为了克服普通纯度高铬铁素体型不锈钢管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. 预热
铁素体不锈钢管在室温时韧性较低,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,从而引起脆化。为此,预热温度的选择要慎重,一般控制在100~150℃,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。随着母材金属中含铬量的提高,预热温度可相应提高。预热温度过高,又会使焊接接头过热而脆硬。
2. 焊接材料的选择
最好选用含有Ti、Nb稳定化元素的高纯铁素体不锈钢管焊接材料,以防止多层多道焊接时产生敏化,以及焊缝金属吸收焊接气氛中的C和N后造成晶间腐蚀。控制焊缝中 Ni、Cu和Mo的含量,防止Ni、Cu和Mo含量超过临界值,接头在氯离子介质中产生应力腐蚀。
可以焊前预热或焊后进行热处理的焊接构件,可选用与母材金属化学成分相同的焊接材料;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。
当采用同质的焊接材料时,接头的耐腐蚀性能与铁素体母材接近,但焊缝金属晶粒为粗大的铁素体组织,韧性很差。须通过焊后热处理,使焊接接头的塑性得到改善,韧性略有提高。
3. 475℃脆性的防止
475℃脆性是高铬铁素体不锈钢管焊接时的主要问题之一。焊接时采取小的热输入,窄道焊接并控制道间温度,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。
4. 焊后热处理
对于同质材料焊成的铁素体不锈钢管焊接接头,热处理的目的是使焊接接头组织均匀化,使过饱和碳和氮完全析出,铬来得及补充到贫铬区,以恢复其耐蚀性;同时也可改善焊接接头的塑性,从而提高其塑性及耐蚀性。焊后热处理温度为750~800℃,是一般的回火温度,实际上是空冷的退火处理。值得注意的是,退火后应快冷,以防止475℃脆性产生。
5. 热输入
在焊接过程中,应采用小的热输人进行施焊,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型不锈钢管焊接接头来说,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型不锈钢母材等强度;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。