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不锈钢焊接特点及应注意事项

【摘要】:(一)奥氏体不锈钢的焊接特点与其他不锈钢相比,奥氏体不锈钢的焊接性相对较好。造成奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂的主要原因是焊接残余应力,而焊接接头的组织变化或应力集中的存在,以及局部腐蚀介质浓缩也是影响应力腐蚀开裂的原因。(三)铁素体不锈钢的焊接特点在焊接高温作用下,加热温度达到1000℃以上的热影响区特别是近缝区的晶粒会急剧长大焊后即使快速冷却,也无法避免因晶粒粗大而引起的韧性急剧下降及较高的晶间腐蚀倾向。

(一)奥氏体不锈钢的焊接特点

与其他不锈钢相比,奥氏体不锈钢的焊接性相对较好。在焊接过程中,对于不同类型的奥氏体不锈钢,因焊接材料与工艺的不同,焊接接头各部位可能出现下述一种或多种问题。

1.焊接接头中的热裂纹

奥氏体不锈钢由于其热传导率小,线膨胀系数大,因此在焊接过程中,焊接接头部位的高温停留时间较长,焊缝易形成粗大的柱状结晶组织,在凝固结晶过程中,若硫、磷、锡、锑、铌等杂质元素含量较高,就在晶间形成低熔点共晶,在焊接接头承受较高的拉应力时,易在焊缝中形成凝固裂纹,在热影响区会形成液化裂纹,这都属于焊接热裂纹。

防止热裂纹最有效的途径是:降低钢及焊接材料中易产生低熔点共晶的杂质元素,以及使铬-镍奥氏体不锈钢中含有4%~12%的铁素体组织。

2.焊接接头的耐蚀性

(1)晶间腐蚀 根据贫铬理论,在晶间上析出碳化铬,造成晶界贫铬是产生晶间腐蚀的主要原因。为此,选择超低碳焊接材料或含有铌、钛等稳定化元素的焊接材料是防止晶间腐蚀的主要措施。

(2)应力腐蚀 应力腐蚀开裂通常表现为无塑性的脆性破坏,危害严重。造成奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂的主要原因是焊接残余应力,而焊接接头的组织变化或应力集中的存在,以及局部腐蚀介质浓缩也是影响应力腐蚀开裂的原因。

3.焊接接头的脆化

(1)焊缝金属的低温脆化 在低温使用时,焊缝金属的塑韧性是关键性能,此时焊缝组织通常是希望获得单一的奥氏体组织。如有的奥氏体不锈钢焊接结构需要用在-196℃低温时,焊缝金属因为存在较多的铁素体组织,则低温冲击就有可能不合格。这时需要调整焊缝金属的化学成分,减少铁素体组织,在不出现热裂纹的前提下得到尽可能多的奥氏体组织。

(2)焊接接头的σ相脆化 σ相是一种脆硬的金属间化合物,主要析出于柱状晶体的晶界γ相和δ相都可能发生σ相转变。如对于Cr25Ni20型焊缝在800~900℃加热时,就会发生强烈的γ-σ转变。对于Cr-Ni型奥氏体不锈钢,特别是Cr-Ni-Mo型不锈钢,易发生δ-σ转变,这主要是由于铬、钼元素具有明显的σ化作用。当焊缝中的δ铁素体含量超过12%时,此转变非常显著,且造成焊缝金属的明显脆化。

(二)马氏体不锈钢的焊接特点

Cr13型马氏体不锈钢焊缝和热影响区的淬硬倾向特别大,焊接接头在空冷条件下便可得到硬脆的马氏体,在焊接拘束应力和扩散氢的作用下,很容易出现焊接冷裂纹。当冷却速度较小时,近缝区及焊缝金属会形成粗大铁素体及析出碳化物,使接头的塑、韧性显著降低。

低碳及超级马氏体不锈钢的焊缝和热影响区冷却后,虽然全部转变为低碳马氏体,但没有明显的淬硬现象,具有良好的焊接性能。

(三)铁素体不锈钢的焊接特点

在焊接高温作用下,加热温度达到1000℃以上的热影响区特别是近缝区的晶粒会急剧长大焊后即使快速冷却,也无法避免因晶粒粗大而引起的韧性急剧下降及较高的晶间腐蚀倾向。

铁素体钢本身含铬量较高,有害元素碳、氮、氧等也较多,脆性转变温度较高,缺口敏感性较强。因此,焊后脆化现象较为严重。

400~600℃长时间加热缓冷时,会出现475℃脆化,使常温韧性严重下降。在550~820℃长时间加热后,则容易从铁素体中析出σ相,也明显降低其塑、韧性。