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1、不锈钢的焊接,作成者:刘尚平 冷轧技术科 2005-10-26,1.焊接的主要方法,焊接方法,电弧焊 金属保护电弧焊 气体保护电弧焊（，） 熔融焊 钨极氩弧焊（TIG） 埋弧焊 等离子焊,阻抗焊接 电子阻抗焊 点阻抗焊,高能焊接 激光束焊接 电子束焊接,.电弧焊的焊接示意图,电弧焊都是通过焊瘤来传导热量的 在热影响区都产生结晶粒的成长、第2相的固熔及析出 热影响区主要包括过热区、敏化区、SIGMA相形成区 输入热量（J/cm）电流电压60/焊接速度（cm/min）,3.影响焊接的不锈钢物理性质,各性质对比低碳钢： 电阻系数大、熔融温度低：焊条（或焊丝）及母材都容易被加热而融化，因此焊接规范要小
2、于低碳钢，电流大约是碳钢的80%，并且尽可能使用较快的焊接速度。 平均线膨胀系数大（奥氏体钢）：焊接加热使结构膨胀，冷却时产生较大的收缩变形和拉应力，容易引起热裂纹，所以奥氏体钢有比较大的热裂纹敏感性。铁素体钢、马氏体钢和双相钢的膨胀系数与低碳钢相近或略小，在焊接中热裂纹不是主要问题。,热传导率：焊接区的热量不易向远离焊缝的金属传递，造成焊缝和热影响区过热，引起铁素体钢、马氏体钢和双相钢热影响区晶粒粗大和奥氏体钢的热裂纹。,奥氏体不锈钢的焊接特点,焊接过程中一般不发生组织变化（稳定Austenite 组织不锈钢），因此不必预热。在某些情况下预热是有害的，会引起碳化物析出或产生翘曲； 焊缝温度高
3、达1600-1700，亚稳定奥氏体有可能发生组织转变、析出金属间化合物或碳化物。以常用的304为例，通常焊缝中会含有少量（4%-10%）的铁素体；温度在1300以上的热影响区称作过热区，其晶粒粗大；,焊缝,热影响区,母材,焊缝,5.1奥氏体不锈钢焊接中的焊缝处产生裂纹,.时凝固龟裂倾向性低,减少凝固龟裂的措施： 选择低入热焊接条件，遵守层间温度 减少杂质的含量，特别是和 合理的凝固模式,影响凝固龟裂的主要因素：凝固模式、杂质和焊接条件,焊缝组织中含有适量的铁素体可减少焊缝热裂和微裂纹敏感性：铁素体可以溶解Nb、Si、P、S等元素，防止焊缝产生低熔点共晶物，另外在结晶过程中，铁素体首先结晶出来，
4、增加了晶核，加快了一次组织方向性和细化晶粒，且铁素体膨胀系数小，有利于减小焊缝的收缩应力。,5.焊接部的热影响区产生晶间腐蚀,晶间周围因为生成铬的碳化物导致缺乏层形成，产生敏锐化，易发生晶间腐蚀,防止焊接部敏锐化晶间腐蚀的改善对策： 减低钢种的含量 添加稳定化的元素（、等） 设定低入热的焊接条件 固溶处理：在10501150可得到完全均匀的奥氏体组织，然后快速冷却，避免在晶界析出连续的网状碳化物。,6.铁素体不锈钢的焊接性,焊接部为单一的铁素体组织，热影响区产生晶粒粗大化,6.2铁素体焊接的问题点,1.高Cr铁素体钢对C、N的溶解度比奥氏体钢小得多。在高温溶解的C、N随着温度降低，溶解度降低，
5、过饱和的C、N在晶界析出，形成Cr23C6和Cr2N等化合物。焊缝和近缝区由于晶粒长大十分明显， Cr23C6和Cr2N在晶界上浓缩，使焊缝和热影响区的塑韧性大幅度降低。 2.高铬铁素体钢可用手工氩弧焊和手工焊条焊接。但在用手工焊条焊接时，不可用纯铁素体类(或同成分)的焊条，因为药皮容易使焊缝增碳，使焊缝塑韧性大幅度降低。一般使用316L、308L焊条或焊丝可获得满意的效果；,6.1铁素体不锈钢焊接部的组织特点,r flow 增加 碳、氮化物减少,焊接金属侵入型元素（C+N）减少 保护气体纯度及流量增加 填充焊条使用高Ni的不锈钢（和L） 合理的凝固模式，防止结晶粒粗大,3.当钢中或焊丝中C、
6、N含量较高，为了改善焊缝的塑韧性、可在焊丝中添加稀土金属(REM)。C、N和稀土金属在焊缝中形成相应化合物，防止Cr23C6和Cr2N在晶界析出。 4影响韧性的因素及改善措施,11Cr 焊接 C+N 影响导致奥氏体变化,马氏体组织生成 18Cr 焊接 铁素体单相组织,7.马氏体不锈钢的焊接性,7.1.Fe-Cr系二元状态相图,7.2马氏体焊接的特点 1.马氏体钢在焊接过程迅速冷却、产生淬火作用，焊缝和热影响区形成硬、脆的马氏体组织，容易产生冷裂纹。随着钢中碳含量的增加，焊接接头冷裂纹倾向加大。所以用来制造焊接结构的多半是1Cr13、2Crl3等马氏体钢。含碳更高3Crl3、4Cr13、3Cr1
7、6等冷裂纹倾向更强， 一般不能焊接。 2.为了防止焊接接头的冷裂纹，焊前应进 行预热，焊后进行回火热处理。预热温度 通常为200-400。预热温度要根据钢的碳 含量而定。1Crl3、2Crl3马氏体钢预热温 度可在200-300之间。含碳量0.25%、0.3% 的可选300-400。焊后热处理的目的是为 了降低焊缝和热影响区的硬度，改善塑韧 性，降低焊接残余应力，焊后热处理的温 度一般为650-750，保温1h以上。,回火温度与硬度的关系图,8.双相不锈钢的焊接性,它将奥氏体不锈钢所具有的优良韧性和焊接性与铁素体不锈钢所具有的较高强度和耐氯化物应力腐蚀性能结合在一起，正是这些优越的性能使双相不
8、锈钢作为可焊接的结构材料发展迅速。 双相不锈钢可焊性良好，热裂倾向小，一般焊前不需预热，焊后不需热处理，可与18-8型奥氏体不锈钢或碳钢等异种焊接。,8.1 理想组织的获得 双相不锈钢焊接时为获得与母材相同的组织，焊丝中通常加入比母材高2%到4%的镍，以获得与母材相同比例的相。焊接时的化学成分与冷却速度都对焊接接头中的/r相比例有关。 /r相比例对双相不锈钢的焊接接头的腐蚀性能影响极大。,B值越低，奥氏体量越高,8.2.焊接部和HAZ区的组织及腐蚀性能,3.焊接参数的影响 适当的焊接热量选择，达到合理的相比例，控制析出相的量 焊条的化学成分控制，加入比母材高的镍 保护气体中加氮,Q（Cr1.5
9、Mo2Mn0.25Si）/（2Ni12（C+N）,板面清理：异物质对焊接有很大的影响，所以在焊接前最好全部清理, 特别是水、油、锈、油漆等。 钢丝刷 ：刷子的 材质最好是选择不锈钢材料的，碳钢刷子刷过的表 面可能会有铁粉残留。 焊条管理：焊条有吸湿特性，在使用前要干燥处理。 电流 ：电流过大会导致焊接金属中的 Cr,Mn损失，使焊接部位的耐 蚀性降低，最好使用弱电流焊接。,选择焊接材料 - 确认要焊接材料的种类及厚度，选择与焊接材料相匹配的焊条。,焊接前准备事项,9.不锈钢焊接前的准备, 碳钢 Wire brush STS钢丝刷 ,10.焊接后表面处理,1.目的:经过剪切、焊接、热轧、热处理等
10、加工后，在表面生成氧化皮、残留铁粉、焊接残渣、伤疤等异物，这些物质不仅损害不锈钢表面美观而且在实际使用中可以增加发生孔蚀、应力腐蚀等的机率，导致抗腐蚀性能降低,2.Scale去除方法 机械性方法:使用以Alumina 或Si为主要成分的研磨石Grinding 的方法.,-化学性方法:,钝化处理 焊接后进行固溶化退火可以消除或减少碳化物的析出，如果在条件制约不能 进行退火酸洗时，建议选择含碳量较低的304L、316L钢种，或者在焊缝及热影 响部位进行研磨处理后，用浓度约1040% ，温度约5060硝酸溶液浸泡 1530分钟进行钝化处理后用清水洗涤即可。 对大型物件可以用海棉等沾硝酸溶液擦拭后用清水冲洗.,完,Thank,
