奥氏体不锈钢在物理性能、化学成分等方面与结构钢有较大差异,因而奥氏不锈钢的焊接工艺有其特点。


一、焊接方法及规范选择


  奥氏体不锈钢可用钨极氩弧焊(TIG)、熔化极氩弧焊(MIG)、等离子弧焊(PAW)及埋弧焊(SAW)等方法进行焊接。


  奥氏体不锈钢焊接,因为其熔点低、导热系数小、电阻系数大,焊接时母材和焊接材料都容易被加热、熔化,所以使用的焊接电流比较小,只是普通碳钢的80%左右。同时应采用窄焊缝、窄焊道,减少高温停留时间,防止碳化物析出影响耐腐蚀性,减少焊缝收缩应力,降低热裂纹敏感性。


二、奥氏体不锈钢焊接材料的选择


 奥氏体不锈钢品种多,使用环境复杂多变,焊接材料的选择是一项谨慎而又重要的工作。奥氏体不锈钢选择焊接材料的主要依据是:


(1). 根据母材的主要化学成分选择焊材。


(2). 焊材的成分,特别是焊接材料中的铬、镍合金元素要高于母材,例如18-8焊接采用19-9焊接材料等。


(3). 在可能的条件下,应采用含有少量(4%~12%)铁素体的焊接材料,保证焊缝良好的抗裂性能。


(4). 焊缝中不允许或不可能存在铁素体相时,焊材应选用含钼、锰等合金元素的焊接材料。


(5) .焊材的碳、硫、磷、硅、铌应尽可能低,特别是碳、硫、磷等元素。铌在纯奥氏体焊缝中会引起凝固裂纹,但焊缝中有少量铁素体,可以有效地避免。


(6). 焊后需要进行稳定化或消除应力处理的焊接结构,通常选用含铌的焊接材料。如:0Crl8Ni10Nb、0Cr18Ni12Mo2Nb等。


      填充金属如焊条、焊丝等,应根据被焊材料的品种、规格及配合的不同焊接工艺来选用。表2-3列出了在采用钨极氩弧焊、熔化极氩弧焊、等离子弧焊及埋弧焊时,常用的奥氏体不锈钢焊丝型号。常用药芯焊丝型号及化学成分见表2-4,而表2-5则是药芯焊丝所用的保护气体及分级标准。药芯焊丝与实心焊丝相比,最大的优点之一是能严格地满足不同的铁素体含量要求;其二是可以无外保护气体,即自保护的药芯焊丝。


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      埋弧焊常用于奥氏体不锈钢的中厚板的焊接,有时也可用于薄板焊接。在埋弧焊焊接过程中,铬、镍元素的烧损可通过焊剂和焊丝中合金元素的过渡得到补充。由于埋弧焊的熔深大,应注意防止焊缝中心区热裂纹的产生和执响区耐腐蚀性的降低。


      奥氏体不锈钢热裂敏感性大,这就要求焊缝金属成分大致与母材成分匹配,同时应控制焊缝中铁素体的含量。对长期在高温下工作的焊件,焊缝中铁素体含量应不大于5%。大多数奥氏体不锈钢可采用埋弧焊焊接,焊丝应选用低硅、低硫、低磷,成分与母材相近的焊丝。


    对铬、镍含量大于20%的奥氏体不锈钢,为提高其抗裂性能,可选用高锰(6%~8%)焊丝,焊剂应选用碱性或中性焊剂,以防止向焊缝中增硅。奥氏体不锈钢专用焊剂增硅极少,还可以向焊缝过渡合金,补偿合金元素的烧损,可以满足焊缝性能和化学成分的要求。奥氏体不锈钢埋弧焊焊接时应注意选择较细的焊丝和较小的焊接线能量。


三、焊接奥氏体不锈钢时应特别注意的要点


(1). 打磨所使用的砂轮片只能专用于打磨不锈钢;所用的钢丝刷及清除焊渣的工具一律皆由不锈钢制成;不锈钢件表面不允许暴露在火焰加工处,否则将损坏不锈钢的耐腐蚀性。


(2). 焊接操作时,应用短弧。在用气体保护焊时,惰性气体保护必须良好。当用实芯焊丝作为熔化极焊接不锈钢时,保护气体不宜用含二氧化碳的混合气;而药芯焊丝由于有渣保护,不会因二氧化碳气而增加焊缝的含碳量。


(3). 一般不预热,只有特别厚的构件在焊接前才预热100℃~150℃。


(4). 在焊接中,层间温度应严格控制,要≤150℃。


(5). 应尽可能用较小的线能量进行焊接。


(6). 反面成型的气体保护焊,焊根侧必须用还原气或纯氩保护。


(7). 考虑到确保焊缝中经计算后预先确定的铁素体含量,应当用铁素体测定仪复测焊缝中的实际铁素体含量。一般母材的熔化量应控制在整个焊缝断面面积的35%以下。


(8). 对于加入稳定剂以稳定碳的奥氏体不锈钢,建议用超低碳不含稳定剂的填充材料,反之亦然,以防止晶间腐蚀


(9). 由于奥氏体不锈钢的收缩变形大,故在夹紧装置与定位焊上皆应加强。


(10). 不允许在工件坡口处有电弧擦伤母材的痕迹。


(11). 为确保焊接接头的耐腐蚀性,其表面应呈光亮状,残渣、焊缝的颜色等皆应去除,去除的办法是砂轮打磨、酸洗、喷丸、刷洗或抛光。表面粗糙度愈小,其耐蚀性就愈高。表面酸洗可用各种酸洗液或酸洗膏,根据其规定的酸洗时间,再用清洁水加以冲洗干净。去除焊后的颜色时,最好的办法是用石英砂进行磨刷。


(12). 修复焊接前,也应酸洗坡口表面。但由于旧构件表面粗糙,故最好酸洗之后现对表面进行钝化处理,然后用清水冲洗干净。


(13). 喷丸处理时只允许用石英砂或不锈钢颗粒。经喷丸处理后的表面有金属光泽,但表面过于粗糙者,应再做钝化处理。


(14). 在焊接中,为加快焊缝冷却速度,推荐采用起淬冷作用的铜垫块。