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發(fā)布時(shí)間：2025-05-16 瀏覽次數(shù)：54832次
高性能奧氏體不銹鋼的焊接工藝 (1) — 氣體保護(hù)鎢極電弧焊 高性能奧氏體不銹鋼的焊接工藝 (2) — 熔化極氣體保護(hù)焊 焊縫未焊透通常發(fā)生在管子對(duì)接焊縫或其他非雙面焊接的對(duì)接焊縫。未焊透是指焊縫存在一個(gè)縫隙，會(huì)引發(fā)腐蝕，藏污納垢。縫隙會(huì)降低焊縫的強(qiáng)度和耐腐蝕性，而且很難消毒(清潔)。高質(zhì)量對(duì)接焊縫要求全焊透。否則焊縫的機(jī)械強(qiáng)度和抗疲勞性會(huì)顯著降低。為了避免這些問題，合適的焊縫設(shè)計(jì)或背部清根很重要，而且盡可能焊接背面。 表面氣孔是污垢的理想藏身之處，也是腐蝕的發(fā)源地。由于表面氣孔吸附污垢和細(xì)菌，很難清理消毒。氣孔多由濕氣造成，濕氣可能來自于焊條助焊劑，保護(hù)氣體或工件表面。要想最 大限度地減少氣孔，要對(duì)焊條干燥度，氣體化學(xué)成分和清理操作給予足夠重視。同時(shí)，還要確定孔隙率驗(yàn)收等級(jí)，以指導(dǎo)焊接件的射線探傷和目檢。 起弧和焊接飛濺造成縫隙并引發(fā)縫隙腐蝕。為了盡量減少這種缺陷，焊工應(yīng)在焊縫內(nèi)起弧，而不是在焊縫旁邊起弧。如果有起弧和焊接飛濺，應(yīng)該用細(xì)砂輪打磨去除。 避免焊接飛濺和不平整焊縫 ?Outokumpu
調(diào)整常用填充金屬308(L)和316(L)的成分， 使鐵素體含量達(dá)到5-10%，可以明顯改善耐微裂和耐熱裂性能。鐵素體吸收收縮應(yīng)力，并對(duì)造成奧氏體脆化的硫、磷及其它雜質(zhì)的溶解度更高。鐵素體達(dá)到建議含量的標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼焊縫一般不會(huì)產(chǎn)生微裂和熱裂，但是，當(dāng)熱輸入非常大，焊縫約束應(yīng)力大或焊縫呈凹形時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生微裂和熱裂。美國(guó)焊接協(xié)會(huì)(AWS A5.4)定義的鐵素體數(shù)(FN)表示焊縫中的鐵素體量。鐵素體數(shù)(FN)大體上相當(dāng)于奧氏體不銹鋼焊縫中鐵素體的體積百分比。下面的圖顯示了兩種鐵素體含量不同的焊縫金屬。
用于焊高性能奧氏體不銹鋼的填充金屬不會(huì)產(chǎn)生含鐵素體的焊縫，所以它們的焊縫易產(chǎn)生微裂和熱裂。為了盡量減少微裂和熱裂，焊接高性能奧氏體不銹鋼的填充金屬的磷、硫含量極低。焊接時(shí)必須嚴(yán)格控制熱輸入和其它焊接參數(shù)。熱輸入的上限一般是1.5 KJ/mm(38kJ/in)。
焊接高性能奧氏體不銹鋼時(shí)，應(yīng)避免導(dǎo)致熔池尺寸增大的任何操作(例如過度橫擺)。大熔池會(huì)增大凝固收縮應(yīng)力。大熔池也會(huì)增大焊縫和熱影響區(qū)內(nèi)的晶粒尺寸。粗晶粒材料的晶界面積小于細(xì)晶粒材料的晶界面積。這會(huì)導(dǎo)致晶界的雜質(zhì)濃度增高，可能會(huì)降低耐腐蝕性。晶界中的收縮應(yīng)力過大和微量元素濃度過高都會(huì)導(dǎo)致熱裂。
其它焊接缺陷，如熔合不充分和焊道之間的夾渣，無論對(duì)于碳鋼還是奧氏體不銹鋼都是不可接受的，焊件暴露在腐蝕環(huán)境時(shí)，表面夾渣會(huì)引發(fā)點(diǎn)蝕。同樣，焊縫的粗糙表面會(huì)降低其耐腐蝕性。咬邊會(huì)顯著降低焊件的疲勞性能。焊縫根部或焊帽的過度強(qiáng)化也會(huì)對(duì)焊縫性能造成不利影響。
回火色大幅降低耐點(diǎn)蝕和耐縫隙腐蝕性能，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)奧氏體不銹鋼影響尤其明顯。另一個(gè)潛在問題是微生物腐蝕(MIC)。有回火色的區(qū)域易產(chǎn)生微生物腐蝕， 在未經(jīng)處理的水中，特別是在流速低或滯流狀態(tài)都發(fā)現(xiàn)微生物腐蝕。用普通水進(jìn)行水壓試驗(yàn)后，未對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行排空和干燥處理也會(huì)引起微生物腐蝕。
對(duì)回火色無法去除的焊縫制定驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)面臨著兩個(gè)挑戰(zhàn)。一是如何量化焊件上的回火色。許多行業(yè)利用回火色的彩色對(duì)照?qǐng)D表， 直觀對(duì)照判定回火色等級(jí)。AWS D18.1和AWS D18.2中有該圖表。二是確定在具體應(yīng)用中能接受回火色的程度。
高質(zhì)量GMA焊縫和熱影響區(qū)的回火色(左圖)，焊后酸洗恢復(fù)了焊縫的耐蝕性(右圖) ?Outokumpu
與高性能奧氏體不銹鋼相比，回火色對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼(如304L和316L)耐腐蝕性造成的影響更明顯。當(dāng)清除回火色極為困難或成本太高時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)考慮采用耐蝕性更好的鋼種，更好地發(fā)揮它們的作用。
含碳量不同的304不銹鋼的時(shí)間-溫度-敏化(TTS)圖
為了提高高溫強(qiáng)度，高溫牌號(hào)的碳含量通常不少于0.04%(304H)。幸運(yùn)的是，高溫應(yīng)用一般不擔(dān)心敏化造成的水溶液腐蝕。這些牌號(hào)通常需用高碳填充金屬以提供足夠的焊縫高溫強(qiáng)度。
在焊接過程中，經(jīng)過穩(wěn)定化處理的321和347不銹鋼如果暴露在480-900°C溫度下，容易產(chǎn)生窄的刀狀腐蝕。如果擔(dān)心刀狀腐蝕，就要明確規(guī)定焊后固溶退火及穩(wěn)定化熱處理。有關(guān)刀狀腐蝕機(jī)理的討論，見本系列文章前面的章節(jié)。
絕大多數(shù)高性能奧氏體不銹鋼的碳含量上限低于常規(guī)的 “L” 牌號(hào)，碳含量相同的情況下，高性能奧氏體不銹鋼的敏化速度比常規(guī)牌號(hào)更快。不過，對(duì)于高性能奧氏體不銹鋼焊接而言，二次相的形成比敏化更令人頭痛。
形成σ相和χ相的溫度區(qū)間為500-1050°C。含有σ相和χ相的不銹鋼的耐腐蝕和韌性明顯降低。5%的σ相會(huì)使沖擊韌性降低50%。
增加鉻、鉬含量大大促進(jìn)了金屬間相的析出，臨界溫度下，高性能奧氏體不銹鋼中σ相和χ相的形成時(shí)間不足一分鐘。因此，這些材料的焊接參數(shù)必須包括低熱量輸入(低于1.5 kJ/mm)和層間溫度不超過100°C，盡量縮短臨界溫度的時(shí)間。應(yīng)當(dāng)在一道焊接結(jié)束時(shí)測(cè)量焊道的層間溫度，用熱電偶測(cè)量保證精度。禁止使用對(duì)溫度敏感的彩色筆，因?yàn)樗鼈儠?huì)污染焊縫。
在非理想溫度下，標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)中任何金屬間化合物的析出時(shí)間通常需要100小時(shí)或更長(zhǎng)。由于它們的動(dòng)力學(xué)緩慢，σ相和χ相析出在標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)的加工制造期間不是問題，但是長(zhǎng)期高溫服役不容樂觀。
高鉬高性能奧氏體不銹鋼的焊縫金屬尤其容易發(fā)生鉬的微觀偏析。微觀偏析發(fā)生在固化過程中，因?yàn)橄饶痰慕饘巽f含量較低，后凝固的金屬鉬含量較高，鉬含量出現(xiàn)微梯度。在6%Mo不銹鋼中，低鉬區(qū)域可能耐腐蝕性明顯降低。
因此，為了補(bǔ)償微觀偏析，焊接高性能奧氏體不銹鋼需要使用過匹配填充金屬。焊接6%Mo不銹鋼時(shí)，最好使用鉬含量不低于9%的鎳基填充金屬，這樣可以確保先凝固區(qū)域的鉬含量不低于6%，使焊縫金屬保持良好的耐腐蝕性能。
由于微觀偏析問題，不能進(jìn)行焊后退火處理的高性能不銹鋼構(gòu)件不能采用自熔焊(不使用填充金屬)。自熔焊只適用于要進(jìn)行焊后固溶退火的焊件，固溶退火可以使焊縫均質(zhì)化，減少微觀偏析，使耐腐蝕性得到恢復(fù)。
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