奥氏体不锈钢焊接的缺陷分析及解决办法.pdf

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1、第 6 期 2 0 0 3年 6月 山西 焦 煤 科 技 S h a n x i Co k i n g Co a l S c i e n c e 8 L Te c h n o l o g y NO6 J u n 2 0 0 3 问题 探讨 奥氏体不锈钢焊接的缺陷分析及解决办法 陈 炜 ( 山 西 焦 煤 集 团销 售 公 司 ) 摘要通 过 对 奥 氏体 不锈 钢 焊接 过 程 中及 焊 后 焊接 件 容 易产 生 的 主 要 缺 陷 的 分 析 ， 从 材 料 、 温 度 、 工 艺 等 方 面进 行 全 方 位 地 改进 ， 保 证 焊 接 件 质 量 达 到 满 意 的 焊接 效 果 ，

2、 从 而 提 高 奥 氏 体 不 锈 钢 焊接 件 的使 用 寿命 。 关 键 词 不锈 钢 ； 腐 蚀 ； 组 织 ； 缺 陷 奥氏体型不锈钢 的耐腐蚀 、 耐热性能特别 优 良， 常 用 的典 型 不 锈 钢 是 1 8 8铬 镍 钢 ， 此 类 钢 在 GB3 2 8 0 9 2 中 共 有5 个 钢 号 ，即0 C r l 8 Ni 9 、 1 Cr 1 8 Ni 9、 2 Cr 1 8 Ni 9 、0 Cr 1 8 Ni 9 Ti及1 Cr 1 8 Ni 9 Ti 。 这 类 钢 具 有 较 好 的 力 学 性 能 ， 强 度 、 硬 度 均 很 低 ( HB1 4 0 -1 7 0

3、左 右 ) ， 塑性 和韧 性都较 好 ， 工艺 可焊 性 也较好 ， 便 于进行机械加 工 、 冲压和焊接 。广泛用 于食 品、 石 油 、 化工等 各行 业 ， 如洗 煤 厂用 的振 动 筛 筛板 、 离心机筛篮 、 马弗炉 等 。 但在 焊接过程 中， 如果 工艺处理 不当 ， 则会 产生严重 的接 头 晶间腐蚀 ， 应力 腐 蚀 ， 出现 热裂 纹 现 象 。 奥 氏体不锈钢 中含约 1 8 的铬 ， 其主要作用是 产生钝 化 ， 阻碍 阳极反应 。钢 中含 9的镍 ， 其 主要 作用是扩大 奥 氏体 区( A 区 ) ， 降低 钢 Ms ( 马 氏体 组 织转变温 度线) 点 ( 降

4、低 至室温 以下 ) ， 使钢在 室温时 具有 单相奥 氏体组织 。铬镍在奥 氏体 中的共 同作用 则进 一步改善 了钢 的耐蚀 性 。 不 锈钢含碳量很低 ， 且 钢 中加入 1 左 右 的 Ti ， 其 目的是抑制碳 化物的形 成 。以消除钢 的晶间腐蚀倾 向 。所以在 固溶条件 下 使用不锈钢不会 产生 晶间腐蚀 。 但 不锈 钢在 焊接 时 ， 最容 易产生 的 问题就 是 晶 间腐蚀 。其原 因是 当焊缝 热影 响区温 度达到 4 5 0 C 8 5 0 C区 间 时 ， 原 子 活 动 能 力 加 强 ， 超 过 溶 解 度 的 碳 原 子将 向晶界扩散 ， 并 和铬结合 成 cr

5、 。 C 等碳化 物 ， 并 沉 淀 于 晶 界 。 而 晶 粒 内部 铬 的扩 散 速 度 相 当 慢 ， 来 不 及补 充 晶界 ， 致使 靠 晶界 的 晶粒 表层 产 生 “ 贫铬 ” 现象 ， 使 晶界金 属钝化作用大 大下降 ， 从 而降 低 了晶界的抗蚀能力 。 在腐蚀 介质作用下 ， 最易引起 晶 间腐 蚀 。如 何 防止 不 锈 钢 的 晶 间腐 蚀 呢 ? 下 面 从 材 料 和 工 艺 方 面 加 以 改 进 。 1 通 过母 材 和 焊 接 材 料 调 整 焊 缝 的 化 学成 分 I )通过含碳 量较低 的不锈钢板 做为焊 接母体 ， 焊缝金 属含 碳量越 高 ， 碳

6、和铬形 成 的碳化 物 的机 率 越大 ， 在 晶界上 产生的晶间腐蚀 的倾 向越大 。因此 ， 为了降低 碳 含量 ， 可选 用含碳 量 0 0 8 的低 碳不 锈钢 ， 如 0 Cr l 8 Ni 9或 0 0 C r l 8 Ni 9 ， 但 价格较 昂贵 ； 2 )选用 含 Ti 、 Nb的不 锈钢 做 为 焊 接母 材 ， 钢 材 中加入合 金 成分 Ti 起 稳定 剂 的作 用 ， Ti 与 C的 亲合力强 。因此 ， 容 易生成稳定 的化合 物 ， 从 而避 免 了 C夺 C r的现 象 ， 以保 持 钢 中有 足 够 的 含 铬 量 。 f 0 C r 1 8 N i 9 T

7、i 。 cm 一 C r l 8 N i 。T i 【 1 C r 1 8 N i l 1 N b 3 )单相 奥 氏体组织 比较容易形成 晶问腐蚀 。 如 果焊缝金 属中渗入适 当的铁 素体形成元素 ) ， 就会 使 焊缝金 属形成奥 氏体一铁 素体双相组织 。 单 相 奥 氏体 在 不 锈钢 中决 定其 总体 的耐 蚀 能 力 ， 但单相 奥氏体组织具有粗 大树枝状 晶粒 特征 ， 经 过敏化后 出现的贫铬层能贯 穿于晶粒之 间而构成 腐 蚀介质 的集 中通道 ， 见图( 1 一a ) ， 因而具有较大 的腐 蚀 倾 向 。 在 焊蕊 中加入适量 的 M0 、 S i 等元素 ， 可 以在

8、单 作 者简 介 ； 陈炜 男 1 9 6 8年 出生 1 9 9 1年毕业 于 山西矿 业学 院工 程师太原0 3 0 0 5 3 维普资讯 http:/ 2 8 山 西 焦 煤 科 技 2 0 0 3年第 6期 相奥 氏体 A 中形成铁素 体 F组 织 ， 从 而割 断了奥 氏 体粗 大树枝状 晶粒所构 成 的集 中通道 。如图 1 一b ， 降低 了晶间腐蚀 。此外 ， 铬 在铁素 体 F 中的扩散速 度 比较大 ， 溶 解度 比较高 ， 当奥 氏体 晶界形成碳化 物 时 ， 铬会 从铁 素体 中较快 扩散到 晶界 ， 防止 了晶界贫 铬 层 的形 成 。 贫 C r层 ( a) ( b

9、) 图 1 单 相 奥 氏体 金相 图 实践证 明 ， 奥 氏体不 锈 钢 中单 相奥 氏体 相渗 入 5 9 6 左右 的铁素体相 ， 形成奥 氏体和小量铁 素体的双 相 组 织 ， 可 以获 得 较 好 的 抗 晶 间 的 腐 蚀 能 力 。 因 此 ， 在采用埋 弧 自动焊焊接较 重要 的奥 氏体不锈钢焊缝 时 ， 可 选 用 0 C r l 8 Ni 9 S i 2焊 丝 ， 选 用 以 氟 化 物 为 基 础 的 无 氧 或 低 氧 焊 剂 ， 可 以达 到 满 意 的效 果 。 2工艺 方 面 的 措 施 2 1 焊 后 采 用 的 固溶 化 处理 1 8 8型 不 锈 钢 或 其

10、 焊 缝 金 属 在 温 度 为 4 5 0 C 8 5 0 C停 留 时 间 愈 长 ， 晶 间 腐 蚀 愈 严 重 ， 通 常 把 4 5 0 C 8 5 0 C的 温 度 区 间 称 之 敏 化 温 度 ( 又 称 危 险 温 度 区 ) 。 当 1 8 8型 不 锈 钢 材 及 其 焊 接 接 头 ， 热 影响 区最 高温度低 于 6 0 0 C或高于 1 0 0 0 C时 ， 通常 不 会 产 生 晶 间 腐 蚀 敏 化 现 象 。 当加热温度低 于 4 5 0 C或在 敏化区停 留时间很 短 ， 碳 的 扩 散 能 力 弱 或 来 不 及 析 出 ， 不 会 形 成 贫 铬 层 ，

11、 不 致 造 成 晶 间 腐 蚀 。焊 后 将 焊 接 件 放 在 炉 内 加 热 ， 加 热 到 1 0 5 0 C， 保 温 3 O mi n， 然 后 水 冷 ， 称 之 为 固溶处 理 ， 此 时析 出的碳化物 不稳 定 ， 易发生分解 和 重 新溶人 奥 氏体 中， 固溶 处理 后 在定温 下焊 缝及 热 影 响 区的组织 即为单相奥 氏体 。 固 溶 处 理 与 一 般 碳 钢 和 合 金 钢 的 淬 火 处 理 不 同 。 固溶 处 理 对 1 8 8型 不 锈 钢 来 说 是最 有 效 的软 化处 理 ， 处理后 不锈钢 的强 度很低 ， 而塑性很高 。例 如 1 C r l

12、8 Ni 9 Ti 通 过 固溶 处 理 后 ， 屈 服 极 限 o s 2 O O Mp a ， 延伸率 艿 4 O 9 6 。 2 2焊后 做 稳 定 化 处 理 稳 定 化 处 理 的 目的 在 于彻 底 消 除 晶 间 腐 蚀 的倾 向。稳 定 化 处 理 的 加热 温 度 应 高 于碳 化 物 ( C r F e ) 。 C 完 全 溶 解 的 温 度 而 低 于 碳 化 钛 完 全 溶 解 的 温 度 ， 以 使 ( CrF e ) 。 C 完 全 溶 解 而 保 留部 分 碳 化 钛 ， 随后 冷速要缓慢 ， 以便使加 热时溶 于奥 氏体 中的 那 一 部 分 碳 化 钛 在 冷

13、 却 时 充 分 析 出 ， 这 样 碳 就 几 乎 全 部 稳 定 于 碳 化 钛 之 中 ， 而 使 ( C r F e ) 。 C 不 会 再 析 出 ， 从而相 对提高 了固溶体 的含铬量 ， 增加其耐蚀 能力 。1 C r 1 8 Ni 9 Ti 采 用稳定 化处理 的工艺 为 ： 加 热 温 度 8 5 0 C 8 8 0 C， 保 温 6 h ， 空 冷 或 随炉 冷 。 2 3采 用适 当的 焊 接 规 范 ， 减 少 热 影 响 区 奥 氏体不锈钢 的焊 接规范是 以在焊接熔池停 留 时 间最 短 为 宗 旨 。 在 保 证 焊 接 质 量 的前 提 下 ， 宜 采 用 小

14、电 流 ， 快 速 焊 和 短 弧 焊 ， 以 减 少 热 影 响 区 的 范 围 。 尤其 是 厚 度 较 薄 的 不 锈 钢 板 ， 宜 采 用 直 流 反 接 法 ， 以 减 少 熔 池 产 生 过 热 现 象 和烧 穿 现 象 。在 焊 接 材 料 的 选 择 方 面 ， 宜 选 用 超 低 碳 或 能 造 成 双 相 组 织 的 焊 条 或 焊 丝 。 3奥 氏体 焊 接 件 热 裂 纹 的 产 生 及 预 防 奥 氏体不 锈钢单相粗 大 C枝状结 晶极有利 于杂 质 的偏析 ， 尤其在 含有低溶点共 晶元素较高时 ， 容易 在粗 大枝状 结 晶间形 成低熔 点 共 晶体 的液 态薄

15、 膜 ， 由于存 在焊接拉应力 ， 焊缝极 易在高温 时 ， 沿低熔点 共 晶体 的液态薄 膜处开裂而形 成热裂纹 。 预 防 热 裂 纹 的 主 要 措 施 是 严 格 控 制 焊 接 缝 中 杂 质 的 含 量 ， 同 时 可 在 焊 缝 金 属 中 加 入 少 量 的 易 形 成 铁素体 的元 素如硅 、 钛 、 钼等 ， 以形 成双相组织 ， 既可 以减 少 晶间腐蚀 的倾 向， 又可 以切 断粗 大奥 氏体 的 枝状 结晶 ， 细化 晶粒 ， 防止杂质 的聚集和低熔共 晶层 的 形 成 。 4奥 氏体 焊 接 件 应 力 腐 蚀 的 产 生 及 预 防 经 过 焊 接 或 冷 加 工

16、 的 1 8 8型不 锈 钢 都 会 存 在 残余应力 ， 如不设法消 除将会 引起应力 腐蚀 ， 造成金 属 机械性能下 降 ， 导致早 期断裂 。 通常在焊接 以前 可 预制一个 变形 并 在焊 后锤击 焊缝 来松 驰残余 应力 ； 或者将碳 钢焊接构 件在 6 0 0 C上 下进 行整体退火处 理 ( 保 温 时 间 要 长 些 ) ， 将 不 锈 钢焊 接 构 件做 高 于 8 2 0 C热处理来 消除焊接残余应力 。 收稿日 期2 0 0 3 0 5 1 6 ( 下 转 第 3 9页) 维普资讯 http:/ 2 0 0 3年 第 6期 唐 新 莲 ： 小 区给 水 流 量 计 算

17、的 探 讨 3 9 流 量 叠 加 乘 以折 减 系 数 的方 法 ， 具 体 公 式 ： q f - - - 0 2 aN + 志 + 志 。 b n 。 q 。 。 式 中 ： k 。 一折 减系数 ， k的 取 值 与 小 区 的 规 模 ， 公 共 建 筑 用 水 量 占 总 用 水 量 的 比例 及 区 内设 施 完 善 程 度 均 有 关 系 。建 议 k 。 值 在 0 5 0 8范 围 内取 值 ， 特 殊 情 况 时取 1 。 小 区 规 模 小 ， 公 共 建 筑 用 水 量 比例 较 大 时 ， 则 采 用 的 k - 值 较 大 ， 直 至 1 ； 反 之 ， 则 采

18、用 的 k - 值 较 小 ， 直 至 0 5 。 4结 论 1 )当小 区有公共 建筑 时 ， 可将公共 建筑 流量按 公式 ( 3 ) 进行计算 ， 再 根据 工程具体情况乘 以折减系 数 0 5 1后 与 住 宅 流 量 迭 加 得 小 区 总 流 量 ； Di s c us s i on on Ca l c ul a t i o n 2 )公 式 ( 2 )q 一 0 2 aN + k N 中 ， 为 保 证 k N 项 与其 修 正项 的意 义相 符 ， 当 0 0 4 a k 。 时 ， 建 议 取 消 修 正 项 志 项 ； 3 )当 N 2 5 0 0时 ， 应 按 室 外 给

19、 水 流 量 公 式 Q 一 mn q k 2 43 6 0 0计算 ， 小 区临界范 围的大小 ， 可 通 过 联 立 公 式 ( 1 ) 、 ( 2 ) 计 算 出 临 界 范 围 的 小 区人 数 或临界状态时 的户数来 决定 。即 ： r q g一 0 2 a N g k N ， Q 一 mn q d k 2 4 3 6 0 0， N 一 。 收稿 日期 2 0 0 3 0 2 2 4 M e t ho ds o f Su pp l y W a t e r 一一 一 Fl o w of Re s i de nt Di s t r i c t Tang Xi nl i a n Ab s

20、t r ac t Di s c us s e s t he r i ght c a l c ul a t i o n m e t ho ds of s up pl y wa t e r f l ow i n de s i gn of r e s i de nt di s t r i c t Ke y wo r ds Re s i de nt di s t r i c t； Suppl y wat e r f l ow ； Cal c ul a t i on ( 上 接 第 2 8页 ) 、 Ana l y s i s a nd S o l v i ng M e t ho ds of Au s

21、t e ni t e S t a i nl e s s S t e e l W e l di ng S hor t c o m i ng Che n we i Abs t r a c t Thr ou gh a na l ys i ng t he mai n s hor t c o m i ng of t e n e nc ount er e d dur i ng a nd a f t e r we l di ng of A us t en i t e s t a i nl e s s， by i m pr ov i ng not onl y m a t e r i al s a nd t e

22、 m p e r a t ur e but t e c hnol o gi c a l c r a f t a n d S O on， r e a c he s a s a t i s f i e d q ua l i t y e f f e c t a nd r a i s e t h e e c o nom i c l i f e o f A us t e ni t e s t a i nl e s s s t e e l we l di ng pa r t s Ke y wo r ds St a i nl e s s； Cor r o de； O r ga ni z at i on； S

23、hor t c om i ng ( 上 接 第 3 0页 ) Di s c us s i o n o n t he De v e l o pm e nt o f Sm a l l Co nv e ya nc e Sy s t e m i n Xi m i ng Coa l M i ne Qi a o Zh a n mi n g Abs t r a c t I nt r od uc e s t he a ppl i c a t i on o f e f f i c i e nt s up pl e m e nt ar y c onv ey a nc e s ys t e m i n X i m i ng c oa l m i ne a t pr e s e nt ， put s f or war d t h e m od e r n i z a i on de ve l op i ng di r e c t i on of s m a l l c on ve y anc e s y s t e m i n f ut ur e Ke y wor ds M i ne c onve y an c e； Smal l c o nve y a nc e s y s t y m ； De v e l opm e nt 维普资讯 http:/