為了避免冷裂紋的產生和改善焊接接頭力學性能,施焊過程中應采取焊前預熱,控制層間溫度,進行準確的后熱和焊后熱處理等措施。


 焊接低、中合金調質結構鋼的原則,也適用于馬氏體不銹鋼的焊接。為了獲得優質的焊接接頭,應注意下列焊接工藝特點:



1. 控制焊縫金屬的化學成分


  焊縫金屬的化學成分主要取決于焊接材料。為了保證焊接結構的使用性能,焊縫金屬可以通過兩個途徑獲得:一是采用與母材金屬的化學成分相同或相接近的焊接材料;二是采用與母材金屬化學成分完全不同的焊接材料,如采用奧氏體不銹鋼材料。


  用與母材成分相同或相近的焊接材料施焊時,焊縫與熱影響區將硬化變脆,有很高的冷裂紋傾向。為了防止冷裂紋產生,對于材料厚度大于2mm的焊件通常要進行預熱,焊后要緩冷并還要進行熱處理,以消除焊接應力,從而有助于提高焊接接頭性能。


  當焊接構件不能進行預熱或不便進行熱處理時,可以使用與母材化學成分不同的奧氏體不銹鋼焊接材料進行焊接。其焊縫金屬為奧氏體組織,焊縫具有較高的塑性和韌性,它能松弛焊接應力,并能夠溶入較多的固溶氫,所以能降低焊接接頭形成冷裂紋的傾向。但是這種焊接接頭材質不均勻,焊縫與母材的膨脹系數也不相同,在循環溫度下長期工作,在熔合區產生的切應力可能會導致焊接接頭的提前失效,應引起重視。



2. 焊前預熱和焊后熱處理


  a. 焊前預熱 


    焊接馬氏體型不銹鋼時,若選用與母材成分相同的焊接材料時,為了防止焊接接頭形成冷裂紋,焊前必須預熱。預熱溫度一般在200~260℃之間,且最好不要高于該牌號的馬氏體開始轉變溫度。


    預熱溫度的選擇與材料厚度、填充金屬種類、焊接方法和構件的拘束程度有關。其中與鋼的碳含量關系最大。當碳的質量分數小于0.1%時,預熱溫度可小于200℃;碳的質量分數為0.1%~0.2%時,預熱溫度為200~250℃;當含碳的質量分數大于0.2%時,除預熱溫度要適當提高外,還必須考慮保證多層焊時的層間溫度。


    無論采用哪種熔焊方法,焊前需預熱,預熱溫度與鋼中碳含量有關,見表4-47。


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    馬氏體型不銹鋼的預熱溫度不宜過高,否則將使奧氏體晶粒粗大,并且隨冷卻速度降低,還會形成粗大鐵素體加晶界碳化物組織,使焊接接頭塑性和強度均有所下降。


  b. 焊后熱處理(回火處理)


    焊后熱處理前對焊件溫度有嚴格的要求:焊件焊后不可隨意從焊接溫度直接升溫進行回火熱處理。這是因為焊接過程中形成的奧氏體尚未完全轉變成馬氏體,其未分解的奧氏體在立即升溫回火熱處理溫度的過程中,會發生珠光體轉變,或者成碳化物沿奧氏體晶界沉淀,產生粗大鐵素體加碳化物組織,從而嚴重地降低焊接接頭的韌性,也影響強度,還易使焊接接頭脆斷且對耐蝕性也不利。如果焊接接頭焊后空冷到室溫后再進行熱處理,則馬氏體不銹耐熱鋼會出現空氣淬硬傾向,造成常溫塑性降低,并且在常溫下殘留的奧氏體將繼續轉變為馬氏體組織,使焊接接頭變得又硬又脆,組織應力也隨之增大;若再加上擴散氫的聚集,焊接接頭就有可能產生冷裂紋。正確的方法是,回火前使焊件適當冷卻,讓焊縫和熱影響區的奧氏體基本分解為馬氏體組織。


    對于剛度小的焊接構件,焊后可冷至室溫后再進行回火熱處理。


    對于焊后需要機械加工的構件,為了得到最低硬度,必須采用高溫退火,退火溫度為830~880℃,保溫2h后爐冷至650℃,然后空冷。


  對于剛度大的焊接構件,特別是碳含量較高時,需要進行準確的后熱處理:焊接區空冷至100~150℃,立即在此溫度保溫1~2h。其目的有兩個:一是讓奧氏體充分分解為馬氏體,又不至于立即過分脆化;二是使焊縫中氫向外擴散,起到消氫作用。然后加熱至回火溫度,適當保溫,使馬氏體充分回火得到理想的回火組織。


  焊后回火熱處理的目的是降低焊縫和熱影響區硬度,改善其塑性和韌性,同時減少焊接殘余應力?;鼗饻囟纫话氵x在650~750℃,至少保溫1h后空冷。


  對于高鉻馬氏體不銹鋼,一般在淬火加回火的調質狀態下焊接,焊后經高溫回火處理,即可使焊接接頭具有合格的力學性能;如果鋼材在退火狀態下焊接,則焊后會出現不均勻的馬氏體組織,此時,整個焊件還需經過調質處理,才能使焊接接頭具有均勻的力學性能。


  回火溫度的選擇,應根據工程項目對焊接接頭力學性能和耐蝕性的要求而定,一般選在650~750℃,至少保溫1h后空冷,或者每30mm焊縫保溫1h,隨后空冷。有關焊后熱處理回火溫度對12Cr1320Cr13鋼焊接熱影響區脆性的影響見表4-48。


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3. 焊接方法的選擇


  用焊條電弧焊焊接馬氏體型不銹鋼時,焊條應選用低氫型的,在施焊前要進行高溫烘烤處理,以便徹底消除焊條藥皮中的水分,減少焊接區的擴散氫含量和降低冷裂紋的敏感性。為了防止過熱,應采用小的熱輸入施焊,施焊過程以短弧焊和窄焊縫的操作方法為佳。焊條電弧焊適用于中、厚板的馬氏體型不銹鋼的焊接。


  鎢極氬弧焊適用于薄板焊接,采用直流正極性能提高焊接質量,但要妥善保護好正面和背面焊接溶池,以防止氧化。用氬弧焊焊接薄板時,可以不預熱,冷裂紋傾向較?。缓癜逡盖邦A熱,焊后仍要高溫回火。


  馬氏體型不銹鋼也可選用CO2氣體保護焊,其冷裂紋傾向小于焊條電弧焊,但仍需進行焊前預熱、后熱和焊后熱處理。






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