不锈钢和耐热钢的焊接

1、第3章 不锈钢和耐热钢的焊接 1PART1 不锈钢的焊接 2 第一节不锈钢、耐热钢的类型和特性 一、不锈钢及耐热钢类型(一)定义问题 (1)原义型仅指在无污染的大气环境中能够不生锈的钢。(2)习惯型指原义型含义不锈钢与能耐酸腐蚀的耐酸不锈钢的统称。(3)广义型泛指耐蚀钢和耐热钢，统称为不锈钢(Stainless Steels)。 我国目前所谓不锈钢是指习惯型含义。 不锈钢及耐热钢，其主要成分为铬Cr和镍Ni；一般Cr1 2才能在大气环境下不发生锈蚀，如欲耐酸腐蚀，含Cr量不应低于l7。 增加Ni或再提高Cr含量，耐腐蚀性或耐热性均可提高。 一般Ni35，Cr12。 3(二)按用途分类 (1)不

2、锈钢： (指习惯型含义)包括大气环境下及有浸蚀性化学介质中使用的钢，工作温度一般不超过500范围，要求耐腐蚀，对强度要求不高。(2)抗氧化钢：在高温下具有抗氧化性能的钢，它对高温强度要求不高。工作温度可高达9001100。常用的钢有高Cr钢和Cr-Ni钢 。(3)热强钢一在高温下既要有抗氧化能力，又要具有一定的高温强度，工作温度可高达600800。广泛应用的是Cr-Ni钢 。常将抗氧化钢和热强钢统称为耐热钢。 其实一些不锈钢也可作为热强钢使用。而一些热强钢也可用作为不锈钢，可称为“耐热型”不锈钢。4(三)按组织分类 按空冷后室温组织来分类，是最古老、又是至今应用最广的最基本的分类方法。(1)奥

3、氏体钢：它是应用最广的一类，以高Cr、Ni钢最为典型。供货状态多为固溶处理态。 2)铁素体钢含 Cr为l730的高cr钢属此。主要用作耐热钢(抗氧化钢)，也用作耐蚀钢，如1Crl7、1Cr25Si2。铁素体钢以退火状态供货。 (3)马氏体钢Cr13系列最为典型，常用做不锈钢。须根据要求规定供货状态，或者是退火态，或者是淬火回火态。 (4)沉淀硬化钢均为经时效强化处理以形成析出硬化相的高强钢，主要用做高强度不锈钢。(5)铁素体一奥氏体双相钢具有极其优异的抗腐蚀性能 ，以固溶处理态供货。 5二、不锈钢及耐热钢特性 (一)不锈钢的耐蚀性能（基于钝化作用）钢在不同条件下可产生几种不同的腐蚀形式。1均匀

4、腐蚀：马氏体钢不适于强腐蚀介质中使用。2点蚀:不锈钢常因氯离子Cl-的存在而使钝化层局部破坏以至形成腐蚀坑，甚至可以穿孔的腐蚀现象。 称为点蚀或孔蚀 。18-8型不锈钢在温度不超过l00的高浓度氯离子环境中，主要腐蚀形式就是点蚀。一般不锈钢耐点蚀性均不理想，提高Cr、Ni、M0、Si、Cu有利于改善耐点蚀性能，超低碳对抗点蚀也有利。实用上，铁素体-奥氏体双相不锈钢具有优异的耐点蚀性 . 673缝隙腐蚀: 可以认为，缝隙腐蚀是和点腐蚀具有共同性质的一种腐蚀现象。因此，能耐点腐蚀的钢都有耐缝隙腐蚀的性能，同样可用点蚀指数来衡量耐缝隙腐蚀倾向 .4晶间腐蚀（概念）: 在晶粒边界附近发生的有选择性的腐

5、蚀现象。1）外观虽仍呈金属光泽，但因晶粒彼此间已失去联系，敲击时已无金属的声音，钢质变脆。已证明，晶间腐蚀多半与晶界层“贫铬”现象有联系。8何谓“贫铬”?对于l8-8奥氏体钢，固溶处理再经450850加热(所谓敏化加热)会沿晶界沉淀出Cr23C6或(Fe，Cr)23C6(常写成M23C6)，以至使晶界边界层含Cr量低于l2，即所谓“贫铬”。这种状态的不锈钢再放入化学介质中，将会沿晶界发生腐蚀。形成晶间腐蚀现象。 94晶间腐蚀:2）有时也会见到未经敏化加热，未见Cr23C6析出，而呈现晶间腐蚀倾向的现象 。3）超低碳不锈钢也会有晶间腐蚀倾向。4）固溶处理可以改善耐晶间腐蚀性能。5应力腐蚀: 也称

6、应力腐蚀开裂(Stress Corrosion Cracking，简称SCC)。1）不锈钢的应力腐蚀大部分是由氯引起的。高浓度苛性碱、硫酸水溶液等也会引起应力腐蚀。2）铁素体不锈钢比奥氏体不锈钢具有好的耐SCC的性能 .3）双相不锈钢的SCC敏感性与两相的相比例有关，相为4050时具有最好的耐SCC 的性能。 10(二)耐热钢的高温性能 1高温性能变化特征： Cr或Cr-Ni耐热钢因热处理制度不同，在高温下可具有不同的性能。 112合金化问题 ：钢的热强性，指在高温下长时工作时对断裂的抗力(持久强度)，或在高温下长时工作时抗塑性变形的能力(蠕变抗力)。为提高耐热钢的热强性，其措施主要是：(1)

7、提高Ni量以稳定基体，利用Mo、W（钨）固溶强化，提高原子间结合力；(2)形成稳定的第二相，主要是碳化物相；(3)减少晶界和强化晶界 .3高温脆化问题：(1)Cr13在550附近的回火脆性(2)高铬铁素体钢的晶粒长大脆化(3)奥氏体钢沿晶界析出碳化物所造成的脆化(4)475 脆性和相脆化12关于475脆性1、名词解释： 475脆性是指铁素体钢在w(Cr)15.5，并在温度400500长期加热后，常常出现强度升高而韧性下降的现象。2、注意两点：（1）一般随铬含量的增加而脆化倾向严重。（2）铁素体钢焊接接头在焊接热循环的作用下，不可避免地经过该温度区间，特别当焊缝金属和热影响区在此温度区停留时间较

8、长时，均有产生475脆性的可能。13(三)不锈钢的物理性能1、与低碳钢相比，不锈钢的导电性能差；奥氏体不锈钢的线胀系数比低碳钢大将近50，而热导率仅为低碳钢的 l/3左右；2、铁素体钢和马氏体钢的线胀系数与低碳钢相近，而热导率仅为低碳钢的 l/2左右。3、奥氏体不锈钢通常是非磁性的，当冷作加工硬化产生马氏体相变时，将产生磁性，可用热处理方法来消除马氏体和磁性。 14您知道吗？1、不锈钢的主要腐蚀形式有均匀腐蚀(表面腐蚀)、点腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀和应力腐蚀开裂等五种。2、在不锈钢的所有腐蚀形式中，晶间腐蚀的危害性最大，容易造成设备突然破坏，而在金属外形上没有任何变化。3、点蚀是指在金属表面产

9、生的尺寸约小于1.0mm的穿孔性或蚀坑性的宏观腐蚀。这是以腐蚀破坏形貌特征命名的。4、缝隙腐蚀是金属构件缝隙处发生的斑点状或溃疡形宏观蚀坑。这是以腐蚀部位的特征命名的。常发生在垫圈、铆接、螺钉连接缝、搭接的焊接接头等部位。其主要是由介质的电化学不均匀性引起的。15您知道吗？（续）5、改变介质成分和结构形式是防止缝隙腐蚀的重要措施。 6、应力腐蚀的最大特点之一是腐蚀介质与材料的组合上有选择性。7、一般条件下纯金属不产生应力腐蚀，应力腐蚀均发生在合金中。在晶界上的合金元素是引起合金晶间型开裂的应力腐蚀的重要原因。16第二节 奥氏体、双相不锈钢焊接 一、奥氏体不锈钢的焊接性奥氏体不锈钢焊接时存在的主

10、要问题是：焊缝及热影响区热裂纹敏感性大；接头产生碳化铬沉淀析出，耐蚀性下降；接头中铁素体含量高时，可能出现475脆化或相脆化。1、焊接热裂纹：1）奥氏体不锈钢具有较大的热裂纹敏感性，主要取决于钢的化学成分、组织与性能的特点。2）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。173）防止奥氏体不锈钢产生热裂纹的主要措施 ：a、严格控制焊缝金属中有害杂质元素的含量。b、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。 c、焊接时的工艺措施：采用小热输入及小截面的焊道；多层焊时，层间温度不宜过高，以避免焊缝过热；焊接过程中焊条不允许摆动，采

11、用窄焊缝的操作技术。182、焊接接头的晶间腐蚀 1）根据母材类型和所采用的焊材与工艺的不同，奥氏体不锈钢焊接接头可能发生焊缝晶间腐蚀、HAZ敏化区(6001000)晶间腐蚀、熔合区附近的刀状腐蚀。2）奥氏体不锈钢在加热到400-800时，对晶间腐蚀最敏感，此温度区间称为敏化温度区。193)防止焊接接头产生晶间腐蚀的措施冶金措施 使焊缝金属具有奥氏体一铁素体双相组织，其铁素体的体积分数应超过4l2。在焊缝金属中渗入比铬更容易与碳结合的稳定化元素。 超低碳有利于防止晶间腐蚀：碳的质量分数在焊缝金属中小于0.03时，就能提高焊缝金属的抗晶间腐蚀能力。20工艺措施 首先要选用一种合适的焊接方法，即热输

12、入最小，让焊接接头尽可能地缩短在敏化温度区间段的停留时间。焊接参数的制定。在保证焊缝质量的前提下，采用小的焊接电流、最快的焊接速度。操作方面、尽量采用窄焊缝、多道多层焊， 冷却至室温再进行下一道或下一层的焊接操作；21、在施焊过程中，不允许焊接材料在熔池中摆动；、焊接管子采用氩弧焊打底时，可以不加填充材料进行熔焊，在可能的条件下，管内通氩气保护，其作用是保护熔池不易氧化、加快焊缝的冷却速度、有利于背面焊缝的成形。、对于接触腐蚀介质的焊缝，在有条件的情况下一定要最后施焊，以减少接触介质焊缝的受热次数。 强制焊接区的快速冷却。进行固溶处理或稳定化处理。223、刀状腐蚀 1、刀状腐蚀简称刀蚀，它是焊

13、接接头中特有的一种晶间腐蚀，2、只发生在含有Ti、Nb等稳定化元素的奥氏体不锈钢焊接接头中。3、腐蚀部位沿熔合线发展，处于HAZ的过热区，由于区域很窄(电弧焊一般为l.0-1.5mm)，形状有如刀削切口，故称为刀状腐蚀。4、高温过热和中温敏化是导致焊接接头过热区产生刀蚀的重要条件 232）防止刀状腐蚀的措施：1)降低母材的含碳量。这是防止刀状腐蚀的有效措施。超低碳奥氏体不锈钢焊接接头不但不会发生敏化区腐蚀，也不会产生刀状腐蚀。 2)采用合理的焊接工艺。尽量选择较小的热输入；尽量避免与腐蚀介质接触的过热区再次受到敏化加热；焊后矫正，采用冷矫方法进行；对腐蚀性能要求较高的焊件，必要时进行焊后的稳定

14、化处理或固溶处理。244、应力腐蚀开裂形貌 预防措施（1）合理地设计焊接接头，避免腐蚀介质在焊接接头部位聚集，降低或消除焊接接头应力集中。（2）消减焊接接头残余应力。 25（3）正确选用材料。根据介质的特性选用对应力腐蚀开裂敏感性低的材料，一是母材的选用，二是焊接材料的选用。26二、双相不锈钢的焊接性 1、双相不锈钢在石油化工等工业设备中可取代奥氏体不锈钢。 2、双相不锈钢的各相比例(体积分数)大致为：铁素体相为4060，奥氏体相为6040。这个相比例为双相不锈钢的理想比例，对提高不锈钢的耐应力腐蚀能力极为有利。3、双相不锈钢的相比例一方面取决于钢材的化学成分，同时也与钢材供货状态的固溶处理温

15、度有关。274、双相不锈钢具有良好的焊接性1) 只要选用合适的焊接材料，就不会发生焊接热裂纹和冷裂纹；2) 焊接接头的力学性能基本上能够满足焊接结构的使用性能要求；3) 焊接接头具有良好的耐腐蚀能力：应力腐蚀能力，耐点蚀和缝蚀的能力也均优于奥氏体不锈钢，抗晶间腐蚀能力和奥氏体不锈钢相当。但焊接接头近缝区受到焊接热循环的影响，其过热区的铁素体晶粒不可避免地会粗大，从而将降低该区域的耐蚀性。 28三、奥氏体不锈钢、双相不锈钢的焊接工艺(一)焊前准备 1下料方法的选择 可用机械切割、等离子弧切割及碳弧气刨等方法进行下料或坡口加工。 2焊前清理 ：焊前应将坡口及其两侧2030mm范围内的焊件表面清理干

16、净。3表面防护 ：在搬运、坡口制备、装配及定位焊过程中，应注意避免损伤钢材表面 4自冷作硬化现象 (二)焊接方法的选择 奥氏体不锈钢和双相不锈钢可以采用所有的熔焊方法1焊条电弧焊 :是最常用的 2氩弧焊 :是焊接奥氏体不锈钢和双相不锈钢的理想方法 3埋弧焊 :高效的 、热裂纹敏感性增大 29(三)焊接材料的选择 1、对于工作在高温条件下的奥氏体不锈钢，填充材料选择的原则是在无裂纹的前提下，保证焊缝金属的热强性与母材基本相同， 2、对在腐蚀介质下工作的奥氏体不锈钢和双相不锈钢，主要按腐蚀介质和耐腐蚀性要求来选择焊接材料，一般选用与母材成分相同或相近的焊接材料。30(四)焊接工艺要点 1焊前不预热

17、 ，多层焊时要避免层间温度过高，一般应冷到l00以下再焊下一层 ；2防止接头过热 焊接电流比焊接低碳钢时小l020，短弧快速焊，直线运条，减少起弧、收弧次数，尽量避免重复加热，强制冷却焊缝(加铜垫板、喷水冷却等)。 3要保证焊件表面完好无损 4焊后热处理31(五)焊后清理1、不锈钢焊后，焊缝必须进行酸洗、钝化处理。酸洗的目的是去除焊缝及热影响区表面的氧化皮，钝化的目的是使酸洗的表面重新形成一层无色的致密氧化膜，起到耐蚀作用。2、常用的酸洗方法有两种：酸液酸洗和酸膏酸洗。3、酸液酸洗用于小件，酸膏酸洗用于大件。32第三节 铁素体不锈钢的焊接 一、铁素体不锈钢的类型和特性铁素体钢中w(Cr)在12

18、30之间，其化学成分的特点是低碳、高铬。 目前铁素体不锈钢可分为普通铁素体不锈钢和超纯铁素体不锈钢两大类。二、铁素体不锈钢的焊接性(一)铁素体不锈钢焊接时的主要问题有：1、接头的力学性能下降：铁素体不锈钢加热冷却过程中无同素异构转变，焊缝及HAZ晶粒长大严重，易形成粗大的铁素体组织，导致接头韧性比母材更低；2、脆化：多层焊时，焊道间重复加热，导致相析出和475脆性，进一步增加了接头的脆化；3、晶间腐蚀：对于耐蚀条件下使用的铁素体不锈钢，还要注意近缝区的晶间腐蚀倾向。33(二)焊接接头的晶间腐蚀1、原因与奥氏体不锈钢基本相同，也是形成贫铬层的结果。2、部位与温度条件和奥氏体不锈钢不完全相同。3、

19、位置在接头熔合线附近(950以上)，而且在快速冷却的条件下才能发生。 4、防止晶间腐蚀的措施： 1)经过700900加热缓冷，铬自晶粒内扩散到晶界，从而使贫铬层消失，恢复其耐蚀性能。 2)选用含有Ti、Nb等稳定剂的焊接材料，可有效防止晶间腐蚀。 3)降低母材中的碳和氮的总含量，晶间腐蚀倾向减小。 34(三)焊接接头的脆化1、铁素体不锈钢接头的脆化主要是由晶粒长大、相脆性和475脆性造成的。2、在焊接的条件下一般不会出现相脆化。3、475脆性是指铁素体钢在w(Cr)15.5，并在温度 400500长期加热后，常常出现强度升高而韧性下降的现象。4、防止铁素体不锈钢焊接接头脆化的措施： 1)采用小

20、的热输入，即小电流、大焊速，少摆动，前一道冷到预热温度再焊下一道。 2)焊后进行750800退火处理，退火后应快冷，防止出现相和475脆化。 3)对超纯铁素体不锈钢，主要是防止焊缝的污染，以避免焊缝增加碳、氮、氧的含量。35三、铁素体不锈钢的焊接工艺要点 1选择合适的焊接材料 1）可向焊缝中加入少量的变质剂Ti、Nb等元素，细化焊缝组织 ； 2）用于高温条件下的铁素体不锈钢，必须采用成分基本与母材匹配的填充材料。2焊前预热 1）预热温度为100200左右，目的在于使被焊材料处于较好的韧性状态和降低焊接接头的应力。 2）随着钢中铬含量的增加，预热温度也相应提高。363焊后热处理焊后对接头区域进行

21、750800退火处理 。需要注意的是退火后应快速冷却，以防止产生475脆性。 4选择合适的焊接方法 应采用小热输入的焊接方法了解超纯高铬铁素体不锈钢1、焊接性较好：板厚度小于5mm时，焊前可不预热，焊后不必进行热处理，焊接接头仍可保持足够的韧性，耐腐蚀性也好。372、焊接工艺要点（1）焊接材料：焊缝金属中的w(C+N)量不高于母材金属的含量，这是焊接材料首先必须满足的要求。（2）焊接方法：应选择高能量密度的等离子弧焊或真空电子束焊。（3）焊接工艺：要求焊接材料不得污染；焊接熔池、焊缝背面都要有效地保护，以防止空气的侵入。除采用小的热输入进行焊接外，焊缝背面可用惰性气体保护，并最好采用通氩气、垫

22、铜板等措施，以减少过热，增加冷却速度。多层焊时，层间温度要控制在100左右。38第四节马氏体不锈钢的焊接 一、马氏体不锈钢的类型和特性1、特性与用途：马氏体型不锈钢是一类可热处理强化的高铬钢，马氏体不锈钢既可作为不锈钢，又可作为热强钢。 主要用来制造各种工具和机器零件而很少用于管道、容器等需要焊接的构件。 2、 按合金化特点不同，马氏体不锈钢可分为以下两类： 1）普通Crl3型马氏体不锈钢 ：高温组织稳定性差，但含铬量较高，具有一定的耐均匀腐蚀的能力，一般用作不锈钢。392 ）热强马氏体不锈钢 ：除具有一定耐蚀性外，还具有良好的抗气蚀、耐磨性能。 马氏体不锈钢的最大特点是高温加热后空冷就有很大

23、的淬硬倾向，经调质处理后，才能充分发挥这类钢的性能特点。）超低碳复相马氏体钢一种新型马氏体高强度钢。40二、马氏体不锈钢的焊接性 1、容易产生冷裂纹 ： 焊缝及HAZ焊态组织多为硬而脆的马氏体；导热性较碳钢差，焊接时残余应力较大，如果焊接接头的拘束度较大或再有氢的作用下，当从高温直接冷却至100120以下时，很容易产生冷裂纹。2、焊接接头的脆化：直接与钢材的化学成分有关 3、接头HAZ也存在明显的软化问题：马氏体不锈钢是调质钢41应采取以下改善措施： (1)焊前预热 一般在200260，且最好不要高于该钢材的马氏体开始转变温度。 (2)控制焊后回火前的温度焊后不应以焊接温度直接升温进行回火处理

24、。对于刚度较小的结构，可以冷却至室温后再回火。对于刚度较大的结构，特别是含碳量较高时，需采用较复杂的工艺：焊后冷至100-150，保温0.51h，然后加热至回火温度。(3)焊后热处理：包括回火和完全退火。 42三、马氏体不锈钢的焊接工艺：马氏体不锈钢的焊接性主要受淬硬性的影响，防止冷裂纹是最主要的问题；其次还可能出现焊接接头过热脆化及软化问题。 1焊接方法 ：必须严格保证低氢、甚至超低氢的焊接条件；采用焊条电弧焊时，要使用低氢碱性药皮的焊条；对于拘束度大的接头，最好采用氩弧焊。 2焊接材料 ：1）有两类方案：一类是采用与母材成分基本相同的焊接材料；另一类是采用奥氏体焊接材料。2）对于高温下运行

25、的部件，最好采用成分与母材基本相同的同质焊缝。3）采用奥氏体焊接材料可以简化焊接工艺。433预热： 1）预热温度主要根据钢中的含碳量、焊件的厚度、填充材料、结构的拘束度等来确定。2）马氏体不锈钢的预热温度不宜过高 。4焊后热处理：高铬马氏体不锈钢一般在淬火+回火的状态下焊接，焊后经高温回火处理 ；如果在退火状态下焊接，则焊后必须经过调质处理44 复习思考题1简述不锈钢类型及特点。2简述不锈钢腐蚀形式及特征。3分析焊接奥氏体不锈钢产生热裂纹的原因。4简述焊接奥氏体不锈钢防止产生热裂纹的措施。5分析焊接1Crl8Ni9等不锈钢产生晶间腐蚀的原因。6简述焊接1Crl8Ni9等不锈钢防止晶间腐蚀的措施

26、。7分析焊接1Crl8Nil2M02Ti钢产生刀状腐蚀的原因。8简述焊接1 crl8Nil2M02Ti钢防止刀状腐蚀的措施。9分析奥氏体不锈钢产生应力腐蚀开裂的原因。10简述奥氏体不锈钢防止应力腐蚀开裂的措施。11简述双相不锈钢的焊接特性。12简述奥氏体不锈钢的焊接工艺要点。13简述奥氏体不锈钢的焊接材料选用原则。14简述铁素体不锈钢的焊接特性。15简述铁素体不锈钢的焊接工艺要点。16简述马氏体不锈钢的焊接特性。17简述马氏体不锈钢的焊接工艺要点。45PART2 耐热钢的焊接46在高温下工作，并具有一定强度和抗氧化、耐蚀能力的铁基合金称之为耐热钢。耐热钢广泛用于石油化工工业中的高温管线、反应塔

27、和加热炉，热电站的锅炉和汽轮机，汽车和船舶的内燃机，航空航天工业的喷气发动机，核能动力装置等高温装置。474.1 耐热钢的类型及性能一、耐热钢的类型1、按特性分类 ：热稳定钢 、热强钢 2、按合金元素的质量分数分类 ：低合金耐热钢5%、中合金耐热钢 6%12%、高合金耐热钢12% 3、按组织分类：珠光体耐热钢、贝氏体耐热钢、马氏体耐热钢、铁素体耐热钢和奥氏体耐热钢。48二、耐热钢的特性耐热钢最基本的特性是要求具有高温化学稳定性和优良的高温力学性能。(一)高温化学稳定性：Cr是提高抗氧化性的主要元素 (二)高温力学性能1、高温力学性能主要指热强性和高温脆化。 2、热强性是指在高温下具有足够的强度

28、。高温强度与室温强度性能主要区别于温度和时间的双重作用，在高温条件下，原子扩散能力增强，晶界强度降低。表现为材料在远低于屈服应力时，连续缓慢地产生塑性变形；并在远低于抗拉强度的应力下断裂。 493、为了提高钢材的热强性，应采取的主要措施是：1)利用Mo、W固溶强化，提高原子间结合力。2)形成稳定的第二相，主要是碳化物相(MC、M6C或M23C6)。3)减少晶界和强化晶界， 4、高温脆化是指耐热钢在热加工或长期在高温环境下工作时，可能产生脆化现象。相是一种硬脆而无磁性的金属间化合物，在耐热钢中主要是Fe-Cr化合物，实际上是一种成分不定的间隙相。 50三、对耐热钢焊接接头性能的基本要求 1等热强

29、性原则接头的热强性与母材相当 2接头的抗氧化性 3接头组织的稳定性 4接头的物理均一性514.2 低、中合金耐热钢的焊接一、低、中合金耐热钢的成分与性能低合金耐热钢按含碳量高低可分为低碳和中碳低合金耐热钢，工程上使用较多的是低碳低合金耐热钢。按合金化方式可将低碳低合金耐热钢分为以下三类。 1Mo钢：钼的主要作用是固溶强化，提高钢的热强性 。这类钢现在应用很少。2Cr-Mo钢：Cr-Mo钢的使用温度可以提高到550。为了改善钼钢的石墨化问题，在钼钢中加人了一定量Cr。 3多元复合合金化的低合金耐热钢52二、低、中合金耐热钢的焊接性：1、主要问题是焊缝及热影响区淬硬性与冷裂纹敏感性、热影响区的软化

30、问题；对某些低合金耐热钢，接头还会出现再热裂纹及明显的回火脆性。2、为了防止、消除再热裂纹，可采取下列措施：1)严格控制母材和焊接材料的合金成分，特别是要限制V、Nb、Ti等合金元素的含量到最低的程度。 2)选用高温塑性优于母材的焊接材料，并降低焊接接头残余应力和应力集中；焊后用砂轮将焊缝余高和焊趾打磨圆滑。3)采用低热输入焊接工艺和方法，缩小焊接接头过热区的宽度，细化晶粒。4)选择合理的热处理制度，避免在敏感温度区间停留较长时间。 533、回火脆性 ：1）概念：Cr-Mo耐热钢及焊接接头在350500区间内长期运行使用过程中发生剧烈脆变的现象称为回火脆性。2）焊缝金属回火脆化的敏感性比母材大

31、，这是因为焊接材料中的杂质难以控制。三、低、中合金耐热钢的焊接工艺(一)低合金耐热钢的焊接工艺 1焊接方法：常采用的熔焊方法有焊条电弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊和电渣焊。 1）焊条电弧焊焊接时应采用低氢型碱性药皮焊条。 2）埋弧焊具有熔敷效率高和焊缝质量好的优点，在大厚度低合金耐热钢焊接中已得到广泛应用。 543）在管道的焊接中，如不可能使用金属或陶瓷衬环而又要求焊缝背面成形的场合，则应采用钨极氩弧焊。 4）熔化极气体保护焊的效率介于埋弧焊和焊条电弧焊之间，具有较高的工艺适应性。 2焊前准备 主要包括接缝边缘的切割下料、坡口加工、热切割边缘和坡口面的清理以及焊接材料的预处理。 1

32、）对于一般的低合金耐热钢焊件，可以采用各种热切割下料。 2）切割面缺口应用砂轮修磨成圆滑过渡，机械加工的边缘或坡口面焊前应清除油迹等污物。对焊缝质量要求较高的焊件，焊前最好用丙酮擦净坡口表面。 焊接材料在使用前应作适当的预处理。 553焊接材料的选择 选择原则是焊缝金属的合金成分、强度性能应基本上与母材一致。 4预热和焊后热处理1)低合金耐热钢预热温度范围一般为80-150 ，主要根据钢材的化学成分、接头拘束度和焊缝金属的扩散氢含量来确定，还应与层间温度和焊后热处理一并考虑。 2)局部预热时，必须保证预热宽度大于焊件壁厚的4倍，且不能少于150mm。对于重要的结构要保证焊件内外表面均达到规定的

33、预热温度。3)焊后一般作高温回火处理，回火温度的范围在580-760.选择回火参数(主要是加热温度和保温时间)时，应考虑尽量避免在回火脆性及再热裂纹敏感温度范围内进行，并规定在危险区间内快速加热。 56(二)中合金耐热钢的焊接工艺1焊接方法 ：1）中合金耐热钢由于淬硬倾向和裂纹倾向较高，应优先选择低氢的焊接方法。2）在厚壁焊件中，可选择焊条电弧焊、埋弧焊和电渣焊。但必须采用碱性药皮焊条和焊剂。 2焊前准备 ：1)切割之前，必须将切割边缘200mm宽度内预热到l50以上。切割面应采用磁粉探伤检查是否存在裂纹，焊接坡口应机械加工，坡口面上的热切割硬化层应清理干净。2)接头坡口形式和尺寸的设计原则是

34、尽量减少焊缝的横截面积。 3焊接材料的选择 ： 1) 选择原则是在保证焊接接头具有与母材相同的高温蠕变强度和抗氧化性的前提下改善其焊接性。572)其方案有两种：一是选用高铬镍奥氏体焊接材料；二是与母材化学成分相近的中合金耐热钢焊接材料。中合金耐热钢的焊接，选用高铬镍奥氏体焊接材料是防止焊接热影响区裂纹的有效措施，且工艺简单，焊前无需预热，焊后无需热处理。4预热和焊后热处理 1）不可缺少的重要工序 ； 2）预热是防止裂纹、降低接头硬度和焊接应力峰值以及提高韧性的有效措施；3）焊后热处理的目的在于改善焊缝金属及其热影响区的组织，使淬火马氏体转变成回火马氏体，降低焊接接头区的硬度，提高其韧性、变形能

35、力和高温持久强度并消除内应力。 584.3 高合金耐热钢的焊接高合金耐热钢按其组织特征可分为奥氏体型、铁素体型、马氏体型和弥散硬化型四类。按其基本合金系统可分为铬镍型和纯铬型两类。 一、高合金耐热钢的焊接性(一)奥氏体型耐热钢的焊接性 与奥氏体型不锈钢系列具有基本相同的焊接性。 主要问题也是：焊缝及热影响区热裂纹敏感性大；接头产生碳化铬沉淀析出，耐蚀性下降；接头中铁素体含量高时，可能出现475脆化或相脆化。 591铁素体含量的控制 1）奥氏体耐热钢焊缝金属中铁素体含量关系到抗热裂性、相脆化和热强性能。从抗热裂性角度出发，要求焊缝金属内含有一定量的铁素体，但从相脆化和热强性能角度考虑，铁素体含量

36、越低越好。2）各种不同成分的铬镍焊缝金属在焊后状态的铁素体含量可按德龙(Delong)焊缝组织图来确定，此外还应考虑熔池冷却速度 602控制相脆化 1）铬镍奥氏体钢和焊缝金属在高温下持续加热过程中也会发生相脆化。2）防止奥氏体钢焊缝金属相形成的措施：最有效是调整焊缝金属的合金成分，严格限制Mo、Si、Nb等加速相形成的元素，适当降低Cr含量并相应提高Ni含量。在焊接工艺方面应采用热输入量低的焊接方法。焊后焊件应避免在600850温度区间作热处理。二、高合金耐热钢的焊接工艺(一)奥氏体耐热钢的焊接工艺1、焊接方法：可以采用所有的熔焊方法焊接。612、焊接材料：选择的原则是，在无裂纹的前提下保证焊

37、缝金属的热强性与母材金属基本相等。这就要求其合金成分大致与母材金属成分匹配。同时应考虑焊缝金属内的铁素体含量的控制。 3、焊前准备：在坡口设计中应尽量缩小焊缝的截面，v形坡口角度通常不大于60。当焊件板厚大于20mm时，应尽量采用u形坡口。4、焊接工艺：1）焊条电弧焊：应选择合适的焊接电流，或选用耐发红的奥氏体钢焊条；应采用窄焊道技术(焊道宽度不应超过焊条芯直径的4倍)；多层焊每层焊道的厚度不应大于3mm；最好采用工艺性能良好的钛钙型药皮焊条；待焊坡口表面应仔细清理。2）熔化极惰性气体保护焊 (MIG焊)：厚度20mm以下的奥氏体耐热钢应优先采用自动或半自动熔化极惰性气体保护焊 ；可选择比碳钢

38、焊接时较低的焊接电流和电压。 3）钨极氩弧焊(TIG焊)：焊材和坡口表面油污一般用丙酮等溶剂擦洗清除。 624）埋弧焊：常用于焊接厚5mm以上的奥氏体耐热钢。 应选用硅、硫、磷含量低、锰含量高的焊丝，选用中性或碱性焊剂；应选择比碳钢焊接时低20的焊接电流。埋弧焊时，母材的稀释率可在1075范围内变化。 要严格控制层间温度，最好不超过l50，对于一些特殊要求的焊件还应采取加速冷却措施。 5）焊后热处理 对于碳含量较高或铁素体含量较多的奥氏体钢焊缝应尽量避免采用中温热处理。对于某些超低碳铬镍奥氏体耐热钢，800-850的高温热处理可提高接头的蠕变强度和塑性。 (二)马氏体耐热钢的焊接工艺 1焊前预

39、热 ：温度一般选在200-320 ，最好不高于马氏体开始转变温度。2焊后回火前的温度 ：焊后不应以焊接温度直接升温进行回火处理。对于大厚度的结构，焊后冷至100-150，保温051h，然后加热至回火温度。 633焊后热处理：包括回火和完全退火。高铬马氏体耐热钢一般在淬火+回火的调质状态下焊接，焊后整个焊件还需经过调质处理。回火温度不应在475-550，在这个温度回火的钢韧度很低。当有贝氏体存在时，回火的保温时间必须延长， 4焊接方法 ：常用的焊接方法有焊条电弧焊（最常用）、气体保护电弧焊等。主要用低氢型焊条，也常用奥氏体型焊条焊接马氏体耐热钢。 钨极氩弧焊用于薄壁件焊接。(四)铁素体耐热钢的焊

40、接工艺 普通高铬铁素体耐热钢可采用焊条电弧焊、气体保护焊、埋弧焊、等离子弧焊等熔焊方法。在采用同质焊接材料，特别是拘束度大时，易产生裂纹。1预热 ：温度在100150左右，对含铬量较高的铁素体钢，预热温度相应要高些，有时甚至高达到200300。642焊接材料 ：性能要求不同，可选用与母材相近的铁素体钢焊条，也可采用奥氏体钢焊条。3焊接参数 ：尽可能地减少高温停留时间，采用小的热输入，高速度及尽量减少焊条摆动，窄焊道焊，控制层间温度，前一道焊缝冷却至预热温度后才焊下一道。多层焊时控制层间温度应高于150，以减少高温脆化和475脆性。 4焊后热处理 焊后应进行750800退火；退火后应快冷，防止出

41、现相及475脆性，以得到均匀的铁素体组织。 654.4 低合金钢与奥氏体不锈钢焊接一、低合金钢与奥氏体不锈钢的焊接性 (一)焊缝化学成分的稀释 1、预备知识：由于低合金钢中不含或只有少量的合金元素，如低合金钢溶入焊缝金属的份额增大，则会冲淡焊缝金属的合金浓度，从而改变焊缝金属的化学成分和组织状态。这种现象称为母材金属对焊缝金属的稀释作用。稀释程度取决于母材金属在焊缝中所占的质量比，即用熔合比表示。 2、具体要求：奥氏体不锈钢与低合金钢的焊缝，希望熔合比要小，即稀释率小一些而且要求熔合比稳定，主要由焊接材料来控制焊缝金属的成分和组织，降低其受熔合比波动的影响程度。其目的是减少焊接裂纹，保证焊接接

42、头性能。 663、影响因素：焊缝形状、焊接方法、焊接电流、电弧电压、焊接速度等。4、应对措施：通过焊接方法和焊接材料的选择以及对母材金属熔合比的控制，可以在相当宽的范围内调整焊缝金属的成分和组织。 (二)凝固过渡层的形成 1、凝固过渡层：在低合金钢与奥氏体不锈钢焊接时，在低合金一侧熔合线的焊缝金属存在一个成分梯度很大的过渡层，宽约为0.20.6mm。这种因成分上的过渡变化区是因熔池凝固特性而造成的，故称为凝固过渡层。其特性是高硬度的马氏体脆性层。672、凝固过渡层的大小与母材厚度、焊接参数和材料有关。随母材厚度减小，选用较大的热输入焊接时，过渡层的宽度减小。采用高镍的填充金属，可以使脆化层的宽

43、度明显降低。 (三)碳迁移过渡层的形成 1、形成：低合金钢与奥氏体不锈钢的焊接接头，在焊后热处理或高温运行时，由于熔合线两侧的成分相差悬殊， 组织亦不同，在一定的温度下会发生某些合金元素的扩散。其中扩散最强、影响明显的是碳。碳从低合金母材通过熔合区向焊缝扩散，从而在靠近熔合区的低合金母材上形成了一个软化的脱碳层，以及在奥氏体不锈钢焊缝中形成了硬度较高的增碳层。682、危害：过渡层的形成，造成脱碳层与增碳层硬度的明显差别。在长时间高温下工作时，由于对变形阻力的不同，将产生应力集中，使接头的高温持久强度和塑性下降，可能导致沿熔合区断裂。3、碳的迁移是形成过渡层的主要原因。碳化物形成元素的差别是低合金钢与奥氏体不锈钢焊接时形成碳迁移过渡层的主要原因。4、影响扩散层形成与发展的因素：(1)接头在焊后加热温度及保温时间 (2)碳化物形成元素的影响 (3)母材含碳量的影响 (4)镍的影响 (四)残余应力的形成 解决这一问题的主要方法是选用线胀系数同低合金钢相近的奥氏体焊接材料。 69讨论：奥氏体钢焊接接头热烈纹与凝固模式7071二、低合金钢与奥氏体不锈钢的焊接工艺特点 (一)焊接方法的选择这类异种钢焊接时应注意选用熔合比小、稀释率低的焊接方法。埋弧焊则需