快3投注平台

双相不锈钢焊接的细则

双相不锈钢焊接的细则

奥氏体不锈钢的焊接问题常常与焊缝金属本身有关,尤其是在全奥氏体或奥氏体占优势的焊缝凝固过程中产生的热裂纹倾向。对于一般奥氏体不锈钢,调整填充金属的成分,使之具有一定的铁素体含量,

一、通用焊接准则

双相不锈钢和奥氏体不锈钢的区别

奥氏体不锈钢的焊接问题常常与焊缝金属本身有关,尤其是在全奥氏体或奥氏体占优势的焊缝凝固过程中产生的热裂纹倾向。对于一般奥氏体不锈钢,调整填充金属的成分,使之具有一定的铁素体含量,可将这些问题减至低程度。高合金奥氏体不锈 钢需要使用镍基填充金属,奥氏体凝固不可避免,需要通过降低热输入、多道焊来控制。

由于双相不锈钢铁素体含量高, 具有非常好的抗热裂性,焊接时很少考虑热裂。双相不锈钢焊接主要的问题与热影响区有关,而不是焊缝金属。热影响区的问题是耐蚀性及韧性损失或焊后开裂。为了避免发生上述问题,焊接工艺的重点是大程度减少在红热温度范围总的停留时间,而不是控制任何一道焊接的热输入。经验表明,这种方法可使焊接工艺从技术和经济角度都优化。

这里将给出双相不锈钢焊接的一些一般准则,以及这些基本知识和准则在具体焊接方法中的应用。

1.原材料的选择

双相不锈钢对焊接的适应性可随化学成分和生产工艺的变化而发生显著变化。已反复强调过母材含有足量氮的重要性。如果原材料缓慢地冷却通过700 - 1000 (1300 - 1800) 温度区间,或允许在水淬前空冷通过该区间一分钟左右,那么本应留给焊工 完成焊接而不产生任何有害相析出的时间被耗尽。需要注意的是,实际进行加工制造的材料,其成分和生产过程的冶金条件应当与用于焊接工艺评定的材料的质量条件相同。此系列文章的终端用户技术条件和质量控制部分给出了根据成分和合适试验规范选择原材料的方法。

2.焊前清理

焊前应清理全部加热部位,这一要求不仅适用于双相不锈钢,而且适用于所有不锈钢。确定母材和填充金属化学成分的前提条件是没有额外的污染源。灰尘、油脂、油污、油漆和任何形式的水分都会干扰焊接操作并对焊件的耐蚀性和力学性能产生不 利影响。如果焊前不对材料进行彻底清理,则无论多少工艺评定均是无效的。

3.接头设计

双相不锈钢的接头设计必须有助于完全焊透并避免在凝固的焊缝金属中存在未熔合的母材。好采用机加工而不采用砂轮打磨坡口,以便使焊接区厚度或间隙均匀。必须打磨时,应特别注意坡口加工及其装配的均匀一致。为了保证完全熔合和焊透,应当去掉任何打磨毛刺。对于奥氏体不锈钢,有经验的焊工可通过控制焊炬克服坡口加工的某些缺陷。但对于双相不锈钢,这些技巧会造成材料在有害温度区间停留时间比预期的时间长,导致结果超出合格工艺要求。

双相不锈钢的一些接头设计如图18所示。其他设计如能保证焊缝完全焊透且烧穿的危低,则它们也是合理的。

4.预热

由于预热可能是有害的,所以一般不推荐预热。如果没有特殊正当的理由,不应当把预热作为一个工序。若用于消除天冷或夜间冷凝形成的湿气时,预热可能是有益的。当采用预热去除湿气时,应将钢均匀地加热到约100 (200) 且只能在坡口清理后进行。

5.热输入与层间温度

双相不锈钢能够容许相对高的热输入。焊缝金属凝固后的双相组织的抗热裂性大大优于奥氏体焊缝金属。 双相不锈钢具有较高的导热率和较小的热膨胀系数,焊缝处没有像奥氏体不锈钢那样高的局部热应力。尽管有必要对焊缝要求提出严格限制,但热裂纹不是个常见的问题。

极低的热输入可导致母材熔合区和热影响区铁素体含量过高,韧性和耐蚀性降低。极高的热输入增加了形成金属间相的危险。为了防止热影响区的问题,焊接工艺规程应允许该区域焊后快速冷却。工件温度很重要, 因为它对热影响区的冷却影响大。 作为一般准则,经济型和标准双相不锈钢的高层间温度限制在150 (300) 超级双相不锈钢限制在100 (210)。进行焊接工艺评定时应采用该限制值,生产性焊接中也应监测以确保层间温度不高于工艺评定时所采用的温度。电子温度探头和热电偶是监控层间温度较好的手段。在焊接工艺评定中,使多道焊试件的层间温度低于实际制造中能够经济合理地达到的层间温度,这种做法是不慎重的。进行大量焊接时,规划好焊接工序使各道次间有足够的冷却时间是良好、经济的做法。

6.焊后热处理

双相不锈钢不需要进行焊后应力消除处理,且这样做可能是有害的, 因为热处理可 使金属间相 (700 - 1000°C/1300 - 1830°F) α’ (475/ 885) 脆性相析出,降低韧性和耐蚀性。焊后热处理温度超过315 (600) 会导致有害相的析出。

双相不锈钢的焊后热处理应当包括完全固溶退火,然后水淬 (见表 11)。自熔焊后应考虑完全固溶退火, 因为如果在焊接过程中没有采用过合金化的填充金属,则显微组织中铁素体含量将很高。

如果焊后打算进行完全固溶退火和淬火,例如零部件的制造,则热处理应视为焊接工艺的一部分。退火处理可解决铁素体过多及金属间相相关的问题,制造工艺允许在终退火处理前存在一些不太如意的中间状态。

7.理想的相平衡

常常说双相不锈钢的相平衡为 “50-50”,等量的奥氏体与铁素体。 然而,严格说来这是不正确的,因为现代双相不锈钢中铁素体约为40 - 50%,其余为奥氏体。通常认为,当铁素体含量至少为25 - 30%、其余为奥氏体时,可以获得双相不锈钢特有的优点。

在一些焊接方法中,特别是以焊剂保护为基础的方法中,相平衡向奥氏体含量较高的方向调整以改善韧性,补偿因焊剂使焊缝氧含量增加引起的韧性损失。这些填充金属的韧性远低于钢板或钢管固溶处理后可能达到的很高的韧性值,但焊缝金属的韧性仍足以满足预期的要求。没有一种焊接方法可使焊缝金属的韧性与锻轧材完全退火处理后所达到的韧性一样高。如果将焊缝金属的铁素体含量限制在轧钢厂退火处理的双相不锈钢所要求的小值之上,会对可用的焊接方法形成不必要的限制。

热影响区的相平衡,即原始锻轧钢板或钢管加上额外的焊接热循环,其铁素体含量通常略高于原始材料。用金相法精确测定热影响区的相平衡几乎是不可能的。如果该区域铁素体含量很高,也许说明出现过极快速冷却的异常情况,从而导致铁素体含量过高和韧性降低。

8.异种金属的焊接

双相不锈钢可与其他双相不锈钢、奥氏体不锈钢、碳素钢和低合金钢焊接。

双相不锈钢与其他双相不锈钢焊接时,通常使用镍含量高于母材的双相不锈钢填充金属。提高填充金属的镍含量可保证焊缝在冷却过程中形成足够的奥氏体。

双相不锈钢与奥氏体不锈钢焊接时,常使用低碳和钼含量介于二者之间的奥氏体不锈钢填充金属;通常使用AWS E 309LMo/ER309LMo。双相不锈钢与碳素钢和低合金钢的焊接一般采用上述同样的填充金属或AWS E309L/ER309L。如果使用镍基填充金属,则它们不应当含有铌。由于奥氏体不锈钢的强度比双相不锈钢低,故使用奥氏体不锈钢填充金属的焊接接头不如双相不锈钢母材强度高。

16归纳了双相不锈钢与异种金属焊接时常用的填充金属。这些例子给出了AWS焊条牌号 (E),但是根据焊接工艺、接头形状和其他条件的不同,可考虑采用焊丝 (AWS牌号ER) 和药芯焊丝。

16 异种金属焊接用焊接材料

二、焊接工艺评定

对于标准奥氏体不锈钢,焊接工艺评定试验是相当简单的,仅进行一定数量的试验以证明材料、焊材和焊接方法是合格的。这些评定试验包括硬度试验和弯曲试验 (分别检验马氏体和热裂),反映了长期使用铁素体、马氏体或奥氏体不锈钢时可能出现的问题。双相不锈钢满足这些要求没有困难,但是这些试验不可能发现双相不锈钢中可能出现的金属间相或过量铁素体问题。同时,由于需要限制在热影响区温度范围内的总时间,双相不锈钢的性能将对截面厚度和实际焊接操作的细节很敏感。因此,必须广义地考虑评定,即证明在制过程中将使用的焊接工艺不会导致材料的工程特性,特别是韧性和耐蚀性出现不可接受的损失。

对每种厚度和形状的焊接都进行焊接工艺评定是比较保险的做法,因为方案上的微小差别在实际制造结果中差别可能很大。然而,实际加工的复杂性使得这样的试验成本很高。如果每种焊接方法对厚断面进行焊接工艺评定,则可达到节约的目的。