耐热钢、不锈钢的焊接.ppt

第9章 耐热钢、不锈钢的焊接,第8章 合金结构钢和铸铁的焊接,主要内容 介绍耐热钢和不锈钢的特性、分类、焊接性及其焊接工艺特点。,2019/5/28,第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接,2,第1节 耐热钢、不锈钢概述,耐热钢及不锈钢的主要成分为Cr和Ni。 一、耐热钢分类及特性 在高温下工作，具有一定强度和抗氧化性、耐蚀能力的铁基合金。 耐热钢的分类 按特性分类：热稳定钢，热强钢 按合金元素含量分：低合金、中合金、高合金。 按正火后组织：珠光体、马氏体、铁素体和奥氏体。,2019/5/28,3,第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接,第1节 耐热钢、不锈钢概述,耐热钢的特性 高温化学稳定性/抗氧化性：Cr、Al、Si等能在钢材表面形成坚固保护膜，可提高钢的抗氧化性；Mo、B、V等生成氧化物熔点较低，对抗氧化性不利。 高温力学性能/热强性：Mo、W固溶强化；沉淀强化（提高碳含量，同时加入强碳化物形成元素Nb、V等）,2019/5/28,4,第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接,第1节 耐热钢、不锈钢概述,耐热钢焊接接头性能的特殊要求 接头的热强性与母材相当 接头的抗氧化性基本相同 接头的组织稳定性 接头的热物理性能与母材基本相同,2019/5/28,5,第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接,第1节 耐热钢、不锈钢概述,二、不锈钢分类及特性 在大气或一定介质中具有耐蚀性的钢的统称。 （一）不锈钢的分类 按室温下基体组织分：奥氏体（高铬镍钢、高铬锰氮钢，如18-8 ）、铁素体和马氏体（高铬钢）、铁素体-奥氏体双相,2019/5/28,6,第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接,第1节 耐热钢、不锈钢概述,（二）不锈钢的耐蚀性能 耐蚀性是不锈钢性能的基本要求。 腐蚀形式有化学腐蚀和电化学腐蚀，更多的表现为电化学腐蚀。 加入Cr形成Fe-Cr固溶体，电极电位显著提高从而提高耐蚀性。 加入Ni、Mn、Cu获得单相固溶体组织，减少微电池数目提高耐蚀性。 加入Cr、Si、Al、Mo使钢的表面形成结构致密、不溶于腐蚀介质、电阻又高的保护膜。,2019/5/28,7,第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接,第1节 耐热钢、不锈钢概述,不锈钢腐蚀失效形式 均匀腐蚀（表面腐蚀） 局部腐蚀 晶间腐蚀 点腐蚀及缝隙腐蚀 应力腐蚀开裂 晶间腐蚀产生的原因：碳化铬的析出 相的析出 晶界吸附 稳定化元素高温溶解,2019/5/28,8,第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接,第1节 耐热钢、不锈钢概述,三、不锈钢、耐热钢的物理性能 热导率、热膨胀系数、电阻率等对焊接性影响显著。 合金元素含量越多，热导率越小，膨胀系数和电阻率越大。,2019/5/28,9,第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接,第2节 珠光体耐热钢的焊接,珠光体耐热钢是一种以Cr（质量分数0.5%5%）、Mo（0.5%或1%）为主要合金元素的低、中合金钢。 往往还加入V、W、Nb、B等元素（总含量小于5%）。 合金元素偏高的组织会出现较多贝氏体组织。 一、珠光体耐热钢的分类 Mo钢：0.5%的Mo主要作用是固溶强化，提高热强性。 Cr-Mo钢：铬溶入Fe3C使碳化物热稳定性提高。 Cr-Mo-V等：固溶强化+V、Ti、B时效强化、晶界强化。 供货状态一般为正火+回火。,2019/5/28,10,第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接,第2节 珠光体耐热钢的焊接,二、珠光体耐热钢的焊接性 主要焊接问题：焊缝及HAZ的冷裂纹敏感性、过热区再热裂纹敏感性、回火脆性。 1、冷裂纹 Cr、Mo提高钢的淬硬性。,2019/5/28,11,第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接,2.25Cr1Mo钢CCT图,氩弧焊,第2节 珠光体耐热钢的焊接,2、再热裂纹 珠光体耐热钢中含有V、Nb、Ti、Cr、Mo等强碳化物形成元素，粗晶部位容易出现再热裂纹。,2019/5/28,12,第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接,第2节 珠光体耐热钢的焊接,2019/5/28,13,第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接,3、回火脆性 Cr-Mo钢及其焊接接头在370565长期运行过程中会发生渐进的脆变现象，称为回火脆性或长时脆性。 产生原因：P、As、Sb和Sn等沿晶界扩散偏析。 焊缝脆性指数： =（10P+5Sb+4Sn+As）/100（10-6） 不应超过20。 母材J指数：J=（Mn+Si）（P+Sn）104（%） 超过150，具有明显的回火脆性。,第2节 珠光体耐热钢的焊接,三、珠光体耐热钢的焊接工艺 1、焊接方法 焊条电弧焊：低氢型碱性焊条； 埋弧焊：用于厚壁件，特种厚壁容器要求采用抗回火脆性的高纯度焊丝及烧结焊剂。 TIG焊：低氢，可采用抗回火脆性能力的低硅焊丝，用于打底焊或小直径薄壁管焊接； MIG焊：细焊丝低电流短路过渡，用于薄板焊接或打底焊， 粗焊丝喷射过渡，用于厚壁接头焊接； 电渣焊：接头经正火处理以细化晶粒。,2019/5/28,14,第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接,第2节 珠光体耐热钢的焊接,2、焊接材料的选择：与母材一致 3、预热和焊后热处理 预热是防止冷裂纹和再热裂纹的有效措施之一。 预热温度根据碳当量、接头拘束度和焊缝金属的扩散氢含量决定。,2019/5/28,15,第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接,第2节 珠光体耐热钢的焊接,焊后热处理不仅消除焊接残余应力，更重要的是改善组织。 珠光体耐热钢一般采用高温回火处理。,2019/5/28,16,第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接,第3节 奥氏体不锈钢的焊接,一、奥氏体不锈钢的分类和特性 含18%Cr和9%Ni，称为18-8钢。 加入Ti、Nb消除晶间腐蚀；加入Mo、Cu提高耐酸腐蚀能力。 奥氏体钢不能用淬火强化，可通过形变强化。 奥氏体钢固溶处理得到单相奥氏体组织，再加热到400800容易沿晶界析出Cr23C6（敏化处理）。 奥氏体钢稳定化处理让钢中的碳与Ti或Nb形成稳定的TiC或NbC，而不形成Cr23C6。,2019/5/28,17,第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接,第3节 奥氏体不锈钢的焊接,二、奥氏体不锈钢的焊接性 主要问题：热裂纹、耐蚀性、脆化 1、热裂纹 合金元素，尤其是镍易和硫、磷等杂质形成低熔点共晶相。硼、硅等的偏析，也将促使产生热裂纹。 奥氏体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，提高了热裂纹敏感性。 奥氏体钢的热导率小、线膨胀系数大，在焊接不均匀加热时易形成较大的拉应力，进一步促进焊接热裂的产生。,2019/5/28,18,第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接,第3节 奥氏体不锈钢的焊接,防止措施 严格控制有害杂质硫、磷的含量 调整焊缝化学成分，使焊缝金属中出现双相组织。 焊接工艺措施：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，减少母材的过热和避免近焊缝区晶粒的粗化 ，防止形成粗大的柱状晶。,2019/5/28,19,第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接,0Cr18Ni9钢热影响区敏化区晶间腐蚀,第3节 奥氏体不锈钢的焊接,2、耐蚀性 晶间腐蚀 焊缝和HAZ敏化区晶间腐蚀：焊态下析出了Cr23C6相。 防止方法：选用含Ti、Nb等稳定剂的奥氏体焊接材料，也可选用超低碳焊材(wC0.03); 采用焊缝有少量铁素体组织的填充材料；焊接工艺上选用小的焊接热输入，快速冷却等措施。对于有Cr23C6相析出的焊接接头，可通过固溶处理(一般只适用于较小的工件)或稳定化处理来消除。,2019/5/28,20,第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接,第3节 奥氏体不锈钢的焊接,刀状腐蚀 只发生在含有Ti、Nb等稳定化元素的奥氏体钢焊接接头中。腐蚀部位沿熔合线发展，处于HAZ的过热区，由于区域很窄，形状有如刀削切口。 高温过热和中温敏化是导致接头过热区产生刀蚀的重要条件。刀蚀产生原因也与晶界碳化铬沉淀造成贫铬层有关。 防止刀蚀主要的措施如下： 降低母材含碳量 采用合理的焊接工艺,2019/5/28,21,第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接,Cr23C6、TiC的析出温度,刀状腐蚀,第3节 奥氏体不锈钢的焊接,应力腐蚀开裂(SCC) SCC是在拉应力和腐蚀 介质共同作用下发生的， 是奥氏体不锈钢非常敏 感且经常发生的腐蚀破坏形式。 奥氏体不锈钢由于导热性差、线膨胀系数大、屈服强度低，当焊接变形受到限制时，接头中必然会残留较大的焊接拉伸应力，加速腐蚀介质的作用。 消除或降低焊接接头残余应力；焊后进行消除应力处理。,2019/5/28,22,第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接,应力腐蚀裂纹,第3节 奥氏体不锈钢的焊接,3、接头脆化 475脆性出现在含铁素体的奥氏体钢焊接接头中。 相脆化：脆硬的金属间化合物FeCr从相或相中产生，在晶界析出。 避免措施：限制焊缝中相；采用较小的线能量；固溶处理。,2019/5/28,23,第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接,第3节 奥氏体不锈钢的焊接,三、奥氏体钢的焊接工艺 1、焊接方法 焊条电弧焊 为提高抗热裂能力，宜选择碱性药皮焊条。 钨极氩弧焊 热输入小，适宜薄板和薄壁管件的奥氏体钢焊接。 熔化极氩弧焊 中厚板采用射流过渡；薄板采用短路过渡。 埋弧焊 热输入大、熔深大，注意焊缝中心区热裂纹和HAZ耐蚀性。 等离子弧焊 CO2保护焊不适合焊接奥氏体不锈钢。,2019/5/28,24,第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接,第3节 奥氏体不锈钢的焊接,2、焊接材料的选择 高温条件下工作，应考虑焊缝金属中铁素体含量的控制，以免出现脆化。 腐蚀介质下工作，熔敷金属含C量不要高于母材。腐蚀性弱可选18-8型焊接材料；腐蚀性强要选含Ti或Nb等稳定化元素或超低C焊接材料；耐酸腐蚀常选含Mo的焊接材料。,2019/5