奧氏體不銹鋼在物理性能、化學成分等方面與結構鋼有較大差異,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是:
(1). 根據母材的主要化學成分選擇焊材。
(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)定化或消除應力處理的焊接結構,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,應根據被焊材料的品種、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,應注意防止焊縫中心區(qū)熱裂紋的產生和執(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成分的要求。奧氏體不銹鋼埋弧焊焊接時應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,應用短弧。在用氣體保護焊時,惰性氣體保護必須良好。當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). 一般不預熱,只有特別厚的構件在焊接前才預熱100℃~150℃。
(4). 在焊接中,層間溫度應嚴格控制,要≤150℃。
(5). 應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,焊根側必須用還原氣或純氬保護。
(7). 考慮到確保焊縫中經計算后預先確定的鐵素體含量,應當用鐵素體測定儀復測焊縫中的實際鐵素體含量。一般母材的熔化量應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,其表面應呈光亮狀,殘渣、焊縫的顏色等皆應去除,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). 修復焊接前,也應酸洗坡口表面。但由于舊構件表面粗糙,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。經噴丸處理后的表面有金屬光澤,但表面過于粗糙者,應再做鈍化處理。
(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。