不锈钢焊接技术

1、不锈钢的焊接 哈尔滨工业大学 刘爱国 电话Email： 一、不锈钢的分类 按化学成分分 铬不锈钢 1Cr13 铬镍不锈钢 1Cr18Ni9Ti 铬锰氮不锈钢 Cr17Mn13Mo2N 一、不锈钢的分类 按组织分 铁素体不锈钢 1Cr17 奥氏体不锈钢 1Cr18Ni9Ti 沉淀硬化不锈钢 0Cr17Ni7Al 马氏体不锈钢 1Cr13 双相不锈钢 1Cr21Ni5Ti 二、不锈钢的特点 合金化程度高 电阻率高：约为碳钢的5倍(奥氏体不锈钢) 线膨胀系数大：比碳钢大40% (奥氏体不锈钢) 导热系数小：约为碳钢的1/3(奥氏体不锈钢) 电阻率及线膨胀系数大小排列： 碳钢

2、铁素体不锈钢马氏体不锈钢 奥氏体不锈钢 三、焊接性分析 夹杂 气孔 裂纹 热裂纹 冷裂纹 再热裂纹 应力腐蚀裂纹 层状撕裂 冶金缺陷 性能变化 接头脆化 接头软化 工艺焊接性 三、焊接性分析 常规力学性能 耐磨性能 使用焊接性 低温韧性 抗脆断性能 高温蠕变性能 疲劳性能 耐腐蚀性能 四、不锈钢焊接的主要问题 热裂纹 奥氏体不锈钢焊接时容易产生 1. 焊接热裂纹形成的两大要素 低熔共晶 应力 四、不锈钢焊接的主要问题 2.奥氏体不锈钢焊接热裂纹形成原因 a. 线膨胀系数大 热应变、热应力大 b. 导热系数小 温度梯度大 热应力大 c. Ni含量高 易形成低熔共晶，对S、P等杂质 敏感 d. 合

3、金化程度高 液固线间距大 偏析加剧 e. 奥氏体稳定 形成粗大柱状晶 四、不锈钢焊接的主要问题 3.奥氏体不锈钢焊接热裂纹解决措施 (1) 冶金措施 a. 焊缝金属中增加一定数量的铁素体组织 b. 控制焊缝金属中Cr、Ni比 c. 严格控制焊缝中S、P等杂质的含量 d. 加入适当的Mn元素 四、不锈钢焊接的主要问题 3.奥氏体不锈钢焊接热裂纹解决措施 (2) 工艺措施 a. 选择合理的焊接结构、接头形式、焊接顺序， 减小焊接应力 b. 小电流快速焊接，减小热输入 c. 采用多道多层焊，冷却后焊接下一道焊缝 四、不锈钢焊接的主要问题 冷裂纹 马氏体不锈钢焊接时容易产生 1. 焊接冷裂纹形成的三大

4、要素 淬硬组织 拘束应力 氢 四、不锈钢焊接的主要问题 2.马氏体不锈钢焊接冷裂纹形成原因 a. 线膨胀系数大 热应变、热应力大 b. 导热系数小 温度梯度大 热应力大 c. 焊缝和热影响区为马氏体组织，硬度高 四、不锈钢焊接的主要问题 3.马氏体不锈钢焊接冷裂纹解决措施 a. 焊前预热 b. 焊后热处理 c. 选用奥氏体不锈钢焊条或镍基焊条 d. 选用低氢焊条 四、不锈钢焊接的主要问题 应力腐蚀裂纹 1.应力腐蚀裂纹形成的两大要素 腐蚀环境 应力水平 四、不锈钢焊接的主要问题 2.不锈钢应力腐蚀裂纹形成原因 a. 线膨胀系数大 焊接残余应力大 b. 导热系数小 焊接残余应力大 c. 工作在腐

5、蚀介质中 四、不锈钢焊接的主要问题 3.不锈钢焊接应力腐蚀裂纹解决措施 a. 合理调整焊缝成分 b. 焊缝采用双相组织 c.选择合理的焊接结构、接头形式、焊接顺序， 减小焊接残余应力 d. 焊后消除应力处理 四、不锈钢焊接的主要问题 焊缝的晶间腐蚀 奥氏体不锈钢焊缝为例 1. 晶间腐蚀形成原因 a. 含碳量0.03% b. 缺少Ti、Nb等稳定化元素 c. 在450 850 范围内停留时间长 成份条件 工艺条件 四、不锈钢焊接的主要问题 1. 晶间腐蚀形成原因 450 850 C 扩散 晶界 + Cr Cr23C6沉淀 晶界贫Cr层晶间腐蚀 固溶处理后碳饱和 四、不锈钢焊接的主要问题 2.奥氏

6、体不锈钢焊缝晶间腐蚀解决措施 (1) 冶金措施 a. 选用超低碳(C0.02wt%)不锈钢焊条 b. 选用含有Ti、Nb等稳定化元素的不锈钢焊条 c. 使焊缝金属具有双相组织 四、不锈钢焊接的主要问题 2.奥氏体不锈钢焊缝晶间腐蚀解决措施 (2) 工艺措施 减小危险温度范围的停留时间 a. 选用合适的焊接方法，减小热输入 b. 小电流高速焊接 c. 窄焊缝，多道多层焊 d. 不允许焊条摆动 e. 焊接区强制冷却 f. 焊后固溶处理 (1100 保温，急冷) 四、不锈钢焊接的主要问题 热影响区敏化区的晶间腐蚀 在热影响区热循环峰值温度600 1000范围内也会发生晶间腐蚀，腐蚀的产生 原因和焊缝

7、区晶间腐蚀相同。 四、不锈钢焊接的主要问题 奥氏体不锈钢焊接热影响区过热区的“刀 蚀” 刀状腐蚀只出现在含有Ti或Nb等稳定化元 素的18-8不锈钢焊接接头中，并且是出现在紧 邻焊缝的过热区中。这种破坏呈深而窄的刀削 切口形式，故称为刀状腐蚀，简称“刀蚀”。 四、不锈钢焊接的主要问题 1. “刀蚀”形成原因 冷却 C原子扩散 450 850再次加热 奥氏体晶界偏聚Cr23C6沉淀 晶界贫Cr层 刀蚀过热区温度超过1200， TiC、NbC溶解 敏化 高温过热 中温敏化 四、不锈钢焊接的主要问题 2.“刀蚀”的解决措施 a. 采用超低碳母材+超低碳焊材（最好途径） b. 减小过热 c. 避免中温敏化 d. 焊后固溶处理 四、不锈钢焊接的主要问题 接头脆化 铁素体不锈钢焊接时较严重 1. 接头脆化形成的原因 a. 高温加热引起的粗晶脆化 b. 相脆化 520 820 长期加热生成脆性FeCr金属间化合 物，奥氏体不锈钢、双相不锈钢中也会出现 c. 475 脆性 Cr含量超过15.5%的纯铁素体不锈钢在400 500 长期加热，会出现强度升高、韧性下降的现象。 d. 局部马氏体脆化 四、不锈钢焊接的主