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    奧氏體不銹鋼的焊接特點及焊條選用

    奧氏體不銹鋼是石油化工生產中應用最為廣泛的金屬材料之一,本文簡要地闡述了不銹鋼焊接過程中容易出現的一些問題,針對這些問題提出了相應的預防措施,并根據這些措施提出了焊條的選用原則。

    不銹鋼是指主加元素Cr高于12%、能使鋼處于鈍化狀態、又具有不銹特性的鋼。不銹鋼根據其顯微組織分為鐵素體型、馬氏體型、奧氏體型、奧氏體+鐵素體型和沉淀硬化型不銹鋼。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。

    一、奧氏體不銹鋼的焊接特點

    奧氏體不銹鋼是石油化工生產中應用最為廣泛的金屬材料之一,其焊接性能良好,但在焊接過程中也容易產生不少問題,主要表現為以下幾種:

    1、晶間腐蝕

    根據貧鉻理論,焊縫和熱影響區在加熱到450~850℃時在晶界處析出高鉻碳化物(Cr23C6),形成貧鉻的晶界,不足以抵抗腐蝕的程度

    防止措施有:

    (1)采用低碳或超低碳的焊材,如A002等,采用含鈦、鈮等穩定化元素的焊條,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)對耐晶間腐蝕性能要求很高的焊件進行焊后穩定化退火處理。

    2、容易出現熱裂紋

    熱裂紋產生的主要原因是焊縫中的樹枝晶方向性強,有利于S、P等元素的低熔點共晶產物的形成和聚集。另外,此類鋼的導熱系數小(約為低碳鋼的1/3),線脹系數大(比低碳鋼大50%),所以焊接應力也大,加劇了熱裂紋的產生。

    防止措施:

    (1)盡量選用堿性藥皮的優質焊條,以限制焊縫金屬中S、P、C等的含量。

    (2)使焊縫金屬呈雙相組織,盡量控制鐵素體的含量。

    3、應力腐蝕開裂

    應力腐蝕開裂是焊接接頭在特定腐蝕環境下受拉伸應力作用時所產生的延遲開裂現象。奧氏體不銹鋼焊接接頭表現為無塑性變形的脆性破壞。

    防止措施:

    (1)合理選擇焊材,使焊縫與母材之間有良好的匹配,不產生任何不良組織,如晶粒粗化及硬脆馬氏體等;合理制定成形加工和組裝工藝

    (2)合理制定成形加工和組裝工藝,盡可能減小冷座變形度。

    (3)消除應力處理:焊后熱處理,如焊后完全退火或退火;在難以實施熱處理時采用焊后錘擊或噴丸等。

    4、焊縫金屬的低溫脆化

    對于奧氏體不銹鋼焊接接頭,在低溫使用時,焊縫金屬的塑韌性是關鍵問題。此時,焊縫組織中的鐵素體的存在總是惡化低溫韌性。

    防止措施:通過選用純奧氏體焊材和調整焊接工藝獲得單一的奧氏體焊縫。

    5、焊接接頭的σ相脆化。

    焊件在經受一定時間的高溫加熱后會在焊縫中析出一種脆性的σ相,導致整個接頭脆化,塑性和韌性顯著下降。σ相的析出溫度范圍650-850℃。在高溫加熱過程中,σ相主要由鐵素體轉變而成。加熱時間越長,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)采用小規范,以減小焊縫金屬在高溫下的停留時間;

    (3)對已析出的σ相在條件允許時進行固溶處理,使σ相溶入奧氏體。

    二、奧氏體不銹鋼的焊條選用原則

    首先,不銹鋼焊條必須根據母材和工作條件(包括工作溫度和接觸介質等)來選用。其次焊條的性能要與不銹鋼的用途相符。

    1、一般來說,焊條的選用可參照母材的材質,選用與母材成分相同或相近的焊條。如:A102對應0Cr19Ni9;A137對應1Cr18Ni9Ti。

    2、由于碳含量對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。

    3、奧氏體不銹鋼的焊縫金屬應保證力學性能。可通過焊接工藝評定進行驗證。

    4、對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能滿足焊縫金屬的抗熱裂性能和焊接接頭的高溫性能。

    5、在某些特殊的應用場合,可能要求采用全奧氏體的焊縫金屬時,可采用比如A402、A407焊條等。對于在各種腐蝕介質中工作的耐蝕不銹鋼,則應按介質和工作溫度來選擇焊條,并保證其耐腐蝕性能(做焊接接頭的腐蝕性能試驗)。(1)對于工作溫度在300℃以上、有較強腐蝕性的介質,須采用含有Ti或Nb穩定化元素或超低碳不銹鋼焊條。如A137或A002等。(2)對于含有稀硫酸或鹽酸的介質,常選用含Mo或含Mo和Cu的不銹鋼焊條如:A032、A052等。(3)工作,腐蝕性弱或僅為避免銹蝕污染的設備,方可采用不含Ti或Nb的不銹鋼焊條。

    為保證焊縫金屬的耐應力腐蝕能力,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。

    6、對于在低溫條件下工作的奧氏體不銹鋼,應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。

    7、也可選用鎳基合金焊條。如采用Mo達9%的鎳基焊材焊接Mo6型超級奧氏體不銹鋼。

    綜上所述,奧氏體不銹鋼的焊接是有其獨特特點的,奧氏體不銹鋼焊接時焊條的選用尤其值得注意,只有根據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,才能達到所預期的焊接質量。

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