【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 溫開(kāi)裂被分為各種各樣的種類(lèi)，在此對(duì)凝固開(kāi)裂進(jìn)行敘述。凝固開(kāi)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(guò)焊縫凝固時(shí)引起的收縮，受拉伸應(yīng)力產(chǎn)生開(kāi)口的開(kāi)裂形式。在奧氏體鋼中容易引起這樣高溫開(kāi)裂的原因是由于其凝固溫度范圍很寬。作為開(kāi)裂的特點(diǎn)：除在晶間傳導(dǎo)以外，開(kāi)裂的表面附有氧化皮，并且開(kāi)裂的大小、深度比低溫開(kāi)裂小。 作為防止這種高溫開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(mǎn)意，但薄板時(shí)由于受焊接過(guò)程中的變形，倒還不如拘束些更難開(kāi)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?xún)?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(guò)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(lái)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(guò) 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(shuō)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(guò)添加Ti、 Nb 將 C 固定下來(lái)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(zhǎng)時(shí)間曝露時(shí)，比如說(shuō)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(kāi)裂 如前所述，應(yīng)力腐蝕開(kāi)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(kāi)裂 比較遲鈍，因此通常發(fā)生于靠 近焊縫的熱影響區(qū)。開(kāi)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(kāi) 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(kāi)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(kāi)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(wú)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(méi)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(lái)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(kāi)裂，另外在使用過(guò)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(wú)論哪種焊接開(kāi)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(wèn)題，但在高溫下使用時(shí)，容易引起下述的 問(wèn)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(kāi)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(lèi)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(kāi)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(guò)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(lái)說(shuō)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