奧氏體不銹鋼管焊接時,焊縫和近縫區均可產生熱裂紋,這是因為奧氏體不銹鋼管的物理性能有其獨特之處。第一,焊縫金屬結晶期間存在較大的拉應力,奧氏體不銹鋼的熱導率小和線脹系數大,在焊接局部加熱和冷卻的條件下,焊接接頭在冷卻過程中可形成較大的拉伸應力;第二,奧氏體不銹鋼易形成方向性強的柱狀晶的焊縫組織,有利于有害雜質的偏析而促使形成液態夾層,有利于產生熱裂紋;第三,奧氏體鋼含有硫、磷、錫和銻等形成夾層的雜質,硅和硼的作用較強,硼在鐵及鎳中的溶解度均為零,因此易于析集于晶界而引起裂紋,硅在鎳含量較高的鋼中很容易偏析,因而鎳含量越高,硅越易促使增大焊縫熱裂紋傾向。如表3-5所示。


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  如何防止奧氏體不銹鋼管產生焊接熱裂紋呢?首先應嚴格限制有害雜質。通常采用同材質的焊縫金屬,應選擇S、P含量較低的焊接材料,選擇母材時也是如此。還要采用雙相組織,尤其是對于鎳含量小于10%~15%的18-8系列的奧氏體不銹鋼管,提高焊縫抗裂性最有效的手段,就是使焊縫成為γ+δ 雙相組織。一般焊縫組織中δ相的數量超過3%就可以明顯提高抗裂性,如圖3-10所示。當含磷的質量分數超過0.04%時,3% δ相即可防止產生裂紋。這是因為8相的存在有效地消除了γ相組織的方向性,起到細化組織的作用,使低熔點物質不能析集于少數晶界上,破壞低熔點物質的連續分布,減少了有害雜質的作用。


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  焊接鎳含量超過15%的奧氏體不銹鋼管,如長期在高溫下工作時,采用γ+δ雙相組織的焊縫是不適宜的。因為這要求焊縫中的8相數量要多,才能滿足抗裂性的要求。例如焊接16Cr25Ni20Si2(1Cr25Ni20Si2)奧氏體不銹鋼時,為防止焊縫熱裂紋,焊縫的δ相數量要大于25%~30%才可以收效。由此可見,為了獲得一定量的8相,勢必要大幅度減少奧氏體化元素,同時增多鐵素體化合金元素,這樣引起焊縫金屬成分與母材的匹配,勢必影響焊接接頭性能上的匹配性。


  為了提高鎳含量大于15%的奧氏體不銹鋼管的抗裂性,可采用奧氏體加一次碳化物或奧氏體加硼化物的雙相組織,這樣不會有損于焊接接頭的高溫性能。同時嚴格限制有害雜質、合理調整熔敷金屬化學成分進行合金化,也可防止焊縫產生熱裂紋。表3-6是常用合金元素對焊縫熱裂紋傾向的作用。


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