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1、第十章 不锈钢的焊接 主讲老师：吴新华 本章讲述要点：慨述不锈钢的焊接性不锈钢的焊接工艺奥氏体不锈钢典型结构的焊接工艺异种钢焊接不锈钢焊接接头的宏观照片不锈钢焊接接头的宏观照片YAG-MAGYAG-MAG激光电弧复合焊激光电弧复合焊第一节第一节 不锈钢及耐热钢的分类及特性不锈钢及耐热钢的分类及特性一、不锈钢的基本定义一、不锈钢的基本定义 不不锈锈钢钢的的定定 义义 原义原义 型型 习惯习惯 型型 广义广义 型型 仅指在无污染的大气仅指在无污染的大气环境中能够不生锈的钢环境中能够不生锈的钢 指原义型含义不锈钢与能耐指原义型含义不锈钢与能耐 酸腐蚀的耐酸不锈钢的统称酸腐蚀的耐酸不锈钢的统称 泛指耐
2、蚀钢和耐热钢，统称泛指耐蚀钢和耐热钢，统称为不锈钢为不锈钢Stainless SteelsStainless Steels不不锈锈钢钢不锈钢是耐蚀和耐不锈钢是耐蚀和耐 热高合金钢的统称。热高合金钢的统称。不锈钢通常含有不锈钢通常含有CrCr（w wCr12%Cr12%）、NiNi、MnMn、MoMo等元素，等元素， 具有良好的耐腐蚀性、具有良好的耐腐蚀性、耐热性和较好的力学耐热性和较好的力学性能，性能， 适于制造要求耐腐蚀、适于制造要求耐腐蚀、抗氧化、耐高温和超抗氧化、耐高温和超低温的零部件和设备低温的零部件和设备二、不锈钢及耐热钢的分类二、不锈钢及耐热钢的分类按主要按主要化学成化学成 分分类
3、分分类 铬锰氮铬锰氮 不锈钢不锈钢 铬镍铬镍不锈钢不锈钢 铬铬不锈钢不锈钢 指指CrCr的质量分数介于的质量分数介于12%12%30%30%之间的不锈之间的不锈钢，其基本类型为钢，其基本类型为Cr13Cr13型型 CrCr的质量分数介于的质量分数介于12%12%30%30%，NiNi的质量分数介于的质量分数介于6%6%12%12%和和含其他少量元素的钢种，基含其他少量元素的钢种，基本类型为本类型为Cr18Ni9Cr18Ni9钢钢 属于节镍型奥氏体不锈钢，化学属于节镍型奥氏体不锈钢，化学成分中部分镍被锰、氮替代，可成分中部分镍被锰、氮替代，可减少镍的含量减少镍的含量如如1Cr18Mn8Ni5N1
4、Cr18Mn8Ni5N、1Cr18Mn6Ni5N1Cr18Mn6Ni5N 按按用用途途分分类类 超低碳超低碳Cr-NiCr-Ni钢钢( (如如00Cr25Ni22Mo200Cr25Ni22Mo2、00Cr22Ni5Mo3N)00Cr22Ni5Mo3N)等等低碳低碳Cr-NiCr-Ni钢（如钢（如0Cr19Ni90Cr19Ni9、1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti） 高高CrCr钢（如钢（如1Cr131Cr13、2Cr132Cr13） 不不锈钢锈钢 抗氧抗氧 化钢化钢 热热强钢强钢 高高CrCr钢（如钢（如1Cr171Cr17、1Cr25Si21Cr25Si2） Cr-NiCr-Ni钢如钢
5、如1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti、1Cr16Ni25Mo61Cr16Ni25Mo6、4Cr25Ni204Cr25Ni20、4Cr25Ni344Cr25Ni34等等 Cr-NiCr-Ni钢钢（如（如2Cr25Ni202Cr25Ni20、2Cr25Ni20Si22Cr25Ni20Si2） 以以Cr12Cr12为基的多元合金化为基的多元合金化 高高CrCr钢（如钢（如1Cr12MoWV1Cr12MoWV） 包括大气环境下及有浸蚀性化学介质包括大气环境下及有浸蚀性化学介质中使用的钢，工作温度一般不超过中使用的钢，工作温度一般不超过500，要求耐腐蚀，对强度要求不，要求耐腐蚀，对强度要求不高高
6、。在高温下具有抗氧化性能的钢，它对在高温下具有抗氧化性能的钢，它对高温强度要求不高。工作温度可高达高温强度要求不高。工作温度可高达9001100。在高温下既要有抗氧化能力，又要具在高温下既要有抗氧化能力，又要具有一定的高温强度，工作温度可高达有一定的高温强度，工作温度可高达600800。按组织按组织分类分类 奥氏体钢奥氏体钢 铁素体钢铁素体钢 马氏体钢马氏体钢 铁素体奥铁素体奥 氏体双相钢氏体双相钢 18-8:0Cr19Ni918-8:0Cr19Ni9、1Cr18Ni9Ti(18-8Ti) 1Cr18Ni9Ti(18-8Ti) 25-20:2Cr25Ni20Si225-20:2Cr25Ni20
7、Si2、4Cr25Ni20 4Cr25Ni20 25-35:0Cr21Ni3225-35:0Cr21Ni32、4Cr25Ni35 4Cr25Ni35 沉淀沉淀硬化钢硬化钢 1Cr171Cr17、1Cr25Si21Cr25Si2 000Cr30Mo2 000Cr30Mo2 Cr13Cr13、2Cr132Cr13、3Cr133Cr13、4Cr134Cr13及及1Cr17Ni12 1Cr17Ni12 、 1Cr12MoWV 1Cr12MoWV 00Cr18Ni5Mo3Si200Cr18Ni5Mo3Si2、0Cr25Ni5Mo3N0Cr25Ni5Mo3N、00Cr22Ni5Mo3N00Cr22Ni5M
8、o3N 0Cr17Ni4Cu4Nb 0Cr17Ni4Cu4Nb，简称，简称17-4PH 17-4PH 0Cr17Ni7Al0Cr17Ni7Al，简称，简称17-7PH17-7PH 按室温组织分类按室温组织分类GB/T 20878-2007 不锈钢和耐热钢不锈钢和耐热钢 牌号及化学成分牌号及化学成分1) A型不锈钢：型不锈钢：基体以面心立方晶体结构的奥氏体组织为主，无磁性，主基体以面心立方晶体结构的奥氏体组织为主，无磁性，主要通过冷加工使其强化（并可能导致一定的磁性）的不锈钢。是在高铬不要通过冷加工使其强化（并可能导致一定的磁性）的不锈钢。是在高铬不锈钢中添加适当的镍（镍的质量分数为锈钢中添加适
9、当的镍（镍的质量分数为8%25%）而形成的具有奥氏体）而形成的具有奥氏体组织的不锈钢。它是应用最广的一类，以高组织的不锈钢。它是应用最广的一类，以高Cr-Ni钢最为典型。钢最为典型。 （固溶态供货），综合性能最好（固溶态供货），综合性能最好18-8型：型：1Cr18Ni9Ti 0Cr18Ni825-20型：型：2Cr25Ni20Si2 4Cr25Ni2025-35型：型：4Cr25Ni35 4Cr25Ni35Nb2)F型不锈钢：型不锈钢：基体以体心立方晶体结构的铁素体组织为主，有磁性，一般基体以体心立方晶体结构的铁素体组织为主，有磁性，一般不能通过热处理硬化，但冷加工可使其轻微强化的不锈钢。显
10、微组织为铁不能通过热处理硬化，但冷加工可使其轻微强化的不锈钢。显微组织为铁素体，铬的质量分数在素体，铬的质量分数在11.5%32.0%范围。主要用作耐热钢（抗氧化钢），范围。主要用作耐热钢（抗氧化钢），也用作耐蚀钢。铁素体钢以退火状态供货。也用作耐蚀钢。铁素体钢以退火状态供货。常为耐蚀钢常为耐蚀钢:1Cr17、1Cr25Si2、000Cr30Mo2 按室温组织分类按室温组织分类3)M型不锈钢：型不锈钢：基体为马氏体组织，有磁性，通过热处理可调整其力学性基体为马氏体组织，有磁性，通过热处理可调整其力学性能的不锈钢。这类钢中铬的质量分数为能的不锈钢。这类钢中铬的质量分数为11.5%18.0%。 C
11、r13系列最为典系列最为典型型 ，如，如1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13及及1Cr17Ni12，常用作不锈钢。热，常用作不锈钢。热处理对马氏体钢力学性能影响很大，须根据要求规定供货状态，或者是退处理对马氏体钢力学性能影响很大，须根据要求规定供货状态，或者是退火态，或者是淬火回火态。火态，或者是淬火回火态。 4) A-F（双相）型不锈钢：（双相）型不锈钢：基体兼有奥氏体和铁素体两相组织（其中较少基体兼有奥氏体和铁素体两相组织（其中较少相的含量一般大于相的含量一般大于15%），有磁性，可通过冷加工使其强化的不锈钢。钢），有磁性，可通过冷加工使其强化的不锈钢。钢中铁素体中铁素体占占60
12、40，奥氏体，奥氏体占占4060，故常称为双相不锈钢。，故常称为双相不锈钢。这类钢具有极其优异的抗腐蚀性能。这类钢具有极其优异的抗腐蚀性能。 （固溶态供货），腐蚀性能最好（固溶态供货），腐蚀性能最好 18-5型：型：00Cr18Ni5Mo3Si2；22-5型型:00Cr22Ni5Mo3N 25-5型：型：0Cr25Ni5Mo3N；5)沉淀硬化型不锈钢：沉淀硬化型不锈钢：基体为奥氏体或马氏体组织，经时效强化处理以形基体为奥氏体或马氏体组织，经时效强化处理以形成析出硬化相的高强钢，主要用作高强度不锈钢。成析出硬化相的高强钢，主要用作高强度不锈钢。 （时效处理态供货）（时效处理态供货）M，A+M 0
13、Cr17Ni4Cu4Nb(17-4PH)；0Cr17Ni7Al(17-7PH) 第二节第二节 不锈钢的特性不锈钢的特性1. 1. 不锈钢的物理性能不锈钢的物理性能 一般地说，合金元素含量越多，热导率越小，而线膨胀系数和电阻率越大。马氏体钢和铁素体钢的约为低碳钢的1/2，其与低碳钢大体相当。奥氏体钢的约为低碳钢的1/3，其则比低碳钢大50%，并随着温度的升高，线膨胀系数的数值也相应地提高。由于奥氏体不锈钢这些特殊的物理性能，在焊接过程中会引起较大的焊接变形，特别是在异种金属焊接时，由于这两种材料的热导率和线膨胀系数有很大差异，会产生很大的残余应力，成为焊接接头产生裂纹的主要原因之一。 非奥氏体钢
14、均显现磁性；奥氏体钢中只有25-20型及16-36型奥氏体钢不呈现磁性；18-8型奥氏体钢在退火状态下虽无磁性，在冷作条件能显示出强磁性。 2. 不锈钢的成分及力学性能不锈钢的成分及力学性能表表3-7 常用不锈钢种的化学成分常用不锈钢种的化学成分(质量分数，质量分数，%)AISI牌号牌号GBCCrMoNi组织结构组织结构17-4PH0Cr17Ni4Cu4Nb0.07max15.0-17.5-3.0-5.0PH4101Cr130.15 max11.5-13.5-Mart4301Cr170.12 max16.0-18.0-Ferr3040Cr18Ni90.08 max18.0-20.0-8.0-1
15、0.5Aus304L00Cr18Ni110.03 max18.0-20.0-8.0-12.0Aus3160Cr17Ni12Mo20.08 max16.0-18.02.0-3.010.0-14.0Aus316L00Cr17Ni14Mo20.03 max16.0-18.02.0-3.010.0-14.0Aus317L00Cr19Ni13Mo30.03 max18.0-20.03.0-4.011.0-15.0Aus904L00Cr20Ni25Mo40.02 max19.0-23.04.0-5.023.0-28.0Aus220500Cr22Ni5Mo30.03 max21.0-23.02.5-3.54
16、.5-6.5Dup2205N00Cr22Ni5Mo3N0.03 max22.0-23.03.0-3.54.5-6.5Dup 一般常用不锈钢种退火后的最低力学性能一般常用不锈钢种退火后的最低力学性能AISI牌号牌号GB屈服强度屈服强度Mpa抗拉强度抗拉强度Mpa伸长率，伸长率，%17-4PH0Cr17Ni4Cu4Nb11721310104101Cr13207448224301Cr17207448223040Cr18Ni920751740304L00Cr18Ni11172483403160Cr17Ni12Mo220751740316L00Cr17Ni14Mo217248340317L00Cr19N
17、i13Mo320751740904L00Cr20Ni25Mo422049035220500Cr22Ni5Mo3450620252205N00Cr22Ni5Mo3N450620253.3.不锈钢的不锈钢的耐蚀性能耐蚀性能 应力腐蚀（应力腐蚀（SCC):不锈钢在特定的腐蚀介质和拉应力作用下出现的低于强度极限的脆性开裂现象。晶间腐蚀：在晶粒边界附近发生的有选择性晶间腐蚀：在晶粒边界附近发生的有选择性 的腐蚀现象。的腐蚀现象。 缝隙腐蚀：缝隙腐蚀：在电解液中，如在氯离子环境中，不锈钢间或与异物接触的表面间存在间隙时，缝隙中不锈钢钝化膜吸附Cl而被局部破坏的现象。点腐蚀（孔蚀或坑蚀）：点腐蚀（孔蚀或坑蚀
18、）：金属材料表面大部分不腐蚀或腐蚀轻微，而分散发生的局部腐蚀 均匀腐蚀：均匀腐蚀：接触腐蚀介质的金属表面全部产生腐蚀的现象 (4) 晶间腐蚀 在晶粒边界附近发生的有选择性的腐蚀现象。受这种腐蚀的设备或零件，外观虽呈金属光泽，但因晶粒彼此间已失去联系，敲击时已无金属的声音，钢质变脆。晶间腐蚀多半与晶界层“贫铬”现象有联系。18-8奥氏体不锈钢在450850加热（敏化加热）时，由于沿晶界沉淀出铬的碳化物Cr23C6，致使晶界边界层Cr低于12%，形成贫Cr区，在腐蚀介质中即可沿晶粒边界发生所谓晶间腐蚀(Inter-granular corrosion)。现已证明，若钢中含碳量低于其溶解度，C20%
19、即可产生一般在500900长时加热有利于相的形 成 。 多 分 布 在 晶 界 ， 降 低 韧 性 。475脆脆性性：主要出现在Cr15%的铁素体钢中。430480之间长期加热并缓冷，导致在常温时或负温时出现强度升高而韧性下降的现象。杂质有促进作用，高纯度可抑制。易产生的在 6 0 0 - 7 0 0保温1 h空 冷 可 恢 复 。热热强强性性：在高温下长时间工作时对断裂的抗力（持久强度），或在高温下长时间工作时抗塑 性 变 形 的 能 力 （ 蠕 变 抗 力 ） 。耐耐热热性性能能：耐热性能是指高温下，既有抗氧化或耐气体介质腐蚀的性能即热稳定性，同时又有足够的强度即热强性。不锈钢及不锈钢及耐
20、热钢的耐热钢的高温性能高温性能 第三节第三节 奥氏体不锈钢的焊接奥氏体不锈钢的焊接性性一、奥氏体不锈钢的类型一、奥氏体不锈钢的类型类类型型 18-818-8型奥型奥氏体不锈钢氏体不锈钢 18-12Mo18-12Mo型型奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢为克服晶间腐蚀倾开发了为克服晶间腐蚀倾开发了 1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti和和0Cr18Ni11Nb0Cr18Ni11Nb等等 主要牌号有主要牌号有1Cr18Ni91Cr18Ni9和和0Cr18Ni9 0Cr18Ni9 25-2025-20型奥型奥氏体不锈钢氏体不锈钢 超低碳超低碳18-818-8型不锈钢，型不锈钢，如如00Cr19Ni100
21、0Cr19Ni10等等 0Cr17Ni12Mo20Cr17Ni12Mo2、0Cr18Ni12Mo2Ti0Cr18Ni12Mo2Ti等等 牌号有牌号有0Cr25Ni200Cr25Ni20等等 奥氏体不锈钢是不锈钢中最重要的钢种，生产量和使用量约占不锈钢总产量及用量的70%，该类钢是一种十分优良的材料，有极好的抗腐蚀性和生物相容性，因而在化学工业、沿海、食品、生物医学、石油化工等领域中得到广泛应用。 奥氏体不锈钢的类型 常用的奥氏体型不锈钢根据其主要合金元素Cr、Ni的含量不同，可分为如下三类：(1)18-8型奥氏体不锈钢 是应用最广泛的一类奥氏体不锈钢，也是奥氏体型不锈钢的基本钢种，其他奥氏体钢
22、的钢号都是根据不同使用要求而衍生出来的。(2) 18-12Mo型奥氏体不锈钢 这类钢中钼的质量分数一般为2%4%。由于Mo是缩小奥氏体相区的元素，为了固溶处理后得到单一的奥氏体相，在钢中Ni的质量分数要提高到10%以上 (3) 25-20型奥氏体不锈钢 这类钢铬、镍含量很高，具有很好的耐腐蚀性能和耐热性能。 二、奥氏体二、奥氏体不锈钢不锈钢焊接性焊接性分析分析奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢焊接接头的耐蚀性焊接接头的耐蚀性热裂纹热裂纹 析出现象析出现象 低温脆化低温脆化 晶间晶间 腐蚀腐蚀 应力腐应力腐蚀开裂蚀开裂（SCCSCC） 热影响区敏化区晶间腐蚀热影响区敏化区晶间腐蚀 焊缝区晶间腐蚀焊缝区晶间
23、腐蚀 点点蚀蚀刀状腐蚀刀状腐蚀 腐蚀介质的影响腐蚀介质的影响 焊接应力的作用焊接应力的作用 合金元素的作用合金元素的作用 奥氏体钢焊接接头有点蚀奥氏体钢焊接接头有点蚀倾向，双相钢有时也会有倾向，双相钢有时也会有点蚀产生。点蚀产生。 1奥氏体不锈钢焊接接头的耐蚀性奥氏体不锈钢焊接接头的耐蚀性(1) 晶间腐蚀 奥氏体不锈钢焊接接头，在腐蚀介质中工作一段时间可奥氏体不锈钢焊接接头，在腐蚀介质中工作一段时间可能局部发生沿晶界的腐蚀，一般称此腐蚀为晶间腐蚀。能局部发生沿晶界的腐蚀，一般称此腐蚀为晶间腐蚀。 18-8钢焊接接头有三个部位能出现晶间腐蚀现象，如图4-3所示。它发生的部位它发生的部位是在热循环
24、峰值温度是在热循环峰值温度60060010001000的热影响区，如图的热影响区，如图3-10a3-10a所示；也有所示；也有的发生在焊缝金属上，如图的发生在焊缝金属上，如图3-10b3-10b所示；另一种晶间腐蚀发生在焊缝所示；另一种晶间腐蚀发生在焊缝的熔合线轮廓外侧很狭窄的范围内，像刃状深入发展，故称之刀状腐的熔合线轮廓外侧很狭窄的范围内，像刃状深入发展，故称之刀状腐蚀，如图蚀，如图3-10c3-10c所示，它是晶间腐蚀的一种特殊形式。所示，它是晶间腐蚀的一种特殊形式。在同一个接头并不能同时看到这三种晶间腐蚀的出现，这取决于钢和焊缝的成分。出现敏化区腐蚀就不会有熔合区腐蚀。焊缝区的腐蚀主要
25、决定于焊接材料。在正常情况下，现代技术水平可以保证焊缝区不会产生晶间腐蚀。a)在母材金属上在母材金属上 b)在焊缝上在焊缝上 c)熔合线刀状腐蚀熔合线刀状腐蚀图图3-10 焊接接头的晶间腐蚀焊接接头的晶间腐蚀 18-8钢焊接接头晶间腐蚀现象图图4-3 18-84-3 18-8不锈钢焊接接头可能出现晶间腐蚀的部位不锈钢焊接接头可能出现晶间腐蚀的部位1 1HAZHAZ敏化区敏化区 22焊缝区焊缝区 3 3熔合区熔合区 1) 焊缝区晶间腐蚀 根据贫铬理论，为防止焊缝发生晶间腐蚀：一是通过焊接材料，使焊缝金属或者成为超低碳情况，或者含有足够的稳定化元素Nb（因Ti不易过渡到焊缝中而不采用Ti），一般希
26、望wNb8wC或wNb1；二是调整焊缝成分以获得一定数量的铁素体（）相。 焊缝区晶间腐蚀钝化 敏华钝化钝化：由于金属表面在腐蚀过程中生成的腐蚀产物（不锈钢的腐蚀产物由于金属表面在腐蚀过程中生成的腐蚀产物（不锈钢的腐蚀产物中主要含有中主要含有Cr2O3）很致密且能牢固地附着于金属表面，阻滞了腐蚀过）很致密且能牢固地附着于金属表面，阻滞了腐蚀过程，出现了腐蚀速度降低的现象，叫钝化，金属在介质中处于钝化的状程，出现了腐蚀速度降低的现象，叫钝化，金属在介质中处于钝化的状态叫钝态。依靠钝化而耐蚀的耐蚀金属如不锈钢等叫可钝化型金属。态叫钝态。依靠钝化而耐蚀的耐蚀金属如不锈钢等叫可钝化型金属。敏化敏化：不锈
27、钢材在冶金和制造过程中经受到热成形、焊接、热处理等温不锈钢材在冶金和制造过程中经受到热成形、焊接、热处理等温度超过度超过300的热作工艺，使得在晶界析出了碳化铬、氮化铬、的热作工艺，使得在晶界析出了碳化铬、氮化铬、相和相和铬与其他金属间的化合物等高铬相，同时在晶界高铬相与晶粒邻近的狭铬与其他金属间的化合物等高铬相，同时在晶界高铬相与晶粒邻近的狭长地区产生了贫铬区，使不锈钢产生与提高了晶间腐蚀敏感性，不锈钢长地区产生了贫铬区，使不锈钢产生与提高了晶间腐蚀敏感性，不锈钢的这种受热过程叫敏化。的这种受热过程叫敏化。固溶处理固溶处理固溶处理 (solution heat treatment) ：将不锈
28、钢加将不锈钢加热到适当高温，并保温足够时间，使可溶组分溶解热到适当高温，并保温足够时间，使可溶组分溶解进入基体中，通常以较快的速度冷却，可以使基体进入基体中，通常以较快的速度冷却，可以使基体中析出的组分来不及析出，仍然过饱地固溶在基体中析出的组分来不及析出，仍然过饱地固溶在基体中，这种热处理叫中，这种热处理叫固溶处理固溶处理。碳化铬：碳化铬：不锈钢在300950温度范围内可能在晶界析出碳化铬。最重要的碳化铬形式为(Cr、Fe)23C6或(Cr、Fe、Mo)23C6。其铬含量常达90%以上，大大高于不锈钢的平均铬含量。晶界碳化铬的析出是使晶界邻近的晶粒边缘产生贫铬区的最重要的原因。碳化铬的析出温
29、度范围实际上就是使不锈钢产生与提高晶间腐蚀敏感性的主要敏化温度范围。在10%草酸法检验与沸腾65%硝酸法检验时，碳化铬可以被快速溶解。贫铬区：不锈钢在300以上的热过程中，晶粒边界会析出碳化铬、氮化铬、相与其他金属间化合物等铬含量高于甚至大大高于不锈钢平均铬含量的高铬相，致使晶界高铬相与晶粒外缘相邻接的狭长区域的铬含量大大下降，称为贫铬区。当热过程较短时，晶粒本体的铬原子来不及充分向贫铬区扩散补充，温度下降后，贫铬区得以保持。在以后接触到某些具有晶间腐蚀能力的介质时，贫铬区的溶解速度会大大超过晶粒本身。晶粒本身为钝化腐蚀时，贫铬区常常为活化腐蚀，因而会产生晶间会产生晶间腐蚀。不锈钢贫铬区的存在
30、是不锈钢产生晶间腐蚀敏感性的最重要的原因之一。 2）热影响区敏化区晶间腐蚀 所谓热影响区（HAZ）敏化区晶间腐蚀是指焊接热影响区中加热峰值温度处于敏化加热区间的部位（故称敏化区）所发生的晶间腐蚀。奥氏体不锈钢长期加热而导致晶间腐蚀的敏化温度区为450850。敏化的实质是，当处于该区的金属晶粒内部过饱和固溶的碳原子会逐步向晶粒边界扩散，与晶粒边界的铬原子结合而成碳化物(CrFe)23C6，并沿晶界沉淀析出。由于铬原子的扩散速率比碳小得多，来不及补充形成碳化物所消耗的铬，使晶粒边界的铬含量低于耐蚀所需铬的极限值（WCr12%)，于是导致晶粒边缘贫铬而丧失了耐腐蚀能力，在腐蚀介质中工作一段时间后就会
31、产生晶间腐蚀。 0Cr18Ni9钢热影响区敏化区晶间腐蚀图图3-11 晶间腐蚀贫铬理论示意图晶间腐蚀贫铬理论示意图图图3-12 00Cr20Ni10-晶界上晶界上Cr23C6沉淀项析出沉淀项析出 500x2x00Cr20Ni10不不锈锈钢钢带带极极埋埋弧弧堆堆焊焊后后530保保温温50小小时时，发发现现-晶晶界界上上有有Cr23C6沉沉淀淀，如如图图3-12所所示示，照照片片中中沿沿铁铁素素体体周周边边的的黑黑点点棒棒状状物物，经经电电子子衍衍射射分分析析(XRD)证证实实是是Cr23C6。焊焊缝缝上上的的晶晶间间腐腐蚀蚀通通常常都都只只是是在在多多道道多多层层焊焊的的情情况况下下出出现现。前
32、前一一焊焊道道金金属属受受到到后后面面焊焊道道的的热热影影响响而而处处于于敏敏化化温温度度的的区区带带，可可能能出出现现晶晶间间贫贫铬铬而而不不耐耐腐腐蚀蚀，这这就就是是目目前前解解释释18-8型型不不锈锈钢钢焊焊接接接接头头晶晶间间腐腐蚀蚀的的主主要要理论依据。理论依据。3）刀状腐蚀）刀状腐蚀 定义：定义：在熔合区产生的晶间腐蚀，如刀削切口形式，故称为刀状腐蚀。腐蚀区宽度初期不超过35个晶粒，逐步扩展到1.01.5mm。发发生生部部位位：只发生在含Ti或Bb的18-8和18-8钢的熔合区。在在焊焊缝缝的的焊焊趾趾启启裂裂,沿沿着着焊焊缝缝熔熔合合线线向向板板厚厚度度方方向向深深入入，并并慢慢
33、慢慢地地向向母母材材金金属属和和焊焊缝缝金金属属发发展展。实实质质：与 M2 3C6沉淀形成贫铬层有关。必必要要条条件件：一一般般发发生生在在焊焊后后再再次次在在敏敏化化区区间间加加热热时时，即即高温过热和中温敏化的相继作用。 图4-7 刀状腐蚀(2) 应力腐蚀开裂（SCC） 1）腐蚀介质的影响 应力腐蚀的最大特点之一是腐蚀介质与材料组合上的选择性，在此特定组合之外不会产生应力腐蚀。如在Cl的环境中，18-8不锈钢的应力腐蚀不仅与溶液中Cl离子有关，而且还与其溶液中氧含量有关。 Cl离子浓度很高、氧含量较少或Cl离子浓度较低、氧含量较高时，均不会引起应力腐蚀。 2）焊接应力的作用 应力腐蚀开裂
34、是应力和腐蚀介质共同作用的结果。由于低热导率及高热膨胀系数，不锈钢焊后常常产生较大的残余应力。应力腐蚀开裂的拉应力中，来源于焊接残余应力的超过30%，焊接拉应力越大，越易发生应力腐蚀开裂。在含氯化物介质中，引起奥氏体钢SCC的临界拉应力th，接近奥氏体钢的屈服点s，即ths。在高温高压水中，引起奥氏体钢SCC的 th远小于s。而在H2SO6介质中，由于晶间腐蚀领先，应力则起到了加速作用，此时可认为th0。典型的应力腐蚀裂纹如图4-10所示。 为防止应力腐蚀开裂，从根本上看，退火消除焊接残余应力最为重要。残余应力消除程度与“回火参数”LMP（Larson Miller Parameter）有关，
35、即： LMP=T(lgt+20)10-3 （4-4） 式中 T加热温度（）； t保温时间（h）。 LMP越大，残余应力消除程度越大。如18-8Nb钢管，外径为。消除125mm，壁厚25mm，焊态时的焊接残余应力R =120MPa应力退火后，LMP18时才开始使R降低；当LMP23时，R0。 0Cr17Ni12Mo2 0Cr17Ni12Mo2不锈钢不锈钢 焊趾处的应力腐蚀裂纹焊趾处的应力腐蚀裂纹 1010 应指出，为消除应力，加热温度T的作用效果远大于加热保温时间t的作用。 3）合金元素的作用 应力腐蚀开裂大多发生在合金中，在晶界上的合金元素偏析引起合金晶间开裂是应力腐蚀的主要因素之一。对于焊缝
36、金属，选择焊接材料具有重要意义。 综上所述，引起应力腐蚀开裂须具备三个条件：首先是金属在该环境中具有应力腐蚀开裂的倾向；其次是由这种材质组成的结构接触或处于选择性的腐蚀介质中；最后是有高于一定水平的拉应力。 应力腐蚀三个条件：三个条件： 环境环境 选择性的腐蚀介质选择性的腐蚀介质 拉应力拉应力(3) 点蚀 奥氏体钢焊接接头有点蚀倾向，其实即使耐点蚀性优异的双相钢有时也会有点蚀产生。点蚀指数PI越小的钢，点蚀倾向越大。最容易产生点蚀的部位是焊缝中的不完全混合区，其化学成分与母材相同，但却经历了熔化与凝固过程，应属焊缝的一部分。焊接材料选择不当时，焊缝中心部位也会有点蚀产生，其主要原因应归结为耐点
37、蚀成分Cr与Mo的偏析。例如，奥氏体钢Cr22Ni25Mo中Mo的质量分数为3%12%，在钨极氩弧焊（TIG）时，枝晶晶界Mo量与其晶轴Mo量之比（即偏析度）达1.6，Cr偏析度达1.25。因而晶轴负偏析部位易于产生点蚀。总之，TIG自熔焊接所形成的焊缝均易形成点蚀，甚至填送同质焊丝时也是如此，仍不如母材。为提高耐点蚀性能：须减少Cr、Mo的析；一方面采用较母材更高Cr、Mo含量的所谓“超合金化”焊接材一方面料（Overalloyed Filler Metal）。提高Ni含量，晶轴中Cr、Mo的负偏析显著减少。2热裂纹 奥氏体钢焊接时，在焊缝及近缝区都有产生裂纹的可能性，主要是热裂纹。最常见的
38、是焊缝凝固裂纹。HAZ近缝区的热裂纹大多是所谓液化裂纹。在大厚度焊件中也有时见到焊道下裂纹 (1) 奥氏体钢焊接热裂纹的原因 与一般结构钢相比较，Cr-Ni奥氏体钢焊接时有较大热裂倾向，主要与下列特点有关：1) 奥氏体钢的热导率小和线膨胀系数大，在焊接局部加热和冷却条件下，接头在冷却过程中可形成较大的拉应力。焊缝金属凝固期间存在较大拉应力是产生热裂纹的必要条件。2) 奥氏体钢易于联生结晶形成方向性强的柱状晶的焊缝组织，有利于有害杂质偏析，而促使形成晶间液膜，显然易于促使产生凝固裂纹。图图3-8 00Cr20Ni10Nb 3-8 00Cr20Ni10Nb 奥氏体焊缝的结晶裂纹奥氏体焊缝的结晶裂纹
39、图图3-9 含硼含硼304钢钢 HAZ晶界液化裂纹晶界液化裂纹 3) 奥氏体钢及焊缝的合金组成较复杂，不仅S、P、Sn、Sb之类杂质可形成易溶液膜，一些合金元素因溶解度有限（如Si、Nb），也能形成易溶共晶，如硅化物共晶、铌化物共晶。这样，焊缝及近缝区都可能产生热裂纹。(2) 凝固模式对热裂纹的影响 凝固裂纹最易产生于单相奥氏体（）组织的焊缝中，如果为双相组织，则不易于产生凝固裂纹，这已为实验所证实。通常用室温下焊缝中相数量来判断热裂倾向。如图4-13所示，室温铁素体数量由0%增至100%，热裂倾向与脆性温度区间（BTR）大小完全对应。 凝固裂纹产生于真实固相线之上的凝固过程后期，用室温组织来
40、考核凝固过程中的现象，总有缺憾，必须联系凝固模式（结晶模式）来进行考虑才更合理。图4-14为Fe-Cr-Ni三元合金一个70%Fe的伪二元相图。图中标出的虚线合金，其室温平衡组织为单相，实际冷却得到的室温组织可能含5%10%相。但凝固开始到结束都是单相相组织，只是在继续冷却时，由于发生相变，数量越来越少，在平衡条件下直至为零。 凝固模式对热裂纹的影响 图4-14 Fe-Cr-Ni三元合金一个70%Fe的伪二元相图 凝固裂纹与凝固模式直接相关。所谓凝固模式，首先是指以何种初生相（或）开始结晶进行凝固过程，其次是指以何种相完成凝固过程。可有四种凝固模式：如图4-14中合金，以相完成整个凝固过程，凝
41、固模式以F表示；合金初生相为，但超过AB面后又依次发生包晶和共晶反应，即L+L+，这种凝固模式以FA表示；合金的初生相为，超过AC面后依次发生包晶和共晶反应，即L+L+，这种凝固模式则以AF表示；合金的初生相为，直到凝固结束不再发生变化，因此用A表示这种凝固模式。 晶粒润湿理论指出，偏析液膜能够润湿-、-界面，不能润湿-异相界面。以FA模式形成的铁素体呈蠕虫状，防碍枝晶支脉发展，构成理想的-界面，因而不会有热裂倾向。凝固裂纹与凝固模式有直接关系。单纯F或A 模式凝固时，只有-或-界面，所以会有热裂倾向。以AF模式凝固时，由于是通过包晶/共晶反应面形成+，这种共晶不足以构成理想的-界面，所以仍然
42、可以呈现液膜润湿现象，以至还会有一定的热裂倾向。 图4-17表明，影响热裂倾向的关键是决定凝固模式的Creq/Nieq比值，而并非室温相数量。由此可知，18-8系列奥氏体钢，因Creq/Nieq处于1.52.0之间，一般不会轻易发生热裂；而25-20系列奥氏体钢，因Creq/Nieq1.5，Ni含量越高，其比值越小，所以具有明显的热裂敏感性。图 热裂倾向关键是Creq/Nieq比值，而并非室温相数量。18-8系列奥氏体钢，因Creq/Nieq处于1.52.0之间，一般不会轻易发生热裂。而25-20系列奥氏体钢，因Creq/Nieq1.5，Ni含量越高，其比值越小，所以具有明显的热裂敏感性。(
43、(3) 3) 化学成分对热裂纹的影响化学成分对热裂纹的影响 调整成分归根结底还是通过组织发生作调整成分归根结底还是通过组织发生作用。对于焊缝金属，调整化学成分是控制焊缝性能（包括裂纹问题）用。对于焊缝金属，调整化学成分是控制焊缝性能（包括裂纹问题）的重要手段。但如何进行冶金化，还未能获得完全有规律的认识。因的重要手段。但如何进行冶金化，还未能获得完全有规律的认识。因为，任何钢种都是一个复杂的合金系统，某一元素单独作用和其他元为，任何钢种都是一个复杂的合金系统，某一元素单独作用和其他元素共存时发生的作用，往往不尽相同，甚至可能相反。素共存时发生的作用，往往不尽相同，甚至可能相反。 1 1）MnM
44、n的影响的影响 在单相奥氏体钢中在单相奥氏体钢中MnMn的作用有利，但若同时存在的作用有利，但若同时存在CuCu时，时，MnMn与与CuCu可以相互促进偏析，晶界易于出现偏析液膜而增大热裂倾向。可以相互促进偏析，晶界易于出现偏析液膜而增大热裂倾向。2 2）S S、P P的影响的影响 硫、磷在焊接奥氏体钢时极易形成低熔点化合物，增硫、磷在焊接奥氏体钢时极易形成低熔点化合物，增加焊接接头的热裂倾向。磷容易在焊缝中形成低熔点磷化物，增加热加焊接接头的热裂倾向。磷容易在焊缝中形成低熔点磷化物，增加热裂敏感性，而硫则容易在焊接热影响区形成低熔点硫化物而增加热裂裂敏感性，而硫则容易在焊接热影响区形成低熔点
45、硫化物而增加热裂敏感性。在焊缝中，硫对热裂的敏感性比磷弱，这是因为在焊缝中硫敏感性。在焊缝中，硫对热裂的敏感性比磷弱，这是因为在焊缝中硫能形成能形成MnSMnS，并且离散地分布在焊缝中。在热影响区中，硫比磷对裂，并且离散地分布在焊缝中。在热影响区中，硫比磷对裂纹敏感性更强，这是因为硫比磷的扩散速度快，更容易在晶界偏析。纹敏感性更强，这是因为硫比磷的扩散速度快，更容易在晶界偏析。焊缝中硫、磷的最高质量分数应限制在焊缝中硫、磷的最高质量分数应限制在0.015%0.015%以内。以内。 3）Si的影响 Si是铁素体形成元素，焊缝中wSi4%之后，碳的活动能力增加，形成碳化物或碳氮化合物，因此，为了提
46、高抗晶间腐蚀能力，必须使焊缝中wC不超过0.02%。 Si在18-8钢中有利于促使产生相，可提高抗裂性，可不必过分限制；但在25-20钢中，Si的偏析强烈，易引起热裂。 4）铌的影响 铌可与磷、铬及锰一起形成低熔点磷化物，而与硅、铬和锰则可形成低熔点硫化物氧化物杂质。铌在晶粒边界富集，可形成富铌、镍的低熔点相，其结晶温度甚至低于1160。含铌的低熔点相在铁素体和奥氏体中的溶解度不同，从而对热裂影响不同。5）钛的影响 钛也可以形成低熔点相，如在1340 时，焊缝中就可以形成钛碳氮化物的低熔点相。含钛低熔点相的形成对抗裂性的影响不如铌的明显，因为钛与氧有强的结和力，因此钛通常不用于焊缝金属的稳定化
47、，而是用于钢的稳定化。钛主要是对母材及热影响区的液化裂纹的形成有影响。6）碳的影响 碳对于热裂敏感性的影响仅在一次结晶为奥氏体的单相奥氏体化的焊缝金属中，碳对热裂敏感性的影响很复杂，还取决于合金成分。 7）硼的影响 硼是对抗热裂性影响最坏的元素。高温时硼在在奥氏体中的溶解度非常低，只有0.005%，硼与铁、镍都能形成低熔点共晶。因此，要限制焊缝中的硼含量。 总之，凡是溶解度小而能偏析形成易熔共晶的成分，都可能引起热裂纹的产生。凡可无限固溶的成分（如Cu在Ni中）或溶解度大的成分（如Mo、W、V），都不会引起热裂。奥氏体钢焊缝， 提高Ni含量时，热裂倾向会增大；而提高Cr含量，对热裂不发生明显影
48、响。在含Ni量低的奥氏体钢加Cu时，焊缝热裂倾向也会增大。凡促使出现A或AF凝固模式的元素，该元素必会增大焊缝的热裂倾向。 (4) 焊接工艺的影响 在合金成分一定的条件下，焊接工艺对是否会产生热裂纹也有一定影响。 为避免焊缝枝晶粗大和过热区晶粒粗化，以致增大偏析程度，应尽量采用小焊接热输入快速焊工艺，而且不应预热，并降低层间温度。不过，为了减小焊接热输入，不应过分增大焊接速度，而应适当降低焊接电流。增大焊接电流，焊接热裂纹的产生倾向也随之增大。过分提高焊接速度，焊接时反而更易产生热裂纹。这是因为随着焊接速度增大，冷却速度也要增大，于是增大了凝固过程的不平衡性，凝固模式将逐次变化为FAAFA，相
49、当于图4-14中A点向右移动，因此热裂倾向增大。3. 析出现象 一些含镍量不是特别高的奥氏体不锈钢，为了提高焊缝抗热裂性而设一些含镍量不是特别高的奥氏体不锈钢，为了提高焊缝抗热裂性而设计的体积分数为计的体积分数为3 35 5或更高的铁素体组织的焊缝，在或更高的铁素体组织的焊缝，在650650850850高温持续服役的过程中会发生高温持续服役的过程中会发生相的脆变。相的脆变。 在不锈钢中，相通常只有在铬的质量分数大于16%时才会析出，由于铬有很高的扩散性，相在铁素体中的析出比奥氏体中的快。的转变速度与相的合金化程度有关，而不单是相的数量。凡铁素体化元素均加强转变，即被Cr、Mo等浓化了的相易于转
50、变析出相。 相是指一种脆硬而无磁性的金属间化合物相，具有变成分和复杂的晶体结构。相的析出使材料的韧性降低，硬度增加。有时还增加了材料的腐蚀敏感性。相的产生，是或是。 不不同同钢钢号号析析出出相相的的敏敏感感温温度度区区不不同同。例例如如，0Cr25Ni200Cr25Ni20奥奥氏氏体体不不锈锈钢钢，在在温温度度低低于于800800时时，相相析析出出缓缓慢慢；当当温温度度高高于于900900时时，相相就就不不会会析析出出。对对于于18-818-8型型不不锈锈钢钢当当温温度度超超过过850850时时，相相就就不不会会析析出出。含含镍镍量量很很高高的的稳稳定定纯纯奥奥氏氏体体不不锈锈钢钢很很少少发发
51、生生相相的的脆脆变变或或者者说说相相脆脆化程度轻，可以长时间工作。化程度轻，可以长时间工作。相相： 相为不锈钢中常见的金属间化合物相，名义成分为相为不锈钢中常见的金属间化合物相，名义成分为FeCrFeCr，实际成分为实际成分为(FeNi)(FeNi)x x(CrMo)(CrMo)y y。在铁素体相中较容易析出。在铁素体相中较容易析出。相的铬含相的铬含量为量为42%42%50%50%，比不锈钢的平均铬含量高。属高铬相，因而，比不锈钢的平均铬含量高。属高铬相，因而相在晶相在晶界析出时也可使邻近的晶粒边缘产生贫铬区。但界析出时也可使邻近的晶粒边缘产生贫铬区。但相在晶界的析出对相在晶界的析出对晶间腐蚀
52、敏感性的影响常更体现在晶间腐蚀敏感性的影响常更体现在相本身的快速溶解。对于晶间腐相本身的快速溶解。对于晶间腐蚀的作用而言，一般将蚀的作用而言，一般将相分为两类，一类为从含钼不锈钢中产生的相分为两类，一类为从含钼不锈钢中产生的相，为金相可见的相，为金相可见的相；另一类为由含钛的稳定化不锈钢中产生的相；另一类为由含钛的稳定化不锈钢中产生的相，为金相不可见相，为金相不可见相。在沸腾相。在沸腾65%65%硝酸法这样氧化性很强的溶液硝酸法这样氧化性很强的溶液中，两类中，两类相可产生过钝化的快速溶解。在沸腾的相可产生过钝化的快速溶解。在沸腾的50%50%硫酸硫酸+ +硫酸铁法硫酸铁法检验溶液中，介质的氧化
53、性稍弱，含钛的稳定化不锈钢中产生的检验溶液中，介质的氧化性稍弱，含钛的稳定化不锈钢中产生的相相可在其中快速溶解，而含钼不锈钢钢产生的可在其中快速溶解，而含钼不锈钢钢产生的相不能在其中快速溶解。相不能在其中快速溶解。在沸腾的在沸腾的16%16%硫酸硫酸+ +硫酸铜（硫酸铜（+ +铜屑）法这样弱氧化性的介质中，铜屑）法这样弱氧化性的介质中， 相相不能产生快速溶解。不能产生快速溶解。 4低温脆化为了满足低温韧性要求，有时采用18-8钢，焊缝组织希望是单一相，成为完全面心立方结构，尽量避免出现相。相的存在，总是恶化低温韧性，表4-2即是一例。虽然单相焊缝低温韧性比较好，但仍不如固溶处理后的1Cr18N
54、i9Ti钢母材，例如aku(196)230J/cm2， aku(20)280J/cm2。其实“铸态”焊缝中的相因形貌不同，可以具有相异的韧性水平。、低温脆化、低温脆化 为满足低温韧性要求，为满足低温韧性要求，WM组织希望是单一组织希望是单一相，成为完全相，成为完全面心立方结构，尽量避免出现面心立方结构，尽量避免出现相。相。相的存在，总是恶化低温相的存在，总是恶化低温韧性。其实韧性。其实“铸态铸态”焊缝中的焊缝中的 相因形貌不同，可以具有相异相因形貌不同，可以具有相异的韧性水平。的韧性水平。 超低碳超低碳18-8钢焊缝中通常可能见到三种形态的钢焊缝中通常可能见到三种形态的相相:球状、蠕虫状和花边
55、条状球状、蠕虫状和花边条状(Lacy Ferrite )，而以蠕虫状居多数。，而以蠕虫状居多数。恰恰是蠕虫状会造成脆性断口形貌，但蠕虫状对抗热裂有利。恰恰是蠕虫状会造成脆性断口形貌，但蠕虫状对抗热裂有利。从低温韧性的角度考虑，希望稍稍提高从低温韧性的角度考虑，希望稍稍提高Cr含量含量(对于对于18-8钢可将钢可将Cr的质量分数提高到稍微超过的质量分数提高到稍微超过20%)，以获得少量花边条状，以获得少量花边条状相，相，低温韧性会得到改善，其值可达到常温时数值的低温韧性会得到改善，其值可达到常温时数值的80%。在这种。在这种情况下，焊缝中有少量情况下，焊缝中有少量相是可以容许的。相是可以容许的。
56、第四节第四节 奥氏体不锈钢的焊接工艺特点奥氏体不锈钢的焊接工艺特点1.1.焊接材焊接材料选择料选择应注意应注意 的问题的问题 应坚持应坚持“适用性原则适用性原则” ” 根据所选各焊接材料的根据所选各焊接材料的具体成分来确定是否适用具体成分来确定是否适用 考虑具体应用的焊接方法和工考虑具体应用的焊接方法和工 艺参数可能造成的熔合比大小艺参数可能造成的熔合比大小 根据技术条件规定的全面根据技术条件规定的全面焊接性要求来确定合金化程度焊接性要求来确定合金化程度 不仅要重视焊缝金属合金系统，不仅要重视焊缝金属合金系统，而且要注意具体合金成分在该而且要注意具体合金成分在该合金系统中的作用；不仅考虑合金系
57、统中的作用；不仅考虑使用性能要求，也要考虑防止使用性能要求，也要考虑防止焊接缺陷的工艺焊接性的要求焊接缺陷的工艺焊接性的要求 2.2.焊接焊接工艺工艺 要点要点 合理选择焊接方法合理选择焊接方法 控制焊接参数，避免控制焊接参数，避免接头产生过热现象接头产生过热现象 接头设计的合理性接头设计的合理性应给以足够的重视应给以足够的重视 尽可能控制焊接工艺稳尽可能控制焊接工艺稳定以保证焊缝金属成分稳定定以保证焊缝金属成分稳定 控制焊缝成形控制焊缝成形 防止焊件工作表面的污染防止焊件工作表面的污染 (1) (1) 防止奥氏体不锈钢焊接热裂纹的措施防止奥氏体不锈钢焊接热裂纹的措施 1) 1) 冶金措施冶金
58、措施 在在焊焊缝缝金金属属中中增增添添一一定定数数量量的的铁铁素素体体组组织织，使使焊焊缝缝成成为为奥奥氏氏体体-铁铁素素体体（5%5%）双双相相组组织织，能能有有效效地地防防止止焊焊缝缝热热裂裂纹纹的的产产生生。当当不不允允许许出出现现双相组织时，进行合理合金化，即适当增加双相组织时，进行合理合金化，即适当增加MnMn，C,NC,N 控控制制焊焊缝缝金金属属中中的的铬铬镍镍比比，对对于于18-818-8型型不不锈锈钢钢来来说说，当当焊焊接接材材料料的的铬铬镍镍比比小小于于1.611.61时时，就就易易产产生生热热裂裂纹纹；而而铬铬镍镍比比达达到到2.32.33.23.2时时，就就可可以防止热
59、裂纹的产生。以防止热裂纹的产生。 焊焊缝缝金金属属中中严严格格限限制制硼硼、硫硫、磷磷、硒硒等等有有害害元元素素的的含含量量，以以防防止止热热裂裂纹纹的的产产生生。对对于于不不允允许许存存在在铁铁素素体体的的纯纯奥奥氏氏体体焊焊缝缝，可可以以加加入入适适当当的的锰，少许的碳、氮，同时减少硅的含量。锰，少许的碳、氮，同时减少硅的含量。 3 奥氏体不锈钢的焊接工艺要点奥氏体不锈钢的焊接工艺要点 3 奥氏体不锈钢的焊接工艺要点奥氏体不锈钢的焊接工艺要点2)2)工艺措施工艺措施采用适当的焊接坡口或焊接方法，使母材金属在焊缝金属中所采用适当的焊接坡口或焊接方法，使母材金属在焊缝金属中所占的分量减少占的分
60、量减少( (即小的熔合比即小的熔合比) )。同时，在焊接材料中加入抗裂元素，。同时，在焊接材料中加入抗裂元素，控制有害杂质硫、磷的含量，使焊接材料的化学成分优于母材金属，控制有害杂质硫、磷的含量，使焊接材料的化学成分优于母材金属，以防止热裂纹的产生。以防止热裂纹的产生。尽量选用低氢型焊条和无氧焊剂。焊接参数应选用小的热输入尽量选用低氢型焊条和无氧焊剂。焊接参数应选用小的热输入( (即小电流快速焊即小电流快速焊) )。在多层焊时，要等前一层焊缝冷却后再焊接次。在多层焊时，要等前一层焊缝冷却后再焊接次一层焊缝，层间温度不宜高，以避免焊缝过热。施焊过程中焊条不一层焊缝，层间温度不宜高，以避免焊缝过热
61、。施焊过程中焊条不允许摆动，采用窄焊缝的操作技能。允许摆动，采用窄焊缝的操作技能。选择合理的焊接结构、焊接接头形式和焊接顺序，尽量减少焊选择合理的焊接结构、焊接接头形式和焊接顺序，尽量减少焊接应力，可以减少热裂纹的产生。在焊接过程结束和中途断弧前，接应力，可以减少热裂纹的产生。在焊接过程结束和中途断弧前，收弧要慢且要设法填满弧坑，以防止弧坑裂纹的形成。收弧要慢且要设法填满弧坑，以防止弧坑裂纹的形成。 3 奥氏体不锈钢的焊接工艺要点奥氏体不锈钢的焊接工艺要点(2)(2)防止防止相产生的措施相产生的措施 为了防止奥氏体不锈钢焊缝金属形成为了防止奥氏体不锈钢焊缝金属形成相的脆化问题，应采取下列措相的
62、脆化问题，应采取下列措施：施：选择焊接材料时不能只考虑防止热裂纹而选用使焊缝出现多量的铁素选择焊接材料时不能只考虑防止热裂纹而选用使焊缝出现多量的铁素体组织体组织严格限制焊接材料中加速严格限制焊接材料中加速相形成的元素如钼、硅、铌等，适当降低相形成的元素如钼、硅、铌等，适当降低铬含量和提高镍含量铬含量和提高镍含量应选用热输入小的焊接方法，避免焊件在应选用热输入小的焊接方法，避免焊件在600600850850温度区的焊后热温度区的焊后热处理，减少或避免在此温度的停留时间，从而防止处理，减少或避免在此温度的停留时间，从而防止相脆化的产生。相脆化的产生。 3奥氏体不锈钢的焊接工艺要点奥氏体不锈钢的焊
63、接工艺要点(3)(3)防止焊接接头产生晶间腐蚀防止焊接接头产生晶间腐蚀1)1)防止焊接接头晶间腐蚀的工艺措施防止焊接接头晶间腐蚀的工艺措施 选用适当的焊接方法选用适当的焊接方法 采用小的线能量，让焊接接头尽可能地缩短采用小的线能量，让焊接接头尽可能地缩短在敏化温度区段停留时间。对于薄件、小型而规则的焊接接头，选用高能在敏化温度区段停留时间。对于薄件、小型而规则的焊接接头，选用高能量的真空电子束焊或等离子弧焊最为有利；对于中等厚度的板材的焊缝，量的真空电子束焊或等离子弧焊最为有利；对于中等厚度的板材的焊缝，可采用熔化极自动或半自动气体保护焊来施焊；而大厚度的板材的焊接选可采用熔化极自动或半自动气
64、体保护焊来施焊；而大厚度的板材的焊接选用埋弧焊较为理想；气焊不宜应用，钨极氩弧焊不够理想，焊条电弧焊为用埋弧焊较为理想；气焊不宜应用，钨极氩弧焊不够理想，焊条电弧焊为常用的焊接方法。常用的焊接方法。工艺参数制定的原理工艺参数制定的原理 以在焊接熔池停留时间最短为宗旨。在保证焊以在焊接熔池停留时间最短为宗旨。在保证焊缝质量的前提下，用小的焊接电流、最快的焊接速度。缝质量的前提下，用小的焊接电流、最快的焊接速度。 3奥氏体不锈钢的焊接工艺要点奥氏体不锈钢的焊接工艺要点操作方面操作方面 尽量采用窄焊缝、多道多层焊，每一道焊缝或每一层尽量采用窄焊缝、多道多层焊，每一道焊缝或每一层焊缝焊后，要等焊接处冷
65、却到室温后再进行次一道或次一层焊；在施焊缝焊后，要等焊接处冷却到室温后再进行次一道或次一层焊；在施焊过程中不允许摆动操作；对于管壁较厚而管径又较小的炉管，先用焊过程中不允许摆动操作；对于管壁较厚而管径又较小的炉管，先用氩弧焊不加填充材料进行封底焊，在可能的条件下管内可通氩气保护；氩弧焊不加填充材料进行封底焊，在可能的条件下管内可通氩气保护；对于接触腐蚀介质的焊缝，最好最后施焊，以减少接触介质焊缝的受对于接触腐蚀介质的焊缝，最好最后施焊，以减少接触介质焊缝的受热次数。热次数。)强制焊接区快速冷却强制焊接区快速冷却 对于有规则的焊缝，焊缝背面可用纯铜垫，对于有规则的焊缝，焊缝背面可用纯铜垫，在纯铜
66、垫上可以通水通保护气。对于不规则的长焊缝，可以一面施焊在纯铜垫上可以通水通保护气。对于不规则的长焊缝，可以一面施焊一面用水冷却一面用水冷却( (浇浇) )焊缝，这样可起到减少晶间腐蚀作用的倾向。焊缝，这样可起到减少晶间腐蚀作用的倾向。 进行稳定化处理或固溶处理进行稳定化处理或固溶处理 稳定化处理的实质是将加钛或铌的稳定化处理的实质是将加钛或铌的奥氏体不锈钢置于奥氏体不锈钢置于850850930930保温一段时间，使铬从碳化铬中释放出保温一段时间，使铬从碳化铬中释放出来，即用钛或铌将碳固定结合；同时铬在此温度下有足够时间进行扩来，即用钛或铌将碳固定结合；同时铬在此温度下有足够时间进行扩散，使晶界
67、的铬均匀化，不致产生铬的碳化物从而避免了贫铬区的产散，使晶界的铬均匀化，不致产生铬的碳化物从而避免了贫铬区的产生。生。 3 奥氏体不锈钢的焊接工艺要点奥氏体不锈钢的焊接工艺要点2)2)防止焊缝晶间腐蚀的冶金措施防止焊缝晶间腐蚀的冶金措施 使焊缝金属具有奥氏体使焊缝金属具有奥氏体- -铁素体双相组织，其铁素体双相组织，其铁素体的体积铁素体的体积分数应为分数应为5 5-12-12。在此范围，不仅能提高焊缝金属抗晶间腐蚀能。在此范围，不仅能提高焊缝金属抗晶间腐蚀能力和抗应力腐蚀能力，同时还能提高焊缝金属抗热裂纹性能。不过力和抗应力腐蚀能力，同时还能提高焊缝金属抗热裂纹性能。不过对于高温下服役的焊接接
68、头对于高温下服役的焊接接头, ,应注意铁素体含量增多而导致应注意铁素体含量增多而导致相脆相脆化的发生。化的发生。在焊缝金属中加入比铬更容易与碳结合的稳定化元素，如钛、在焊缝金属中加入比铬更容易与碳结合的稳定化元素，如钛、铌、钽和锆等。这些元素可以充分地将碳化铬的铬置换出来，消除铌、钽和锆等。这些元素可以充分地将碳化铬的铬置换出来，消除了晶界的贫铬地带，从而改善了抗腐蚀性能。了晶界的贫铬地带，从而改善了抗腐蚀性能。降低焊缝金属中的含碳量，达到低于碳在降低焊缝金属中的含碳量，达到低于碳在18-818-8型不锈钢中室温型不锈钢中室温溶解极限值以下，使碳不可能与铬生成铬的碳化物，从而从根本上溶解极限值
69、以下，使碳不可能与铬生成铬的碳化物，从而从根本上消除晶界的贫铬区。焊缝金属中碳含量小于消除晶界的贫铬区。焊缝金属中碳含量小于0.030.03时，会大大提高时，会大大提高焊缝金属的抗晶间腐蚀能力。焊缝金属的抗晶间腐蚀能力。(4)(4)防止刀状腐蚀的措施防止刀状腐蚀的措施采用超低碳的采用超低碳的18-818-8型不锈钢材和相应的超低碳型不锈钢材和相应的超低碳18-818-8型不锈钢焊接材料，可型不锈钢焊接材料，可以克服刀状腐蚀。例如在焊接以克服刀状腐蚀。例如在焊接00Cr21Nil000Cr21Nil0钢材时，选用焊条钢材时，选用焊条E308L(E308L(即即E00-19-10)E00-19-1
70、0)或焊丝或焊丝H00Cr21Nil0H00Cr21Nil0进行焊接时，其焊缝金属含碳量进行焊接时，其焊缝金属含碳量0.030.03，可以防止刀状腐，可以防止刀状腐蚀的发生。蚀的发生。减少近缝区过热减少近缝区过热 选用小的线能量，减少过热区的高温停留时间。焊接时选用小的线能量，减少过热区的高温停留时间。焊接时应选用小的焊接电流，快速焊，窄焊缝，施焊时不允许摆动。焊接过程中或焊后应选用小的焊接电流，快速焊，窄焊缝，施焊时不允许摆动。焊接过程中或焊后采用强制冷却的方法，使焊缝快速冷却。采用强制冷却的方法，使焊缝快速冷却。采用合理的焊接参数和工艺采用合理的焊接参数和工艺 可采用的工艺措施为，接触腐蚀
71、介质的焊缝可采用的工艺措施为，接触腐蚀介质的焊缝最后进行施焊，无法最后施焊时，应调整焊接参数，使后焊焊缝的敏化区不要与最后进行施焊，无法最后施焊时，应调整焊接参数，使后焊焊缝的敏化区不要与第一面焊缝表面的过热区重合。尽量采用单面单层焊，在双面单层焊时，建议接第一面焊缝表面的过热区重合。尽量采用单面单层焊，在双面单层焊时，建议接触介质的背面焊缝的焊接规范要比正面焊缝大。焊后矫正，采用冷矫方法进行。触介质的背面焊缝的焊接规范要比正面焊缝大。焊后矫正，采用冷矫方法进行。对抗晶间腐蚀和抗刀状腐蚀性能要求高的焊件，进行焊后的对抗晶间腐蚀和抗刀状腐蚀性能要求高的焊件，进行焊后的稳定化处理或稳定化处理或固溶
72、处理。固溶处理。为发挥稳定剂的作用，一般固然处理的温度高于Cr23C6的溶解度而低于稳定剂的溶解度。如C%=0.08%的18-8Ti钢的处理温度为1050-1150，此时钢中的Cr23C6全部溶入固溶体，大部分的C与Ti结合形成TiC，这种处理即稳定化处理。稳定化处理焊接时，过热区的峰值温度达1200以上，钢种的TiC溶入A，分解出的C在冷却过程中偏聚在晶界呈过饱和状态，而Ti则因扩散能力比C低而刘在晶内。当接头在敏化温度加热时，过饱和的C以Cr23C6形式析出。腐蚀机理稳定化处理稳定化处理(stabilization heat treatment )：将稳定化不将稳定化不锈钢加热到高温（一般
73、为锈钢加热到高温（一般为850 -930 ），并保温足够时间），并保温足够时间（如（如2h），使已在钢中加入的比较充分地从基体中析出，以），使已在钢中加入的比较充分地从基体中析出，以碳化钛、碳化铌等碳化物的形式沉淀于晶粒边界，使加入稳碳化钛、碳化铌等碳化物的形式沉淀于晶粒边界，使加入稳定化元素要起的稳定碳的作用得以较充分地发挥。稳定化处定化元素要起的稳定碳的作用得以较充分地发挥。稳定化处理的理的工艺条件为：工艺条件为：将工件加热到将工件加热到850-930，保温足够长的，保温足够长的时间，空冷。时间，空冷。 (5)(5)防止应力腐蚀断裂的措施防止应力腐蚀断裂的措施 解决应力腐蚀断裂纹的理想途径
74、是从材料着手，通常是在查明环解决应力腐蚀断裂纹的理想途径是从材料着手，通常是在查明环境的条件下选择最优的结构材料，同时必须采取措施控制工作应力，境的条件下选择最优的结构材料，同时必须采取措施控制工作应力，降低或消除各种残余应力，隔离腐蚀介质或加缓蚀剂等各种手段。降低或消除各种残余应力，隔离腐蚀介质或加缓蚀剂等各种手段。焊接奥氏体不锈钢生产工艺还应注意以下几方面：焊接奥氏体不锈钢生产工艺还应注意以下几方面：由于导热系数小而线膨胀系数大，自由状态下焊接时易产生较由于导热系数小而线膨胀系数大，自由状态下焊接时易产生较大的焊接变形。为此，应选用焊接能量集中的方法，并以机械化快大的焊接变形。为此，应选用
75、焊接能量集中的方法，并以机械化快速焊为好。应推广气体保护焊。速焊为好。应推广气体保护焊。CO2CO2焊时焊缝有渗碳现象，虽不宜于焊时焊缝有渗碳现象，虽不宜于耐蚀条件，却能使热强性能有所提高。一般均采用同质填充金属，耐蚀条件，却能使热强性能有所提高。一般均采用同质填充金属，以避免铬的碳化物相的沉淀以避免铬的碳化物相的沉淀. .焊接材料的选择，不能只考虑焊接工艺性焊接材料的选择，不能只考虑焊接工艺性( (如保证焊缝外观成型如保证焊缝外观成型) )，而应注意到焊缝成分的要求，以保证抗晶间腐蚀性能及抗热裂性，而应注意到焊缝成分的要求，以保证抗晶间腐蚀性能及抗热裂性能。能。 奥氏体不锈钢的焊接工艺要点奥
76、氏体不锈钢的焊接工艺要点 奥氏体不锈钢的焊接工艺要点奥氏体不锈钢的焊接工艺要点由于电阻率大、导热系数小奥氏体钢焊丝的熔化系数比结构钢大由于电阻率大、导热系数小奥氏体钢焊丝的熔化系数比结构钢大的多。自动焊时焊丝伸出长度要短一些，焊丝直径为的多。自动焊时焊丝伸出长度要短一些，焊丝直径为2 23 3毫米时，伸毫米时，伸出长度出长度 不应超过不应超过20203030毫米；为了避免焊条尾部发红，奥氏体钢焊毫米；为了避免焊条尾部发红，奥氏体钢焊条长度也要比结构钢焊条短一些。条长度也要比结构钢焊条短一些。由于奥氏体钢的导热系数小，在同样的焊接电流下可获得比结构由于奥氏体钢的导热系数小，在同样的焊接电流下可获
77、得比结构钢大的熔深。为了获得一定尺寸的焊缝，同时为了防止过热，焊接电钢大的熔深。为了获得一定尺寸的焊缝，同时为了防止过热，焊接电流应比普通低合金钢时小流应比普通低合金钢时小10%10%20%20%，并且倾向采用细直径焊丝。，并且倾向采用细直径焊丝。焊丝或焊条芯中所含焊丝或焊条芯中所含TiTi、NbNb、CrCr、AlAl等元素对氧有很大亲和力，等元素对氧有很大亲和力，为防止合金元素不必要的烧损，应尽量缩短焊接电弧，并以不做摆动为防止合金元素不必要的烧损，应尽量缩短焊接电弧，并以不做摆动而直线前进为好。而直线前进为好。为保证焊缝成分稳定，必须保证稳定的熔合比为保证焊缝成分稳定，必须保证稳定的熔合
78、比( (除非填充金属与母材除非填充金属与母材具有完全相同的成分具有完全相同的成分) )。因为奥氏体焊缝性能对化学成分的变动有较。因为奥氏体焊缝性能对化学成分的变动有较大的敏感性大的敏感性, ,所以应设法保证焊接工艺参数的稳定。所以应设法保证焊接工艺参数的稳定。 （补充）（补充） 奥氏体奥氏体- -铁素体双相不锈钢的焊接铁素体双相不锈钢的焊接 1 1 奥氏体奥氏体- -铁素体双相不锈钢的类型铁素体双相不锈钢的类型中合金型中合金型双相不锈钢双相不锈钢 低合金型低合金型 双相不锈钢双相不锈钢 高合金高合金双相不锈钢双相不锈钢 超级超级双相不锈钢双相不锈钢00Cr25Ni6Mo2N00Cr25Ni6M
79、o2N 00Cr25Ni7Mo3WcuN 00Cr25Ni7Mo3WcuN 0Cr21Ni5Ti 0Cr21Ni5Ti、1Cr21Ni5Ti1Cr21Ni5Ti00Cr18Ni5Mo3Si200Cr18Ni5Mo3Si200Cr23Ni4N00Cr23Ni4N钢钢 00Cr22NI5Mo3N00Cr22NI5Mo3N 00Cr25Ni7Mo4N00Cr25Ni7Mo4N 00Cr25Ni6.5Mo3.5CuN 00Cr25Ni6.5Mo3.5CuN 2 铁素体铁素体+奥氏体双相不锈钢的焊接奥氏体双相不锈钢的焊接1） F+A双相不锈钢的焊接特点双相不锈钢的焊接特点铁素体铁素体+ +奥氏体奥氏体(
80、A+F)(A+F)双相不锈钢由奥氏体相双相不锈钢由奥氏体相和铁素体相和铁素体相所组所组成，它综合了单相铁素体不锈钢和单相奥氏体不锈钢的优点，具有成，它综合了单相铁素体不锈钢和单相奥氏体不锈钢的优点，具有较高的力学性能，较高的韧度，良好的可焊性及优良的抗腐蚀性能。较高的力学性能，较高的韧度，良好的可焊性及优良的抗腐蚀性能。当前发展的有当前发展的有Cr18Cr18、Cr21Cr21和和Cr25Cr25型。型。相的存在，降低了高铬铁素体不锈钢的脆性，防止了晶粒长大相的存在，降低了高铬铁素体不锈钢的脆性，防止了晶粒长大倾向，提高了韧性和可焊性；倾向，提高了韧性和可焊性；相的存在，提高了奥氏体不锈钢的相
81、的存在，提高了奥氏体不锈钢的室温强度，尤其是屈服强度，室温强度，尤其是屈服强度，相还提高导热系数，降低线膨胀系相还提高导热系数，降低线膨胀系数和焊接热裂倾向，同时大大提高钢的耐应力腐蚀开裂性，还可改数和焊接热裂倾向，同时大大提高钢的耐应力腐蚀开裂性，还可改善耐点蚀等性能。善耐点蚀等性能。F+AF+A双相不锈钢镍含量比奥氏体不锈钢少，对世界双相不锈钢镍含量比奥氏体不锈钢少，对世界储量口趋缺乏的镍含量有着积极的作用。在综合成本方面，双相不储量口趋缺乏的镍含量有着积极的作用。在综合成本方面，双相不锈钢比奥氏体不锈钢更具竞争力。锈钢比奥氏体不锈钢更具竞争力。1 F+A双相不锈钢的焊接特点双相不锈钢的焊
82、接特点(1)(1)F+AF+A双相不锈钢双相不锈钢相析出脆化相析出脆化 相析出主要在相析出主要在相中进行，形成温度约为相中进行，形成温度约为500500900900，相相含含CrCr约为约为45%45%，如果，如果相中含较多的相中含较多的MoMo时，既提高时，既提高相稳定存在温度相稳定存在温度区，又能加速区，又能加速相的析出过程。高铬双相不锈钢焊接时容易产生相的析出过程。高铬双相不锈钢焊接时容易产生相相析出脆化现象。析出脆化现象。(2)(2)F+AF+A双相不锈钢焊接接头的氢致裂纹双相不锈钢焊接接头的氢致裂纹 F+A F+A双相钢凝固结晶时为单相铁素体，在一般的拘束条件下，双相钢凝固结晶时为单
83、相铁素体，在一般的拘束条件下，焊缝金属的热裂敏感性很小，当焊缝金属的热裂敏感性很小，当/适当时，冷裂纹敏感性也较低，适当时，冷裂纹敏感性也较低，当拘束度较大及焊缝金属含氢量较高时，会出现焊接氢致裂纹的危险。当拘束度较大及焊缝金属含氢量较高时，会出现焊接氢致裂纹的危险。1. F+A双相不锈钢的焊接特点双相不锈钢的焊接特点从从 图图3-133-13得到对应于两种焊条不出得到对应于两种焊条不出现裂纹的临界扩散氢的质量分数分别现裂纹的临界扩散氢的质量分数分别为为3410-4 %3410-4 %和和2510-4 %2510-4 %。焊缝。焊缝相的体积分数对氢致裂纹敏感性影响相的体积分数对氢致裂纹敏感性影
84、响甚大，当甚大，当相的体积分数低于相的体积分数低于50%50%时，时，焊缝金属对氢致裂纹不敏感，当焊缝金属对氢致裂纹不敏感，当相相的体积分数超过的体积分数超过50%50%后，随着后，随着相的相的增加，氢致裂纹敏感性会显著增加。增加，氢致裂纹敏感性会显著增加。 图图3-13 3-13 裂纹率与扩散氢质量分数的关系裂纹率与扩散氢质量分数的关系1. F+A双相不锈钢的焊接特点双相不锈钢的焊接特点(3)(3)F+AF+A双相不锈钢焊接接头的应力腐蚀开裂双相不锈钢焊接接头的应力腐蚀开裂 氢脆应力腐蚀开裂是焊接氢脆应力腐蚀开裂是焊接F+AF+A双相不锈钢时焊接接头较易发生的应双相不锈钢时焊接接头较易发生的
85、应力腐蚀开裂。氢脆应力腐蚀开裂的产生起始于力腐蚀开裂。氢脆应力腐蚀开裂的产生起始于/界的界的相侧，并在相侧，并在相内扩展。奥氏体具有较低氢脆敏感性，可以起到阻挡裂纹扩展的相内扩展。奥氏体具有较低氢脆敏感性，可以起到阻挡裂纹扩展的作用，焊缝金属中氢脆应力腐蚀开裂敏感性高是由于对裂纹起阻挡作作用，焊缝金属中氢脆应力腐蚀开裂敏感性高是由于对裂纹起阻挡作用的用的相在焊缝中受到了抑制。相在焊缝中受到了抑制。1. F+A双相不锈钢的焊接特点双相不锈钢的焊接特点(4)(4)F+AF+A双相不锈钢焊接接头的点蚀双相不锈钢焊接接头的点蚀 耐点蚀也是不锈钢的一个特性，它与成分和组织有着密切关系。在耐点蚀也是不锈钢
86、的一个特性，它与成分和组织有着密切关系。在固溶状态下，固溶状态下，(1200(1200，水淬，水淬)相保持不变时，当双相钢中相保持不变时，当双相钢中FeFe含量大含量大于于60%60%时，时，+双相的点蚀电位基本处于纯双相的点蚀电位基本处于纯相与纯相与纯相之间。当双相之间。当双相钢中相钢中FeFe含量小于含量小于60%60%时，纯时，纯相、纯相、纯相和双相合金的点蚀电位基本相和双相合金的点蚀电位基本相同，此时，点蚀对相同，此时，点蚀对相含量的敏感性很小，因此焊接条件变化时对相含量的敏感性很小，因此焊接条件变化时对点蚀影响不大。点蚀影响不大。 2.焊接方法及焊接材料焊接方法及焊接材料(1)(1)
87、焊接方法焊接方法焊条电弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊、埋弧焊、电子束焊等方焊条电弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊、埋弧焊、电子束焊等方法都可用于焊接法都可用于焊接F+AF+A双相不锈钢。双相不锈钢。焊条电弧焊灵活方便，可以实现全位置焊接，是焊接焊条电弧焊灵活方便，可以实现全位置焊接，是焊接F+AF+A双相不锈钢常双相不锈钢常用的方法。用的方法。钨极氩弧焊钨极氩弧焊(TIG)(TIG)焊接质量优良，广泛用于管道打底焊及薄壁管道的焊焊接质量优良，广泛用于管道打底焊及薄壁管道的焊接。接。焊接含焊接含N N量为量为0.16%0.16%的双相钢时，应在的双相钢时，应在ArAr中加入中加入1.0%1
88、.0%1.2%N2, 1.2%N2, 对于典型对于典型的含的含N N量为量为0.25%0.25%的超级双相钢，在的超级双相钢，在ArAr气中则加入气中则加入2.0%2.0%2.5%N22.5%N2气。气。在焊接单面焊根部焊道时，通常采用在焊接单面焊根部焊道时，通常采用Ar+ N2Ar+ N2混合气体的钨极气体保护焊。混合气体的钨极气体保护焊。 2.焊接方法及焊接材料焊接方法及焊接材料表表 无填充材料的单道无填充材料的单道TIGTIG焊时焊缝金属中焊时焊缝金属中相含量相含量钢号钢号N%N%焊缝金属焊缝金属%母材金属母材金属%UR45NUR45N6756756766760.130.130.40.4
89、0.40.4909043434242454542423333无填充材料的无填充材料的TIGTIG焊焊焊接含氮量高的焊接含氮量高的F+AF+A双相钢双相钢(N(N为为0.4%)0.4%)时，焊缝中时，焊缝中相的含量才能满足要求。相的含量才能满足要求。电子束焊适用于焊接含电子束焊适用于焊接含N N量高的量高的F+AF+A双相钢双相钢。采用电子束焊接时，焊接。采用电子束焊接时，焊接过程奥氏体化元素过程奥氏体化元素N N的损失无法通过填充材料进行补充，从而引起焊缝金的损失无法通过填充材料进行补充，从而引起焊缝金属中属中相的严重不足，使组织性能恶化。通常情况下应该避免不加填充相的严重不足，使组织性能恶化
90、。通常情况下应该避免不加填充材料的电子束焊。材料的电子束焊。(2)(2)焊接材料的选择焊接材料的选择为确保双相不锈钢焊缝和热影响区的韧性、塑性和耐蚀性，最重要为确保双相不锈钢焊缝和热影响区的韧性、塑性和耐蚀性，最重要的是确保接头的组织具有的是确保接头的组织具有20%20%以上的奥氏体。为此焊材的镍含量要高于以上的奥氏体。为此焊材的镍含量要高于母材的含量。为确保在熔合线处的奥氏体相量，对于母材中的氮含量母材的含量。为确保在熔合线处的奥氏体相量，对于母材中的氮含量也应具有足够值，例如也应具有足够值，例如22052205双相不锈钢应在双相不锈钢应在0.15%0.15%以上。以上。 2. 2.焊接方法
91、及焊接材料焊接方法及焊接材料1)1)焊条的选择焊条的选择 对于焊条电弧焊，根据耐腐蚀性、接头韧性的要求及焊接位置，可对于焊条电弧焊，根据耐腐蚀性、接头韧性的要求及焊接位置，可选用酸性和碱性焊条。选用酸性和碱性焊条。采用酸性焊条时，脱渣优良，焊缝光滑，接头成形美观，但焊缝金采用酸性焊条时，脱渣优良，焊缝光滑，接头成形美观，但焊缝金属的冲击韧性较低属的冲击韧性较低为了防止焊接气孔及焊接氢致裂纹需严格控制焊条中的氢含量；当为了防止焊接气孔及焊接氢致裂纹需严格控制焊条中的氢含量；当焊缝金属要求具有较高的冲击韧性并需进行全位置焊接时，应采用碱焊缝金属要求具有较高的冲击韧性并需进行全位置焊接时，应采用碱性
92、焊条性焊条根部打底焊时，通常采用碱性焊条；当对焊缝金属的耐腐蚀性能有根部打底焊时，通常采用碱性焊条；当对焊缝金属的耐腐蚀性能有特殊要求时，还应采用超级双相钢成分的碱性焊条。特殊要求时，还应采用超级双相钢成分的碱性焊条。 2. 2.焊接方法及焊接材料焊接方法及焊接材料2)2)焊丝的选择焊丝的选择 对于实心气体保护焊焊丝对于实心气体保护焊焊丝，在保证焊缝金属具有良好耐腐蚀性与力，在保证焊缝金属具有良好耐腐蚀性与力学性能的同时，应注意焊接工艺性能。对于药芯焊丝，当要求焊缝光滑，学性能的同时，应注意焊接工艺性能。对于药芯焊丝，当要求焊缝光滑，成形美观时，可采用金红石型或钛一钙型药芯焊丝；当要求较高的冲
93、击成形美观时，可采用金红石型或钛一钙型药芯焊丝；当要求较高的冲击韧性或在较大的拘束条件下焊接时，宜采用碱度较高的药芯焊丝。韧性或在较大的拘束条件下焊接时，宜采用碱度较高的药芯焊丝。对于埋弧焊焊丝对于埋弧焊焊丝，宜采用直径较小的焊丝，实现中小焊接规范下的，宜采用直径较小的焊丝，实现中小焊接规范下的多层多道焊，以防止焊接热影响区及焊缝金属的脆化，并且应采用配套多层多道焊，以防止焊接热影响区及焊缝金属的脆化，并且应采用配套的碱性焊剂。的碱性焊剂。 2. 2.焊接方法及焊接材料焊接方法及焊接材料 3. F+A 3. F+A双相不锈钢的焊接工艺双相不锈钢的焊接工艺对双相钢的焊接性起决定性作对双相钢的焊接
94、性起决定性作用的因素是铁素体和奥氏体的用的因素是铁素体和奥氏体的相比例，目前运用最广泛的是相比例，目前运用最广泛的是22052205双相不锈钢。一般热影响双相不锈钢。一般热影响区达到区达到30%30%以上的奥氏体即可认以上的奥氏体即可认为达到了符合要求的相比例，为达到了符合要求的相比例，如图如图3 31414所示。所示。 图图3-14 22053-14 2205焊缝及焊缝及HAZHAZ组织组织 100x 100x 3 F+A 3 F+A双相不锈钢的焊接工艺双相不锈钢的焊接工艺(1)(1)焊接热循环的控制焊接热循环的控制与奥氏体钢相比，双相不锈钢具有导热性好，热膨胀系数低的特点，与奥氏体钢相比，
95、双相不锈钢具有导热性好，热膨胀系数低的特点，因此不会产生很大的残余应力，具有更高的抵抗热裂纹的能力，可以采因此不会产生很大的残余应力，具有更高的抵抗热裂纹的能力，可以采用较大线能量焊接，最大的层间温度在用较大线能量焊接，最大的层间温度在150150。当焊接量很大时，应合理。当焊接量很大时，应合理地安排焊接顺序以保证焊层之间有足够的时间冷却。地安排焊接顺序以保证焊层之间有足够的时间冷却。焊接热循环的最高温度和快速冷却可促使双相不锈钢组织铁素体化，焊接热循环的最高温度和快速冷却可促使双相不锈钢组织铁素体化，由于由于铁素体含量的增加导致了冲击韧性和耐蚀性降低，可以采用增加氮铁素体含量的增加导致了冲击
96、韧性和耐蚀性降低，可以采用增加氮含量以稳定奥氏体组织和促使从含量以稳定奥氏体组织和促使从铁素体中析出奥氏体的方法，来改善双铁素体中析出奥氏体的方法，来改善双相不锈钢的焊接性。相不锈钢的焊接性。2205双相不锈钢在焊接过程中，最为突出的问题也双相不锈钢在焊接过程中，最为突出的问题也是热循环对焊接接头微观组织及其塑韧性和抗腐蚀性的影响。是热循环对焊接接头微观组织及其塑韧性和抗腐蚀性的影响。 (2)(2)焊前预热焊前预热 与奥氏体不锈钢的焊接相比，与奥氏体不锈钢的焊接相比，F+AF+A双相不锈钢的焊接对污染更敏感，双相不锈钢的焊接对污染更敏感，特别是对湿气和水分。任何类型的油污、油脂和水分等污染会影
97、响材料特别是对湿气和水分。任何类型的油污、油脂和水分等污染会影响材料的抗腐蚀性及力学性能，因此在焊接前要对材料严格清理。的抗腐蚀性及力学性能，因此在焊接前要对材料严格清理。双相不锈钢的焊接接头形式应预先经过很好的准备，焊接坡口最好采双相不锈钢的焊接接头形式应预先经过很好的准备，焊接坡口最好采用机械加工，不宜采用砂轮打磨的方法，要避免坡口表面粗糙与间隙不用机械加工，不宜采用砂轮打磨的方法，要避免坡口表面粗糙与间隙不均匀。均匀。通常情况下，双相不锈钢的焊接不采用预热，因为预热会降低焊接热通常情况下，双相不锈钢的焊接不采用预热，因为预热会降低焊接热影响区的冷却速度。影响区的冷却速度。如果焊缝的冷却速
98、度太快，使得焊接热影响区的铁素体含量增加太大如果焊缝的冷却速度太快，使得焊接热影响区的铁素体含量增加太大时，采用预热是有意义的。时，采用预热是有意义的。 3. F+A 3. F+A双相不锈钢的焊接工艺双相不锈钢的焊接工艺 4 4 珠光体钢与奥氏体不锈钢异种钢的焊接珠光体钢与奥氏体不锈钢异种钢的焊接 现代科学技术的发展往往要求同一物体的不同部位具有不同的工作现代科学技术的发展往往要求同一物体的不同部位具有不同的工作条件，如载荷或介质。用单一的金属材料制造这样的物件不仅不经济，条件，如载荷或介质。用单一的金属材料制造这样的物件不仅不经济，而且有时是不可能的，因此出现了不同金属的连接，即异种钢的焊接
99、。而且有时是不可能的，因此出现了不同金属的连接，即异种钢的焊接。常见的异种钢焊接主要有珠光体钢常见的异种钢焊接主要有珠光体钢( (包括碳钢、低合金结构钢、包括碳钢、低合金结构钢、Cr-MoCr-Mo珠光体耐热钢等珠光体耐热钢等) )与奥氏体钢焊接、珠光体钢与马氏体钢焊接、铁素体钢与奥氏体钢焊接、珠光体钢与马氏体钢焊接、铁素体钢与奥氏体钢焊接等（珠光体钢与奥氏体钢焊接更为多见与奥氏体钢焊接等（珠光体钢与奥氏体钢焊接更为多见) )。本节着重阐述珠光体耐热钢与奥氏体不锈钢焊接时的结合性能问题，本节着重阐述珠光体耐热钢与奥氏体不锈钢焊接时的结合性能问题，包括焊缝化学成分的控制、凝固过渡层的形成及碳迁移
100、过渡层的形成、包括焊缝化学成分的控制、凝固过渡层的形成及碳迁移过渡层的形成、接头应力等。接头应力等。 4 4 异种钢焊接的主要问题异种钢焊接的主要问题1 1、焊缝化学成分的控制焊缝化学成分的控制 珠光体钢与奥氏体钢相连接的异种钢接头，一般都是采用超合金化珠光体钢与奥氏体钢相连接的异种钢接头，一般都是采用超合金化焊接材料或高合金材料焊接材料或高合金材料 （Cr-Ni Cr-Ni 奥氏体钢或奥氏体钢或NiNi基合金）作为焊接材基合金）作为焊接材料，典型的异种钢焊接接头的金相组织如图料，典型的异种钢焊接接头的金相组织如图3 31515所示。所示。图图3-15 18-83-15 18-8类焊条类焊条/
101、15CrMo/15CrMo异种钢接头金相组织异种钢接头金相组织 60x 60x1 1、焊缝化学成分的控制焊缝化学成分的控制图图3-16 3-16 异种钢焊接示意图异种钢焊接示意图s-18-8s-18-8不锈钢不锈钢 m- m-低碳低碳钢钢 e- e-焊接金属焊接金属焊接时有大体相当数量的焊接时有大体相当数量的 s s与与m m熔入焊接熔池熔入焊接熔池没有焊条金属填充时，这没有焊条金属填充时，这两种钢的两种钢的s s与与m m同等比例混同等比例混合后的成分由舍夫勒图合后的成分由舍夫勒图（SchaefflerSchaeffler）3-173-17求得。求得。 1 1、焊缝化学成分的控制焊缝化学成分
102、的控制图图 点点a a可以认为是待焊母材，具有点可以认为是待焊母材，具有点a a成分的母材再与成分为成分的母材再与成分为f f或或ff的焊条金属相熔合后，即构成焊缝金属，具体组成应落在的焊条金属相熔合后，即构成焊缝金属，具体组成应落在a-fa-f或或a-fa-f的连线上，并取决于熔合比的大小。若焊条金属为的连线上，并取决于熔合比的大小。若焊条金属为f(f(相当于焊条相当于焊条E2-26-21-15E2-26-21-15，即，即25-20)25-20)，熔合比高达，熔合比高达0.70.7仍可保证焊缝不呈马氏体组仍可保证焊缝不呈马氏体组织，而为单相奥氏体。从抗热裂角度考虑，这种组织并不理想。若焊织
103、，而为单相奥氏体。从抗热裂角度考虑，这种组织并不理想。若焊条金属为条金属为f(f(相当于焊条相当于焊条E1-23-13-15E1-23-13-15，即，即25-13)25-13)，则由，则由a-fa-f连线可知，连线可知，如希望焊缝具有如希望焊缝具有A+FA+F（即（即+）双相组织，熔合比必须在）双相组织，熔合比必须在0.30.3以下以下（图（图3-173-17中中d d为临界点）。假如焊条金属也为为临界点）。假如焊条金属也为18-818-8钢，其组成与母材钢，其组成与母材s s相同，则焊缝金属的组成必在相同，则焊缝金属的组成必在a-sa-s连线上，此时只有熔合比小于连线上，此时只有熔合比小于
104、0.150.15方可避免焊缝出现马氏体组织。显然，用碳钢焊条是根本避免不了的方可避免焊缝出现马氏体组织。显然，用碳钢焊条是根本避免不了的 1 1、焊缝化学成分的控制焊缝化学成分的控制18-818-8不锈钢不锈钢 低碳钢低碳钢 与等量混合的组成与等量混合的组成图图3-17 3-17 利用舍夫勒图确定异种钢焊缝组利用舍夫勒图确定异种钢焊缝组 由此可知，异种钢焊接时，为确保焊缝成分合理由此可知，异种钢焊接时，为确保焊缝成分合理( (保证塑性、韧保证塑性、韧性及抗裂性性及抗裂性) )，必须做到：，必须做到：（1 1）正确选择高合金化的焊接材料正确选择高合金化的焊接材料; ;（2 2）适当控制熔合比或稀
105、释率。适当控制熔合比或稀释率。 应当指出，珠光体钢与奥氏体钢焊接时，由于电弧磁偏吹现象应当指出，珠光体钢与奥氏体钢焊接时，由于电弧磁偏吹现象的存在，两者的熔化量不可能完全相同，珠光体钢一侧的熔化量可能大的存在，两者的熔化量不可能完全相同，珠光体钢一侧的熔化量可能大一些。图一些。图 3-17 3-17中所示出的点中所示出的点a a位置实际还要向左侧移动一些，则熔合比位置实际还要向左侧移动一些，则熔合比的限制就要更严格一些。的限制就要更严格一些。 另外，在采用另外，在采用E1-23-13-15E1-23-13-15焊条时，熔合比也不可过小，否则焊焊条时，熔合比也不可过小，否则焊缝组成靠近缝组成靠近
106、f f 点（见图点（见图3-173-17）时，所得组织中）时，所得组织中相可能偏多，易于导致相可能偏多，易于导致相脆化。因此，多层焊时，后几层焊条金属中的相脆化。因此，多层焊时，后几层焊条金属中的CrCr、NiNi含量可以减少含量可以减少一些，如一些，如18-818-8型焊条（型焊条（E0-19-10-15E0-19-10-15）也许适用。）也许适用。1 1、焊缝化学成分的控制焊缝化学成分的控制2 2 、凝固过渡层的形成凝固过渡层的形成 焊缝化学成分是指焊缝中间部位的平均成分，实际上，靠近焊缝边焊缝化学成分是指焊缝中间部位的平均成分，实际上，靠近焊缝边界界( (熔合线熔合线) )的成分常常显示
107、出浓度梯度的特征。如图的成分常常显示出浓度梯度的特征。如图3-183-18所示，在低碳钢所示，在低碳钢与奥氏体钢焊缝的边界附近，在与奥氏体钢焊缝的边界附近，在100m100m宽度中浓度梯度很显著，其中特别宽度中浓度梯度很显著，其中特别要注意要注意CreqCreq、NieqNieq的变化。利用的变化。利用SchaefflerSchaeffler考察一下这考察一下这10um10um宽度范围的组宽度范围的组织，应是马氏体。由于焊缝受到母材熔入金属的稀释，在熔池的边缘，母织，应是马氏体。由于焊缝受到母材熔入金属的稀释，在熔池的边缘，母材所占的比例较大，化学成分比内部差别大，奥氏体形成元素含量不足而材所
108、占的比例较大，化学成分比内部差别大，奥氏体形成元素含量不足而出现马氏体组织。这个区域位于熔合线焊缝一侧。出现马氏体组织。这个区域位于熔合线焊缝一侧。 图图3-18 3-18 低碳钢与奥氏体钢低碳钢与奥氏体钢(Cr23Ni13)(Cr23Ni13)焊缝边界的浓度梯度焊缝边界的浓度梯度 2 2、 凝固过渡层的形成凝固过渡层的形成熔化的母材金属和熔化的填充金属，在熔池内部和熔池边缘相互混合的情况是不熔化的母材金属和熔化的填充金属，在熔池内部和熔池边缘相互混合的情况是不同的，在熔池靠近焊缝边界的很窄范围内存在一个同的，在熔池靠近焊缝边界的很窄范围内存在一个“不完全混合区不完全混合区”。填充金属。填充金
109、属与母材在化学成分上差异越大，不完全混合区越明显，即浓度梯度越显著。因这与母材在化学成分上差异越大，不完全混合区越明显，即浓度梯度越显著。因这种成分上的过渡变化区是因熔池凝固特性而造成，故可称为凝固过渡层。种成分上的过渡变化区是因熔池凝固特性而造成，故可称为凝固过渡层。 试验表明，填充金属或焊缝金属平均试验表明，填充金属或焊缝金属平均CrCr，NiNi含量对凝固过渡层中马氏含量对凝固过渡层中马氏体的形成有明显影响。对同一母材体的形成有明显影响。对同一母材( (低合金钢低合金钢) )选用选用CrCr、NiNi当量不同的填当量不同的填充金属，凝固过渡层中形成不同宽度的马氏体脆化层。表充金属，凝固过
110、渡层中形成不同宽度的马氏体脆化层。表3-113-11列出列出18-818-8、25-1325-13、25-2025-20型奥氏体不锈钢和型奥氏体不锈钢和13CrMo4413CrMo44钢接头熔合区马氏体组织在熔钢接头熔合区马氏体组织在熔合线上的平均分布情况。图合线上的平均分布情况。图3-193-19为接头熔合区的硬度分布。由为接头熔合区的硬度分布。由表表3-113-11和和图图3-193-19表明，表明，Creq/NieqCreq/Nieq值越小，马氏体脆化层间宽度越小。一般来说，值越小，马氏体脆化层间宽度越小。一般来说，在在CrCr含量大体一定的条件下，提高焊缝含量大体一定的条件下，提高焊缝
111、NiNi含量是有利的。含量是有利的。2 2 、凝固过渡层的形成凝固过渡层的形成奥氏体奥氏体/ /铁素体接头熔合区的硬度分布铁素体接头熔合区的硬度分布2 2 、凝固过渡层的形成凝固过渡层的形成2 2 、凝固过渡层的形成凝固过渡层的形成焊缝成分焊缝成分马氏体层马氏体层最小宽度最小宽度(m)(m)马氏体层马氏体层最大宽度最大宽度(m)(m)平均宽度平均宽度(m)(m)马氏体在熔合马氏体在熔合线全长所占比线全长所占比例例(%)(%)18Cr-8Ni18Cr-8Ni11.111.145045022.222.210010025Cr-13Ni25Cr-13Ni5.55.5535316.116.1100100
112、25Cr-20Ni25Cr-20Ni1.41.453539.79.75757表表3-11 3-11 马氏体组织在整个熔合线上的平均分布情况马氏体组织在整个熔合线上的平均分布情况 3. 3. 碳迁移过渡层的形成碳迁移过渡层的形成 异种钢焊接时异种钢焊接时( (特别是多层焊特别是多层焊) )或焊后回火处理以后，往往可以看到低或焊后回火处理以后，往往可以看到低合金钢一侧的碳通过焊缝边界向高合金焊缝中合金钢一侧的碳通过焊缝边界向高合金焊缝中“迁移迁移”(Migration)(Migration)的现的现象，分别在焊缝边界象，分别在焊缝边界( (熔合线熔合线) )两侧形成脱碳层和增碳层。在低合金一侧两侧
113、形成脱碳层和增碳层。在低合金一侧的母材上形成脱碳层，在高合金焊缝一侧则形成增碳层，这种脱碳层与的母材上形成脱碳层，在高合金焊缝一侧则形成增碳层，这种脱碳层与增碳层总称为碳迁移过渡层。增碳层总称为碳迁移过渡层。 3 3、 碳迁移过渡层的形成碳迁移过渡层的形成 2Cr13 2Cr13叶片与奥叶片与奥132132的的焊接接头熔合区焊接接头熔合区(A202(A202条条) 400x) 400x如图如图 ：18-8类焊条类焊条/15CrMo 异种钢接头组织异种钢接头组织图左端为焊缝枝晶状奥氏图左端为焊缝枝晶状奥氏体，其余为体，其余为15CrMo钢板母钢板母材热影响区，中间熔合区材热影响区，中间熔合区黑色
114、组织为增碳区。黑色组织为增碳区。 增碳层增碳层是由于碳扩散迁移而析出碳化物是由于碳扩散迁移而析出碳化物( (在在Cr-NiCr-Ni奥氏体焊缝中主要是奥氏体焊缝中主要是CrCr的碳化物的碳化物) )所造成。由此形成的硬度突变对接头工作性能是有害的，所造成。由此形成的硬度突变对接头工作性能是有害的，易在此部位造成破坏。易在此部位造成破坏。为了减少碳迁移现象或减少碳迁移过渡层的宽度，除了合理选择成分为了减少碳迁移现象或减少碳迁移过渡层的宽度，除了合理选择成分合适的珠光体钢合适的珠光体钢( (如应含有较多强碳化物形成元素如应含有较多强碳化物形成元素Cr Mo V Nb Ti)Cr Mo V Nb T
115、i)外，外，应力求焊缝中存在能增大碳活度系数的元素应力求焊缝中存在能增大碳活度系数的元素(Si Al Ni)(Si Al Ni)。焊缝中含有一定量焊缝中含有一定量NiNi可较显著地减小增碳层和脱碳层宽度。可较显著地减小增碳层和脱碳层宽度。焊后加热温度与加热时间对碳迁移的影响非常显著，尤其是温度的影焊后加热温度与加热时间对碳迁移的影响非常显著，尤其是温度的影响。回火温度越高，脱碳层与增碳层的宽度也越大。显然异种钢接头的响。回火温度越高，脱碳层与增碳层的宽度也越大。显然异种钢接头的焊后热处理，从碳迁移角度考虑是不适宜的，必须控制焊后热处理焊后热处理，从碳迁移角度考虑是不适宜的，必须控制焊后热处理
116、3. 3. 碳迁移过渡层的形成碳迁移过渡层的形成 4. 4.残余应力的形成残余应力的形成 异种钢焊接接头，由于两种钢的线膨胀系数相差很大，不仅焊接时异种钢焊接接头，由于两种钢的线膨胀系数相差很大，不仅焊接时会产生较大的残余应力，而且在使用中如有循环温度作用，也会形成会产生较大的残余应力，而且在使用中如有循环温度作用，也会形成热应力。异种钢焊后接头中的残余应力，即使通过焊后热处理也难以热应力。异种钢焊后接头中的残余应力，即使通过焊后热处理也难以消除。消除。图图3-213-21示出了异种钢接头熔合区附近的焊接残余应力分布。示出了异种钢接头熔合区附近的焊接残余应力分布。 残余应力的存在，对接头的工作
117、性能往往是不利的。特别是循环残余应力的存在，对接头的工作性能往往是不利的。特别是循环温度下工作时，由于形成热应力或热疲劳而可能产生裂纹。若不能避温度下工作时，由于形成热应力或热疲劳而可能产生裂纹。若不能避免异种钢接头时，应尽量选用线膨胀系数介于珠光体钢和奥氏体钢之免异种钢接头时，应尽量选用线膨胀系数介于珠光体钢和奥氏体钢之间的间的InconelInconel镍合金焊接材料，应用梯度效应可以减轻热应力的产镍合金焊接材料，应用梯度效应可以减轻热应力的产生。生。 5 5、异种钢焊接的工艺异种钢焊接的工艺 1 1、珠光体钢与奥氏体钢异种钢的焊接珠光体钢与奥氏体钢异种钢的焊接(1) (1) 隔离层堆焊法
118、隔离层堆焊法 为防止形成凝固过渡层，在珠光体钢的坡口面上先堆焊一层为防止形成凝固过渡层，在珠光体钢的坡口面上先堆焊一层Cr25Ni13Cr25Ni13之类的奥氏体金属隔离层。这样可使最易出问题的那部分焊之类的奥氏体金属隔离层。这样可使最易出问题的那部分焊缝缝( (即在珠光体上即在珠光体上) )是在拘束度极小的情况下完成。在隔离层堆焊完成是在拘束度极小的情况下完成。在隔离层堆焊完成并经过检查后，奥氏体钢与隔离层间的连接就成为奥氏体钢与奥氏体并经过检查后，奥氏体钢与隔离层间的连接就成为奥氏体钢与奥氏体钢之间的焊接，于是可选用普通的奥氏体不锈钢填充金属，如图钢之间的焊接，于是可选用普通的奥氏体不锈钢
119、填充金属，如图3-223-22。 异种钢焊接隔离层的堆焊焊后结构图异种钢焊接隔离层的堆焊焊后结构图 1 1、珠光体钢与奥氏体钢异种钢的焊接珠光体钢与奥氏体钢异种钢的焊接 为避免出现碳迁移现象，也应进行隔离层堆焊。此时先在珠光体为避免出现碳迁移现象，也应进行隔离层堆焊。此时先在珠光体钢的坡口面上用钢的坡口面上用V V、NbNb、TiTi等含量较高的焊条堆焊第一隔离层，然后等含量较高的焊条堆焊第一隔离层，然后再用适当的奥氏体焊条堆焊第二隔离层。再用适当的奥氏体焊条堆焊第二隔离层。 隔离层堆焊方法广泛用于不锈钢管与低合金钢管的焊接。隔离层堆焊方法广泛用于不锈钢管与低合金钢管的焊接。(2) (2) 过
120、渡段接头法过渡段接头法为了防止连接界面碳迁移现象，选用为了防止连接界面碳迁移现象，选用V V、TiTi、NbNb含量较高的珠光体钢含量较高的珠光体钢作为过渡段，先与原珠光体钢焊接起来，然后再与奥氏体钢焊接。过作为过渡段，先与原珠光体钢焊接起来，然后再与奥氏体钢焊接。过渡段与奥氏体钢的焊接可采用隔离层堆焊法，或者采用直接施焊法。渡段与奥氏体钢的焊接可采用隔离层堆焊法，或者采用直接施焊法。也可以先在车间有利条件下用隔离层堆焊法焊成一个短的珠光体钢与也可以先在车间有利条件下用隔离层堆焊法焊成一个短的珠光体钢与奥氏体钢的异质接头过渡段，待工地施工时已是珠光体钢与珠光体钢奥氏体钢的异质接头过渡段，待工地
121、施工时已是珠光体钢与珠光体钢同质接头的焊接问题，施工方便，易于保证质量。同质接头的焊接问题，施工方便，易于保证质量。1 1、珠光体钢与奥氏体钢异种钢的焊接珠光体钢与奥氏体钢异种钢的焊接 5 5、不锈复合钢板的焊接不锈复合钢板的焊接 不锈复合钢板是较厚的珠光体钢不锈复合钢板是较厚的珠光体钢( (基体基体) )和较薄的不锈钢和较薄的不锈钢( (覆层覆层) )复合复合轧制轧制( (或焊接或焊接) )而成的双金属板，基体多为碳钢或低合金钢，覆层多为而成的双金属板，基体多为碳钢或低合金钢，覆层多为1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti、Cr18Ni12Mo2TiCr18Ni12Mo2Ti、Cr23Ni
122、28Mo3Cu3TiCr23Ni28Mo3Cu3Ti等奥氏体不锈钢，主等奥氏体不锈钢，主要满足耐蚀性能要求。覆层通常作为腐蚀介质容器里层，厚度一般只要满足耐蚀性能要求。覆层通常作为腐蚀介质容器里层，厚度一般只占复合钢板总厚度的占复合钢板总厚度的10%10%20%20%。不锈复合钢板间的焊接问题主要是保证接头区可满足耐蚀性能的要不锈复合钢板间的焊接问题主要是保证接头区可满足耐蚀性能的要求。求。(1)(1)焊接材料的选择焊接材料的选择焊接材料选择不合适，不锈钢焊缝就可能严重稀释，形成马氏体淬焊接材料选择不合适，不锈钢焊缝就可能严重稀释，形成马氏体淬硬组织；铬、镍强烈深入珠光体钢基层而严重脆化，产生
123、裂纹。因此，硬组织；铬、镍强烈深入珠光体钢基层而严重脆化，产生裂纹。因此，焊接过渡层时，要使用含铬、镍量较高的焊接材料，保证焊缝金属含焊接过渡层时，要使用含铬、镍量较高的焊接材料，保证焊缝金属含一定量的铁素体组织，以提高抗裂性。一定量的铁素体组织，以提高抗裂性。 不锈复合钢板焊接材料的选用不锈复合钢板焊接材料的选用5 5、不锈复合钢板的焊接不锈复合钢板的焊接复合钢的组合复合钢的组合基体焊接材料基体焊接材料过渡区焊接材料过渡区焊接材料覆层焊接材料覆层焊接材料Q235+0Cr13Q235+0Cr13E4303E4303E4315E4315E309-16(E1-23-13-16)E309-16(E1
124、-23-13-16)E309-15(E1-23-13-15)E309-15(E1-23-13-15)E308-16(E0-19-10-16)E308-16(E0-19-10-16)E308-15(E0-19-10-15)E308-15(E0-19-10-15)16Mn+0Cr1316Mn+0Cr1315MnV+0Cr1315MnV+0Cr13E5003,E5015E5003,E5015E5515-GE5515-GE309-16(E1-23-13-16)E309-16(E1-23-13-16)E309-15(E1-23-13-15)E309-15(E1-23-13-15)E347-16(E0-1
125、9-10Nb-16)E347-16(E0-19-10Nb-16)E347-15(E0-19-10Nb-15)E347-15(E0-19-10Nb-15)12CrMo+0Cr1312CrMo+0Cr13 E5515-B1 E5515-B1E309-16(E1-23-13-16)E309-16(E1-23-13-16)E309-15(E1-23-13-15)E309-15(E1-23-13-15)E347-16(E0-19-10Nb-16)E347-16(E0-19-10Nb-16)E347-15(E0-19-10Nb-15)E347-15(E0-19-10Nb-15)Q235+1Cr18Ni9T
126、iQ235+1Cr18Ni9TiE4303E4303E4315E4315E309-16(E1-23-13-16)E309-16(E1-23-13-16)E309-15(E1-23-13-15)E309-15(E1-23-13-15)E347-16(E0-19-10Nb-16)E347-16(E0-19-10Nb-16)E347-15(E0-19-10Nb-15)E347-15(E0-19-10Nb-15)16Mn+Cr18Ni9Ti16Mn+Cr18Ni9Ti15MnV+1Cr18Ni9Ti15MnV+1Cr18Ni9TiE5003,E5015E5003,E5015E5515-GE5515-G
127、E309-16(E1-23-13-16)E309-16(E1-23-13-16)E309-15(E1-23-13-15)E309-15(E1-23-13-15)E347-16(E0-19-10Nb-16)E347-16(E0-19-10Nb-16)E347-15(E0-19-10Nb-15)E347-15(E0-19-10Nb-15)Q235+Cr18Ni12Mo2TiQ235+Cr18Ni12Mo2TiE4303E4303E4315E4315E309Mo-16E309Mo-16(E1-23-13Mo2-16)(E1-23-13Mo2-16) E318-16 E318-16(E0-18-12M
128、o2Nb-16)(E0-18-12Mo2Nb-16)16Mn+Cr18Ni12Mo2Ti16Mn+Cr18Ni12Mo2Ti15MnV+Cr18Ni12Mo2Ti15MnV+Cr18Ni12Mo2TiE5003,E5015E5003,E5015E5515-GE5515-GE309Mo-16E309Mo-16(E1-23-13Mo2-16) (E1-23-13Mo2-16) E318-16E318-16(E0-18-12Mo2Nb-16)(E0-18-12Mo2Nb-16)注：括号内为注：括号内为 GB/T 983-1989 GB/T 983-1989型号。型号。 5 5、不锈复合钢板的焊接不锈
129、复合钢板的焊接表表3-13 3-13 不锈复合钢板双面焊和埋弧焊时焊接材料的选用不锈复合钢板双面焊和埋弧焊时焊接材料的选用母材母材手工电弧焊手工电弧焊埋弧焊埋弧焊牌号牌号型号型号焊丝焊丝焊剂焊剂基层基层Q235Q235J422,J427J422,J427E4303,E4315E4303,E4315H08A,H08H08A,H08HJ431HJ43120,20g20,20gJ422,J427J422,J427J507J507E4303,E4315,E5015E4303,E4315,E5015H08Mn2SiA,H08AH08Mn2SiA,H08AH08MnAH08MnAHJ431HJ43109M
130、n209Mn216MN,15MnTi16MN,15MnTiJ502,J507J502,J507J577J577E5003,E5015E5003,E5015E5515-GE5515-GH08MnA,H08Mn2SiAH08MnA,H08Mn2SiAH10Mn2H10Mn2HJ431HJ431过渡层过渡层A302,A307A302,A307A312A312E309-16,E309-15E309-16,E309-15E309Mo-16E309Mo-16H00Cr29Ni12H00Cr29Ni12HJ260HJ260覆层覆层1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti0Cr18Ni9Ti0Cr18Ni9T
131、i0Cr130Cr13A102,A107A102,A107A132,A137A132,A137A202,A207A202,A207E308-16,E308-15E308-16,E308-15E347-16,E347-15E347-16,E347-15E316-16,E316-15E316-16,E316-15H0Cr19Ni9TiH0Cr19Ni9TiH00Cr29Ni12TiAlH00Cr29Ni12TiAlHJ260HJ260Cr18Ni12Mo2TiCr18Ni12Mo2TiCr18Ni12Mo3TiCr18Ni12Mo3TiA202,A207A202,A207A212A212E316-
132、16,E316-15E316-16,E316-15E318-16E318-16H-Cr18Ni12Mo2TiH-Cr18Ni12Mo2TiH0Cr18Ni12Mo3TiH0Cr18Ni12Mo3TiH00Cr29Ni12TiAlH00Cr29Ni12TiAlHJ260HJ260(2)(2)不锈复合钢的焊接工艺不锈复合钢的焊接工艺 根据复合钢板材质、接头厚度、坡口尺寸及施焊条件等确定焊接工根据复合钢板材质、接头厚度、坡口尺寸及施焊条件等确定焊接工艺，通常选用手工电弧焊、埋弧焊、氩弧焊、二氧化碳气体保护焊等。目艺，通常选用手工电弧焊、埋弧焊、氩弧焊、二氧化碳气体保护焊等。目前常用氩弧焊焊接覆层，用
133、埋弧焊或手工电弧焊焊接基层。前常用氩弧焊焊接覆层，用埋弧焊或手工电弧焊焊接基层。1) 1) 坡口形式坡口形式 焊接复合钢板薄件可采用焊接复合钢板薄件可采用I I形坡口，较厚的复合钢板可采形坡口，较厚的复合钢板可采用用V V形、形、U U形、形、X X形、形、V V型和型和U U型复合坡口。一般尽可能采用型复合坡口。一般尽可能采用X X形坡口双面焊。形坡口双面焊。也可以在接头背面一小短距离内进行机械加工，去掉覆层金属，以确保焊也可以在接头背面一小短距离内进行机械加工，去掉覆层金属，以确保焊第一道基层焊道不受覆层金属的过大稀释。第一道基层焊道不受覆层金属的过大稀释。5 5、不锈复合钢板的焊接不锈复
134、合钢板的焊接 5 5、不锈复合钢板的焊接不锈复合钢板的焊接2)2)焊接顺序焊接顺序 先焊基层，再焊过渡层，最后焊覆层，以保证焊接接头先焊基层，再焊过渡层，最后焊覆层，以保证焊接接头具有较好的耐腐蚀性。同时考虑过渡层的焊接特点，尽量减少覆层一侧具有较好的耐腐蚀性。同时考虑过渡层的焊接特点，尽量减少覆层一侧焊接工作量。焊接工作量。角接接头无论覆层位于内侧或外侧，均先焊接基层。焊覆层时，可先角接接头无论覆层位于内侧或外侧，均先焊接基层。焊覆层时，可先焊过渡层，亦可直接焊覆层，以复合钢板厚度而定。焊过渡层，亦可直接焊覆层，以复合钢板厚度而定。为了防止第一道基层焊缝中熔入奥氏体钢，可预先将接头附近的覆层
135、为了防止第一道基层焊缝中熔入奥氏体钢，可预先将接头附近的覆层金属加工掉一部分。金属加工掉一部分。 5 5、 不锈复合钢板的焊接不锈复合钢板的焊接过渡区高温下有碳扩散过程发生，在交界区形成了高硬度的增碳带和过渡区高温下有碳扩散过程发生，在交界区形成了高硬度的增碳带和低硬度的脱碳带，使过渡区形成了复杂的金属组织状态，造成复合板的低硬度的脱碳带，使过渡区形成了复杂的金属组织状态，造成复合板的焊接困难。焊接困难。焊接过渡层时，为了减少基层对过渡层焊缝的稀释作用，可采用小电焊接过渡层时，为了减少基层对过渡层焊缝的稀释作用，可采用小电流，降低熔合比，选用铬、镍当量高的奥氏体焊接材料。流，降低熔合比，选用铬
136、、镍当量高的奥氏体焊接材料。当复合板厚度小于当复合板厚度小于25mm25mm时，基层也可全用奥时，基层也可全用奥302302等焊条，但焊接残余等焊条，但焊接残余应力大，消耗不锈钢焊条多。应力大，消耗不锈钢焊条多。当复合板厚度大于当复合板厚度大于25mm25mm时，可先用纯铁焊条焊一层过渡层，然后用焊时，可先用纯铁焊条焊一层过渡层，然后用焊钢焊条焊接基层。钢焊条焊接基层。 5 5、不锈复合钢板的焊接不锈复合钢板的焊接3)3)工艺要点工艺要点 装配时的点固焊在基层钢上进行，点焊焊缝不可产装配时的点固焊在基层钢上进行，点焊焊缝不可产生裂纹和气孔，否则应铲去重焊。点焊所用焊条及工艺参数与焊接使生裂纹和
137、气孔，否则应铲去重焊。点焊所用焊条及工艺参数与焊接使用的相同。用的相同。 先焊基层，第一道基层焊缝不应熔透到覆层金属，以防焊缝金属先焊基层，第一道基层焊缝不应熔透到覆层金属，以防焊缝金属发生脆化或产生裂纹。基层钢焊接时，仍按基层钢常规焊接电流施焊。发生脆化或产生裂纹。基层钢焊接时，仍按基层钢常规焊接电流施焊。对于过渡层的焊接，为减少母材对焊缝的稀释率，在保证焊透的条件对于过渡层的焊接，为减少母材对焊缝的稀释率，在保证焊透的条件下，应尽量采用小电流焊接。下，应尽量采用小电流焊接。 5 5、不锈复合钢板的焊接不锈复合钢板的焊接(3)(3)焊后热处理焊后热处理不锈复合钢热处理时，在复合交界面上会产生
138、碳元素从基层向覆层的扩不锈复合钢热处理时，在复合交界面上会产生碳元素从基层向覆层的扩散，并随温度升高，保温时间增长而加剧。结果在基层一侧形成脱碳层，散，并随温度升高，保温时间增长而加剧。结果在基层一侧形成脱碳层，在不锈钢一侧形成增碳层，韧性下降。基层与覆层的线膨胀系数相差很大，在不锈钢一侧形成增碳层，韧性下降。基层与覆层的线膨胀系数相差很大，加热、冷却过程中，厚度方向上产生很大残余应力，导致应力腐蚀开裂。加热、冷却过程中，厚度方向上产生很大残余应力，导致应力腐蚀开裂。所以在不锈复合钢的焊接接头中，既不进行覆层的固溶处理，一般也不进所以在不锈复合钢的焊接接头中，既不进行覆层的固溶处理，一般也不进
139、行消除应力热处理。行消除应力热处理。 在厚度大的复合钢的焊接中，往往要求中间退火和消除应力热处理。在厚度大的复合钢的焊接中，往往要求中间退火和消除应力热处理。消除焊接残余应力的热处理最好在基层焊完后进行，热处理后再焊过渡层消除焊接残余应力的热处理最好在基层焊完后进行，热处理后再焊过渡层和覆层。如需整体热处理时，选择热处理温度时应考虑对覆层耐蚀性的影和覆层。如需整体热处理时，选择热处理温度时应考虑对覆层耐蚀性的影响、过渡区组织不均匀性及异种钢物理性能的差异。热处理温度一般为响、过渡区组织不均匀性及异种钢物理性能的差异。热处理温度一般为450450650(650(多数情况下选择下限温度而延长保温时
140、间多数情况下选择下限温度而延长保温时间) )。 另外，也可以采用喷丸处理复合钢的不锈钢部分，使材料表面形成另外，也可以采用喷丸处理复合钢的不锈钢部分，使材料表面形成残余压应力，从而防止应力腐蚀裂纹的发生。残余压应力，从而防止应力腐蚀裂纹的发生。5 5、不锈复合钢板的焊接不锈复合钢板的焊接(3)(3)焊后热处理焊后热处理在厚度大的复合钢的焊接中，往往要求中间退火和消除应力热处理。在厚度大的复合钢的焊接中，往往要求中间退火和消除应力热处理。消除焊接残余应力的热处理最好在基层焊完后进行，热处理后再焊过渡消除焊接残余应力的热处理最好在基层焊完后进行，热处理后再焊过渡层和覆层。如需整体热处理时，选择热处
141、理温度时应考虑对覆层耐蚀性的层和覆层。如需整体热处理时，选择热处理温度时应考虑对覆层耐蚀性的影响、过渡区组织不均匀性及异种钢物理性能的差异。热处理温度一般为影响、过渡区组织不均匀性及异种钢物理性能的差异。热处理温度一般为450450650(650(多数情况下选择下限温度而延长保温时间多数情况下选择下限温度而延长保温时间) )。也可以采用喷丸处理复合钢的不锈钢部分，使材料表面形成残余压应力，也可以采用喷丸处理复合钢的不锈钢部分，使材料表面形成残余压应力，从而防止应力腐蚀裂纹的发生。从而防止应力腐蚀裂纹的发生。 课后总结1 不锈钢按组织分为哪几类？2 不锈钢主要的腐蚀形式有哪几类？3 简述奥氏体不锈钢产生晶间腐蚀的原因及防止方法？4 刀蚀的产生条件是什么？5 应力腐蚀的条件是什么？
