一、焊接性
在不銹鋼的焊接中,絕大部分是奧氏體不銹鋼的焊接。奧氏體不銹鋼具有良好的耐蝕性、塑性、高溫性和焊接性,但如果焊接材料選擇不當或焊接工藝不正確,也會產生下列問題。
1. 晶間腐蝕
焊接奧氏體不銹鋼時產生的晶間腐蝕一般是由于晶粒邊界形成貧鉻層而造成的,即在450~850℃溫度下,奧氏體中碳的擴散速度大于鉻的擴散速度,當含碳量超過它在室溫的溶解度(0.02%~0.03%),碳就不斷地向奧氏體晶粒邊界擴散,并和鉻化合,析出碳化鉻(Cr23C6)。但鉻的原子半徑較大,擴散速度較小,來不及向邊界擴散,晶界附近大量的鉻和碳就化合成碳化鉻,造成奧氏體邊界貧鉻。當晶界附近的金屬含鉻量低于12%時,就失去了抗腐蝕能力。在腐蝕介質作用下,即產生晶間腐蝕。受到晶間腐蝕的不銹鋼,從表面上看沒有痕跡,但在受到應力時即會沿晶界斷裂。因此,焊接時應采取以下措施:
(1)控制含碳量。碳是造成晶間腐蝕的主要元素,碳含量在0.08%以下時,析出碳的數量就較少,所以常控制基本金屬和焊材的含碳量在0.08%以下。通常所說的超低碳不銹鋼的含碳量小于0.03%,不會產生晶間腐蝕。因此應盡量選用含碳量小于0.03%的焊材。
(2)添加穩定劑。在鋼材和焊接材料中加入鈦、鈮等元素,能夠提高抗晶間腐蝕的能力。
(3)進行固溶處理。在焊后把焊接接頭加熱到1050~1100℃,然后迅速冷卻,穩定奧氏體組織。另外,也可以進行850~900℃保溫2h的穩定化熱處理。
(4)采取雙相組織。在焊縫中加入鐵素體形成元素,如鉻、硅、鋁、鉬等,以使焊縫造成奧氏體+鐵素體的雙相組織。一般控制焊縫金屬中鐵素體含量為5%~10%,鐵素體過多,也會使焊縫變脆。
(5)減少焊接線能量。在焊接工藝上,可采用小的焊接電流、大的焊接速度和短弧多道焊,待一層焊完冷卻后再焊下一層,甚至可用澆冷水等措施來加速焊縫的冷卻。另外還必須注意焊接順序,與腐蝕介質接觸的焊縫應最后焊接,盡量不使它受重復熱循環作用。
2. 熱裂紋
奧氏體不銹鋼焊縫中枝晶方向性很強,枝晶間有利于低熔點雜質的偏析,同時,奧氏體不銹鋼導熱能力比低碳鋼約小一半,膨脹系數比低碳鋼大50%左右,導熱能力差和膨脹系數大使焊縫區形成較大的溫差和收縮應力,所以奧氏體不銹鋼焊縫很容易產生熱裂紋。
為防止熱裂紋可采取以下措施:
(1)控制焊縫組織。焊縫為奧氏體加少量鐵素體雙相組織,不僅能防止晶間腐蝕,也有利于減少鋼中低熔點雜質偏析,阻礙奧氏體晶粒長大,防止熱裂紋。
(2)控制化學成分。應減少焊縫中碳、磷、硫元素的含量和增加鉻、鉬、硅、錳等元素的含量。
(3)選用小功率焊接參數和冷卻速度快的工藝,減少熔合比,避免過熱,提高抗裂性。
二、不銹鋼氣焊工藝
不銹鋼的焊接通常采用氬弧焊、焊條電弧焊進行焊接,以解決不銹鋼焊接時可能出現的晶間腐蝕及熱裂紋等缺陷。氣焊具有不易燒穿和在各種空間位置都能焊接的特點,因此,有些薄板結構和薄壁小直徑管子,在沒有耐腐蝕要求的情況下,可采用氣焊方法。
不銹鋼氣焊時,焊嘴號數要小,為了減少過熱,焊嘴號數應比焊接同樣厚度的低碳鋼小,為減少合金元素的燒損,應采用中性焰或輕微氧化焰。
對接焊接時,焊件厚度小于1.5mm時,可不開坡口,焊件厚度大于1.5mm時,開V形坡口,坡口角度為60°,焊前應嚴格清理焊接區的污物。
焊絲應根據焊件的化學成分和性能進行選用,見表3-3。盡量采用低碳的不銹鋼焊絲,不僅可以防止裂紋,同時可以提高抗晶間腐蝕性能。為保證焊縫質量,可用氣焊熔劑CJ101。
表3-3 不銹鋼氣焊用焊絲
焊接時,將氣焊熔劑涂在焊絲和焊件坡口的正反面,使焊接時有良好的潤濕作用并防止熔化金屬氧化。操作時一般采用左焊法,焊嘴與焊件的傾角成40°~50°。火焰焰心到熔池表面的距離以2~4mm為宜。焊絲末端與熔池接觸,并與火焰一起沿焊縫移動。焊嘴不做橫向擺動,焊接速度應盡可能快,焊道宜窄,熔敷金屬宜薄,并盡量避免中斷。結束時要填滿熔池,否則,焊縫在結尾處將產生裂紋和氣孔。
當進行雙面焊接時,接觸腐蝕介質的一面應最后焊。焊后應用60~80℃的熱水將焊縫表面殘留的熔劑和熔渣洗刷干凈,必要時可進行酸洗和鈍化處理,以增加接頭的抗腐蝕性能。
不銹鋼焊后可根據使用要求確定,采用固溶處理及穩定化處理,要求不高時可不進行熱處理。