高级焊工理论课件1-3-1 不锈钢的焊接特点

高级第一章：焊条电弧焊DIYIZHANGHANTIAODIANHUHAN第三节：φ≤76mm不锈钢管的对接焊焊工·高级知识点一：不锈钢的焊接特点BUXIUGANGDEHANJIETEDIAN1不锈钢的分类不锈钢中的主要合金元素是铬(Cr)，当[ω(Cr)](含铬量)>12％时，铬比铁优先与氧化合，并在钢的表面形成一层致密的氧化膜，氧化膜可以提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性能。耐腐蚀不锈钢在不锈钢中加入Ni、Mn等元素耐热不锈钢在不锈钢中加入一定量的Si、AL等合金元素普通不锈钢按化学成分分类：铬不锈钢铬镍不锈钢按室温金相组织分类：奥氏体型不锈钢马氏体型不锈钢铁素体型不锈钢奥氏体-铁素体型不锈钢沉淀硬化型不锈钢按用途分类：不锈钢包括高铬钢、铬镍钢等。这些不锈钢主要用于有浸蚀性的化学介质(主要是各类酸)，要求能耐腐蚀，对强度要求不高的工况。热稳定钢主要是用于高温下要求抗氧化或耐气体介质腐蚀的一类钢，也称为抗氧化不起皮钢，对高温强度并无特别要求。热强钢热强钢在高温下既要能抗氧化或耐气体介质腐蚀，又必须具有一定的高温强度。2不锈钢的物理性能奥氏体型不锈钢的线胀系数比碳钢大50％，只有马氏体型不锈钢和铁素体型不锈钢的线胀系数与碳钢大体相等。01不锈钢的电阻率高，奥氏体型不锈钢的电阻率是碳钢的5倍。02不锈钢的热导率低于碳钢，奥氏体型不锈钢的热导率约为碳钢的1/3。03奥氏体型不锈钢的密度大于碳钢，马氏体型不锈钢和铁素体型不锈钢的密度比碳钢稍小。04奥氏体型不锈钢没有磁性，马氏体型不锈钢和铁素体型不锈钢有磁性。05奥氏体型不锈钢、马氏体型不锈钢比热容与碳钢相差不大，而只有铁素体型不锈钢的比热容比碳钢要小一些。063奥氏体型不锈钢的焊接性(1)焊接接头的热裂纹奥氏体型不锈钢焊接时热裂纹产生的原因如下：01奥氏体型不锈钢焊接时，容易形成方向性较强的柱状晶焊缝组织，有利于有害杂质的偏析，促使形成晶间液态夹层并产生焊缝凝固裂纹。02奥氏体型不锈钢的热导率小而线胀系数大，在焊接局部加热和冷却条件下，焊接接头在冷却过程中，可以形成较大的拉应力，焊缝金属在凝固过程中存在较大的拉应力，这是产生凝固裂纹的必要条件。03奥氏体型不锈钢及其焊缝的合金较复杂，不仅P、S、Sn、sb元素之类的杂质可以形成易熔夹层，有些合金元素因溶解度有限，也能形成有害的易熔夹层。3奥氏体型不锈钢的焊接性(1)焊接接头的热裂纹防止奥氏体型不锈钢焊接热裂纹的措施如下：严格限制有害杂质01尽可能避免形成单相奥氏体组织02适当调整合金成分03尽量减小焊缝的过热04选择适当焊条药皮类型053奥氏体型不锈钢的焊接性(2)焊接接头的晶间腐蚀奥氏体型不锈钢晶间腐蚀的机理：奥氏体型不锈钢在450~850℃温度区停留一段时间后，则在晶界处会析出碳化铬(Cr23C6)，其中铬主要来自晶粒表层，当ω(Cr)<12％时，在内部的铬来不及补充而使晶界的晶粒表层的含铬量下降形成贫铬区，在强腐蚀介质作用下，晶界贫铬区受到腐蚀而形成晶间腐蚀。受到晶间腐蚀的不锈钢在表面上没有明显的变化，受到外力作用后，会沿晶界断裂，这是不锈钢最危险的一种破坏形式。01防止和减小奥氏体不锈钢晶间腐蚀的措施：采用小电流，快速焊，短弧焊，焊条不作横向摆动，减小焊缝在高温停留时间；为了加快焊接接头的冷却速度，减小焊接热影响区，可以给焊缝采取强制性冷却措施(如，用铜垫板、水冷等)；多层焊时，要控制好层间温度(前一道焊缝冷却到60℃以下再焊第二道焊缝)。02选择超低碳[ω(C)≤0.03％]焊条，或用含有Ti或Nb等稳定元素的不锈钢焊条。03先焊接不与腐蚀介质接触的非工作面焊缝，与腐蚀介质接触的工作面焊缝最后焊接。04焊后进行固溶处理，把焊件加热至1050~1150℃后进行淬火处理，使晶界上的Cr23C6溶入晶粒内部，形成均匀的奥氏体组织。05对于奥氏体型不锈钢焊缝金属，一般希望铁素体δ相的体积分数为4％～12％比较适宜。奥氏体型不锈钢由于热导性差、线胀系数大，焊接过程中在约束焊接变形时，会产生较大的残留应力。众所周知，拉应力的存在是应力腐蚀开裂不可缺少的重要条件，而焊接残留应力所引起的应力腐蚀开裂事例约占全部应力腐蚀开裂事例的60%以上。奥氏体型不锈钢应力腐蚀的机理：(3)焊接接头的应力腐蚀控制应力腐蚀的措施：B合理调整焊缝成分A降低焊接残留应力(4)焊接接头的脆化奥氏体型不锈钢在高温下持续加热的过程中，就会形成一种以Fe-Cr为主、成分不定的金属间化合物，即σ相，σ相性能硬脆而无磁性，并且分布在晶界处，使奥氏体型不锈钢因冲击韧度大大下降而脆化。奥氏体型不锈钢的热导率小而线胀系数大，在自由状态下焊接时，容易产生较大的焊接变形。(5)焊接变形与收缩4奥氏体型不锈钢的焊接工艺(1)奥氏体型不锈钢的焊接工艺特点奥氏体型不锈钢焊接过程中，为了缩小高温停留时间，加快冷却速度，采用小的热输入，短弧快速焊，不仅能防止晶问腐蚀，而且还能减小焊接变形。焊接热输入要小01焊接过程中，焊条不作横向摆动，直线形运条，每道焊缝不宜过宽，焊缝宽度应小于焊条直径的3倍。焊接操作正确02为了防止晶间腐蚀，奥氏体型不锈钢焊后可采取强制性冷却措施，如，采用铜垫板和用水冷却等。快速冷却03为了防止焊后冷却速度降低，奥氏体型不锈钢焊前不进行预热，焊后不采取后热工艺措施。多层多道焊时，其层问温度应低于60℃。焊前预热和后热处理04(2)焊后热处理焊后一般不进行热处理，只是在有应力腐蚀开裂倾向时，进行消除应力退火处理，退火温度的选择，可根据设计要求在低于350℃退火或者在高于850℃进行退火处理。热处理前，必须将钢材表面的油脂洗净，以免加热时产生渗碳现象。当在800～900℃以上温度进行加热消除应力处理时，850℃以下升温要缓慢，在850℃以上的升温速度要快，以免焊缝晶粒受热长大。(3)焊后表面处理表面抛光处理不锈钢光滑的表面，能产生一层致密而均匀的氧化膜，保护内部的金属不再受到氧化和腐蚀，所以，焊后应对不锈钢表面的凹痕、刻痕、污点、粗糙点和焊接飞溅等进行表面抛光处理。表面钝化处理为增加不锈钢焊后的耐腐蚀性，把在它表面人工形成一层起保护作用的氧化膜工艺措施称为表面钝化处理。钝化处理的工艺流程如下：表面清理和修补→酸洗→水洗和中和→钝化→水洗和吹干。5焊接工艺方法的选择(1)焊条电弧焊①焊条的选择奥氏体不锈钢焊接时焊条的选用5焊接工艺方法的选择不锈钢焊条药皮类型焊条药皮类型代号为15的焊条，通常为碱性焊条。01焊条药皮类型代号为16的焊条，药皮可以是碱性的，也可以是钛型的或钛钙型的。02焊条药皮类型代号为17的焊条，它是焊条药皮类型代号为16的变型，可以使用交流或直流电源进行全位置焊接。03②焊接参数的选择奥氏体不锈钢焊接时电流的选择③焊接操作技术01奥氏体型不锈钢焊接过程中，采用小电流、短弧、快速、焊条不作横向摆动。为了加快焊缝冷却速度，减少焊缝在450~850℃停留时间，可以采取强制性冷却措施，如用水冷却焊缝。02焊接开始时，不要在坡口之外的焊件上直接引弧，要用引弧板，收弧时要填满弧坑。与腐蚀介质接触的焊缝，为了防止因多次焊接热循环使其过热而产生晶间腐蚀，应该最后焊接。④焊接生产注意事项奥氏体型不锈钢的焊缝金属性能，对化学成分的变动有很大的敏感性，为保证焊缝金属成分的稳定，必须保证有稳定的熔合比，也就是必须设法保证焊接参数的稳定性。01钢材的表面避免碰撞和摩擦损伤，划线下料时不要打样冲眼和用划针划线，以免损失不锈钢的耐蚀性。02焊缝根部接触腐蚀介质时，要保证背面焊缝焊透，禁止使用金属垫板。03焊接地线电缆卡头，在焊件上要卡紧，防止在焊接过程中出现引弧或过烧现象。为避免焊接飞溅损伤不锈钢表面，在坡口及其两侧刷涂石灰水或防飞溅剂。04焊缝交接处要错开，不要出现十字交接型焊缝。05尽量用机械加工或等离子弧切割下料，避免用碳弧切割。07钢材的矫正不得用铁锤敲击，以免破坏不锈钢表面的保护膜。08钢材的储存及运输，要与一般的结构钢分开，以免不锈钢被铁锈污染。06容器封头等零件最好冷压成形，如热压成形时，应检查耐蚀性的变化，并且做相应的热处理。奥氏体型不锈钢焊后不能用火焰矫正变形而只能采用机械矫正。09焊接前后需要进行热处理时，加热前必须把钢材表面的油脂洗净，以免在加热时产生渗碳现象。105焊接工艺方法的选择(2)埋弧焊①焊接材料的选择

常用的奥氏体型不锈钢埋弧焊用焊接材料②焊接参数的选择奥氏体型不锈钢埋弧焊焊接参数主要有焊接电流I、电弧电压U、焊接速度秽和焊丝伸出长度L等，焊接参数选择总的原则是：选用小的焊接热输入、小的焊接电流、较高的焊接速度及与其相配的电弧电压。

奥氏体型不锈钢薄板加铜垫板埋弧焊的焊接参数奥氏体型不锈钢焊剂垫上双面焊的焊接参数③焊接操作技术焊丝伸出导电嘴外长度不要过长，焊丝直径为2~3mm时，焊丝伸出长度不应超过20～30mm，以免在焊接过程中发红影响焊接质量。焊接过程中，导电嘴要经常更换，以保证焊接电流的稳定。10mm以下的薄板进行单面焊接时，背面的铜垫板要夹紧和压紧，以防止在焊接过程中产生变形，影响焊缝背面成形质量。厚板开坡口焊接时，采用窄焊道多层焊接技术时，应仔细清渣层问，并控制好层问温度，最好不要超过60℃。焊接地线铜质导电端头用弹簧夹夹紧，防止因接触不良而影响焊接电流的稳定。与腐蚀介质接触的焊缝需最后焊接。④焊接生产注意事项奥氏体型不锈钢可以采用等离子弧切割下料，切割后用机械加工的方法去除切割边缘的热影响区；如果用冲剪方法下料，则加工硬化带也要用机械加工方法去除。a所有的焊接坡口都应用机械加工的方法制备，焊接前用丙酮仔细擦洗待焊处的油、污、垢。b焊丝表面用丙酮脱脂，焊丝送给轮、焊丝校正轮焊前也应清洗干净。c与奥氏体型不锈钢待焊处接触的工装、夹具表面，都应采用铜垫板，防止碳钢器具的表面铁离子粘附在不锈钢表面，导致该部位耐腐蚀性能降低。d焊剂焊前应进行烘干，烘干温度为250～300℃，保温2～3h。e奥氏体型不锈钢焊丝，是已经加工硬化的焊丝时，焊前应进行退火软化处理，退火软化温度为900～1000℃。f奥氏体型不锈钢焊前进行组装、定位焊，定位焊焊缝长度见下表。(单位:mm）g板厚焊缝长度焊缝间距≤45~840~505~812~1880~100＞818~28200~3005焊接工艺方法的选择(3)钨极氩弧焊(TIG焊)钨极氩弧焊适用于8mm以下的板结构焊接，特别适宜3mm以下的薄板焊接，以及φ60mm以下管子焊接、大直径管子的打底焊。①焊接材料的选择奥氏体型不锈钢焊接时，要求氩气的纯度(体积分数)较高(大于等于99.7％)。氩气奥氏体型不锈钢用焊丝的选择原则是，在没有裂纹的前提下，保证焊缝金属的耐腐蚀性能达到设计要求，保证焊缝金属的力学性能与母材基本相弹簧夹夹紧，防止因接触不良而影响焊接电流的稳定；与腐蚀介质接触的焊缝需最后焊接。焊丝常用的钨极有纯钨极、钍钨极及铈钨极。钨极②焊接参数的选择常用的奥氏体型不锈钢钨极氩弧焊（TIG焊）的焊接参数板厚/mm接头形式电流类型钨丝直径/mm焊丝直径/mm焊接电流/A焊接速度/(mm/min)氩气流量/(L/min)1.0+1.0对接平焊交流21.635~75150~5503~41.0+1.2对接平焊直流正接21.630~60110~4503~41.2+1.2对接平焊直流正接21.640~200~3003~41.5+1.2对接平焊交流21.645~85150~5503~41.5+1.5对接平焊直流正接21.645~75110~4503~41.0+1.0角接交流2—40~50200~3003~41.5+1.5T形接交流21.640~6060~803~42+2对接平焊直流正接2.42.4110~140280~3805~8③焊接操作技术引弧正规生产常采用高频弓I弧法或高频脉冲引弧法引弧。注意保持焊接电弧的适宜长度焊接过程中，氩气的挺度稍差一些，弧长就会控制不好，从而降低保护效果。控制好填丝焊接过程中，掌握好填丝角度和焊丝填充位置。④焊接生产注意事项室外焊接时，在电弧周围要有防风措施，防止风力破坏氩气保护罩，影响奥氏体型不锈钢的焊接质量。不要在焊件上随