中级焊工理论课件5-4 常用金属材料焊接知识-铁素体不锈钢与马氏体不锈钢及不锈复合钢板的焊接工艺

中级第五章常用金属材料焊接知识焊工第四节：铁素体不锈钢与马氏体不锈钢及不锈复合钢板的焊接工艺焊工·中级4.1铁素体不锈钢的焊接性4.2马氏体不锈钢的焊接4.3不锈复合钢板的焊接4.1铁素体不锈钢的焊接性4.1.1焊接性铁素体钢如：Cr13、Cr17属于高Cr钢，供货状态一般为退火态。可作为不锈钢、热稳定钢用。其焊接性比奥氏体钢差。强度、抗腐蚀性能能及焊接性能不如奥氏体不锈钢好，它的优点是抗氧化性好，成本低，抗应力腐蚀开裂性能比奥氏体不锈钢强。主要问题为焊接接头的脆化问题、晶间腐蚀问题。（1）脆化问题粗晶脆化因为铁素体钢在冷却过程中没有重结晶的过程，一直保持铁素体，所以铁素体钢焊缝＆热影响区的晶粒粗化倾向比较大。接头过热严重时，晶粒长大地非常剧烈，使得常温下的冲击韧性显著下降，而且无法利用热处理消除。

析出物脆化：高Cr铁素体钢对C、N的溶解度比奥氏体钢小得多。在高温溶解的C、N随着温度降低，溶解度降低，过饱和的C、N在晶界析出，形成Cr23C6和Cr2N等化合物。4.1铁素体不锈钢的焊接性

475℃脆化铁素体钢含Cr量高，475℃脆化问题比较突出，所以必须缩短在该温度附近的停留时间。σ相脆化铁素体相多是产生σ相的主要原因，所以铁素体钢的σ相脆化问题也是很严重的。（2）晶间腐蚀问题铁素体钢比奥氏体钢的晶间腐蚀倾向更大，腐蚀部位在HAZ的925～熔合线之间。铁素体钢一般为退火态，组织状态为铁素体、少量碳化物及金属间化合物，分布均匀。焊接时加热到925℃以上后，碳化物溶解到铁素体中，冷却过程中铁素体中的C扩散快，首先到达晶界，形成Cr23C6，造成晶间贫Cr，但是这种现象可以通过在650～815℃短时加热，加快Cr的扩散，晶间贫Cr得到改善。当铁素体钢含Cr量高、或含有固C元素时，如Cr28、Cr17Ti、都可以有效提高耐晶间腐蚀的能力。4.1铁素体不锈钢的焊接性4.1.2焊接工艺（1）焊接方法：可以采用手工电弧焊、TIG焊、埋弧焊、等离子弧焊等，能量集中的焊接方法当然更好。（2）焊接材料：当有耐蚀性、耐热性要求时，宜采用与母材成分相近的焊丝，当对韧性要求高时可采用奥氏体焊接材料。（3）焊接热输入：由于铁素体钢有严重的脆化、晶间腐蚀倾向，热输入宜小。（4）预热及层间温度：当有耐蚀性、耐热性要求时，宜采用与母材成分相近的焊丝，此时需要焊前预热，150～230℃，含Cr量越高预热温度越高，且焊后热处理。但是预热的作用不是防止冷裂纹，而是为了在良好的韧性条件下进行焊接，并减少焊缝的收缩力，因为铁素体钢在常温下韧性差，而温度提高时明显得到改善。但是从焊接接头脆化的角度出发，预热温度不宜过高。当采用奥氏体焊接材料时不需预热。4.1铁素体不锈钢的焊接性（5）焊后热处理：采用与母材成分相近的焊丝时，焊后需要进行750～800℃退火处理，使Cr的分布更加均匀，碳化物球化，恢复耐腐蚀性能、改善接头塑性。退火快冷可以防止脆性相形成。采用奥氏体焊接材料时不需焊后热处理。4.2马氏体不锈钢的焊接4.2.1焊接性马氏体钢如：1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13（不锈钢）、Cr9、Cr12（热强钢）。是在铁素体钢的基础上增加了C，室温组织为马氏体。一般为调质态供货。主要问题为冷裂纹问题、脆化问题。其焊接性比奥氏体钢、铁素体钢都差。（1）冷裂纹问题马氏体钢淬硬倾向大，同时导热性差，能引起较大焊接应力，所以一般都需预热＆焊后热处理，防止产生冷裂纹。（2）脆化问题主要为过热区的粗晶脆化和375～575℃温度范围的回火脆化。（3）软化问题因为马氏体钢为调质态供货，所以焊接热影响区会存在一软化区。4.2马氏体不锈钢的焊接高强度马氏体钢TIG焊后的硬度1—1Cr132—2Cr133—00Cr13Ni7Si34.2马氏体不锈钢的焊接4.2.2焊接工艺（1）焊接方法：常用的焊接方法，如采用手工电弧焊、TIG焊、埋弧焊、等离子弧焊等，都可以用，但是由于马氏体钢淬硬倾向很大，所以需严格控制氢的来源，严格清理焊件和焊接材料。（2）焊接材料：由于马氏体钢淬硬倾向很大，所以需严格控制氢的来源，严格清理焊件和焊接材料。焊接材料的选择有两种：与母材成分接近的材料，同质焊材要求预热＆焊后热处理；另外为防止冷裂，可以选择奥氏体焊接材料，但是当工作在高温时最好选择同质焊接材料，以保证二者具有相同的热物理性能。（3）焊接热输入：为防止粗晶脆化，热输入宜小。（4）预热及层间温度：马氏体钢淬硬倾向很大，当采用与母材成分相近的焊丝时需要焊前预热，并保持相同的层间温度。当采用奥氏体焊接材料时不需预热，或低温预热。4.2马氏体不锈钢的焊接（5）焊后热处理：采用与母材成分相近的焊丝时，焊后需要进行回火处理，防止冷裂纹。但是不是焊后立即回火，立即回火可造成奥氏体会向珠光体转变，且碳化物会沿晶沉淀，很脆。也不能等接头冷却到室温后再做热处理，对冷裂不起作用，一般冷却到100～150℃时进行回火处理。采用奥氏体焊接材料时不需焊后热处理。4.3不锈复合钢板的焊接不锈复合钢板是由不锈钢覆层和碳钢（或普通低合金钢）基层复合轧制而成的双金属板。由覆层不锈钢保证耐腐蚀性，基层机构钢获得强度。覆层只占总厚度的10%～20%，大大节约不锈钢。4.3.1焊接性复合钢板基层和复层交界处的焊接属异种钢焊接，其焊接性主要取决于基层和复层的物理性能、化学成分、接头形式及填充金属种类。焊接低碳钢（或低合金钢）与不锈钢的复合钢板时，容易产生高温结晶裂纹、延迟裂纹和脆化问题。复合钢板焊接时，基层和复层应分开各自进行焊接，焊接中的主要问题在于基层与复层交接处的过渡层焊接。（1）奥氏体系复合钢板的焊接性 焊缝容易产生结晶裂纹：结晶裂纹是热裂纹的一种形式。焊缝金属在结晶过程中冷却到固相线附近的高温时，液态晶界在焊接应力作用下产生的裂纹。 热影响区容易产生液化裂纹：复合钢焊接时，奥氏体钢热影响区由于受焊接热循环影响，低熔点杂质被熔化，在焊接应力作用下产生液化裂纹。 4.3不锈复合钢板的焊接（2）铁素体系复合钢板的焊接性 焊缝容易产生结晶裂纹：焊接铁素体复合钢板时，焊缝金属产生结晶裂纹的原因、防止措施与焊接奥氏体复合钢板时相同。 焊接接头易产生延迟裂纹：延迟裂纹是焊接接头冷却到室温并在一定时间后才出现的焊接冷裂纹，多产生在热影响区。焊接铁素体系复合钢板产生延迟裂纹的影响因素有焊接接头区出现脆硬组织；焊缝金属中有明显的扩散氢聚集；焊接接头刚度大；有明显的焊接应力。4.3.2焊接工艺（1）焊接材料的选择 复层材料的选用应保证熔敷金属的合金元素的含量不低于复层材料标准规定的下限值。 过渡层的焊条宜选择25%Cr-13%Ni型或25%Cr-20%Ni型以补充基层对复层的稀释，对复层含钼的不锈钢复合板应采用25%-13%Ni-Mo型焊条。4.3不锈复合钢板的焊接常用不锈钢过渡层及复层焊接材料选用4.3不锈复合钢板的焊接常用不锈钢复合板基层焊接材料选用4.3不锈复合钢板的焊接（2）破口形式和尺寸

坡口形式和尺寸按图纸设计规定,如设计未明确规定的，可参照下图选用。坡口选用原则：确保焊接质量填充金属少，熔合比小，便于操作。 坡口加工一般采用机械方法制成。若采用等离子切割、气割等方法开制坡口则必须去除复材表面的氧化层。 开完的坡口要进行外观检查，不得有裂纹和分层，否则应进行修补。4.3不锈复合钢板的焊接（3）装配定位焊

装配应以复层为基准，其错边量不得大于复层厚度的二分之一，且不大于2mm，对于复层厚度不同时，按较小的复层厚度取错边量。 定位焊应焊在基层母材上，且采用与焊接基层金属相同的焊接材料。手弧焊定位焊焊缝参照表1-3（δ0为基层厚度）。在装配过程中，严谨在复层上焊接工卡具，工卡具应焊在基层一侧。 复层一侧附件的焊接要符合设计图纸要求，当设计要求复层侧附件焊在基层金属上时，应先将复层部分剥开，采用过渡层焊条将不锈钢托架焊在基层壳体上，焊缝表面采用与焊复层相同的焊条进行焊接。覆层厚度（mm）纵缝错变量（mm）环缝错边量（mm）2～2.5≦0.5≦1.03～5.0≦1.0≦1.54.3不锈复合钢板的焊接（4）焊接顺序

基层的焊接推荐采用手工电弧焊、埋弧焊及CO2气体保护焊。复层和过渡层的焊接采用钨极氩弧焊和手工电弧焊，也可采用能确保焊接质量的其他焊接方法。焊接宜先焊基层，再焊过渡层，最后焊复层（如图2-1、2-2所示）。当条件受到限制时，也可先焊复层，再焊过渡层和基层，在这种情况下，如果复合板厚度小于10mm，基层的焊接可直接选用与过渡层相同的焊接材料，如果复合板厚度大于10mm，这时可适当加大过渡层的焊接厚度（过渡层的焊接厚度应大于或等于5mm），最后碳钢或低合金钢焊接基层。不锈钢复合板单面焊接的焊接顺序示意图4.3不锈复合钢板的焊