您好,欢迎访问湖北宜化集团化工机械设备制造安����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ����������� �������Ƴ�������装有限公司!
化工设备
联系我们
宜化化机
邮箱:yihuahuaji123����� �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������@163.com
电话:186-7173-094����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������3
地址:湖北省宜昌市猇亭大道399号
当前位置: 首页 > 解决方案 > 化工设备

化工设备

全|不锈钢压力容器的焊接技术
发布时间:2023-06-08 12:03����� �������Ƴ����������� �������Ƴ����������� �������Ƴ�������:48浏览次数:

压力容器用不锈钢及其焊接特����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������点


所谓不锈钢是指在钢中加进一定量的铬元����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������素后,使钢处于钝化状态,具有不生锈����� �������Ƴ����������� �������Ƴ�������的特性。为达到此目的,其铬含量����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������必须在12%以上。为进步钢的钝化����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������性,不锈钢中还往往需加进能使钢钝化����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������的镍、钼等元素。一般所指的不锈钢实际上是不锈����� �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������钢和耐酸钢的总称。不锈钢并����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������不一定耐酸,而耐酸钢一般均具有良好的不����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������锈性能。不锈钢按其钢的组织不同可����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������分为四类,即奥氏体不锈钢、铁素����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体-铁素体双相����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������不锈钢。


全|不锈钢压力容器的焊接技术(图3)


1. 奥氏体不锈钢及其焊接特点

奥氏体不锈钢是应用广泛的不锈钢,以高Cr-Ni����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������型为普遍。目前奥氏体不锈钢大致����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������可分为Cr18-Ni8型、Cr����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������25-Ni20型、Cr25-Ni35型。奥氏体不����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������锈钢有以下焊接特点:


① 焊接热裂纹 奥氏体不锈钢由于其热传导率小,����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������线膨胀系数大,因此在焊接过程中,焊接接头部位的����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������高温停留时间较长,焊缝易形����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������成粗大的柱状晶组织,在凝固结晶����� �������Ƴ����������� �������Ƴ�������过程中,若硫、磷、锡、锑、铌等杂质����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������元素含量较高,就会在晶间形成低熔点����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������共晶,在焊接接头承受较高的拉����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������应力时,就易在焊缝中形成凝固裂纹,在热影响����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������区形成液化裂纹,这都属于焊接热裂纹����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������。防止热裂纹有效的途径是降低钢及焊材中����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������易产生低熔点共晶的杂质元素和使铬镍奥氏体����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������不锈钢中含有4% ~ 12%的铁素体组织。


② 晶间腐蚀 根据贫铬理论,在晶间上析出碳化铬����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������,造成晶界贫铬是产生晶间腐����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������蚀的主要原因。为此,选择超低碳焊材或含有铌、钛����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������等稳定化元素的焊材是防止晶间腐蚀的主要措����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������施。


③ 应力腐蚀开裂 应力腐蚀开裂通常表现为脆性破����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ�������坏,且发生破坏的过程时间短,因此危害严重。造成奥����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������氏体不锈钢应力腐蚀开裂的����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������主要原因是焊接残余应力。焊接接头的组����� �������Ƴ����������� �������Ƴ�������织变化或应力集中的存在,局部腐蚀介质浓缩也是����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������影响应力腐蚀开裂的原因。����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������


④ 焊接接头的σ相脆化 σ相是一种脆硬的金属间化����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������合物,主要析集于柱状晶的晶界。γ相和δ相都可发����� �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������生σ相转变。比如对于Cr25Ni20型����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������焊缝在800℃ ~ 900℃加热时,就会发生强����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������烈的γ→δ转变。对于铬镍型奥����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ�������氏体不锈钢,特别是铬镍钼型不锈钢,易发生δ→����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������σ相转变,这主要是由于铬、钼元素具有明显的σ化作����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������用,当焊缝中δ铁素体含量超过12����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������%时,δ→σ的转变非常明显,造成焊缝金属的����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������明显的脆化,这也就是为什����� �������Ƴ����������� �������Ƴ�������么热壁加氢反应器内壁堆焊层将δ铁素体含����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������量控制在3%~10%的原因。


2. 铁素体不锈钢及其焊接特点
铁素体不锈钢分为普通铁素体不锈钢����� �������Ƴ����������� �������Ƴ�������和超纯铁素体不锈钢两大类,����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������其中普通铁素体不锈钢有Cr12����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������� ~ Cr14型,如00Cr12、0Cr13����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������Al;Cr16 ~ Cr18型,如1Cr17M����� �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������o;Cr25 ~ 30型。

由于普通铁索体不锈钢中的碳、氮含量较����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ�������高,故加工成形及焊接都较困难,耐蚀����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������性也难以保证,使用受到限制,����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������在超纯铁素体不锈钢中严格控制了钢中的碳和氮总量,����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������一般控制在0.035% ~ 0.045%、0.0����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������30%、0.010% ~ 0.015%三个����� �������Ƴ����������� �������Ƴ�������层次,同时还加进必要的合金元����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������素以进一步进步钢的耐腐蚀性和综合性能。����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������与普通铁素体不锈钢相比,超纯高铬铁素����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ�������体不锈钢具有很好的耐均匀腐蚀、点����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ����������� �������Ƴ�������蚀及应力腐蚀性能,较多的应用于石����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������化设备中。铁素体不锈钢有以下焊接����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������特点:

① 焊接高温作用下,在加热温度达到1000����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ�������℃以上的热影响区特别在近缝区的晶粒会急剧长����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������大,焊后即使快速冷却,也无法避免因晶粒粗大����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������化引起的韧性急剧下降及较高的晶间腐蚀倾向。

② 铁素体钢本身含铬量较高,有害����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������元素碳、氮、氧等也较多,脆性转变����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������温度较高,缺口敏感性较强。因此,焊后脆化����� �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������现象较为严重。

③ 在400℃ ~ 600℃长时间加热����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������缓冷时,会出现475℃脆化,����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������使常温韧性严重下降。在55����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������0℃ ~ 820℃长时间加热后,则轻易从铁素体����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������中析出σ相,也明显降低其塑、韧性。

3. 马氏体不锈钢及其焊接特点
马氏体不锈钢可分为Cr13型马氏体不锈钢、低����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������碳马氏体不锈钢和超级马氏体不锈钢。Cr13型具有����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������一般抗腐蚀性能,从Cr12为基的马����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������氏体不锈钢,因加进镍、钼、钨、钒等合金����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������元素,除具有一定的耐腐蚀性能,还具有较高的高温����� �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������强度及抗高温氧化性能。

马氏体不锈钢的焊接特点:Cr13型马氏体不����� �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������锈钢焊缝和热影响区的淬硬倾向特别大,焊接接头在空����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������冷条件下便可得到硬脆的马氏体,在焊����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ����������� �������Ƴ�������接拘束应力和扩散氢的作用下,很轻易出现焊����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������接冷裂纹。当冷却速度较小时,近缝区及焊缝金����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������属会形成粗大铁素体及沿晶析出����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������碳化物,使接头的塑、韧性明显降低。

低碳及超级马氏体不锈钢的焊缝和热影响区冷却后,固����� �������Ƴ����������� �������Ƴ�������然全部转变为低碳马氏体,但没有明显的淬硬现象,具����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������有良好的焊接性能。


压力容器用不锈钢焊材选用

1. 奥氏体不锈钢焊材选用
奥氏体不锈钢焊材的选择原则是在无����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������裂纹的条件下,保证焊缝金属的耐蚀性能及力学性能与����� �������Ƴ����������� �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������母材基本相当,或高于母材,一般����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������要求其合金成分大致与母材成分匹配。对于耐蚀的奥����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������氏体不锈钢,一般希看含一定����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������量的铁素体,这样既能保证良好的抗裂性能,又能有很����� �������Ƴ����������� �������Ƴ�������好的抗腐蚀性能。但在某些特殊介质中,如尿素设备����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������的焊缝金属是不答应有铁素体存在����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������的,否则就会降低其耐蚀性。对耐热����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������用奥氏体钢,应考虑对焊缝金属内铁素体含量的控制。����� �������Ƴ����������� �������Ƴ�������对于长期在高温运行的奥氏体钢焊件,焊缝金����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������属内铁素体含量不应超过5%。读者可根据Scha����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������effler图,按焊缝金属中的����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������铬当量和镍当量估计出相应的铁素体含量。����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������


全|不锈钢压力容器的焊接技术(图4)


2. 铁素体不锈钢焊材选用
铁素体不锈钢焊材基本上有三类:1)成分基本与����� �������Ƴ����������� �������Ƴ������母材匹配的焊材;2)奥氏体焊����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������材;3)镍基合金焊材,由于其����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������价格较高,故很少选用。

铁素体不锈钢焊材可采用与母材相����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������当的材料,但在拘束度大时,很轻����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������易产生裂纹,焊后可采用热����� �������Ƴ����������� �������Ƴ�������处理,恢复耐蚀性能,并改善接头塑性。采用奥氏体����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������焊材可免除预热和焊后热处理,但对于不含稳����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ����������� �������Ƴ�������定元素的各种钢,热影响区的敏化仍然存����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������在,常用309型和310型铬镍奥氏体焊材。对于C����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������r17钢,也可用308型焊材,合金含量高的焊材有����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������利于进步焊接接头塑性。奥����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������氏体或奥氏体一铁素体焊缝金属基本与铁素体母材等强����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ�������,但在某些腐蚀介质中,焊缝的耐蚀性可����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������能与母材有很大的不同,这一点在选择焊材����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������时要留意。

3. 马氏体不锈钢焊材选用
在不锈钢中,马氏体不锈钢是可以利用热处����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������理来调整性能的,因此,为了保����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������证使用性能的要求,特别是耐热用马氏体不锈钢,焊����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������缝成分应尽量接近母材的成分。为了防止冷裂����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������纹,也可采用奥氏体焊材,这时的焊缝强度必����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������然低于母材。

焊缝成分同母材成分相近时,焊缝和热影响����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������区将会同时硬化变脆,同时在热影响区中出现回����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������火软化区。为了防止冷裂,厚度3mm以上的构件����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������往往要进行预热,焊后也往往需要进行热处����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������理,以进步接头性能,由于焊缝����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������金属与母材的热膨胀系数基本一致,����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������经热处理后有可能完全消除焊接����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������应力。


全|不锈钢压力容器的焊接技术(图5)


当工件不答应进行预热或热处理时,可选择����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������奥氏体组织焊缝,由于焊缝具有较����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������高的塑性和韧性,能松弛焊接应力����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������,并且能较多地固溶氢,因而����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������可降低接头的冷裂倾向,但这����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������种材质不均匀的接头,由于热膨胀系数不同,在循����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������环温度的工作环境下,在熔合区可能产生剪应力,而导����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������致接头破坏。

对于简单的Cr13型马氏体钢,不采用奥氏体����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������组织的焊缝时,焊缝成分的调整余地未几,����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������一般都和母材基体相同,但必����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������须限制有害杂质S、P及Si等,Si在Cr13型����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������马氏体钢焊缝中可促使形成粗大的马氏体。降低含C量����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������,有利于减小淬硬性,焊缝中存在����� �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ�������少量Ti、N或Al等元素,也可细化晶粒并降低����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������淬硬性。

对于多组元合金化的Cr12基马氏体热强钢,����� �������Ƴ����������� �������Ƴ����������� �������Ƴ����������� �������Ƴ�������主要用途是耐热,通常不用奥氏����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������体焊材,焊缝成分希看接近母材。在调整����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������成分时,必须保证焊缝不致出现一次铁素体相,����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������因它对性能十分有害,由于Cr13基马氏体热强����� �������Ƴ����������� �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������钢的主要成分多为铁素体元素(����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ������如Mo、Nb、W、V等),为保证全����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������部组织为均一的马氏体,必须用奥氏体元素����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������加以平衡,也就是要有适当的C、����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������Ni、Mn、N等元素。

马氏体不锈钢具有相当高的冷裂倾向,因此必须严����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������格保持低氢,甚至超低氢,在选择焊材时,必须����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������要留意这一点。


压力容器用不锈钢焊接要点

1. 奥氏体不锈钢焊接要点

总的来说,奥氏体不锈钢具有优����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������良的焊接性。几乎所有的熔化焊����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ�������接方法均可用于焊接奥氏体不锈钢,奥氏体不����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������锈钢的热物理性能和组织特点决定了其����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������焊接工艺要点。

① 由于奥氏体不锈钢导热系数小而����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������热膨胀系数大,焊接时易于产生较����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������大的变形和焊接应力,因此����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������应尽可能选用焊接能量集中的焊接方法。

② 由于奥氏体不锈钢导热系数小,在同样的电流����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������下,可比低合金钢得到较大的熔深。同时又由����� �������Ƴ����������� �������Ƴ����������� �������Ƴ������于其电阻率大,在焊条电弧焊时,为了避免焊条发红,����� �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������与同直径的碳钢或低合金钢焊条相比,焊接电����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������流较小。

③ 焊接规范。一般不采用大线能量进行焊接 。焊条����� �������Ƴ����������� �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������电弧焊时,宜采用小直径焊条,快����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������速多道焊,对于要求高的焊����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������缝,甚至采用浇冷水的方法以加速冷却,对于纯奥氏����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������体不锈钢及超级奥氏体不锈钢,由����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������于热裂纹敏感性大,更应严格控制焊接线能量,防止����� �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ������焊缝晶粒严重长大与焊接热裂纹的����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������发生。

④ 为进步焊缝的抗热裂性能和耐蚀性����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������能,焊接时,要特别留意焊接区的����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������清洁,避免有害元素渗透焊缝。

⑤ 奥氏体不锈钢焊接时一般不需要预热。为了防止焊����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������缝和热影响区的晶粒长大及碳化物的����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������析出,保证焊接接头的塑、韧性和耐蚀姓,应����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������控制较低的层间温度,一般����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������不超过150℃。


2. 铁素体不锈钢焊接要点

铁素体不锈钢的铁素体形成元素相对较多,奥氏����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������体形成元素相对较少,材料淬硬和冷����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������裂倾向较小。铁素体不锈钢在焊接热循环����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������的作用下,热影响区晶粒明显长大,接����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������头的韧性和塑性急剧下降。热影响区晶粒长大����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ�������的程度取决于焊接时所达到的高温度及其保持时间����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������,为此,在焊接铁素体不锈钢时,应尽量采����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ�������用小的线能量,即采用能量集中的方法,如小电流T����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������IG、小直径焊条手工焊等,同����� �������Ƴ����������� �������Ƴ�������时尽可能采用窄间隙坡口、高的焊����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������接速度和多层焊等措施,并严格控制层间温度。


由于焊接热循环的作用,一般铁素体不����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������锈钢在热影响区的高温区产生敏化,����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ�������在某些介质中产生晶间腐蚀。焊后经700~����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������850℃退火处理,使铬均匀化,可恢复其耐蚀性����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������。

普通高铬铁素体不锈钢可采用焊条电弧焊、气体保护焊����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������、埋弧焊焊等熔焊方法。由于高铬钢固有的低塑性,以����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������及焊接热循环引起的热影响区晶粒长����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������大和碳化物、氮化物在晶界集聚,焊接接����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ�������头的塑性和韧性都很低。在采用����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ�������与母材化学成分相似的焊材且拘束度大时,����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������很易产生裂纹。为了防止裂����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������纹,改善接头塑性和耐蚀性,以焊条电����� �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������弧焊为例,可以采取下列工艺����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ�������措施。

① 预热100 ~ 150℃左右,使材料����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������在富有韧性的状态下焊接。含铬越����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������高,预热温度应越高。

② 采用小的线能量、不摆动焊接。多层焊时����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������,应控制层间温度不高于150℃����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������,不宜连续施焊,以减小高����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������温脆化和475℃脆性影响。

③ 焊后进行750 ~ 800℃退火处理,由于����� �������Ƴ����������� �������Ƴ�������碳化物球化和铬分布均匀,可恢复耐����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������蚀性,并改善接头塑性。退火后应快冷,防止出现σ相����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������及475℃脆性。


3. 马氏体不锈钢焊接要����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������点

对于Cr13型马氏体不锈钢,当采用同材质����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������焊条进行焊接时,为了降低冷裂纹敏����� �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������感性,确保焊接接头塑、韧性,应选用低����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������氢型焊条并同时采取下列措����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������施:

① 预热。预热温度随钢材����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������含碳量的增加而进步,一般在����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������100℃ ~ 350℃范围内。

② 后热。对于含碳量较高或拘束度大的焊����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������接接头,焊后采取后热措施,以����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������防止焊接氢致裂纹。

③ 焊后热处理。为改善焊接接头塑、韧性和耐蚀性,����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������焊后热处理温度一般为650℃ ~ 750℃����� �������Ƴ����������� �������Ƴ�������,保温时间按1h / 25m����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������m计。


对于超级及低碳马氏体不锈钢,一般可不采取����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������预热措施,当拘束度大或焊缝中含氢量较高时,采取����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������预热及后热措施,预热温度一般为����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������100℃ ~ 150℃,����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������焊后热处理温度为590 ~ 620℃。对于����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������含碳量较高的马氏体钢。或在焊前预热、焊后热处����� �������Ƴ����������� �������Ƴ�������理难以实施,以及接头拘束度较����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������大的情况下,工程中也可用奥氏体型的焊材,以进����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������步焊接接头的塑、韧性,防止����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������产生裂纹。但此时焊缝金属为奥氏体组织����� �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ�������或以奥氏体为主的组织时,与母材强度相比����� �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ������实为低强匹配,而且焊缝金属与母材在化学成分����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������、金相组织、热物理性能、力学性能差别很大,����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������焊接残余应力不可避免,轻易引发应����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������力腐蚀或高温蠕变破坏。


 双相不锈钢的焊接


1. 双相不锈钢的类型
双相不锈钢由于具有奥氏体+铁素体双相����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������组织,且两个相组织的含量基本相当,故兼有奥氏体����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������不锈钢和铁素体不锈钢的特点。屈服强度可达����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������400Mpa ~ 550MPa,是普通奥����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������氏体不锈钢的2倍。与铁素体不锈钢相比,����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������双相不锈钢的韧性高,脆性转变����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������温度低,耐晶间腐蚀性能和焊接性能均明����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������显进步;同时又保存了铁素����� �������Ƴ����������� �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������体不锈钢的一些特点,如475℃脆����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������性、热导率高、线膨胀系数小,具有超塑性及磁����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������性等。与奥氏体不锈钢相比,双相不锈钢����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������的强度高,特别是屈服强度明显进步,且����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������耐孔蚀性、耐应力腐蚀、耐腐蚀疲惫等性能也有明显的����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������改善。

双相不锈钢按其化学成分分类,可分为����� �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ�������Cr18型、Cr23(不含Mo)型����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ�������、Cr22型和Cr25型四类。对于����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������Cr25型双相不锈钢又可分为普通����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������型和超级双相不锈钢,其中近����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������年来应用较多的是Cr22型和C����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������r25型。我国采用的双相不锈钢以瑞����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������典产居多,具体牌号有:3RE60(Cr18型����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������),SAF2304 (Cr2����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������3型),SAF2205 (Cr22型����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������),SAF2507(Cr25����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������型)。

2. 双相不锈钢的焊接特点����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ�������
① 双相不锈钢具有良好的焊接����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������性,它既不像铁素体不锈钢焊接时����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������热影响区易脆化,也不像奥����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������氏体不锈钢易产生焊接热裂纹,����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������但由于它有大量的铁素体,当刚����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������性较大或焊缝含氢量较高时,有可能产生氢致冷裂纹,����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������因此严格控制氢的来源是非常重要����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������的。

② 为了保证双相钢的特点,确保焊接接头的组织中����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������奥氏体及铁素体比例合适是����� �������Ƴ����������� �������Ƴ�������这类钢焊接的关键所在。当焊后接����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������头冷却速度较慢时,δ→γ的二次相变化较充分,因����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������此到室温时可得到相比例比较合适的双相组����� �������Ƴ����������� �������Ƴ�������织,这就要求在焊接时要有适当大的焊����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������接热输人量,否则若焊后冷却����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������速度较快时,会使δ铁素体����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������相增多,导致接头塑韧性及耐蚀性严重下降。

3. 双相不锈钢焊材选用
双相不锈钢用的焊材,其特点是焊缝组织����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������为奥氏体占优的双相组织,主要耐����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������蚀元素(铬、钼等)含量与母材相当,从而保证与母����� �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ������材相当的耐蚀性。为了保证焊缝中奥����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ�������氏体的含量,通常是进步镍和氮的含量,也就是进����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ�������步约2% ~ 4%的镍当����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������量。在双相不锈钢母材中,一般都����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������有一定量的氮含量,在焊材中也希看有一定的����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������含氮量,但一般不宜太高,否则会产����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������生气孔。这样镍含量较高就成了焊材与����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������母材的一个主要区别。

根据耐腐蚀性、接头韧性的要求不����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������同来选择与母材化学成分相匹配����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������的焊条,如焊接Cr22型双相不锈钢,可选用C����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������r22Ni9Mo3型焊条,如E220����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������9焊条。采用酸性焊条时脱渣优良,����� �������Ƴ����������� �������Ƴ�������焊缝成形美观,但冲击韧性较����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������低,当要求焊缝金属具有较高的冲击韧����� �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������性,并需进行全位置焊接时,应采用碱性焊条。当����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������根部封底焊时,通常采用碱性焊条。当对焊缝金属����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������的耐腐蚀性能具有特殊要求时,还应采用超级双相钢成����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������分的碱性焊条。

对于实心气体保护焊焊丝,在保����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������证焊缝金属具有良好耐腐蚀����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������性与力学性能的同时,还应留意其焊接工艺����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������性能,对于药芯焊丝,当要求焊����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������缝成形美观时,可采用金红石型或钛钙型药芯焊丝,当����� �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������要求较高的冲击韧度或在较大的����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������拘束度条件下焊接时,宜采����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������用碱度较高的药芯焊丝。

对于埋弧焊宜采用直径较小的焊����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������丝,实现中小焊接规范下的多层多道焊,����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������以防止焊接热影响区及焊缝金����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ�������属的脆化,并采用配套的碱性焊剂。

4. 双相不锈钢的焊接要点
① 焊接热过程的控制 焊接线能量、层间温����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������度、预热及材料厚度等都会影响焊接时的冷却速度,从����� �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������而影响到焊缝和热影响区的组织和性能。����� �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������冷却速度太快和太慢都会影响到双相钢焊接接头的韧性����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������和耐腐蚀性能。冷却速度太快时会引起过����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������多的α相含量以及Cr2N的析出增加。过慢的冷却����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������速度会引起晶粒严重粗大,甚至有可能析出����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������一些脆性的金属间化合物,����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������如σ相。表1列出了一些推荐的焊接线能量����� �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������和层间温度的范围。在选择线能量时还����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������应考虑到具体的材料厚度,表中线能量的����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������上限适合于厚板,下限适合于薄����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������板。在焊接合金含量高的ω(����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������Cr)为25 % 的双相钢和超级不锈钢时,为获得����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������佳的焊缝金属性能,建议高层����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������间温度控制在100℃。当焊后要求热处理时����� �������Ƴ����������� �������Ƴ�������可以不限制层间温度。

② 焊后热处理 双相不锈钢焊后����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������好不进行热处理,但当焊态����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������下α相含量超过了要求或析出了有害相,如σ相����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������时,可采用焊后热处理来改善。所用的热处理方����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������法是水淬。热处理时加热应尽可能快,在����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������热处理温度下的保温时间为5 ~ 30min����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������,应该足以恢复相的平衡。在热处理时金属的氧����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������化非常严重,应考虑采用惰性气体保护。对����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������于ω(Cr)为22 % 的双相钢应����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������在1050℃ ~ 1100℃温度下进行热处理,而����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������ω(Cr)为25 % 的双相钢和超级双����� �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������相钢要求在1070℃ ~����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������� 1120℃温度下进行热处理。

不锈钢压力容器焊接实例


直径为800mm,壁厚为10mm的闪蒸罐,壳体材����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������质为0Cr18Ni9。
说明:
① 筒体直径为800mm,焊工可以钻进筒体内焊����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������接,故筒体纵、环缝故采用焊条电弧焊����� �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ������进行双面焊。
② 本设备无人孔,故合拢焊缝只能从外侧焊接。为����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������保证焊接质量,采用TIG焊打底����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������。但不锈钢氩弧焊焊接时背面金属会被氧化,以����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������前只能通过采用背面充氩保护的方法,但是����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������当设备较大或背面无法实施氩气保护时,将大量浪费����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������氩气,且仍可能出现保护不好。为解决这一工艺困难,����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������日本油脂公司焊接事业部开发制造了一种背����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������面自保护不锈钢TIG焊丝,这是一����� �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������种具有特殊涂层的焊丝,涂层(����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������即药皮)熔化后会渗透到熔池����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������背面,形成一层致密的保护层,相当于焊条药皮的作用����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������。这用焊丝的使用方法与普通的TIG焊丝完全相同����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������,涂层不会影响正面的电弧和熔池形态,大大����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������降低了不锈钢氩弧焊的焊接本钱����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������。本设备中,若采用背面氩气保护,氩气浪����� �������Ƴ����������� �������Ƴ�������费严重,故采用了自保护焊丝。
③ 接管与平焊法兰角焊缝、接管与壳体角焊缝,鉴����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������于此部位焊缝外形和焊接条件,一般选用焊条电����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������弧焊。若接管直径太小,为����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������了减少焊接难度,也可以采用TIG����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������焊。
④ 支座与壳体焊接角焊缝属非����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������承压焊缝,采用熔化极气体保护焊����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������(保护气体为纯CO2),效率高,焊����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������缝成形好。TFW-308L为焊����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������材牌号,其焊材型号为E30����� �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������8LT1-1(AWS A5.22)。