奥氏体不锈钢与铁素体钢的焊接性能分析研究
铁素体含量(δ%)对不锈钢性能的影响
铁素体含量(δ%)对不锈钢性能的影响一、铁素体（δ）的概述--------------------1.1 不锈钢具有较好的耐蚀性、耐热性、耐低温性及良好的易成形性和优异的可焊接性，是不锈钢系列材料中重要的一类，其产量约占不锈钢总产量的60%。
不锈钢阀门主体材料几乎全部采用奥氏体不锈钢，而阀门行业对奥氏体不锈钢的认识水平，还仅涉及其化学成分和力学性能方面。
但是对一些石油化工重要工程中，都对奥氏体不锈钢焊接母材和焊缝中的铁素体含量进行了规定，正常在5%～15%。
Fe-C相图1.2 铁素体的作用具有双重性，奥氏体不锈钢母材和焊材中一定数量的铁素体对防止焊接热裂纹, 提高焊缝抗晶间腐蚀和应力腐蚀能力都有十分重要的作用, 同时，铸件中一定数量的铁素体(5%～20%)对防止铸造热裂纹，提高铸件力学性能也都是有利的。
在一些特定的环境，如高温、超低温以及选择腐蚀环境，应控制其不利作用。
为此，研究奥氏体不锈钢中铁素体的作用, 掌握铁素体的调控原理、测量和计算方法, 对研制和开发不锈钢产品具有十分重要的意义。
铁素体金相组织图二、铁素体对奥氏体钢性能的影响--------------------2.1 铁素体在奥氏体不锈钢中的作用是十分重要的，对阀门来讲，最重要的方面是对焊接性能的影响，其次是对材料耐腐蚀性能、力学性能和加工性能的影响。
不锈钢按晶体结构分为奥氏体、铁素体和马氏体。
奥氏体是面心立方晶体结构，无磁性。
铁素体和马氏体是体心立方晶体结构，有磁性。
2.1.1 其实奥氏体不锈钢，并不表明其组织结构必须是100%的奥氏体。
在不锈钢阀门和零件验收时，常可见到用磁铁来吸引被检测产品，若出现有弱磁性就以此认为产品存在质量问题，其实这是对奥氏体不锈钢的一种误解。
2.1.2 奥氏体不锈钢的焊缝区由于其特定冷却结晶条件，熔池体积很小，焊缝金属的晶体是以熔池底部及边缘，沿着母材半熔化区残留的晶体外延生长的，结晶速度起初很慢，但在焊缝中心区很快，这样焊缝金属冷却结晶是在不平衡热力学条件下快速形成的。
奥氏体不锈钢金属中铁素体数的测量
奥氏体不锈钢金属中铁素体数的测量（原创版）目录一、引言二、奥氏体不锈钢中铁素体的作用1.对焊接性能的影响2.对材料耐腐蚀性能的影响3.对力学性能的影响4.对加工性能的影响三、奥氏体不锈钢中铁素体含量的测定方法1.磁性法2.金相法四、奥氏体不锈钢中铁素体形成机理1.铁素体的定义2.铁素体的分类3.铁素体的形成机理五、控制奥氏体不锈钢中铁素体含量的计算方法1.不锈钢组织图2.合金元素铬当量与镍当量六、结论正文一、引言奥氏体不锈钢是一种具有较好耐蚀性、耐热性、耐低温性及良好的易成形性和优异的可焊接性的不锈钢材料。
在核电站、核反应堆工程用核安全级阀门、国防军工用特种阀门以及大型化工装置中，奥氏体不锈钢被广泛应用。
然而，铁素体作为奥氏体不锈钢中的一种组织结构，其含量对材料的性能有着重要的影响。
因此，对奥氏体不锈钢中铁素体含量的测定方法以及如何控制铁素体含量的研究具有重要意义。
二、奥氏体不锈钢中铁素体的作用1.对焊接性能的影响奥氏体不锈钢中的铁素体含量对焊接性能有重要影响。
铁素体含量过高会导致焊接过程中出现热裂纹、冷裂纹等问题，影响焊接质量。
2.对材料耐腐蚀性能的影响铁素体含量对奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能也有影响。
铁素体在腐蚀介质中容易发生析出相，从而降低材料的耐腐蚀性能。
3.对力学性能的影响铁素体含量对奥氏体不锈钢的力学性能也有影响。
铁素体含量过高会导致材料强度降低、韧性减弱，影响材料的使用性能。
4.对加工性能的影响铁素体含量对奥氏体不锈钢的加工性能也有影响。
铁素体含量过高会导致材料硬度增加，加工困难，影响加工质量。
三、奥氏体不锈钢中铁素体含量的测定方法1.磁性法磁性法是利用磁性材料对铁素体的磁性反应进行测量的方法。
根据磁性法的测量结果，可以对奥氏体不锈钢中铁素体含量进行定量或半定量分析。
2.金相法金相法是通过制作试样，经浸蚀后在金相显微镜下按标准规定评定的方法。
金相法可以对奥氏体不锈钢中铁素体含量进行半定量分析。
奥氏体不锈钢304焊接性评定实验报告
奥氏体不锈钢304焊接性评定试验报告奥氏体不锈钢304具有非常好的塑性和韧性,这决定了它具有良好的弯折、卷曲和冲压成型性，因而便于制成各种形状的构件、容器或管道；奥氏体型不锈钢304的耐腐蚀性能特别优良，是它获得最为广泛应用的根本原因。
也正是这样，在评价焊接质量时必然特别强调焊接接头的开裂倾向、焊接缺陷敏感性和耐晶间腐蚀等的能力。
本报告结合奥氏体不锈钢304的焊接特点，进行了手工钨极氩弧焊评定性试验，现就试验结果作一介绍一、奥氏体不锈钢的焊接特点：奥氏体不锈钢韧性、塑性好，焊接时不会发生淬火硬化，尽管其线膨胀系数比碳钢大得多，焊接过程中的弹塑性应力应变量很大，却极少出现冷裂纹；尽管有很强的加工硬化能力，由于焊接接头不存在淬火硬化区，所以，即使受焊接热影响而软化的区域，其抗拉强度仍然不低。
304钢的热胀冷缩特别大所带来的焊接性的问题，主要有两个：一是焊接热裂纹，这与奥氏体不锈钢的晶界特性和对某些微量杂质如硫、磷等敏感有关；二是焊接变形大。
1、焊接接头的热裂纹及其对策1.1焊接接头产生热裂纹的原因单相奥氏体组织的奥氏体型不锈钢焊接接头易发生焊接热裂纹，这种裂纹是在高温状态下形成的。
常见的裂纹形式有弧坑裂纹、热影响区裂纹、焊缝横向和纵向裂纹。
就裂纹的物理本质上讲，有凝固裂纹、液化裂纹和高温低塑性裂纹等多种。
奥氏体型不锈钢易产生焊接接头热裂纹的主要原因有以下几点：1）焊缝金属凝固期间存在较大的拉应力，这是产生凝固裂纹的必要条件。
由于奥氏体型不锈钢的热导率小，线膨胀系数大，在焊接区降温（收缩）期焊接接头必然要承受较大的拉应力，这也促成各种类型热裂纹的产生。
2）方向性强的焊缝柱状晶组织的存在，有利于有害杂质的偏析及晶间液态夹层的形成。
3）奥氏体不锈钢的品种多，母材及焊缝的合金组成比较复杂。
含镍量高的合金对硫和磷形成易熔共晶更为敏感，在某些钢中硅和铌等元素，也能形成有害的易熔晶间层。
1.2避免奥氏体型不锈钢焊接热裂纹的途径。
铁素体不锈钢430焊接性评定报告
铁素体不锈钢430焊接性评定试验报告一、铁素体不锈钢的焊接特点：1、要求低温预热高铬铁素体不锈钢在室温时韧性较低,焊接时焊接接头易形成高温脆化,在一定条件下可能产生裂纹。
通过预热，使焊接接头处于富有韧性的状态下施焊，能有效地防止裂纹的产生；但是焊接时的热循环又会使焊接接头近缝区的晶粒急剧长大粗化，而引起脆化。
为此，预热温度的选择要慎重，一般控制在100-200℃，随着母材金属中含铬量的提高，预热温度可相应提高。
但预热温度过高，也会使焊接接头过热而脆化。
2、475℃脆性的防止475℃脆性是高铬铁素体不锈钢焊接时的主要问题之一。
杂质对475℃脆性有促进作用，因此，需提高母材金属和熔敷金属的纯度，缩短铁素体不锈钢焊接接头在这个温度区间的停留时间，以防止475℃脆性的产生。
一旦出现475℃脆性，可以在600℃以上温度短时间加热，再以较快的速度冷却，给予消除。
3、焊接材料的选择对于可以焊前预热或焊后进行热处理的焊接构件，可选用与母材金属相同化学成分的焊接材料；对于不允许预热或焊后不能进行热处理的焊接构件，应选用奥氏体不锈钢焊接材料，以保证焊缝具有良好的塑性和韧性。
铁素体不锈钢的焊接方法通常采用焊条电弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊和埋弧焊等。
当采用同质的焊接材料时，焊缝金属呈粗大的铁素体组织，韧性很差。
通过焊后热处理，焊接接头的塑性可以得到改善，韧性略有提高。
用同质焊材焊成的焊缝其优点是：焊缝与母材有一样的颜色和形貌，相同的线膨胀系数和大体相似的耐蚀性，但抗裂性不高。
用异质奥氏体焊材所焊成的焊缝具有很好的塑性，应用较多，但要控制好母材金属对奥氏体焊缝的稀释。
用异质焊条施焊，通过“5、操作要点”可减少高温脆化和475℃脆化，防止裂纹的形成。
鉴于多方面的适应性，本次评定试验拟采用奥氏体不锈钢焊接材料，且考虑到铁素体不锈钢母材（高Cr无Ni）对焊接接头的稀释作用，决定选择较高Ni含量的ER308L焊丝。
4、焊后热处理对于同质材料焊成的铁素体不锈钢焊接接头，热处理的目的是使焊接接头组织均匀化，从而提高其塑性及耐蚀性。
201奥氏体不锈钢与Q235焊接接头组织与性能的研究
201奥氏体不锈钢与Q235焊接接头组织与性能的研究文章摘要：本研究通过焊接实验，研究比较了201奥氏体不锈钢与Q235钢的焊接接头的组织与性能。
实验结果表明，采用适当的焊接工艺参数可以得到良好的焊接接头，焊缝的组织主要由铁素体和少量的奥氏体组成。
同时，焊接接头对拉伸强度、冲击韧性和硬度的要求也相对较高。
本研究为不锈钢与普通钢的焊接提供了理论指导和实践经验。
1.引言201奥氏体不锈钢具有良好的耐蚀性和加工性能，广泛应用于航空航天、化工等领域。
然而，不锈钢的价格较高，导致使用不锈钢作为结构材料的成本较高。
相比之下，普通碳钢Q235具有成本低、强度高等优点，但其耐腐蚀性较差。
因此，将不锈钢与普通钢进行焊接，可以在一定程度上兼具经济性和耐腐蚀性。
2.实验方法本实验选取201奥氏体不锈钢板和Q235钢板作为焊接材料，采用氩弧焊接法进行焊接。
实验过程中，对焊接参数进行优化，包括焊接电流、焊接速度、焊接角度等。
经过焊接后，对焊缝进行显微组织观察，测量焊缝的宽度和长度。
并对焊接接头的拉伸强度、冲击韧性和硬度进行测试。
3.实验结果焊接接头的观察结果显示，焊缝宽度和长度与焊接参数有关，同时也受到原材料的影响。
适当的焊接参数可以获得较窄和较长的焊缝。
显微组织观察结果显示，焊缝主要由铁素体和少量的奥氏体组成，铁素体的分布相对均匀。
此外，焊接接头的拉伸强度、冲击韧性和硬度也较高，满足一般结构材料的要求。
4.讨论与结论本实验结果表明，201奥氏体不锈钢与Q235钢的焊接接头可以通过适当的焊接工艺参数得到良好的焊接接头。
焊缝的组织主要由铁素体和少量的奥氏体组成，并且铁素体的分布相对均匀。
同时，焊接接头对拉伸强度、冲击韧性和硬度的要求也相对较高。
这为不锈钢与普通钢的焊接提供了理论指导和实践经验。
然而，需要注意的是，焊接接头的性能也受到其他因素的影响，如焊接工艺的稳定性和焊接材料的质量，需要进一步的研究和实验验证。
奥氏体不锈钢焊接
奥氏体不锈钢通常在常温下的组织为纯奥氏体，也有一些为奥氏体+少量铁素体。
奥氏体不锈钢具有优良的焊接性能，但由于其特殊的成分和组织，相对于普碳钢，其焊接又有很多不同之处，本文就奥氏体不锈钢的焊接进行分析。
一、奥氏体不锈钢的焊接特点奥氏体不锈钢是石油化工生产中应用最为广泛的金属材料之一，其焊接性能良好，但在焊接过程中也容易产生不少问题，主要表现为以下几种：晶间腐蚀奥氏体不锈钢焊接件容易在焊接接头处发生晶间腐蚀，根据贫铬理论，其原因是焊接时焊缝和热影响区在加热到450～850℃温度范围停留一定时间的接头部位，在晶界处析出高铬碳化物（Cr23C6），引起晶粒表层含铬量降低，形成贫铬区，在腐蚀介质的作用下，晶粒表层的贫铬区受到腐蚀而形成晶间腐蚀。
这时被腐蚀的焊接接头表面无明显变化，受力时则会沿晶界断裂，几乎完全失去强度。
为防止和减少焊接接头处的晶间腐蚀，一般采取的防止措施有：（1）采用低碳或超低碳的焊材，如A002等，或采用含钛、铌等稳定化元素的焊条，如A137、A132等；（2）由焊丝或焊条向焊缝熔入一定量的铁素体形成元素，使焊缝金属成为奥氏体+铁素体的双相组织（铁素体一般控制4-12％）；（3）减少焊接熔池过热，选用较小的焊接电流和较快的焊接速度，加快冷却速度；（4）对耐晶间腐蚀性能要求很高的焊件进行焊后稳定化退火处理。
焊接热裂纹热裂纹产生的主要原因是焊缝中的树枝晶方向性强，有利于S、P等元素的低熔点共晶产物的形成和聚集。
另外，此类钢的导热系数小（约为低碳钢的1/3），线胀系数大（比低碳钢大50％），所以焊接应力也大，加剧了热裂纹的产生。
其防止的办法是：（1）选用含碳量低的焊接材料，采用含适量Mo、Si等铁素体形成元素的焊接材料，使焊缝形成奥氏体加铁素体的双相组织，减少偏析；（2）尽量选用碱性药皮的优质焊条，以限制焊缝金属中S、P、C等的含量。
应力腐蚀开裂应力腐蚀开裂是焊接接头在特定腐蚀环境下受拉伸应力作用时所产生的延迟开裂现象。
一般用途的铁素体奥氏体不锈钢无缝和焊接管
一般用途的铁素体/奥氏体不锈钢无缝和焊接管（ASTM A789/A789M
1. 适用范围
适用于耐一般腐蚀，特别是耐应力腐蚀的不锈钢管。
这些材料在长时间高温条件下使用时，对脆性表现敏感。
2. 制造方法
钢管采用无缝化工艺或不加填充金属的焊接方法生产。
3. 牌号
S31803，S31500，S32550，S31250，S32304
4. 力学性能
5. 热处理制度
6.
注：A.
寸的允许偏差为壁厚的±12.5%。
对于内径<1/2英寸（12.7mm）的钢管，不能在顶杆上良好地拉拔，壁厚可以有规定值的±15%偏差。
B.这些公差适用长度不大于24英尺（7.3mm）的定尺钢管。
对于长度在24英尺（7.3mm）以上，每10英尺（3.0米）或其余数允许另加1/8英寸（3.2mm）的正公差，最大公差为1/2英寸（12.7mm）。
7. 气压—水压试验
（1）内表面清洁和干燥的每根钢管浸入清洁水中，以清洁和干燥的压缩空气，内部打压至最小达150磅/英寸2（1000千帕）。
（2）钢管应明亮，水中照明良好。
（3）应首先在试前处理完空气与管接头漏气处。
（4）水面平静后保持压力不少于5秒钟，应对钢管的整个表面进行检查。
（5）在气压—水压试验中，如任一钢管漏气，应将其判废。
漏气部位允许切除，然后按上述方法进行重试。
8. 连续热处理的钢管每批根数
本文选自：。
不锈钢种类及焊接方法
不锈钢种类及焊接方法不锈钢是一种耐腐蚀性能优良的合金钢，广泛应用于机械制造、化学工程、建筑装饰和食品加工等领域。
根据成分和微量元素的不同，不锈钢可以分为几个不同的种类。
同时，由于不锈钢的焊接性能与材质成分有关，焊接方法也不尽相同。
下面将详细介绍不锈钢种类及其常用的焊接方法。
一、不锈钢种类1.铁素体不锈钢：含有高达11%的铬和低碳含量的铁素体不锈钢，具有优良的耐腐蚀性，常用于耐酸洗、耐酒精和食品加工等场合。
2.铁素体-奥氏体混合型不锈钢：在铁素体不锈钢中添加合适的镍和钼等元素，使其同时具备铁素体和奥氏体的特性，具有良好的综合性能。
3.奥氏体不锈钢：含有17%以上铬和8%左右镍的奥氏体不锈钢，具有良好的耐腐蚀性和机械性能，被广泛应用于化工、海洋工程等领域。
4.马氏体-奥氏体不锈钢：在奥氏体不锈钢中添加合适的钼和铌等元素，经过热处理可以得到马氏体-奥氏体的组织结构，具有较高的强度和耐腐蚀性能。
5.双相不锈钢：在奥氏体不锈钢中添加适量的铬、镍和钼等元素，通过特定的热处理工艺得到奥氏体和铁素体的混合组织结构，具有良好的耐腐蚀性能和机械性能。
二、焊接方法1.氩弧焊：氩弧焊是最常用的不锈钢焊接方法之一、在焊接过程中使用纯钨电极和氩气保护，防止氧气和氮气进入焊接区域，保证焊缝的质量。
2.熔化极氩弧焊：熔化极氩弧焊是一种高效的不锈钢焊接方法。
在焊接过程中使用铁素体不锈钢丝作为焊条，通过电弧的高温将其熔化，同时使用氩气保护焊缝。
3.水下手弧焊：水下手弧焊是一种适用于水下不锈钢焊接的方法。
焊工通过手动焊接电弧，保证焊接质量。
由于焊接环境特殊，焊接过程中需要使用耐腐蚀特殊电极和输送特殊焊接材料的设备。
4.焊锡、焊银焊接：对于较薄的不锈钢片，可以使用焊锡、焊银进行焊接。
通过熔化和铺涂在焊缝上，并使用熔点较低的焊锡和焊银作为焊料，实现焊接。
总之，不锈钢种类多样，每种不锈钢的焊接方法也不同。
在进行焊接时，应根据材质和焊接要求选择合适的焊接方法，确保焊接质量和结构性能的要求。
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收稿日期:2002-05-15。
作者简介:芮福才(1954-),女,1996年毕业于黑龙江省电力职工大学热能动力工程专业,助理工程师。
奥氏体不锈钢与铁素体钢的焊接性能分析研究芮福才(黑龙江省电力科学研究院,黑龙江哈尔滨150030)摘 要:阐述了奥氏体不锈钢及铁素体钢的焊接性和焊接工艺性,分析了异种钢焊缝失效的原因,认为选用镍基材料作为焊接材料可延长异质接头的寿命。
关键词:奥氏不锈钢;铁素体钢;焊接中国分类号:TG 44 文献标识码:A 文章编号:1002-1663(2002)04-0270-03Weldability Analysis for Austenitic Steel and Ferritic SteelRUI Fu-cai(Heilongjiang E lectric P ower Research Institute ,Harbin 150030,China )Abstract :The weldability of austenitic stainless steel and ferritic steel was discussed ,and the causes for the failure in the weld seams of special steel ,and it was concluded that nickel based material can be used as a welding materi 2al to prolong the life of a joint of different quality.K ey w ords :austenitic stainless steel ;ferrite steel ;welding 随着机组参数的增大,对电站锅炉钢材使用的要求越来越高,由碳素钢到珠光体、贝氏体、马氏体耐热钢及至耐温可达700℃的奥氏体不锈钢。
由于奥氏体不锈钢具有优良的高温抗氧化性及热稳定性强,因此被广泛应用于发电机组锅炉受热面管子的高温部分。
目前,我国200MW 以上电站锅炉的过热器和再热器,其高温段部分选用了奥氏体不锈钢,如S A213—TP304H (1Cr19Ni9)、S A213—TP347H (1Cr19Ni11Nb )和1Cr18Ni9T i 等,而低温段则选用12Cr1M oV 、12Cr2M oW VT iB (G 102)和T91等铁素体耐热钢(这里的铁素体耐热钢是指除奥氏体钢以外的其它耐热钢的总称),根据发电机组各个部位工作温度不同,相应使用不同化学成分和金属组织材料,既可保证其使用寿命,也可降低造价。
当然,在钢材的使用中不可避免地存在各种类型异种钢焊接问题。
异种钢焊接是指不同化学成分或组织的两种钢的对接,异种钢焊接接头的特点是其化学成分、金属组织和机械性能呈不均匀性,线膨胀系数相差较大,使异种接头在使用中产生附加热应力,对焊接材料、焊接规范以及运行的可靠性都有显著的影响。
下面以奥氏体不锈钢(S A213—TP347H )与铁素体耐热钢焊接为例,分析其焊接性。
1 SA213—TP347钢的焊接性能S A213—TP347H 钢是奥氏体不锈耐热钢,属于18-8型铬镍奥氏体不锈钢,相当于我国的1Cr19Ni11NB ,奥氏体不锈耐热钢是根据Fe-Cr-Ni三元平衡图,当Cr 含量大于或等于18%,Ni 含量大于或等于8%时,室温下可获得单相奥氏体的原理而发展起来的。
由于此类钢组织为单相奥氏体,因此焊后无淬硬倾向。
但其焊接时,容易出现晶间腐蚀、应力腐蚀开裂和焊接热裂纹。
奥氏体不锈钢S A213-TP347H ,规格为<42,壁厚5.5mm ,其主要化学成分和机械性能见表1。
表1TP347H 化学成分和机械性能化学成分Π%C Mn S i P S Cr Ni Nb +T a 0.0651.030.690.220.01518.309.850.67机械性能s ΠMPa b ΠMPa δΠ%220550≥40—072—v ol.24,No.4 Heilongjiang Electric P ower Aug.20021.1 晶间腐蚀晶间腐蚀主要包括焊缝晶间腐蚀、热影响区(H AZ)敏化腐蚀和焊趾处刀状腐蚀。
无论哪种晶间腐蚀,均是由于在奥氏体晶粒周界首先发生C 的集聚,而后C与Cr结合形成Cr23C6或碳的铬化物,使晶间发生贫C造成的。
此外,单相奥氏体焊缝金属呈发达的柱状晶,经敏化温度(450～850℃)后,出现的贫Cr层可以贯穿晶粒之间而构成腐蚀介质集中的腐蚀通道,使不锈钢的耐蚀性下降。
避免晶间腐蚀应主要从以下两个方面入手:a.降低母材或焊材的含碳量,采用超低碳、低碳奥氏体钢和焊材;在焊材或母材中加入一些稳定C元素的合金元素,如T i或Nb。
b.从焊接冶金方面考虑,应打散奥氏体焊缝金属中的柱状晶,形成双相组织。
1.2 应力腐蚀开裂由于奥氏体钢的导热性差、热膨胀系数大引起的高残余应力是造成奥氏体钢应力腐蚀开裂的主要原因,焊接残余应力的存在,加快了腐蚀的速度,为此,在焊接时应尽量降低残余应力。
1.3 焊接热裂纹Cr—Ni奥氏体不锈钢焊接时,有较大的热裂纹倾向,主要与以下因素有关:a.奥氏体钢的导热系数小和线膨胀系数大,焊缝金属凝固过程中存在较大拉应力是产生凝固裂纹的必要条件。
b.奥氏体易形成方向性很强的柱状晶焊缝组织,有利于有害杂质的偏析,促使形成晶间液态间层,产生焊缝凝固裂纹。
c.奥氏体钢及其焊缝的合金组成较复杂,相互化合易形成低熔点共晶体,形成有害的液态间层。
防止奥氏体不锈钢焊缝产生热裂纹主要措施是选择合适的焊接材料,调整合金成分,使焊缝具有奥氏体和铁素体的双相组织,并限制焊接材料中的杂质元素和碳的含量。
2 奥氏体不锈钢及铁素体钢焊接性能分析奥氏体与铁素体类钢的焊接,关键是焊接材料与两侧钢材各种性能的匹配问题。
要获得可靠的异种金属接头,焊接材料就应满足以下若干条件:a.防止焊接缺陷。
焊接材料必须有能力承受两种母材的稀释而不形成对裂纹敏感的组织或其他缺陷;b.物理性能。
焊缝金属的物理性能应该与两种母材性能相匹配,其中热膨胀问题是非常重要的。
为了使运行的热应力降到最小程度,焊接材料的热膨胀系数应介于两种母材之间;c.组织稳定性。
焊缝金属必须在所有使用温度下保持组织的稳定性,尽量不发生碳扩散以及产生有害碳化物相;d.抗腐蚀性。
焊缝金属的抗腐蚀能力应高于其中一侧母材,以防止焊缝被优先腐蚀。
在20世纪50年代中期,国外研究发现,将异种钢焊缝的填充金属采用lnconel82焊丝和lnconel 182焊条,其化学成分如表2所示。
表2 Inconel82焊丝和Inconel182焊条的化学成分单位:%焊接材料Ni Cr Fe Nb Mn T i S i C Cu S P Inconel8267.018.0～22.0 3.0 2.0～3.0 2.5～3.50.750.50.10.50.0150.03 Inconel18259.013.0～17.010.0 1.0～2.5 5.0～9.0 1.0 1.00.10.50.0150.03 这种因科(lnconel)镍基焊接材料能与焊缝两侧的奥氏体不锈钢和铁素体钢在热膨胀特征上更接近,镍基填充金属在20～600℃膨胀系数为5.49×10-8K-1,介于奥氏体不锈钢(TP347H在20～600℃为6.77×10-8K-1和铁素体(T91在20～600℃为4.61×10-8K-1,G102在20～500℃为4. 94×10-8K-1,12Cr1M OV在20～580℃为5.37×10-8K-1之间,因此膨胀系数匹配较好,在界面上的热循环应力也较低;同时由于高含量的镍减少了碳从铁素体钢一侧渗入焊缝,防止碳扩散出现脱碳层。
实践证明,镍基填充金属的寿命大大超过其它类型的填充金属焊缝。
据国外资料统计:镍基填充金属焊缝开始破坏的平均时间为10 000h,因此采用镍基填充材料确实是目前异种钢比较好的选择。
3 焊接工艺性的分析奥氏体与铁素体的焊接可采用手工电弧焊、氩弧焊、埋弧焊、脉冲氩弧焊等方法进行。
选择原则是优先选择能在保证焊接质量的情况下,输入较小的线能量的焊接方法。
焊接线能量在保证焊接质量的前提下应尽可能降低,因为奥氏体的柱状晶具有明显的方向性,晶界有利于杂质的偏析和缺陷的聚集,同时奥氏体的线膨胀系数大,冷却—172—第24卷 第4期 黑龙江电力 2002年8月收缩应力大,易产生热裂纹。
另外合金元素Cr 、T i 等元素易烧损,所以要求的线能量不能太高。
奥氏体与铁素体钢焊接时,线能量输入过大,容易在铁素体钢热影响区的过热区产生粗大的晶粒,降低接头的机械性能,易产生再热裂纹;线能量的输入过大还会增加焊缝的稀释率,可能在靠近铁素体一侧焊缝产生一定量的马氏体组织,增大产生冷裂纹的倾向。
焊前是否选择预热是十分重要的。
对于铁素体钢来说,预热可以减少热影响区的淬硬倾向,减缓冷却速度,防止冷裂纹的产生,但预热实际上增加了线能量,对奥氏体钢则易产生热裂纹及增大熔合比。
综合考虑,对于淬硬性较大的铁素体钢与奥氏体钢焊接时,还是采取预热措施为好,担预热的温度应适当控制,不宜过高。
焊后是否进行热处理,也是十分重要的问题。
一般来讲奥氏体钢热处理会带来一系列的问题,如475℃脆化、σ相析出、碳化物析出及晶间腐蚀能力降低等,所以奥氏体钢焊后一般不需要进行热处理。
异种钢焊接要做热处理是根据铁素体钢的特性提出的,铁素体钢焊后进行热处理的目的是消除焊接应力,降低硬度,改善组织等。
对于薄壁管如12Cr2M oW VT iB (钢102),壁厚小于6mm 时,采取一定措施(氩弧焊、预热、缓冷)后,按电力部《焊工技术考核规程》规定可免做热处理。
另外,异种钢焊口在热处理过程中,会发生碳扩散。
温度越高,时间越长,碳扩散越严重,结果在铁素体钢一侧熔合线两边形成脱碳与增碳层,降低接头的蠕变性能,并在高温下长期使用,该熔合区易产生显微裂纹。
因此异种钢焊后是否要做热处理要慎重。
4 异种钢焊缝失效的主要原因分析异种钢焊缝早期失效的原因很复杂,影响因素多,归纳起来有以下主要原因:a.焊接缺陷。
导致接头早期失效的焊接缺陷主要有裂纹、未焊透、未熔合、超标夹渣等。
这些焊接缺陷在其它因素的作用下,往往成为裂纹的源头,导致焊缝失效。
因此,如何防止焊接缺陷的产生是保证接头寿命的最基本条件。
b.膨胀系数不同。
由于奥氏体、填充材料、铁素体三者之间的线膨胀系数不同,在高温运行时产生膨胀应力。
在异种钢金属焊缝中特有的膨胀不匹配应力,俗称“自应力”,这种自应力加在焊缝界面处因蠕变变形和蠕变损伤而释放。