熱，焊后也無(wú)需熱處理。

此類(lèi)鋼焊接時(shí)，若接頭的局速度較大，需嚴格控制氫的含量，防止產(chǎn)生氫致裂紋。對于薄板、薄壁管的封底焊接，宜采用鎢極氬弧焊，并控制焊接熱輸入；對于中厚板封底焊以外的焊接，可采用焊條電弧焊、氣體保護焊和埋弧焊。

（2）Cr23無(wú)Mo型不銹鋼：其與Cr18型雙相鋼一樣焊接性良好，焊接熱裂紋和冷裂紋的敏感性小，接頭脆化傾向小，因此，焊前無(wú)需預熱，焊后也無(wú)需熱處理。焊接時(shí)為獲得良好的相比例及防治各種脆化相析出，應控制焊接熱輸入在10~25kJ/cm的范圍內，層間溫度不超過(guò)150攝氏度。

（3）Cr22型不銹鋼：焊接性良好，焊接熱裂紋和冷裂紋的敏感性小，接頭脆化傾向小，因此，焊前無(wú)需預熱，焊后也無(wú)需熱處理。當焊接材料選擇合適、焊接熱輸入控制在10~25kJ/cm、層間溫度不超過(guò)150攝氏度時(shí)，焊接接頭具有良好的綜合性能。對于這類(lèi)鋼的焊接，應嚴格控制焊材及焊接過(guò)程中的氫來(lái)源，防止氫致裂紋。

（4）Cr25型不銹鋼：具有良好的焊接性。但要控制熱輸入，一般控制在10~25kJ/cm、層間溫度不超過(guò)150攝氏度以防止焊接接頭塑性、韌性及耐腐蝕性能大幅度降低。此類(lèi)鋼優(yōu)先選用Cr25-Ni9-Mo4型超低碳雙相不銹鋼焊接材料。當焊接接頭耐蝕性有更高要求時(shí)，可選用不含Nb的高M(jìn)o型鎳基合金焊接材料。另外要控氫，以防止氫致裂紋。