铁素体型不锈钢在室温下,一般都是具有纯铁素体组织,强度不算很高,塑性、韧性良好;若将其加热到高温,也有可能会出现少量的奥氏体组织(对含铬量较低的钢)或者根本不出现奥氏体组织。所以,在焊接过程的热循环作用下,有可能出现少量或者根本不出现马氏体组织。因此,这类钢经焊接后不会出现强度显著下降或淬火硬化的问题,即使出现了少许马氏体组织也可以通过焊后热处理来解决。可以说,这类钢焊接接头的室温强度不是焊接的主要矛盾;再者,由于其焊接热膨胀问题远比奥氏体型钢轻微,因而其焊接热裂纹和冷裂纹的问题也不很突出。


 通常说,铁素体不锈钢不如奥氏体不锈钢好焊,主要是指在焊接过程中,可能导致焊接接头的塑性、韧性降低,即发生脆化的问题。同其他品种不锈钢的焊接一样,如何保证铁素体型不锈钢焊接接头具有相同于母材的耐腐蚀性,这是焊接的另一个关键问题;再者,对于铁素体型不锈耐热钢而言,焊接接头在高温下长期服役可能出现的脆化问题也是必须重视的。


一、铁素体不锈钢焊接方法


 虽然说各种电弧焊方法都可用于铁素体不锈钢焊接,但焊接能量集中、焊接速度较快的焊接方法应是铁素体不锈钢焊接方法的首选。采用合适的焊接方法,来实现控制焊接线能量,达到抑制焊接区的铁素体晶粒过分长大的目的。


 如此看来,焊接方法应选择高能量的等离子弧焊和真空电子束焊最为合适。同时要求焊接材料不得污染;焊接熔池、焊缝背面都要进行有效保护,防止空气的侵入。除采用小的热输入进行焊接外,焊缝背面可用惰性气体保护,并最好采用水冷铜垫板,以减少过热,增加冷却速度,多层焊时层间温度要控制在100℃左右。



二、铁素体不锈钢焊接材料


  铁素体不锈钢焊接材料的选择,对铁素体不锈钢的焊接无疑是非常重要的。其焊接材料既要保证焊接接头的塑性、韧性,即不发生脆化的问题,又要保证铁素体型不锈钢焊接接头具有相同于母材的耐腐蚀性。


 在焊接铁素体不锈钢时,通常可以采用两种焊接材料:


  1. 与母材相同类型的焊接材料


      如0Cr12、0Cr13、0Cr13AL,等用00Cr13Nb焊丝,0Cr17、0Cr17Ti使用1Cr17(Ti)焊丝。在要求焊缝金属与母材有相同的导电、导磁及力学性能和表面色泽时应使用同材质的焊接材料。


  2. 采用奥氏体焊接材料或镍基合金


   采用奥氏体焊接材料或镍基合金,实质上是异种钢焊接,可以提高焊接接头的韧性,免除焊前预热和焊后热处理。由于铁素体焊接材料的熔敷金属韧性太低,加上添加的铝与钛等铁素体形成元素难以有效地过渡到熔池中去,因此铁素体焊接材料的应用受到一定的限制。


  尽管在一些例子中采用同种金属做焊丝是成功的,但是,最好还是采用低碳的奥氏体不锈钢作为铁素体不锈钢焊缝的充填金属。铁素体不锈钢焊接材料的选择,见表2-7。


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三、铁素体不锈钢的焊接工艺


  为了克服普通高铬铁素体不锈在焊接过程中出现的晶间腐蚀和焊接接头脆化而引起的冷裂纹,在焊接工艺上应采取以下措施:


   1. 焊前预热


     预热温度为100℃~200℃,目的在于使被焊材料处于韧性较好的状态和降低焊接接头的应力。随着钢中铬的含量提高,预热温度也应相应提高。


   2. 焊后热处理


    焊后对焊接接头区域要进行750℃~800℃退火处理,使过饱和碳和氨氮完全析出,使铬充分地补充到贫铬区,以恢复其耐蚀性,同时也可改善焊接接头的塑性。值得注意的是,退火后应快冷,以防止475℃脆性产生。


  3. 采用小的热输人


    在焊接过程中,应采用小的热输入进行施焊,以减少高温脆化和475℃脆性的影响。


    当选用的焊接材料与母材金属的化学成分相当时,必须按上述工艺措施进行。如选用奥氏体不锈钢焊接材料,则可免除焊前预热和焊后热处理;但对于不含稳定化元素的铁素体不锈钢焊接接头来说,热影响区的粗晶脆化和晶间腐蚀问题不会因填充材料的改变而变化。奥氏体或奥氏体-铁素体焊缝金属基本上与铁素体不锈钢母材等强度;但在某些腐蚀介质中,这种异质焊接接头的耐蚀性可能低于同质的接头。


  极低碳的高铬铁素体不锈钢板厚小于5mm时焊前可不预热,焊后也不必进行热处理,可使焊接接头仍保持足够的韧性,耐腐蚀性也好。焊接工艺的重点是使焊缝金属中碳加氮的含量不高于母材金属的含量,首先焊接材料必须满足这一要求。焊接方法应选择高能量的等离子弧焊和真空电子束焊。要求焊接材料不得污染;焊接熔池、焊缝背面都要有效保护,防止空气的侵入。除采用小的热输人进行焊接外,焊缝背面可用惰性气体保护,并最好采用通冷却水的铜垫板,以减少过热,增加冷却速度。多层焊时层间温度要控制在100℃左右。



四、铁素体不锈钢的焊接技巧


(1). 采用窄焊道焊接,如小的焊接线能量、较快的焊接速度等;


(2). 使焊丝的受热末端始终处在保护气体中;


(3). 采用先进的焊接技术,如等离子电弧焊、熔化极电弧焊等;


(4). 熄弧后应继续通保护气体,直至冷却充分;


(5). 用纯净度高的氩气保护焊接熔池;


(6). 焊缝背面应采用惰性气体保护;


(7). 对于多层焊接,应用不锈钢刷子清除层间氧化物。