铁素体不锈钢的焊接

二、铁素体不锈钢的焊接

1．焊接性

①热影响区900℃以上的部位由于晶粒长大，使焊接接头塑性、韧性急剧下降，焊后热处理不能使晶粒细化。

普通高铬铁素体不锈钢焊接接头在焊接热循环的作用下，被加热到950℃以上温度的区域冷却后，会在晶间产生腐蚀的倾向。而后如果在700～850℃进行短时间保温退火处理，又可恢复其耐蚀性。所以，焊接接头产生晶间腐蚀的位置是焊缝附近的高温区。

②普通纯度铁素体型不锈钢中Cr的含量(不论母材或焊缝)大于21%时，若在520～820℃之间长期加热，会出现一种又硬又脆的铁与铬的金属间化合物(HV高达800～1000)，叫σ相。通常，焊接热过程本身以及焊后的热处理都不容易造成σ相脆化。然而，对于长期工作于σ相形成温度区的铁素体型耐热钢的焊接构件，则应加以重视。一般认为800℃高温时，σ相形成速度可能达到最高值，低于此温度形成σ相速度减慢，需较长的时间。

③高铬铁素体不锈钢含(Cr＞16%)常温下韧性较低，当焊接接头刚度较大时，焊后容易产生裂纹。

④当普通纯铁素体不锈钢铬的含量大于等于15.5%时，在温度400～500℃长期加热后，会出现强度升高韧性下降的现象，称之为475℃脆性。一般随含铬量的增加而脆化的倾向严重。若铁素体不锈钢铬的含量在14%左右，在此温度区间长时间运行，亦会对475℃脆性产生敏感。工作构件在400～600℃范围运行后，冷却速度小于10℃/s时，也可产生脆化，且冷却速度缓慢，脆化严重。铬含量小于12%的铁素体不锈钢，可避免脆化的形成。475℃脆性可通过700～800℃短时间加热，紧接着进行水冷的处理来消除。

2．焊材的选用

如果能够采取焊前预热或焊后热处理措施的焊件，可选用与母材金属相同化学成分的焊接材料;对于不允许预热或焊后不能进行热处理的焊件，应选用奥氏体不锈钢焊接材料，以保证焊缝具有良好的塑性和韧性。当采用同质的焊接材料时，焊缝金属呈粗大的铁素体组织，韧性很差。通过焊后热处理，焊接接头的塑性和韧性能得到改善。

焊条电弧焊焊接铁素体不锈钢时的焊条主要有两类，一类是同质的铁素体型焊条;另一类是异质的奥氏体型(或镍基合金)焊条。采用同质焊条焊成的焊缝与母材有同样的颜色，虽然母材与填充金属具有同样的线膨胀系数和大体相似的耐蚀性，但抗裂性不高。采用异质焊条焊成的焊缝具有很好的塑性，应用较广泛，但是要控制好母材金属对奥氏体焊缝的稀释。用异质焊条焊接不能防止热影响区的晶粒长大和焊缝形成马氏体组织，而且焊缝与母材金属的色泽也不同。铁素体型不锈钢的焊条见表5－37。

表5－37　铁素体不锈钢常用焊条

3．预热及焊后热处理

(1)要求低温预热。

高铬铁素体不锈钢在室温时韧性较低，焊接时接头易形成高温脆化，在一定条件下可能产生裂纹。通过预热，使焊接接头在处于富有韧性的状态下施焊，能有效地防止裂纹的产生。但是，焊接接头的热循环又会使接头近缝区的晶粒急剧长大粗化，引起脆化。因此，要严格控制好预热温度，一般预热温度在100～200℃，随着母材金属中含铬量的提高，预热温度可相应提高。但是，过高的预热温度会造成接头脆硬。

(2)焊后热处理。

对于同质材料焊接成的铁素体不锈钢焊接接头，热处理的目的是使焊接接头组织均匀化，从而提高其塑性及耐蚀性。焊后热处理温度一般为750～800℃，是一般的回火温度，即空冷的退火处理。

4．焊接工艺要点

①焊前仔细清除待焊处的油、污、锈、垢。

②根据焊件的结构刚度、使用情况、焊缝数量等具体情况，合理选用焊条，选用小直径的焊条或焊丝。

③焊接过程中，应选用小的焊接热输入，大焊速，窄焊道焊接，焊条不做横向摆动。缩短高温停留时间，不要连续施焊。

④高铬不锈钢焊前要预热到70～150℃，防止产生裂纹。

⑤采用强制冷却焊缝的方法，以减少焊接接头的高温脆化和475℃脆性，同时还可以减少焊接接头的热影响区过热。其方法主要是采用通氩冷却或通水冷却铜垫板等。焊件出现475℃脆化倾向，焊后应进行700～760℃回火处理，然后空冷。

⑥焊接厚度较大的焊件时，每焊完一道焊缝，用铁锤轻轻敲击焊缝表面，改善接头性能。

⑦多层多道焊缝，后道焊缝应等前道焊缝冷至预热温度时再进行焊接。

⑧为消除焊件中已析出的σ脆性相，可以在930～980℃加热，然后于水中急冷，得到均匀的铁素体组织。

5．焊接方法

普通纯度铁素体不锈钢通常采用焊条电弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊和埋弧焊等。以焊条电弧焊最为常见。

普通纯度铁素体不锈钢用焊条电弧焊进行对接平焊时，坡口形式及焊接工艺参数见表5－38。从表中可以看出，采用小的热输入为的是抑制焊接区的铁素体晶粒过分长大，焊接时尽量减少焊缝截面，不要连续多道施焊，要待前一道焊缝冷却到预热温度时，再焊下一道焊缝。

表5－38　铁素体不锈钢对接平焊焊条电弧焊工艺参数

续表