【正文】 與普通鐵素體不銹鋼相比，超純高鉻鐵素體不銹鋼具有很好的耐均勻腐 蝕、點(diǎn)蝕及應(yīng)力腐蝕性能，較多的應(yīng)用于石化設(shè)備中。 ③ 在 400℃ ~ 600℃長(zhǎng)時(shí)間加熱緩冷時(shí)，會(huì)出現(xiàn) 475℃脆化，使常溫韌性嚴(yán)重下降。 馬氏體不銹鋼的 焊接特點(diǎn)： Cr13 型馬氏體不銹鋼焊縫和熱影響區(qū)的淬硬傾向特別大， 焊接接頭 在空冷條件下便可得到硬脆的馬氏體，在焊接拘束應(yīng)力和擴(kuò)散氫的作用下，很容易出現(xiàn)焊接冷裂紋。對(duì)于耐蝕的奧氏體不銹鋼，一般希望含一定量的鐵素體，這樣既能保證良好的抗裂性能，又能有很好的抗腐蝕性能。讀者可根據(jù) Schaeffler 圖，按焊縫金屬中的鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量估計(jì)出相應(yīng)的鐵素體含量。對(duì)于 Cr17鋼，也可用 308 型 焊材 ，合金含量高的 焊材 有利于提高焊接接頭塑性。 焊縫成分同母材成分相近時(shí)，焊縫和熱影響區(qū)將會(huì)同時(shí)硬化變脆，同時(shí)在熱影響區(qū)中出現(xiàn)回火軟化區(qū)。降低含 C 量，有利于減小淬硬性，焊縫中存在少量 Ti、 N 或 Al等元素，也可細(xì)化晶粒并降低淬硬性。 三、 壓力容器用不銹鋼焊接要點(diǎn) 20 1. 奧氏體不銹鋼焊接要點(diǎn) 總的來(lái)說(shuō)，奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的焊接性。同時(shí)又由于其 電阻率大， 在焊條電弧焊時(shí)， 為了避免焊條發(fā)紅，與同直徑的碳鋼或低合金鋼焊條相比，焊接電流較小。 ④ 為提高焊縫的抗熱裂性能和耐蝕性能，焊接時(shí)，要特別注意焊接區(qū)的清潔，避免有害元素滲入焊縫。鐵素體不銹鋼在焊接熱循環(huán)的作用下，熱影響區(qū)晶粒明顯長(zhǎng)大，接頭的韌性和塑性急劇下降。 普通高鉻鐵素體不銹鋼可采用焊條電弧焊、氣體保護(hù)焊、埋弧焊焊等熔焊方法。 ① 預(yù)熱 100 ~ 150℃左右，使材料在富有韌性的狀態(tài)下焊接。 ③ 焊后進(jìn)行 750 ~ 800℃退火處理，由于碳化物球化和鉻分布均勻，可恢復(fù)耐蝕性，并改善接頭塑性。 ② 后熱。 對(duì)于超級(jí)及低 碳馬氏體不銹鋼，一般可不采取預(yù)熱措施，當(dāng)拘束度大或焊縫中含氫量較高時(shí)，采取預(yù)熱及后熱措施，預(yù)熱溫度一般為 100℃ ~ 150℃，焊后熱處理溫度為 590 ~ 620℃。 四、 雙相不銹鋼的焊接 1. 雙相不銹鋼的類型 雙相不銹鋼由于具有奧氏體 +鐵素體雙相組織，且兩個(gè)相組織的含量基本相當(dāng)，故兼有奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼的特點(diǎn)。 雙相不銹鋼按其化學(xué)成分分類，可分為 Cr18 型、 Cr23(不含 Mo)型、 Cr22型和 Cr25 型四類。 ② 為了保證雙相鋼的特點(diǎn)，確保焊接接頭的組織中奧氏體及鐵素體比例合適是這類鋼焊接的關(guān)鍵所在。在雙相不銹鋼母材中，一般都有一定量的氮含量，在焊材 中也希望有一定的含氮量，但一般不宜太高，否則會(huì)產(chǎn)生氣孔。當(dāng)根部封底焊時(shí)，通常采用堿性焊條。 4. 雙相不銹鋼的焊接要點(diǎn) ① 焊接熱過(guò)程的控制 焊接線能量 、層間溫度、預(yù)熱及材料厚度等都會(huì)影響焊接時(shí)的冷卻速度 ，從而影響到焊縫和熱影響區(qū)的組織和性能。 表 106 列出了一些推薦的焊接線能量和層間溫度的范圍。 表 106 推薦選用的雙相鋼線能量和層間溫度 鋼材類型 線能量 / (kJ/cm) 最高層間溫度 /℃ Cr23 %無(wú) Mo 雙相鋼 5 ~ 25 150 ~ 200 Cr22 %雙相鋼 5 ~ 25 125 ~ 200 Cr25 %(Cu0 ~ %)雙相鋼 2 ~ 15 100 ~ 150 Cr25 %超級(jí)雙相鋼 2 ~ 15 100 ~ 150 ② 焊后熱處理 雙相不銹鋼焊后最好不進(jìn)行熱處理，但當(dāng)焊態(tài)下 α相含量 超過(guò)了要求或析出了有害相，如 σ 相時(shí)，可采用焊后熱處理來(lái)改善。對(duì)于 ω (Cr)為 22 % 的雙相鋼應(yīng)在 1050℃ ~ 1100℃ 溫度下進(jìn)行熱處理，而ω (Cr)為 25 % 的雙相鋼和超級(jí)雙相鋼要求在 1070℃ ~ 1120℃ 溫度下進(jìn)行熱處理。 為保證焊接質(zhì)量，采用 TIG 焊打底。 本設(shè)備中，若采用背面氬氣保護(hù)，氬氣浪費(fèi)嚴(yán)重，故采用了自保護(hù)焊絲。 TFW308L 為焊材牌號(hào)，其焊材型號(hào)為 E308LT11(AWS )。在一些苛刻腐 蝕條件下是一般不銹鋼無(wú)法取代的優(yōu)良材料。這說(shuō)明裂紋非常微細(xì)，但有時(shí)也能發(fā)展為較寬的宏觀 裂紋。 ② 液態(tài)金屬流動(dòng)性差，焊縫熔深淺 這是鎳基合金的固有特性。無(wú)論是何種焊接方法，焊前一定要徹底清理焊接區(qū)表面，鎳基合金對(duì)污染物的危害極為敏感，母材應(yīng)盡可能在固溶狀態(tài)下焊接。氦氣保護(hù)焊應(yīng)用較少，但有如下特點(diǎn)，氦氣導(dǎo)熱大，向熔池線能量比較大，能提高焊接速度，減少了氣孔的可能性，但氦弧焊，電流小于 60A 時(shí)，電弧不穩(wěn)定。為保證單面焊完全焊透需要用帶凹形槽的銅襯墊，通以保護(hù) 氣體進(jìn)行反面保護(hù)。由于液態(tài)金屬的流動(dòng)性差，為防止未熔合和氣孔等缺陷，一般要求在焊接過(guò)程中適當(dāng)擺動(dòng)，但不能過(guò)大。工業(yè)純鈦塑性好，但強(qiáng)度較低，具有良好的低溫性能，其線膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率都不大，這都不會(huì)給焊接帶來(lái)困難。 1. 鈦及鈦合金的焊接特點(diǎn) ① 雜質(zhì)元素的沾污引起脆化 鈦是一種活性元素，特別是在焊接高溫下非常容易吸收氮、氫、氧，從而使焊縫的硬度、強(qiáng)度增加，塑性、韌性降低，引起脆化。 ② 焊接相變引起的接頭塑性下降 常用的工 業(yè)純鈦為α合金，焊接時(shí)由于鈦導(dǎo)熱差、比熱小、高溫停留時(shí)間長(zhǎng)、冷卻速度慢，易形成粗大結(jié)晶；若采用加速冷卻，又易產(chǎn)生針狀α組織，也會(huì)使塑性下降。焊絲或母材表面清理不干凈或氬氣不純都會(huì)造成氣孔產(chǎn)生，因此保護(hù)氣 氬氣純度要求 在 ％ 以上，焊絲及工件表面要酸洗、凈水沖洗后烘干。 焊絲中的氮、氧、碳、氫、鐵等雜質(zhì)元素的標(biāo)準(zhǔn)含量上限值 應(yīng)大大低于母材中雜質(zhì)元素的標(biāo)準(zhǔn)含量上限值。 表 108 鈦及鈦合金推薦焊材 母材牌號(hào) TA0、 TA1A TA1 TA2 TA3 TA9 TA10 推薦所用焊絲牌號(hào) STA0R STA1R STA2R STA3R STA9R STA10R 一般情況下可按表 108 根 據(jù)所焊母材牌號(hào)來(lái)選擇相應(yīng)的焊絲牌號(hào)，并通過(guò) JB/T 47452020中附錄B的焊接工藝評(píng)定驗(yàn)證。當(dāng)瓶裝氬氣的壓力低于 時(shí)不宜使用。 鈦及鈦合金氬弧焊時(shí)，最關(guān)鍵的是要將焊接高溫區(qū)與空氣隔離開，為了有效地進(jìn)行保護(hù)， 焊炬噴嘴、拖罩和背面保護(hù)裝置通以適量流量的氬氣是極其重要的。鋁鎂合金僅可變形強(qiáng)化，其ω (Mg)一般為 ％ ~ ％ ，與其他鋁合金相比，鋁鎂合金具有中等強(qiáng)度， 其延性、焊接性能、耐蝕性良好。焊接時(shí)，對(duì)熔化金屬和高溫金屬應(yīng)進(jìn)行有效的保護(hù)。 2. 焊接方法 鋁及鋁合金適用的方法很多，壓力容器上施焊時(shí)，經(jīng)常采用鎢極氬弧焊和熔化極氣體保護(hù)焊，這兩種焊接方法熱量比較集中，電弧燃燒穩(wěn)定，由于采用隋性氣體，保護(hù)良好，容易控制雜質(zhì)和水分來(lái)源，減少熱裂紋和氣孔的發(fā)生，焊縫質(zhì)量?jī)?yōu)良，鎢極氬弧焊一般用于薄板，熔化極氣體保護(hù)焊用于厚板。 焊絲可從 GB/T 108581989《鋁及鋁合金焊絲》中選取，也可從化學(xué)成分與變形鋁及鋁合金相同 (符合 GB/T 31901996《變形鋁及鋁合金化學(xué)成分》 )的絲材中選取，如按 (GB/T 31972020《焊條用鋁合金線》。 三、銅及銅合金的焊接 常用的銅及銅合金有四種：純銅，黃銅，青銅和白銅。 1. 銅及銅合金焊接特點(diǎn) 銅及銅合金導(dǎo)熱率高，線脹系數(shù)和收縮率大，當(dāng)焊接線能量不足時(shí)，則容易產(chǎn)生未熔合、未焊透，焊后變形也較嚴(yán)重，外觀成形差。 2. 焊接方法 焊接銅及銅合金需要大功率、高能束的熔焊熱源，熱效率越高，能量越集中愈有利，不同厚度的材料對(duì)于不同焊接方法有其適應(yīng)性，薄板焊接以鎢極氬弧焊、焊條電弧焊和氣焊為好，中板以熔化極氣體保護(hù)焊和電子束焊較合適，厚板則建議使用埋弧焊、 MIG 焊和電渣焊。大、中厚度銅焊件的焊接工藝與鋼基本相同，可選用高硅高錳焊劑 HJ431，但可能發(fā)生合金元素向焊縫過(guò)渡，對(duì)接頭性能要求高的焊件宜選用HJ260、 HJ150。焊接普通黃銅，采用無(wú)氧銅加脫氧劑的錫青銅焊絲，如 HSCuSn。 ③ 氣體保護(hù)焊用焊絲 銅薄板和中板焊接，使用氣保焊逐漸取代氣焊、焊條電弧焊，電極一般采用釷鎢極 (EWTh2)。純銅焊條型號(hào) ECu 為低氫型藥皮，用于焊接脫氧或無(wú)氧銅結(jié) 構(gòu)件，在大氣及海水中具有良好的耐腐蝕性。 30 熔焊銅及銅合金時(shí)，由于溶解的氫和氧化還原反應(yīng)引起氣孔，幾乎分布在焊縫的各個(gè)部位。 純銅是ω (Cu)不低于 ％ 的工業(yè)純銅，具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性，良好的常溫和低溫塑性，以及對(duì)海水等的耐腐蝕性，純銅中的雜志如氧、硫、鉍等都不同程度地降低純銅的優(yōu)良性能，增加材料的冷脆性和接頭中出現(xiàn)熱裂紋的傾向。 由于鈰鎢極化學(xué)穩(wěn)定性好，陰極斑點(diǎn)小，壓降低，燒損少，易于引弧，電弧穩(wěn)定性好。 為保證焊縫的耐蝕性，在焊接純鋁時(shí)宜用純度與母材相近或純度比母材稍高的焊絲。 29 鋁 及鋁合金液體熔池易吸收氫等氣體，當(dāng)焊后冷卻凝固過(guò)程中來(lái)不及析出，在焊縫中形成氣孔。鋁在低溫下與鐵素體鋼不同，不存在脆性轉(zhuǎn)變，鋁容器的設(shè)計(jì)溫度可達(dá) 269℃。 三、鋁及鋁合金的焊接 壓力容器中常用純鋁、鋁 錳合金和鋁 鎂合金。鎢極氬弧焊時(shí)推薦采用鈰鎢電極。 ② 保護(hù)氣體的選用。雜質(zhì)元素含量不高于 JB/T 47452020 中附錄 D 的其他標(biāo)準(zhǔn)的焊絲也可使用。 ① 焊絲的選用。由氫引起的冷裂紋是鈦合金焊接時(shí)應(yīng)注意防止的，焊接時(shí)熔池和低溫區(qū)母材中的氫向熱影響區(qū)擴(kuò)散，引起熱影響區(qū)含氫量增加，造成熱影響區(qū)出現(xiàn)延遲裂紋。因此，鈦及鈦合金焊接時(shí)必須進(jìn)行有效的保護(hù)，防止空氣或其他因素的污染。鈦及鈦合金在我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中按其退火態(tài)的組織分為α鈦合金、β鈦合金和α +β鈦合金三類，分別用 TA 、 TB和 TC表 示。采用逆向收弧，把弧坑填滿，防止弧坑裂紋，必要時(shí)要對(duì)弧坑進(jìn)行打磨。 ② 使用焊條電弧焊時(shí)焊接鎳基合金時(shí)，由于焊條含合金元素多，且要求防止熱裂紋，一般鎳基合金焊條的藥皮類型為堿性藥皮，采用直流反接。在保證焊透的條件下，應(yīng)采用較小的焊接線能量，多層焊時(shí)應(yīng)控制層間溫度，焊接析出強(qiáng)化合金及熱裂紋敏感性大的合金時(shí)，更要注意控制層間溫度。保護(hù)氣體最常用的是氬氣，它成本低，密度大，保護(hù)效果好。 2. 鎳基耐蝕合金的焊接要點(diǎn) 鎳基合金一般可采用與奧氏體不銹鋼相同的焊接方法進(jìn)行焊接。限制線能量，避免采用大線能量焊接也有利于防止熱裂紋的產(chǎn)生。 1. 鎳基耐蝕合金的焊接特點(diǎn) ① 易產(chǎn)生焊接熱裂紋 由于鎳基合金為單相奧氏體組織，所以與不銹鋼相比，具有高的焊接熱裂紋敏感性，特別是焊縫易產(chǎn)生多邊化晶間裂紋。由于這些有色金屬具有不銹鋼所不能比的優(yōu)點(diǎn)，所以在一些特殊的重要場(chǎng)合已占有主導(dǎo)地位。若接管直徑太小，為了減少焊接難度，也可以采用 TIG 焊 。 為解決這一工藝難題，日本油脂公司焊接事業(yè)部開發(fā)制造了一種背面自保護(hù)不銹鋼 TIG 焊絲，這是一種具有特殊涂層的焊絲，涂 層（即藥皮）熔化后會(huì)滲透到熔池背面，形成一層致密的保護(hù)層，相當(dāng)于焊條藥皮的作用。 24 圖 107 閃蒸罐簡(jiǎn)圖 表 107 閃蒸罐焊接工藝 焊縫編號(hào) 焊縫位置 焊接方法 焊接材料 說(shuō)明 1A B1 殼體縱、環(huán)縫 雙面 SMAW A102 ① B2 殼體 合攏焊縫 GTAW 打底 SMAW 蓋面 TGF308L A102 ② C1C4 D1D4 接管與平焊法蘭角焊縫 接管與殼體角焊縫 SMAW A102 ③ E1 支 座 與殼體 焊接 角焊縫 GMAW (CO2 焊 ) TFW308L ④ 說(shuō)明： 25 ① 筒體直徑為 800mm，焊工可以鉆入筒體內(nèi)焊接，故筒體縱、環(huán)縫 故采用焊條電弧焊進(jìn)行雙面焊。熱處理時(shí)加熱應(yīng)盡可能快，在熱處理溫度下的保溫時(shí)間為 5 ~ 30min，應(yīng)該足以恢復(fù)相的平衡。在焊接合金含量高的 ω (Cr)為 25 % 的雙相鋼和超級(jí)不銹鋼時(shí)， 23 為獲得最佳的焊縫金屬性能，建議最高層間溫度控制在 100℃ 。冷卻速度太快時(shí)會(huì)引起過(guò)多的 α 相含量以及 Cr2 N 的析出增加。 對(duì)于實(shí)心氣體保護(hù)焊焊絲，在保證焊縫金屬具有良好耐腐蝕性與力學(xué)性能的同時(shí)，還應(yīng)注意其焊接工藝性能，對(duì)于藥芯焊絲，當(dāng)要求焊縫成形美觀時(shí)，可采用金紅石型或鈦鈣型藥芯焊絲，當(dāng)要求較高的沖擊韌度或在較大的拘束度條件下焊接時(shí)，宜采用堿度較高的藥芯焊絲。 根據(jù)耐腐蝕性、接頭韌性的要求不同來(lái)選擇與母材化學(xué)成分相匹配的焊條，如焊接 Cr22 型雙相不銹鋼，可選用 Cr22Ni9Mo3 型焊條，如 E2209 焊條。 3. 雙相不銹鋼焊材選用 雙相不銹鋼用的 焊材 ，其特點(diǎn)是焊縫組 織為奧氏體占優(yōu)的雙相組織，主要耐蝕元素 (鉻、鉬等 )含量與母材相當(dāng)，從而保證與母材相當(dāng)?shù)哪臀g性。我國(guó)采用的雙相不銹鋼以瑞典產(chǎn)居多，具體牌號(hào)有： 3RE60(Cr18 型 )， SAF2304 (Cr23 型 )，SAF2205 (Cr22 型 )， SAF2507(Cr25 型 )。與鐵素體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的韌性高，脆性轉(zhuǎn)變溫度低，耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高；同時(shí)又保留了鐵素體不銹鋼的一些特點(diǎn)，如 475℃脆性、熱導(dǎo)率高、線膨脹系數(shù)小，具有超塑性及磁性等。或在焊前預(yù)熱、焊后熱處理難以實(shí)施，以及接頭拘束度較大的情況下，工程中也可用奧氏體型的 焊材 ，以提高焊接接頭的塑、韌性，防止產(chǎn)生裂紋。 ③ 焊后熱處理。 3. 馬氏體不銹鋼焊接要點(diǎn) 對(duì)于 Cr13 型馬氏體不銹鋼，當(dāng)采用同材質(zhì)焊條進(jìn)行焊接時(shí)，為了降低冷裂紋敏感性，確保焊接接頭塑、韌性，應(yīng)