铁素体不锈钢管在室温下,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,铁素体不锈钢管不如奥氏体不锈钢管好焊,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管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。
1. 铁素体不锈钢管焊接方法
虽然说各种电弧焊方法都可用于铁素体不锈钢管的焊接,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焊接线能量控制,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等最为合适。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,防止空气的侵人。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,提高冷却速度。多层焊时,层间温度要控制在100℃左右。
2. 铁素体不锈钢管焊接材料
铁素体不锈钢管焊接材料的选择,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管时,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 06Cr12、06Cr13、06Cr13Al等用 06Cr13Nb焊丝,06Cr17、06Cr17Ti使用10Cr17(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Al与Ti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作焊丝是成功的,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管焊缝的充填金属。
铁素体不锈钢焊接材料的选择,见表6-7。