奧氏體不銹鋼在物理性能、化學(xué)成分等方面與結(jié)構(gòu)鋼有較大差異,因而奧氏不銹鋼的焊接工藝有其特點。
一、焊接方法及規(guī)范選擇
奧氏體不銹鋼可用鎢極氬弧焊(TIG)、熔化極氬弧焊(MIG)、等離子弧焊(PAW)及埋弧焊(SAW)等方法進行焊接。
奧氏體不銹鋼焊接,因為其熔點低、導(dǎo)熱系數(shù)小、電阻系數(shù)大,焊接時母材和焊接材料都容易被加熱、熔化,所以使用的焊接電流比較小,只是普通碳鋼的80%左右。同時應(yīng)采用窄焊縫、窄焊道,減少高溫停留時間,防止碳化物析出影響耐腐蝕性,減少焊縫收縮應(yīng)力,降低熱裂紋敏感性。
二、奧氏體不銹鋼焊接材料的選擇
奧氏體不銹鋼品種多,使用環(huán)境復(fù)雜多變,焊接材料的選擇是一項謹慎而又重要的工作。奧氏體不銹鋼選擇焊接材料的主要依據(jù)是:
(1). 根據(jù)母材的主要化學(xué)成分選擇焊材。
(2). 焊材的成分,特別是焊接材料中的鉻、鎳合金元素要高于母材,例如18-8焊接采用19-9焊接材料等。
(3). 在可能的條件下,應(yīng)采用含有少量(4%~12%)鐵素體的焊接材料,保證焊縫良好的抗裂性能。
(4). 焊縫中不允許或不可能存在鐵素體相時,焊材應(yīng)選用含鉬、錳等合金元素的焊接材料。
(5) .焊材的碳、硫、磷、硅、鈮應(yīng)盡可能低,特別是碳、硫、磷等元素。鈮在純奧氏體焊縫中會引起凝固裂紋,但焊縫中有少量鐵素體,可以有效地避免。
(6). 焊后需要進行穩(wěn)定化或消除應(yīng)力處理的焊接結(jié)構(gòu),通常選用含鈮的焊接材料。如:0Crl8Ni10Nb、0Cr18Ni12Mo2Nb等。
填充金屬如焊條、焊絲等,應(yīng)根據(jù)被焊材料的品種、規(guī)格及配合的不同焊接工藝來選用。表2-3列出了在采用鎢極氬弧焊、熔化極氬弧焊、等離子弧焊及埋弧焊時,常用的奧氏體不銹鋼焊絲型號。常用藥芯焊絲型號及化學(xué)成分見表2-4,而表2-5則是藥芯焊絲所用的保護氣體及分級標準。藥芯焊絲與實心焊絲相比,最大的優(yōu)點之一是能嚴格地滿足不同的鐵素體含量要求;其二是可以無外保護氣體,即自保護的藥芯焊絲。
埋弧焊常用于奧氏體不銹鋼的中厚板的焊接,有時也可用于薄板焊接。在埋弧焊焊接過程中,鉻、鎳元素的燒損可通過焊劑和焊絲中合金元素的過渡得到補充。由于埋弧焊的熔深大,應(yīng)注意防止焊縫中心區(qū)熱裂紋的產(chǎn)生和執(zhí)響區(qū)耐腐蝕性的降低。
奧氏體不銹鋼熱裂敏感性大,這就要求焊縫金屬成分大致與母材成分匹配,同時應(yīng)控制焊縫中鐵素體的含量。對長期在高溫下工作的焊件,焊縫中鐵素體含量應(yīng)不大于5%。大多數(shù)奧氏體不銹鋼可采用埋弧焊焊接,焊絲應(yīng)選用低硅、低硫、低磷,成分與母材相近的焊絲。
對鉻、鎳含量大于20%的奧氏體不銹鋼,為提高其抗裂性能,可選用高錳(6%~8%)焊絲,焊劑應(yīng)選用堿性或中性焊劑,以防止向焊縫中增硅。奧氏體不銹鋼專用焊劑增硅極少,還可以向焊縫過渡合金,補償合金元素的燒損,可以滿足焊縫性能和化學(xué)成分的要求。奧氏體不銹鋼埋弧焊焊接時應(yīng)注意選擇較細的焊絲和較小的焊接線能量。
三、焊接奧氏體不銹鋼時應(yīng)特別注意的要點
(1). 打磨所使用的砂輪片只能專用于打磨不銹鋼;所用的鋼絲刷及清除焊渣的工具一律皆由不銹鋼制成;不銹鋼件表面不允許暴露在火焰加工處,否則將損壞不銹鋼的耐腐蝕性。
(2). 焊接操作時,應(yīng)用短弧。在用氣體保護焊時,惰性氣體保護必須良好。當(dāng)用實芯焊絲作為熔化極焊接不銹鋼時,保護氣體不宜用含二氧化碳的混合氣;而藥芯焊絲由于有渣保護,不會因二氧化碳氣而增加焊縫的含碳量。
(3). 一般不預(yù)熱,只有特別厚的構(gòu)件在焊接前才預(yù)熱100℃~150℃。
(4). 在焊接中,層間溫度應(yīng)嚴格控制,要≤150℃。
(5). 應(yīng)盡可能用較小的線能量進行焊接。
(6). 反面成型的氣體保護焊,焊根側(cè)必須用還原氣或純氬保護。
(7). 考慮到確保焊縫中經(jīng)計算后預(yù)先確定的鐵素體含量,應(yīng)當(dāng)用鐵素體測定儀復(fù)測焊縫中的實際鐵素體含量。一般母材的熔化量應(yīng)控制在整個焊縫斷面面積的35%以下。
(8). 對于加入穩(wěn)定劑以穩(wěn)定碳的奧氏體不銹鋼,建議用超低碳不含穩(wěn)定劑的填充材料,反之亦然,以防止晶間腐蝕。
(9). 由于奧氏體不銹鋼的收縮變形大,故在夾緊裝置與定位焊上皆應(yīng)加強。
(10). 不允許在工件坡口處有電弧擦傷母材的痕跡。
(11). 為確保焊接接頭的耐腐蝕性,其表面應(yīng)呈光亮狀,殘渣、焊縫的顏色等皆應(yīng)去除,去除的辦法是砂輪打磨、酸洗、噴丸、刷洗或拋光。表面粗糙度愈小,其耐蝕性就愈高。表面酸洗可用各種酸洗液或酸洗膏,根據(jù)其規(guī)定的酸洗時間,再用清潔水加以沖洗干凈。去除焊后的顏色時,最好的辦法是用石英砂進行磨刷。
(12). 修復(fù)焊接前,也應(yīng)酸洗坡口表面。但由于舊構(gòu)件表面粗糙,故最好酸洗之后現(xiàn)對表面進行鈍化處理,然后用清水沖洗干凈。
(13). 噴丸處理時只允許用石英砂或不銹鋼顆粒。經(jīng)噴丸處理后的表面有金屬光澤,但表面過于粗糙者,應(yīng)再做鈍化處理。
(14). 在焊接中,為加快焊縫冷卻速度,推薦采用起淬冷作用的銅墊塊。