【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 溫開裂被分為各種各樣的種類，在此對(duì)凝固開裂進(jìn)行敘述。凝固開裂是由于殘存于凝固前或凝固后結(jié)晶晶界的液相或固相比較脆弱的原因，通過焊縫凝固時(shí)引起的收縮，受拉伸應(yīng)力產(chǎn)生開口的開裂形式。在奧氏體鋼中容易引起這樣高溫開裂的原因是由于其凝固溫度范圍很寬。作為開裂的特點(diǎn)：除在晶間傳導(dǎo)以外，開裂的表面附有氧化皮，并且開裂的大小、深度比低溫開裂小。 作為防止這種高溫開裂的方法有以下幾種： （ a） 熔敷金屬轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體單相組織時(shí)，容易開裂，因此使用至少含有數(shù)百分比鐵素體的焊棒、焊絲有很好的效果。（參照?qǐng)D 4） 圖 4 焊縫的鐵素體量和開裂敏銳性（菲斯科抗裂試驗(yàn)） （ b）盡量少使用會(huì)出現(xiàn)像 S、 P、 Si 會(huì)促進(jìn)凝固開裂的不純物的焊絲、焊棒。在高 Si 的情況下，增加 C 就難引起焊接開裂，因此像耐熱鋼等含 C 量高的鋼種（例如 SUS 310S）比較適當(dāng)。 （ c）為了使凝固時(shí)盡可能地少變形，采用低溫焊接，焊縫寬度窄一些，此外還不要使焊接余高成凹狀，使其成凸?fàn)钸M(jìn)行焊接。 （ d）板厚比較厚的情況下，拘束越少越令人滿意，但薄板時(shí)由于受焊接過程中的變形，倒還不如拘束些更難開裂。 （ 2）焊接部位的性能 （ a）機(jī)械性能 以及低溫韌性 在奧氏體組織里析出少量的鐵素體相，熔敷金屬幾乎不會(huì)硬化，而且熱影響區(qū)域即使有碳化鉻物析出也不會(huì)硬化，因此機(jī)械性能與母材比較相似，加工性優(yōu)越。但是在接手拉伸試驗(yàn)下，表現(xiàn)出延伸低的結(jié)果，這正如表 2 所示，是因?yàn)槿鄯蠼饘倥c母材相比延伸相當(dāng)?shù)偷脑颉? 15 表 2 所有熔敷金屬的機(jī)械性能 另外，奧氏體系不銹鋼的低溫韌性極其優(yōu)越，作為高級(jí)極低溫用鋼被廣泛應(yīng)用。經(jīng)過熔化熱處理后的母材（成品）即使在極低溫下也完全不會(huì)脆化?？墒鞘芾浼庸び绊憰?huì)析出碳化物造成低溫脆化，但只要 注意這一點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)、加工的話，母材是十分富有韌性的。 另一方面，熔敷金屬由于凝固組織含有少量的鐵素體，因此在低溫下也會(huì)有一點(diǎn)脆化。圖 5 表示各種溶敷金屬在熱處理后，進(jìn)行夏氏沖擊試驗(yàn)（擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)）的結(jié)果。接下來也如同所了解的，脆化程度在不同鋼種以及熱處理狀態(tài)下是不一樣的，鐵素體越多越易脆化。從而，在嚴(yán)竣的條件下使用時(shí)，希望使用完全呈奧氏體組織的 310 型焊棒。在進(jìn)行去除焊接后應(yīng)力的低溫退火時(shí)，熔敷金屬與焊接狀態(tài)相比進(jìn)一步脆化，這一點(diǎn)需要引起注意。特別是在熔敷金屬中有許多 ?鐵素體時(shí)（例如 309 型鋼）更為明顯，另 外含 Mo、 Nb 等元素的鋼種容易析出 ?相促進(jìn)脆化。 圖 5 氬弧焊焊縫的低溫沖擊性 16 （ 3）晶間腐蝕 在焊接的熱履歷里，由于加熱冷卻時(shí)會(huì)通過 500℃ 800℃碳化鉻的析出范圍，從而像含 C 量較多的 S US 30 30 30 31 30310S 等鋼種在其熱影響區(qū)域會(huì)析出 Cr 的碳化物，使晶間腐蝕變得敏感，也就是說容易引起所謂的 weld decay。熱影響區(qū)域的敏化程度主要取決于母材的含 C 量以及焊接時(shí)的溫度或冷卻速度。這一系列的狀況如圖 7 所示，即：熱影響區(qū)域的敏化程 度隨含 C 量的增加，晶間腐蝕敏感性明顯地增加；隨著焊接時(shí)冷卻速度的放慢，敏感性成比例地增加。因此，焊接像 S US301 等高含 C 材料時(shí)，盡可能用低溫焊接，同時(shí)有必要盡量使用冷的金屬板等。還有，即使含 C 量較少的 S US30316 等也最好不要使用發(fā)熱量大的潛弧焊等。 圖 6 C 和熱履歷對(duì)焊接時(shí) 圖 7 焊接用連續(xù)冷卻敏化圖 敏化狀態(tài)的影響 而且，不知什么原因，熔敷金屬難被敏化。 另一方面，有害 C 量極低的 S US304L、 316L、 316J2 等通過添加Ti、 Nb 將 C 固定下來的穩(wěn)定性不銹鋼 S US 32 347 等，在焊接的狀態(tài)下不顯示晶間腐蝕敏感性。但是，這些鋼在進(jìn)行去應(yīng)力退火后或在敏化溫度下長時(shí)間曝露時(shí)，比如說成分即使在標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)的也會(huì)發(fā)生一定程度的敏化，所以要引起注意。例如穩(wěn)定性不銹鋼靠近焊縫的熱影響區(qū)域，其被固定的 TiC、 NbC 在高溫下分解，固溶碳就相應(yīng)增多。從而，這一部分如果被加熱到 700℃以下的低溫時(shí)，固溶碳比 Ti 先與 Cr結(jié)合在晶間析出 Cr的碳化物發(fā)生敏化，就容易引起沿焊縫的刃狀腐蝕（參照下圖刃線狀侵蝕）。因此，對(duì)于這種情況，必須在 750℃以上進(jìn)行退火。 17 （ 4）應(yīng)力腐蝕開裂 如前所述，應(yīng)力腐蝕開裂在事故事例中最多，且焊接部位的事例較多。焊接部位在焊接后存在著如圖 8 所示的殘余應(yīng)力。殘余拉伸應(yīng)力最大的位置是熔敷鋼處， 但由于熔敷鋼對(duì)應(yīng)力腐蝕開裂 比較遲鈍，因此通常發(fā)生于靠 近焊縫的熱影響區(qū)。開裂的伸 展方向與主應(yīng)力成起直角，因 此在焊縫直角方向容易發(fā)展開 裂，但碰到有焊縫余高時(shí)，由 于應(yīng)力集中于焊縫邊界，因此 也會(huì)沿著焊縫的邊界線產(chǎn)生縱 向開裂。 一般而言，拘束越大或者 板厚越厚、熔敷鋼量越多，焊 圖 8 發(fā)生于焊接部的殘余應(yīng)力分布 接殘余應(yīng)力就變 得越大，成了 （ AB 線上焊接方向的應(yīng)力） 應(yīng)力腐蝕開裂的恰好條件。但是，也有其它現(xiàn)象，例如極薄板（比如 厚）在無拘束、受熱極小的條件下（等離子焊接），進(jìn)行焊接也會(huì)簡(jiǎn)單地發(fā)生應(yīng)力腐蝕。 因此，在那種環(huán)境下被使用時(shí)，用陰極防蝕、噴射硬化等方法有防止效果，但由于適用限度有限，所以主要的還是采用除應(yīng)力退火的方法比較多。 不銹鋼去除應(yīng)力退火溫度如果不達(dá)到比低合金鋼等高的高溫，就沒有去除效果，因此通常要求在 870℃附近（參照?qǐng)D 9），對(duì)焊接構(gòu)造的物體進(jìn)行退火時(shí)，必須采用急熱急冷方式來防止敏化 ，但由于熱處理變形會(huì)變大所以就不得不采用緩加熱、緩冷卻。因此，盡量不要使用易敏化的鋼，盡可能地使用極低碳或穩(wěn)定化不銹鋼。 （ 5）異材焊接 不銹鋼與普碳鋼、低合金鋼焊接的情況很多，但是根據(jù)使用的焊棒，有時(shí)會(huì)引起焊接開裂，另外在使用過程中尤其是在高溫下使用，也有焊縫斷裂的現(xiàn)象。 18 圖 9 去應(yīng)力退火溫度和應(yīng)力去除率（ S US 3 04） （ a）焊接開裂 從 shaffler 組織圖上可以一清二楚地看到，普碳鋼跟奧氏體系不銹鋼融合的情況下，前者多馬氏體就多，容易引起低溫開裂；后者多在高溫下就會(huì)轉(zhuǎn)變成完全的奧氏體組織，容易發(fā)生高溫開裂。從而，在這樣的異材焊接時(shí)，如果能選擇適當(dāng)?shù)暮赴粢约昂附訔l件，使溶敷金屬變?yōu)樯晕⒑需F素體的奧氏體組織，那么無論哪種焊接開裂都難發(fā)生。一般在普碳鋼、低合金鋼和奧氏體不銹鋼或 Cr 系不銹鋼和 CrNi系不銹鋼等的異材焊接時(shí)，常使用 309 或 309Mo 等焊棒。 圖 1 0 S h a f fle r 組織圖 19 （ b）異材焊接部位的性能 異材焊接部在常溫下使用基本上不成問題，但在高溫下使用時(shí)，容易引起下述的 問題。 ο 碳素移動(dòng) 以如同在前一項(xiàng)所述的組合進(jìn)行焊接，即鐵素體材料，用奧氏體熔敷鋼被結(jié)合的情況，加熱至高溫后，就會(huì)從兩側(cè)的成份以及不同組織之間引起 C 的擴(kuò)散移動(dòng)。即，引起從鐵素體到奧氏體，低 Cr側(cè)到高Cr的 C 移動(dòng)。因此，鐵素體鋼的結(jié)合部由于脫碳現(xiàn)象而軟化，在高溫強(qiáng)度下降的同時(shí)，結(jié)晶晶粒粗大化，在常溫下脆化。在高溫下被使用的鍋爐管的異材接手（例〈 347 型〉 +〈 2C r Mo 鋼〉）是前者現(xiàn)象的典例。 針對(duì) 于從鐵素體 到奧氏體有 C 移 動(dòng)，有可 能的話用 因科內(nèi)爾（ Inconel）系合金進(jìn)行堆疊后，用奧氏 體系焊棒焊接，鐵素體坯料的C 就難向因科內(nèi)爾側(cè)移動(dòng)，脫碳現(xiàn)象不易產(chǎn)生，由此夾緊強(qiáng)度也不會(huì)劣化，有著很好的效果。針對(duì)于低 Cr側(cè)向高 Cr 側(cè)的 C 移動(dòng)希望盡可能地使用同合金系的焊棒。 ο 熱疲勞 奧氏體的熱膨脹系數(shù)與鐵素體的相比，大 40%左右，所以像這樣的異材接手在快速加熱冷卻時(shí)會(huì)經(jīng)受熱沖擊，在反復(fù)加熱時(shí)會(huì)經(jīng)受熱疲勞。這種情況，開裂通常容易在較弱的鐵素體側(cè)沿著焊接縫產(chǎn)生。為防止這樣的事故，希望采用在鐵素體鋼中比較類似膨脹系數(shù)的因科內(nèi)爾系合金的焊棒進(jìn)行堆焊（將因科內(nèi)爾系合金涂放于要焊接的母材的中間）。另外， 為防止同高 Cr 鋼的焊接從焊接開裂以及脆化，經(jīng)常使用奧氏體系焊棒，在反復(fù)加熱頻繁的場(chǎng)合盡可能要用同金屬焊棒。 25 不銹鋼的釬焊 所謂釬焊，就是熔融添加持有比要焊接的母材的金屬熔點(diǎn)還低的熔點(diǎn)的非鐵金屬或者其合金，并且不熔化其母材進(jìn)行焊接的方法。使用于這種焊接的添加金屬叫做釬材，一般把熔融溫度在 450℃以上的叫做硬釬， 450℃以下的叫做軟釬進(jìn)行區(qū)分。 釬焊的特點(diǎn)：釬材通過毛細(xì)管現(xiàn)象向極窄的間隙擴(kuò)散，起到作為連接材的功能。因此，為提高改善釬材的擴(kuò)散，清潔母材表面，使用提高融洽性為目的的助溶劑和調(diào)節(jié) 釬焊部間隙是相當(dāng)重要的。這個(gè)間隙從接手的強(qiáng)度方面來說也是很重要的。 不銹鋼的釬焊因?yàn)槟覆淖陨碛兄韵碌奶卣?，所以比起普碳鋼等要?fù)雜。 （ a）由于含有許多的 Cr，會(huì)形成強(qiáng)固的氧化膜。 20