【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 有害雜質(zhì)元素的偏析，從而促使形成連續(xù)的晶間液膜，增加了熱裂紋的敏感性。 ⑶ 性能 從奧氏體不銹鋼的物理性能看，它具有熱導(dǎo)率小、線脹系數(shù)大的特點(diǎn)，因而在焊接局部加熱和冷卻條件下，易產(chǎn)生較大的焊接殘余應(yīng)力，進(jìn)一步促進(jìn)焊接熱裂紋的產(chǎn)生。從上述三方面分析可知，奧氏體不銹鋼的焊接熱裂紋傾向比低碳鋼大的多，尤其是高鎳奧氏體不銹鋼。2． 防止奧氏體不銹鋼產(chǎn)生熱裂紋的主要措施 ⑴ 冶金措施 ① 嚴(yán)格控制焊縫金屬中有害雜質(zhì)元素的含量。鋼中鎳含量越高，越應(yīng)該嚴(yán)格控制硫、磷、硼、硒等有害元素的含量。 ② 調(diào)整焊縫化學(xué)成分。加入鐵素體化元素，使焊縫金屬出現(xiàn)奧氏體－鐵素體雙相組織，能夠有效地防止焊縫熱裂紋的產(chǎn)生。 ③ 控制焊縫金屬中的鉻鎳比。對(duì)于188型不銹鋼來(lái)說(shuō)，；~，就可以防止熱裂紋的產(chǎn)生。這一措施的實(shí)質(zhì)也是為保證有一定量的鐵素體存在。 ④ 在焊縫金屬中加入少量的鈰、鋯、鉭等微量元素。這些元素可以細(xì)化晶粒，也可以減少焊縫對(duì)熱裂紋的敏感性。上述冶金元素主要是通過(guò)選擇焊接材料來(lái)達(dá)到調(diào)整焊縫化學(xué)成分的目的。目前我國(guó)生產(chǎn)的18－8型不銹鋼焊條的熔敷金屬，都能獲得奧氏體－鐵素體雙相組織。 ⑵ 工藝措施 焊接時(shí)應(yīng)盡量減小熔池過(guò)熱程度，以防止形成粗大的柱狀晶。為此焊接適宜采用小熱輸入及小截面的焊道；多層焊時(shí)，道間溫度不宜過(guò)高，以避免焊縫過(guò)熱；焊接過(guò)程中焊條不允許擺動(dòng)，采用窄焊縫的操作技術(shù)。此外，液化裂紋主要出現(xiàn)在2520型奧氏體不銹鋼的焊接接頭中。為防止液化裂紋的產(chǎn)生，除了嚴(yán)格限制母材中的雜質(zhì)含量、控制母材的晶粒度以外，在工藝上應(yīng)該盡量采用高能量密度的焊接方法、小熱輸入和提高接頭的冷卻速度等措施，以減少母材的過(guò)熱和避免斤焊縫區(qū)晶粒的粗化[4]。有些奧氏體不銹鋼的焊接接頭，在腐蝕介質(zhì)中工作一段時(shí)間后可能發(fā)生局部沿著晶界的腐蝕，一般稱此種腐蝕為晶間腐蝕。根據(jù)母材類型和所采用焊接材料與焊接工藝不同，奧氏體不銹鋼焊接接頭可能發(fā)生在焊縫區(qū)、HZA敏化區(qū)（600~1000℃）和熔合區(qū)。1． 晶間腐蝕 ⑴ 產(chǎn)生晶間腐蝕的原因 奧氏體不銹鋼焊縫和HZA敏化區(qū)的晶間腐蝕，都與敏化過(guò)程使晶界形成貧鉻層有關(guān)。焊縫產(chǎn)生晶間腐蝕可有兩種情況：一種是焊態(tài)下已有Cr23C6析出，如多層焊縫的重復(fù)加熱區(qū)域；另一種為接頭在焊態(tài)下貧鉻層，但焊后經(jīng)過(guò)敏化溫度區(qū)間，因而具有晶間腐蝕傾向。 從“貧鉻理論”的角度看，奧氏體不銹鋼在固溶狀態(tài)下，碳以過(guò)飽和形式溶解在固熔體中，加熱時(shí)，過(guò)飽和的碳與鉻結(jié)合以Cr23C6的形式沿晶界析出。Cr23C6析出消耗了大量的鉻，因而使晶界附近鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低到低于鈍化所需的最低的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，則在晶界表面形成了貧鉻層。貧鉻層的電極電位比晶粒內(nèi)低得多，當(dāng)金屬與腐蝕介質(zhì)接觸時(shí)，就形成了微電池，電極電位低的境界稱為陽(yáng)極，因此被腐蝕介質(zhì)溶解腐蝕。奧氏體不銹鋼在加熱到450~850℃時(shí)，對(duì)晶界腐蝕最敏感，此溫度區(qū)間稱敏化溫度區(qū)。這是因?yàn)楫?dāng)溫度低于450℃時(shí)，碳原子活動(dòng)能力很弱，Cr23C6析出困難不會(huì)形成貧鉻層；而當(dāng)溫度高于850℃時(shí)，晶粒內(nèi)部的鉻獲得了足夠的動(dòng)能，擴(kuò)散到境界，從而使已形成的盆各層消失；而在450~850℃溫度區(qū)間內(nèi)，既有利于Cr23C6的析出，晶粒內(nèi)部的鉻原子又不能擴(kuò)散到境界，最容易形成貧鉻層，對(duì)晶間腐蝕最敏感。當(dāng)然，如果在450~850℃溫度區(qū)間加熱足夠長(zhǎng)的時(shí)間，晶內(nèi)的鉻原子也可以擴(kuò)散到境界使貧鉻層消失。⑵ 防止焊接接頭產(chǎn)生晶間腐蝕的措施 1 ) 冶金措施 ① 使焊縫金屬具有奧氏體鐵素體雙相組織，其鐵素體的體積分?jǐn)?shù)應(yīng)在4％~12％范圍內(nèi)，不僅能提高焊縫金屬抗晶間腐蝕的能力和抗應(yīng)力腐蝕的能力，同時(shí)還能提高焊縫金屬抗熱裂紋的能力。 ② 在焊縫金屬中滲入比鉻更容易與碳結(jié)合的穩(wěn)定化元素，如鈦、鈮、鉭和鋯等。一般認(rèn)為鈦碳比大于5時(shí)，能提高抗晶間腐蝕的能力。試驗(yàn)結(jié)果證明，；，才能徹底的改善晶間腐蝕的傾向。這是由于鈦優(yōu)先地與全部的碳結(jié)合，消除了晶界的貧鉻地帶，從而改善了抗蝕性。 ③ 超低碳有利于防止晶間腐蝕。最大限度地降低碳在焊縫金屬中的含量，達(dá)到低于碳在不銹鋼中室溫溶解極限值以下，使碳不可能與鉻生成Cr23C6，從根本上消除晶界的貧鉻區(qū)。％時(shí)，就能提高焊縫金屬的抗晶界腐蝕能力。如上所述，為了使焊縫金屬中含有恰當(dāng)?shù)暮辖鹪胤N類和數(shù)量，只有從焊接材料著手，選擇滿足上述冶金因素條件的焊條、焊劑及焊絲，才能使焊縫金屬達(dá)到不產(chǎn)生晶間腐蝕的目的。2 ) 工藝措施① 選擇合適的焊接方法，即選擇熱輸入最小的焊接方法，讓焊接接頭盡可能地縮短在敏化溫度區(qū)間停留的時(shí)間。對(duì)于薄件、小型規(guī)則的焊接接頭，應(yīng)選用能量集中的真空電子束焊、等離子弧焊、鎢極氬弧焊；對(duì)于中等厚度的板材的焊縫，可采用熔化極氣體保護(hù)焊；而大厚度的板材的焊接，選用埋弧焊、焊條電弧焊為常用的焊接方法，氣焊不宜采用。② 焊接參數(shù)應(yīng)在保證焊縫質(zhì)量的前提下，采用小的焊接電流，最快的焊接速度。③ 在操作上盡量采用窄焊縫，多道多層焊，并注意每焊完一道焊縫后要等焊接處冷卻至室溫在進(jìn)行下一道焊縫的焊接。在施焊過(guò)程中，不允許焊條或焊絲擺動(dòng)；焊接管子采用氬弧焊打底時(shí)，可以不加填充材料進(jìn)行熔焊，在可能的條件下，管內(nèi)通氬氣保護(hù)。其作用是保護(hù)熔池不易氧化，加快焊縫的冷卻速度，有利于背面焊縫的成形。對(duì)于接觸腐蝕介質(zhì)的焊縫，在有條件的情況下一定要最后施焊，以減少接觸戒指焊縫的受熱次數(shù)。④ 強(qiáng)制焊接區(qū)的快速冷卻。對(duì)于有規(guī)則的焊縫，在可能的條件下焊縫背面可用純銅墊，在銅墊上通水或通保護(hù)氣體等方式進(jìn)行強(qiáng)迫冷卻，有利于防止焊接接頭的晶間腐蝕，因?yàn)榭焖倮鋮s可以防止貧鉻層的形成。⑤ 進(jìn)行固溶處理或穩(wěn)定化處理。奧氏體不銹鋼的熱處理方法有固溶處理和穩(wěn)定化處理。固溶處理是把鋼加熱到1050~1150℃，得到成分均勻的單相奧氏體組織，然后快冷，使高溫過(guò)飽和固溶體組織狀態(tài)保持到室溫。固溶處理后。奧氏體不銹鋼具有最低的強(qiáng)度和硬度，最好的耐蝕性，是防止晶間腐蝕的重要手段。出現(xiàn)敏化現(xiàn)象的奧氏體不銹鋼可再次用固溶處理來(lái)消除。穩(wěn)定化處理是針對(duì)含穩(wěn)定劑的奧氏體不銹鋼而設(shè)計(jì)的一種熱處理工藝。奧氏體不銹鋼中加穩(wěn)定劑（Ti或Nb）的目的是讓鋼中的碳與Ti或Nb形成穩(wěn)定的TiC或NbC的溶解溫度，一般在850~900℃，并保溫2~4h。穩(wěn)定化處理也可以用于消除因敏化加熱而產(chǎn)生的晶間腐蝕傾向。⒉ 刀狀腐蝕 ⑴ 刀狀腐蝕產(chǎn)生的原因 刀狀腐蝕簡(jiǎn)稱刀蝕，它是焊接接頭中特有的一種晶間腐蝕，只發(fā)生在含有Ti、Nb等穩(wěn)定化元素的奧氏體不銹鋼焊接接頭中。腐蝕部位沿熔合線發(fā)展，處于HAZ的過(guò)熱區(qū)，由于區(qū)域很窄（~），形狀猶如刀削切口，故稱為刀狀腐蝕。高溫過(guò)熱和中溫敏化是導(dǎo)致焊接接頭過(guò)熱區(qū)產(chǎn)生刀蝕的重要條件。刀蝕產(chǎn)生的原因也與Cr23C6析出沉淀造成貧鉻層有關(guān)。含有穩(wěn)定劑的奧氏體不銹鋼，鋼中的大部分碳與Ti、Nb形成TiC、NbC。焊接時(shí)在溫度超過(guò)1200℃的過(guò)熱區(qū)，鈦和鈮的碳化物溶入固溶體中。在高溫的作用下，由于碳的擴(kuò)散能力強(qiáng)，故溶解的碳能迅速向晶界處遷移，冷卻后偏聚在晶界附近呈過(guò)飽和狀態(tài)，而鈦和鈮則因擴(kuò)散能力低而留于晶內(nèi)。如果焊接接頭在敏化溫度區(qū)間再次加熱時(shí)，過(guò)飽和的碳將在奧氏體晶界Cr23C6形式析出，而Ti、Nb由于在奧氏體相里的擴(kuò)散速度非常慢，很難遷移到晶界與碳再次結(jié)合，這樣Ti、Nb就失去了穩(wěn)定化元素的作用，使晶界形成貧鉻層，在腐蝕介質(zhì)的作用下就會(huì)產(chǎn)生刀蝕。 ⑵ 防止刀蝕的措施1 ) 降低母材的含碳量。這是防止刀蝕的有效措施，如超低奧氏體不銹鋼的焊接接頭就不會(huì)產(chǎn)生刀蝕。 2 ) 采用合理的焊接工藝。在保證焊縫質(zhì)量的前提下，盡量選擇較小的熱輸入，以減小過(guò)熱區(qū)在高溫停留時(shí)間，并注意避免在焊接過(guò)程中產(chǎn)生“中溫敏化”的效果；雙面焊時(shí)，與腐蝕介質(zhì)接觸的焊縫應(yīng)盡量最后施焊，如不能實(shí)施，則應(yīng)調(diào)整焊接參數(shù)及焊縫形狀，盡量避免與腐蝕介質(zhì)接觸的過(guò)熱區(qū)再次受到敏化加熱，焊接過(guò)程中或焊后采用強(qiáng)制冷卻的方法，使焊縫快速冷卻；焊后矯正時(shí)應(yīng)采用冷矯方法進(jìn)行；對(duì)腐蝕性能要求較高的焊件，必要時(shí)要進(jìn)行焊后的穩(wěn)定化處理或固溶處理。1． 應(yīng)力腐蝕開裂產(chǎn)生原因應(yīng)力腐蝕開裂是在拉應(yīng)力和特定腐蝕介質(zhì)共同作用下而發(fā)生的一種破壞形式。隨著拉應(yīng)力的加大，發(fā)生破壞的時(shí)間縮短；當(dāng)拉應(yīng)力減小時(shí)，腐蝕量也隨之減小，甚至不發(fā)生破壞。應(yīng)力腐蝕開裂是奧氏體不銹鋼非常敏感且經(jīng)常發(fā)生的腐蝕破壞形式。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料表明：應(yīng)力腐蝕開裂引起的事故占整個(gè)腐蝕破壞事故的60％以上。奧氏體不銹鋼由于導(dǎo)熱性差、線脹系數(shù)大、屈服點(diǎn)低，焊接時(shí)很容易變形，當(dāng)焊接變形受到限制是，焊接接頭中必然會(huì)殘留較大的焊接殘余拉應(yīng)力，加速腐蝕介質(zhì)的作用。因此，奧氏體不銹鋼焊接接頭容易出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕開裂，這是焊接奧氏體不銹鋼時(shí)最不易解決的問(wèn)題之一，特別是在化工設(shè)備中，應(yīng)力腐蝕開裂現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)。應(yīng)力腐蝕開裂的表面特征是：裂紋均發(fā)生在焊縫表面上；裂紋多平行且近似垂直焊接方向；裂紋細(xì)長(zhǎng)并曲折，常常貫穿有黑色點(diǎn)蝕的部位。從表面開始向內(nèi)部擴(kuò)展，點(diǎn)蝕往往是裂紋的根源，裂紋通常表現(xiàn)為穿晶擴(kuò)展，裂紋尖端常出現(xiàn)分枝，裂紋整體為樹枝狀。嚴(yán)重的裂紋可穿過(guò)熔合區(qū)進(jìn)入熱影響區(qū)。2． 防止應(yīng)力腐蝕開裂的措施 1 ) 合理的設(shè)計(jì)焊接接頭。避免腐蝕介質(zhì)在焊接接頭部位聚集，降低或消除焊接接頭應(yīng)力集中。2 ) 消除或降低焊接接頭殘余應(yīng)力。焊后進(jìn)行消除應(yīng)力處理是常用工藝措施，加熱溫度在850~900℃之間才可得到比較理想的消除應(yīng)力效果；采用機(jī)械方法，如表面拋光、噴丸和錘擊來(lái)造成表面壓應(yīng)力；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要盡量采用對(duì)接接頭，避免十字交叉焊縫，單V形坡口改用雙Y形坡口等。3 ) 正確選用材料。選用母材和焊接材料，應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的特性選用對(duì)應(yīng)力腐蝕開裂敏感性低的材料[5]。 根據(jù)上述不銹鋼的焊接特點(diǎn),為保證接頭的質(zhì)量,應(yīng)當(dāng)采用以下焊接工藝: 不銹鋼鋼板的切割以及坡口加工盡量采用機(jī)械加工方法，切割面應(yīng)光滑，采用剪床切割時(shí)，復(fù)層應(yīng)朝上。也可以采用等離子切割，切割時(shí)復(fù)層朝上，嚴(yán)禁將切割的熔渣落在復(fù)層上。 ； ：確保焊接質(zhì)量填充金屬少，熔合比小，便于操作； 。若采用等離子切割、氣割等方法開制坡口，則必須去除復(fù)材表面的氧化層 ； ，不得有裂紋和分層，否則應(yīng)進(jìn)行修補(bǔ)。必須清除可能使焊縫金屬增碳的各種污染。焊接坡口和焊接區(qū)焊前應(yīng)用丙酮或酒精除油和去水。不得用碳鋼鋼絲刷清理坡口和焊縫表面。清渣和除銹應(yīng)用砂輪、不銹鋼鋼絲刷等。 。使用時(shí)應(yīng)將焊條放在焊條筒內(nèi),不要用手直接接觸焊條藥皮。 ,可選用氧化鈦型藥皮焊條。因?yàn)檫@種焊條的電弧穩(wěn)定,焊縫成型美觀。 ,應(yīng)采用氧化鈣型藥皮焊條。其熔渣凝固較快,對(duì)熔化的焊縫金屬可起到一定的支托作用。 ,應(yīng)選用鉻錳含量比母材高的焊絲,以補(bǔ)償焊接過(guò)程中合金元素的燒損。 ,必須將焊件保持較低的層間溫度,最好不超過(guò)150℃。不銹鋼厚板焊接時(shí),為加快冷卻,可從焊縫背面噴水或用壓縮空氣吹焊縫表面,但層間必須注意清理,防止壓縮空氣污染焊接區(qū)。 ,應(yīng)在焊條說(shuō)明書規(guī)定的電流范圍內(nèi)選擇焊接電流。由于不銹鋼電阻值較大,靠近夾持端的一段焊條容易受電阻熱的作用而發(fā)紅,在焊至后半段焊條時(shí)應(yīng)加快熔化速度,使焊縫熔深減少,但熔化速度太快又會(huì)造成未熔合和熔渣等缺陷。從保證接頭的耐腐蝕性考慮,也要求選用較小的焊接電流,減少焊接熱輸入量,防止焊接熱影響區(qū)的過(guò)熱。 ,焊接時(shí)盡量不擺動(dòng)焊條,在保持良好熔合的前提下,盡可能提高焊接速度。 。雖然在不銹鋼的焊接中也存在較高的殘余應(yīng)力,但由于接頭各區(qū)在焊后具有良好的塑性和韌性,使殘余應(yīng)力的有害影響顯著減小。更重要的是消除應(yīng)力處理的溫度范圍正好處于不銹鋼的敏化溫度區(qū),消除應(yīng)力處理反而導(dǎo)致耐蝕性的降低。因此不銹鋼焊件的焊后熱處理的目的不應(yīng)是消除接頭的殘余應(yīng)力,而應(yīng)是提高接頭的耐蝕性。主要有固溶處理和穩(wěn)定化處理[6]。 (1) 引弧 電弧焊時(shí)，引燃焊接電弧的過(guò)程叫做引弧。焊條電弧焊通常采用接觸引弧法，它是先將焊條與工件接觸形成短路，再拉開焊條引燃電弧的方法。根據(jù)操作手法不同又可分為：直擊引弧法和劃擦引弧法。本次實(shí)驗(yàn)操作采用劃擦引弧法。直擊引弧法：使焊條與焊件表面垂直地接觸，當(dāng)焊條的末端與焊件的表面輕輕一碰，便迅速提起焊條并保持一定的距離，立即引燃了電弧。操作時(shí)焊工必須掌握好手腕上下動(dòng)作的時(shí)間和距離。劃擦引弧法：先將焊條末端對(duì)準(zhǔn)焊件，然后將焊條在焊件表面劃擦一下，當(dāng)電弧引然后趁金屬還沒(méi)有開始大量熔化的一瞬間，立即使焊條末端與被焊表面的距離維持在2~4mm的距離，電弧就能穩(wěn)定地燃燒。(2) 焊縫的焊接由于受焊條長(zhǎng)度的限制，焊縫前后兩端出現(xiàn)連接接頭是不可避免的，但焊縫接頭應(yīng)力求均勻，防止產(chǎn)生過(guò)高、脫節(jié)、寬窄不一致等缺陷。焊縫的連接有以下四種情況，中間接頭、相背接頭、相向接頭和分段退焊接頭。(3) 收尾(熄弧)焊縫的收尾是指一條焊縫完成后如何收弧(熄弧)。焊接結(jié)束時(shí)，如果將電弧突然熄滅，則焊縫表面留有凹陷較深的弧坑，會(huì)降低焊縫收尾處的強(qiáng)度，并容易引起弧坑裂紋。過(guò)快拉斷電弧，液體金屬中的氣體來(lái)不及逸出，還容易產(chǎn)生氣孔等缺陷。為克服弧坑缺陷，常用的收尾方法有反復(fù)收尾法、劃圈收尾法和轉(zhuǎn)移收尾法。其中最常用的收尾法是反復(fù)收尾法[7]。實(shí)驗(yàn)過(guò)程 實(shí)驗(yàn)材料及工藝設(shè)備1. 實(shí)驗(yàn)材料(1)本實(shí)驗(yàn)選用的材料為0Cr18Ni9，尺寸為長(zhǎng)寬高＝100mm50mm8mm。(2)選用焊條型號(hào)為A102型。2. 實(shí)驗(yàn)設(shè)備(1) 焊接設(shè)備由于所選的焊接方法是焊條電弧焊，選用帶數(shù)顯的逆變式直流電弧焊機(jī)。(3) 試樣制備設(shè)備本次實(shí)驗(yàn)所用試樣制備設(shè)備有MP2型預(yù)磨機(jī)、MP2型磨拋機(jī)。(4) 檢測(cè)設(shè)備本次實(shí)驗(yàn)所采用的檢測(cè)設(shè)備有CMM355型金相顯微鏡。3. 焊接方法在本次實(shí)驗(yàn)中，考慮待具體情況及易操作性，選用最常見的焊條電弧焊進(jìn)行焊接。4. 焊接參數(shù)樣板個(gè)數(shù)焊接層數(shù)焊接電流焊接電壓焊接速度1號(hào)樣板第一層90~110A18~22V15~