超高純度鐵素體不鏽鋼焊接工藝簡述

2021-01-11 威爾鼎王

一,關於008Cr27Mo熱處理

超高純度鐵素體不鏽鋼及其焊接接頭有產生晶間腐蝕的傾向,其腐蝕機理與奧氏體不鏽鋼晶間腐蝕一樣,仍可以用公認的貧鉻理論來解釋。熱處理對超高純度高鉻鐵素體不鏽鋼(008Cr27Mo)晶間腐蝕率的影響見圖1。

從圖中可知:該鋼從1100℃水淬與普通高鉻鐵素體不鏽鋼不同,腐蝕率很低,不產生晶間腐蝕,晶界上沒有高鉻鐵、氮化物析出;而在1100℃空冷的,腐蝕率很高,晶界上析出大量的高鉻碳和氮化物,有晶間腐蝕。經1100℃×30min水淬,然後分別進行1min保溫和900min的水淬的試件,晶界上均有高鉻碳、氮化物析出,但腐蝕率比1100℃空冷的試樣低,且沒有晶間腐蝕。說明晶界上析出的高鉻碳、氮化物與晶間腐蝕沒有相對關係。腐蝕介質為硫酸鐵-硫酸溶液。

無論普通純度高鉻鐵素體型不鏽鋼,還是超高純度的鐵素體型不鏽鋼,其焊接接頭的晶間腐蝕傾向都與其合金元素的含量有關。選用與母材金屬化學成分相同或不同的焊接材料焊接時,要嚴格保護好焊接熔池,防止空氣中氮氣侵入熔池,以免增加焊縫金屬中C、N、O的含量,導致晶間腐蝕的產生。

選用與母材金屬化學成分不同的焊接材料焊接時,要嚴格控制焊接材料中的碳、氮含量和提高鉻元素含量,以提高焊接接頭抗腐蝕能力。

二,超高純度鐵素體不鏽鋼的焊接工藝

超高純度鐵素體不鏽鋼熔焊的方法有氬弧焊、等離子弧焊和真空電子束焊。採用這些焊接方法主要目的是使焊接熔池能得到良好的保護,使焊接熔池表面不受汙染。

採取的工藝措施如下:

1,增加熔池保護(如採用雙層氣體保護),用氣體透鏡,增大噴嘴直徑,適當增,大氬氣流量;或者採取在焊槍後面加保護氣罩的辦法,延長焊接熔池的保護時間。

2,焊接時要採用提前送氣,滯後停氣的焊接設備,使焊縫始、末端均在有效氣,體保護範圍內。

3,提高氣純度,用高純度氣進行施焊,以減少氮和氧的含量,提高焊縫金屬,的淨化程度。

4,提高焊工操作技能,填充焊絲時不允許焊絲始、末端離開保護區。

5,焊縫背面要通氬氣保護,最好採用通氬氣的銅墊板,以減少過熱,增加冷卻速度。

6,儘量減少熱輸入,多層焊時控制層間溫度低於100℃。

三,關於022Cr18NbTi高純度鐵素體不鏽鋼焊接工藝

有一種新型高純度鐵素體不鏽鋼,其成分特點為超低碳(C+N)及中Cr(質量分數為18%),同時添加了少量的合金元素Nb(質量分數為0.45%-0.50%)及Ti(質量分數約為0.15%)以實現Cr的雙穩定化;其組織特點為單相鐵素體組織,高溫到室溫無組織轉變;性能特點除了具有良好的耐蝕性外,同時還具有良好的力學性能。與奧氏體不鏽鋼相比,鐵素體不鏽鋼導熱性好,脹係數小,且具有更好的經濟性。但使用成品的厚度一般都小於3mm,該鋼需經焊接加工時,厚度限制範圍更小,一般小於2mm。

有一鋼生產的022Cr8NbTi,厚為1.5mm冷軋退火鋼板,對其進行焊接工藝考核。其化學成分和力學性能簡圖2和圖3。

1,焊接參數的選定

焊接方法採用鎢極氬弧焊,鎢極直徑為2.4mm,I形坡口水平對接焊,氬氣流量為8-10L/min,電源極性為直流正接。定位焊後進行連續焊接,

選擇不同焊接參數來確定良好的焊接接頭力學性能和組織,見圖4。

2,對焊接接頭進行分析

(1)焊接接頭力學性能檢測

按有關標準執行,焊接接頭室溫拉伸試驗結果見圖5。

圖中可以看出:3號試樣由於焊接時添加了焊絲,焊縫有餘高,因此抗靜載荷能力強,斷裂位置在母材;1號和2號試樣均斷裂於焊縫,其斷裂強度不小於母材95%。從圖4中還可以看出3個試樣熱影響區粗晶區的硬度值與母材相比變化不大。室溫彎曲試驗:焊縫位於試樣中心,彎曲直徑為2倍試樣厚度,彎曲角度為180°。各個試樣的面彎和背彎試樣都合格,未出現裂紋,表明焊接接頭具有良好的抗彎性能,其對晶粒度不敏感。

(2)焊接接頭室溫金相組織

通過對比可以發現,1號試樣焊縫和熱影響區的粗晶區和細晶區的晶粒都特別粗大,粗晶區的晶粒度達0~1級。2號試樣熱影響區的粗晶區和細晶區的晶粒尺寸與1號試樣相比顯著減小,晶粒度為4級。3號試樣由於填充了E308L奧氏體焊絲,焊縫區可以大致分為兩部分,一是位於表層的奧氏體區,熔合比小,組織為奧氏體焊態組織;二是位於焊縫根部的鐵素體區,熔合比大,組織為粗大的

柱狀晶,晶粒生長方向朝焊縫表面而不是熱影響區,焊接熱影響區晶粒尺寸較小,晶粒度在3~4級之間,且寬度較窄。

另外,還觀察到3號試樣沒有明顯的熱影響區粗晶區的過渡區,表明添加奧氏體焊絲對改善接頭組織,提高力學性能是有益的。

總之,鐵素體不鏽鋼晶粒受熱易粗化,在焊接熱循環過程中,熱影響區晶粒不可避免地長大而使性能下降。對於022C18Nb鐵素體不鏽鋼焊接而言,焊接參數可調範圍比較窄,不但要嚴格控制焊接熱輸入,而且要控制焊接電流處於一個較低的水平,也就是既要焊牢又要讓它少受熱。

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