南京格外轨道总结各类不锈钢焊接特点

南京格外轨道分享各类不锈钢的焊接特点南京格外轨道交通设备有限公司是轨道交通车辆暖通设备零部件（电动风量调节调节装置、机械式空气过滤器、滤网等）、车辆金属内饰以及机箱、机柜等钣金系列产品的专业生产制造厂家。目前已通过了ISO9001:2008质量管理体系认证、EN15085轨道应用轨道车辆和车辆部件的焊接体系认证，IRIS（02版）国际铁路行业标准体系认证，根据多年的行业经验，现在和大家分享各类不锈钢的焊接特点。1、氩弧焊氩气是单原子气体，不会产生化合物，高温不分解，也不溶于金属中，不与任何元素发生反应，其稳弧性能好，热损耗小，电弧热集中，热效率高。在氩气的保护下，通过电热使钨极发射大量电子，从而使氩气电离，产生足够的正、负离子和电子，使气体导电，在钨极与钢带之间产生连续的弧光放电，即产生了“弧氢”。弧氢中心白色耀眼部分叫“弧柱”，其温度非常高，能熔化任何金属，作为焊接的热源。氩弧焊用从专用的焊枪喷嘴喷出严密的氩气层流，使电弧包围在其中，与空气隔开，利用电弧产生的热量熔化被焊处，并填充焊丝，将两块分离的金属连接在一起，从而获得牢固的焊接接头。氩气不纯易使焊缝氧化、氮化，使焊缝硬淬，破坏其气密性，降低焊接质量。TIG（惰性气体保护钨极电弧焊）采用高纯（99.9）Ar保护气，使用非消耗性的钨棒，焊缝强度和致密度较好，适用于3mm以下的不锈钢带。MIG（惰性气体保护金属电弧焊）采用98Ar的混合气，使用消耗性细实心焊丝（材质与母材相似），焊接速度快、效率高，适用于3mm以上的不锈钢带。氩弧焊常见的焊接缺陷焊缝不合要求。因焊接工艺参数选择不当，或操作技术不熟练，导致焊缝高低宽窄不一，焊缝成形不良，背面焊缝下凹。造成焊缝减弱过多，使焊缝强度不够；焊缝过高，造成应力集中，易形成裂纹。烧穿。因焊接电流过大，熔池温度过高，焊丝加入不及时，带钢对接间隙过大，焊接速度过慢等，导致焊缝上出现单个或连续的穿孔。使焊缝强度减弱，易引起引力集中和裂纹。未焊透。因电流过小，操作不熟练，焊接速度太快，对接间隙小，电弧过长或电弧未对准焊缝等，导致焊丝与基体金属未熔合在一起或焊接金属中局部未熔合。该部位应进行补焊。裂纹。液体金属在凝固过程中或略低于固相线温度下，产生沿晶间边界的、断口上有明显氧化色的热裂纹。在固态时发生相变，或有扩散氢存在，以及冷却时在过大的焊接收缩应力作用下，而生成的具有穿晶性质的、断口发亮、没有氧化色的冷裂纹。当选择和使用焊丝不当，焊接时高温停留时间过长，造成氧化、过热和晶粒度过度长大，材料本身杂质较多，或材料本身易淬硬时均易产生裂纹。气孔。因熔池在高温时能溶解大量的氢，熔池冷凝时溶解氢的能力显著下降，当熔池冷却过快时氢气来不及跑出熔池，即在焊接内部及表面产生单个或密集的圆形空穴，使焊缝金属的有效截面积减小，降低焊缝的强度，造成应力集中。在焊件、焊丝表面有油污、氧化皮、铁锈，或在潮湿气氛焊接，或氩气纯度低、含杂质较多，或氩气保护气不良以及熔池高温氧化、飞溅等情况下均易产生气孔。 2、奥氏体不锈钢的焊接奥氏体不锈钢在焊接过程中的弹、塑性应力和应变量很大，却极少出现冷裂纹。焊接接头不存在淬火硬化区及晶粒粗大化，故焊缝抗拉强度较高。主要问题：焊接变形较大；因其晶界特性和对某些微量杂质（S、P）敏感，易产生热裂纹。奥氏体不锈钢的焊接特性：1.碳化铬的形成，降低了焊接接头抗晶间腐蚀能力。（1）针对焊缝晶间腐蚀和目材上敏化温度区腐蚀，可采用下列措施加以限制：a减少目材及焊缝的含碳量，目材中添加稳定化元素Ti、Nb等元素使之优先形成MC，以避免Cr23C6形成。b使焊缝形成奥氏体加少量铁素体的双相组织。焊缝中存在一定数量的铁素体时，可细化晶粒，增加晶粒面积，使晶界单位面积上的碳化铬析出量减少。铬在铁素体中溶解度较大，Cr23C6优先在铁素体中形成，而不致使奥氏体晶界贫铬；散步在奥氏体之间的铁素体，可防止腐蚀沿晶界向内部扩散。c控制在敏化温度区间的停留时间。调整焊接热循环，尽可能缩短6001000的停留时间，可选择能量密度高的焊接方法（如等离子氩弧焊），选用较小的焊接线能量，焊缝背面通氩气或采用铜垫增加焊接接头的冷却速度，减少起弧、收弧次数以避免重复加热，多层焊时与腐蚀介质的接触面尽可能最后施焊等。d焊后进行固溶处理或稳定化退火（850900）保温后空冷，以使碳化物充分析出，并使铬加速扩散 ）。（2）焊接接头的刀状腐蚀。只发生在含有稳定剂Ti、Nb的奥氏体不锈钢的焊接接头中。其腐蚀部位在热影响区的过热区，沿熔合线发展，开始宽度仅35个晶粒，逐步扩大至1.01.5mm。高温敏化（超过1200）使TiC、NbC溶入固溶体，由于碳的扩散能力较强，在冷却过程中将偏聚在晶界形成过饱和状态，而Ti、Nb则因扩散能力低而留于晶体内。当焊接接头在敏化温度区间再次加热时，过饱和碳将在晶间以Cr23C6形式析出。为此，可采取如下预防措施：a降低含碳量。对于含有稳定化元素的不锈钢，含碳量不应超过0.06。b采用合理的焊接工艺。选择较小的焊接线能量，以减少过热区在高温停留时间，注意避免在焊接过程中产生“中温敏化”效果。双面焊时，与腐蚀介质接触的焊缝应最后施焊（这是大直径厚壁焊管内焊在外焊之后进行的原因所在），如不能实施则应调整焊接规范及焊缝形状，尽量避免与腐蚀介质接触的过热区再次受到敏化加热。c焊后热处理。焊后进行固溶或稳定化处理。2.应力腐蚀开裂。可采用下列措施防止应力腐蚀开裂的发生：a正确选择材料及合理调整焊缝成分。高纯铬-镍奥氏体不锈钢、高硅铬-镍奥氏体不锈钢、铁素体-奥氏体不锈钢、高铬铁素体不锈钢等具有较好的抗应力腐蚀性能，焊缝金属为奥氏体-铁素体双相钢组织时抗应力腐蚀性良好。b消除或减小残余应力。进行焊后消除应力热处理，采用抛光、喷丸和锤击等机械方法降低表面残余应力。c合理的结构设计。设备和容器中与腐蚀介质的接触面不能有缝隙，尽可能采用对接接头，结构设计中注意不产生热流集中而引起的局部过热或腐蚀液滞留而局部浓缩等措施，以避免产生较大的应力集中。3.焊接热裂纹（焊缝结晶裂纹、热影响区液化裂纹）。热裂纹敏感性主要取决于材料的化学成分、组织与性能。Ni易与S、P等杂质形成低熔点化合物或共晶，硼、硅等的偏析，将促使产生热裂纹。焊缝易形成方向性强的粗大柱状晶组织，有利于有害杂质和元素的偏析，从而促使形成连续的晶间液膜，提高了热裂纹的敏感性。若焊接不均匀加热，则易形成较大的拉应力，促进焊接热裂纹的产生。防止措施：a严格控制有害杂质S、P的含量。b调整焊缝金属的组织。双相组织焊缝具有良好的抗裂性能，焊缝中的相可细化晶粒，消除单相奥氏体的方向性，减少有害杂质在晶界的偏析，且相能溶解较多的S、P，并能降低界面能，组织晶间液膜的形成。c调整焊缝金属合金成分。在单相奥氏体钢中适当增加Mn、C、N的含量，加入少量的铈、镐、钽等微量元素（可细化焊缝组织、净化晶界），可减少热裂纹敏感性。d工艺措施。尽量减小溶池过热，以防止形成粗大的柱状晶，采用小线能量及小截面焊道。25-20型奥氏体钢易出现液化裂纹。可通过严格限制母材的杂质含量及晶粒度，采用高能量密度的焊接方法、小线能量和提高接头的冷却速度等措施，以减小母材过热和避免近缝区晶粒的粗化。4.焊接接头的脆化。热强钢应保证焊接接头的塑性，防止高温脆化；低温用钢要求具有良好的低温韧性，防止焊接接头发生低温脆断。18-8型钢焊缝为双相组织时，其拉伸强度、屈服强度与塑性略低于母材，但韧性比母材低得多，故应使焊缝为单向奥氏体组织。奥氏体焊缝中含有较多的铁素体化元素或较多的相时，高温条件下由于转变，引起相脆化，焊缝的塑、韧性均显著下降，故焊缝中的相应小于5。当25-20钢焊缝中Cr与Si含量偏上限时，则易沿晶界析出相，引起焊接接头脆化，故应适当减少铁素体形成元素，采用较小的线能量，提高冷却速度。对于已经出现相的焊缝，可将焊接接头加热至10501100，保温1小时后水冷，进行固溶处理，以使相重新溶入奥氏体。5.焊接变形较大。因导热率低、膨胀系数大，故焊接变形较大，可采用夹具防止变形。奥氏体不锈钢的焊接方法和焊接材料：奥氏体不锈钢可用钨极氩弧焊（TIG）、熔化极氩弧焊（MIG）、等离子氩弧焊（PAW）及埋弧焊（SAW）等方法进行焊接。奥氏体不锈钢因其熔点低、导热系数小、电阻系数大，故焊接电流较小。应采用窄焊缝、窄焊道，减少高温停留时间，防止碳化物析出，减少焊缝收缩应力，降低热裂纹敏感性。焊材选择。焊材成分尤其是Cr、Ni合金元素要高于母材。采用含有少量（412）铁素体的焊接材料，以保证焊缝良好的抗裂（冷裂、热裂、应力腐蚀开裂）性能。焊缝中不允许或不可能存在铁素体相时，焊材应选用含Mo、Mn等合金元素的焊接材料。焊材中的C、S、P、Si、Nb应尽可能低，Nb在纯奥氏体焊缝中会引起凝固裂纹，但焊缝中有少量铁素体可有效避免。焊后需进行稳定化或消除应力处理的焊接结构，通常选用含Nb的焊接材料。埋弧焊用于焊接中板，Cr、Ni的烧损可通过焊剂和焊丝中合金元素的过渡得到补充；由于熔深大，应注意防止焊缝中心区热裂纹的产生和热影响区耐腐蚀性的降低；应注意选择较细的焊丝和较小的焊接线能量，焊丝需低Si、S、P。耐热不锈钢焊缝中铁素体含量应不大于5。Cr、Ni含量大于20的奥氏体不锈钢，需选用高Mn（68）焊丝，焊剂选用碱性或中性焊剂，以防止向焊缝中增Si，以提高其抗裂性能。奥氏体不锈钢专用焊剂增Si极少，可向焊缝过渡合金，补偿合金元素的烧损，以满足焊缝性能和化学成分的要求。打磨砂轮片仅能专用于打磨不锈钢，所用的钢丝刷及清除焊渣的工具皆由不锈钢制成，表面不允许暴露在火焰加工处。短弧焊接，用实芯焊丝作熔化极焊接不锈钢时，保护气体不宜含CO2；而药芯焊丝由于有渣保护，不会因CO2而增加焊缝的含碳量。不预热。层间温度应严格控制，要150。小焊接线能量。反面成型的气体保护焊，焊根侧必须用还原气或纯氢保护。母材熔化量应控制在整个焊缝面面积的35以下。含Ti、Nb奥氏体不锈钢建议用超低碳不含稳定剂的填充材料。因收缩变形大，故在夹紧装置与定位焊上皆应加强。不允许在工件坡口处有电弧擦伤母材的痕迹。为确保焊接接头的耐腐蚀性，其表面应呈光亮状，残渣、焊缝的颜色等可通过石英砂轮打磨、酸洗、抛丸、刷洗或抛光去除。修复焊接前，也应酸洗坡口表面。应加快焊缝冷却速度。3、铁素体不锈钢的焊接铁素体不锈钢在高温下可能会或根本不出现少量的奥氏体组织，故在焊接热循环作用下可能或根本不出现马氏体组织，焊接后不会出现强度显著下降或淬火硬化问题。因此，焊接接头的室温强度不是焊接的主要问题；由于热膨胀系数低，故焊接热裂纹和冷裂纹也不是主要矛盾。但焊接接头的塑、韧性降低，即发生脆化，以及耐腐蚀性必须重视。铁素体不锈钢的焊接特性铁素体不锈钢热膨胀系数小，S、P等杂质在铁素体中溶解度大，Si、Nb等是铁素体形成元素，故焊缝结晶时不易形成低熔点共晶，热裂倾向小；焊接热影响区超过临界温度区域形成马氏体的数量极少，故脆硬倾向很小。由Cr及Al、Nb、Mo、Ti等添加元素来防止在焊接受热过程中形成奥氏体，故在焊后冷却过程中不会出现奥氏体向马氏体转变的脆硬现象。但焊接热所形成的热影响区近缝带，由于高温而促成铁素体晶粒粗大，明显降低了接头韧性，且无法通过热处理加以改善。因同质焊缝及热影响区在焊接过程中C、N化合物析出和晶粒长大的作用，导致铁素体不锈钢焊接接头脆化。由于C、N在铁素体不锈钢中的溶解度极低，在950以后迅速析出，故同质焊材的焊缝和热影响区在焊后冷却过程中会析出C、N化合物，引起脆化，提高晶间腐蚀敏感性。铁素体不锈钢在热影响区产生晶间腐蚀的部位更接近熔合线。Cr在铁素体不锈钢中的扩散速度远比在奥氏体不锈钢中的快，只需700900范围内短时间保温即可使Cr向贫铬区扩散，恢复焊接接头的耐腐蚀性能。铁素体不锈钢的焊接方法焊接材料。要求焊缝金属与母材有相同的导电、导磁及力学性能和表面色泽时应使用同材质的焊材，但其熔敷金属韧性太低，添加的Al与Ti等铁素体形成元素难以有效过渡到熔池中去，故该类焊材的应用受到一定限制。采用奥氏体焊接材料或镍基合金，可提高焊接接头的韧性，免除焊前预热和焊后热处理。焊接工艺。焊接材料与母材的化学成分相同时，须采取措施：焊前预热温度100200，以使被焊材料处于韧性较好的状态和降低焊接接头的应力；随着铬含量的提高，预热温度也应相应提高。焊后对焊接接头进行750800退火处理，使过饱和C和N完全析出，使铬充分补充到贫铬区，以恢复其耐蚀性及改善焊接接头塑性；退火后应快冷，以防止475脆性产生。采用小的热输入进行施焊，以减少高温脆化和475脆性的影响。若选用奥氏体不锈钢焊接材料，可免除焊前预热和焊后热处理；不含稳定元素的铁素体不锈钢焊接接头，其热影响区的粗晶脆化和晶间腐蚀问题不会因填充材料的改变而变化。奥氏体或奥氏体-铁素体焊缝金属基本上与铁素体不锈钢母材等强度；但在某些腐蚀介质中，该种异质焊接接头的耐腐蚀性可能低于同质接头。极低碳高铬铁素体不锈钢薄板焊前可不预热，焊后也无需热处理，但焊缝金属中C加N的含量不高于母材金属含量。焊接技巧。焊接材料不得污染；采用小焊接能量、较快的焊接速度等窄焊道焊接；使焊丝受热末端始终处于保护气体中；采用熔化极氩弧焊（MIG）、等离子氩弧焊（PAW）等先进焊接技术；熄弧后继续通保护气体，直至冷却充分；用高纯氩气保护焊接熔池；焊缝背面应采用惰性保护气体；采用水冷铜板，以减少过热，增加冷却速度。 4、奥氏体-铁素体（双相）不锈钢的焊接现代超低碳含氮双相不锈钢，钢中的足够的氮可促进焊接接头热影响区在高温下形成的单相铁素体冷却时，发生逆转变并形成足够的奥氏体，故焊接若影响区的塑、韧性较好，且抗应力腐蚀、点腐蚀的性能优良。其铁素体含量不应超过50，以防止焊接时热影响区中铁素体过分长大和缩小形成单相铁素体组织的范围。双相不锈钢冷轧退火时需快速冷却通过980700的温度范围，以防止焊接过程中形成有害的相、相和碳氮化合物，保证热影响区的力学性能和耐腐蚀性能。由于焊缝金属凝固和随后的冷却速度很快，焊缝若采用与母材相同的化学成分时，则在高温形成单相铁素体组织，来不及像母材那样在10501100保温并水淬处理，发生部分铁素体转变为奥氏体的过程。故焊材的镍含量要高于母材。焊缝在焊后自然冷却条件下，由于相对于母材熔池体积很小，冷却速