熔化焊的各种方法均可用来焊接铬系马氏体不锈钢,但最常用的方法是手工焊条电弧焊和钨极氩弧焊。当采用手工焊条电弧焊时应尽可能采用低氢、超低氢焊条,焊前焊条要经过300~350℃的高温烘烤以减少扩散氢的含量,降低冷裂纹的敏感性。钨极氩弧焊(TIC)主要使用于薄壁构件和管道焊件,以及重要部件的打底焊。TIG焊的特点是焊接质量高,焊缝成型美观,可单面焊双面成型,保证钢管内焊缝的成型质量。焊接时为防止背面氧化,打底焊通常采取氩气背面保护的措施。Ar+CO2或Ar+O2的富氩混合气体保护熔化极焊也常用于焊接马氏体不锈钢,具有焊接效率高、焊缝质量较好以及焊缝金属具有较高抗氢致(冷)裂纹的特点。表6-6是已标准化的Cr13型马氏体及低碳铬-镍-钼系马氏体不锈钢常用焊材和焊接方法。
铬系马氏体不锈钢,因焊接性较差,采用与母材成分相同的焊材时,通常均应采取焊前预热,焊后热处理。但当焊件的拘束度大,且难以进行预热和焊后热处理时,也可以采用奥氏体型焊接材料(见表6-3),以提高焊接接头的塑性和韧性,防止裂纹的发生。
但奥氏体或以奥氏体为主的焊缝金属强度要低于马氏体母材,而且由于焊缝金属的化学成分和显微组织与母材差别较大,焊接残余应力较大,对于焊接接头的使用性能会产生不利影响,特别是对接头的疲劳蠕变性能和应力腐蚀破裂不利。因此,采用奥氏体焊材时,应根据使用条件严格选择,并要求进行工艺评定。有时还可采用镍基合金焊材,使焊缝的膨胀系数与母材接近,尽量降低焊接残余应力和高温热应力。
由于马氏体不锈钢焊接性较差,焊接马氏体不锈钢时,不论用手工电弧焊、药芯焊丝半自动焊接或自动焊,还是用气体保护焊(TIG或MIG)、自动埋弧焊,都必须预热,保持层间温度,并进行焊后处理。预热温度一般为200~300℃.虽然马氏体转变温度甚高,但并不推荐采用高于300℃的预热与层间温度。钢中的含碳量仍然是一个主要因素,由它来选择预热温度,当然还与工件厚度有关。
一旦要采取焊后热处理措施,必须全面考虑冶金因素的利弊。
药芯焊丝与埋弧焊、体保护焊(包括熔化极与非熔化极)焊丝的熔敷金属、化学成分与手工电弧焊条仅在硅、铜、锰含量上有些区别,其他基本一样。
马氏体不锈钢焊后热处理的作用有两点:一是通过退火降低焊缝金属与热影响区的硬度,以改善韧性;二是降低焊接残余应力。通常对这类钢的焊后热处理采用亚临界退火及完全退火。完全退火适用于把多相组成的热影响区转化为含铁素体的组织。完全退火需有适当的过程控制,只有在要求取得最为软化的条件下才采用,因为它有形成粗大碳化物的副作用。
电阻点焊、闪光焊、电子束焊以及高频电阻焊皆可用于马氏体不锈钢的焊接,注意事项同上面电弧焊中所述相同。