奥氏体不锈钢的焊接课件讲解.pptx

第二节奥氏体不锈钢的焊接;一、焊接热裂纹

单相奥氏体不锈钢钢焊接时，具有较高的热裂纹敏感性。在焊缝及近缝区都有可能出现热裂纹，最常见的是焊缝凝固裂纹，也可能在HAZ或多层焊道间金属出现液化裂纹。;1．焊接接头产生热裂纹的原因

奥氏体不锈钢具有较大的热裂纹敏感性，主要取决于其化学成分、组织与性能特点：

1）化学成分奥氏体不锈钢中的合金元素较多，尤其是含有一定数量的镍，它易与硫、磷等杂质形成低熔点共晶，如Ni-S共晶熔点为645℃，Ni-P共晶熔点为880℃，比Fe-S、Fe-P共晶的熔点更低，危害性也更大。其他一些元素如硅、硼、铌等元素，也能形成有害的易熔晶间层，这些低熔点共晶会促使热裂纹的产生。

;2）组织奥氏体不锈钢钢焊缝易形成方向性强的粗大柱状晶组织，有利于有害杂质元素的偏析，从而促使形成连续的晶间液膜，提高了热裂纹的敏感性。

3）性能从奥氏体不锈钢的物理性能看，它具有热导率小、线膨胀系数大的特点，因而在焊接局部加热和冷却条件下，易产生较大的焊接残余拉应力，进一步促进焊接热裂纹的产生。

综上所述，奥氏体不锈钢的焊接热裂纹倾向比低碳钢大得多，尤其是高镍奥氏体不锈钢。;2．防止奥氏体不锈钢产生热裂纹的主要措施

（1）冶金措施

1）严格控制焊缝金属中有害杂质元素的含量

2）调整焊缝化学成分使焊缝金属出现奥氏体－铁素体双相组织，能够有效地防止焊缝热裂纹的产生。

如18-8钢焊缝组织中有少量铁素体（δ）相存在，则抗裂性能大大提高。这是因为δ相的存在打乱了奥氏体焊缝柱状晶的方向性（如图2所示）、细化了晶粒，低熔点的杂质被铁素体分散和隔开，避免了低熔点杂质呈连续网状分布，从而阻碍热裂纹扩展和延伸；δ相能溶解较多的硫、磷等微量元素，使其在晶界上的数量大减少，从而提高焊缝抗热裂纹的能力。常用铁素体化的元素有铬、钼、钒等。;图1δ相含量对焊接热裂倾向的影响;图2δ相在奥氏体基体上的分布

a)单相γb)γ+δ;3）控制焊缝金属中的铬镍比对于18-8型不锈钢来说，当焊接材料的铬镍比小于1.61时，就易产生热裂纹；而铬镍比达到2.3～3.2时，就可以防止热裂纹的产生。

4）在焊缝金属中加入少量的铈、锆、钽等微量元素这些元素可以细化晶粒，也可以减少焊缝对热裂纹的敏感性。

上述冶金因素主要是通过选择焊接材料来达到调整焊缝化学成分的目的。目前我国生产的18-8型不锈钢焊条的熔敷金属，都能获得奥氏体-铁素体双相组织。;（2）工艺措施

焊接时应尽量减小熔池过热程度，以防止形成粗大的柱状晶。为此焊接时宜采用小热输入及小截面的焊道，多层焊时，道间温度不宜过高，以避免焊缝过热；焊接过程中焊条不允许摆动，采用窄焊缝的操作技术。

此外，液化裂纹主要出现在25-20型奥氏体不锈钢的焊接接头中。防止液化裂纹的产生，除了严格限制母材中的杂质含量，控制母材的晶粒度以外，在工艺上应尽量采用高能量密度的焊接方法、小热输入和提高接头的冷却速度等措施，以减少母材的过热和避免近缝区晶粒的粗化。;二、焊接接头的晶间腐蚀

有些奥氏体不锈钢的焊接接头，在腐蚀介质中工作一段时间后可能发生局部沿着晶粒边界的腐蚀，一般称此种腐蚀为晶间腐蚀。

根据母材类型和所采用焊接材料与焊接工艺不同，奥氏体不锈钢焊接接头可能发生焊缝晶间腐蚀、HAZ敏化区（600～1000℃）晶间腐蚀、熔合区附近的刀状腐蚀。;图30Cr18Ni9不锈钢晶间腐蚀;图4奥氏体不锈钢焊接接头

可能发生晶间腐蚀的部位

a—焊缝区b—HAZ敏化区c—熔合区;1．晶间腐蚀

（1）产生晶间腐蚀的原因

奥氏体不锈钢焊缝和HAZ敏化区的晶间腐蚀，都与敏化过程使晶界形成贫铬层有关。焊缝产生晶间腐蚀可有两种情况：

一种是焊态下已有Cr23C6析出，如多层焊缝的重复加热区域；

另一种为接头在焊态下无贫铬层，焊后经过敏化温度区间，因而具有晶间腐蚀倾向。;奥氏体不锈钢焊接接头敏化温度范围为600～1000℃，高于平衡条件下的敏化温度。

奥氏体不锈钢在加热到450～850℃时，对晶间腐蚀最敏感，此温度区间称敏化温度区。

因为当温度低于450℃时，碳原子活动能力很弱，Cr23C6析出困难不会形成贫铬层；

而当温度高于850℃时，晶粒内部的铬获得了足够的动能，扩散到晶界，从而使已形成的贫铬层消失；

而在450～850℃温度区间内，既有利于Cr23C6的析出，晶粒内部的铬原子又不能扩散到晶界，最容易形成贫铬层，对晶间腐蚀最敏感。

如果在450～850℃温度区间加热足够长的时间，晶内的铬原子也可以扩散到晶界使贫铬层消失。;（2）防止焊接接头产生晶间腐蚀的措施

1）冶金措施

①使焊缝金属具有奥氏体-铁素体双相组织，其铁素体的体积分数应在4％～12％范围内。

②在焊缝金属中渗入比铬更容易