马氏体不锈钢的焊接

三、马氏体不锈钢的焊接

1．焊接性

①这类钢焊接时主要的问题是淬火裂纹和延迟裂纹。热影响区具有强裂的淬硬化倾向并形成很硬的马氏体组织。

当焊接接头刚度大或含氢量高时，在焊接应力作用下，由高温直接冷至120～100℃以下时，很容易产生冷裂纹。含碳量越高，裂纹倾向越大。

②使用与母材同成分的焊条焊接时，焊前应预热，预热温度一般为200～320℃，最好不要高于马氏体开始转变温度。

③焊件焊后不应从焊接高温直接升温进行回火处理，应先使焊件冷却，让焊缝和热影响区的奥氏体基本分解完。对于刚度较小的构件，可冷至室温后再回火。

④马氏体不锈钢导热性低，易过热，在热影响区产生粗大的组织。

2．焊材的选用

焊缝金属的化学成分主要取决于焊接材料。为了保证焊接结构的使用性能，除采用与母材化学成分、力学性能相当的同质焊接材料外，对于含碳量较高的马氏体钢，或在焊前预热、焊后热处理难以实施以及接头拘束度较大的情况下，也常采用奥氏体型的焊接材料，以提高接头的塑性、韧性，防止焊接裂纹的发生。

采用与母材同质的焊接材料施焊时，焊缝及热影响区将会硬化变脆，有很高的冷裂倾向。为了防止冷裂纹的产生，通常情况下，当工件厚度大于2mm时，要采取焊前预热、焊后热处理的措施。

采用奥氏体型的焊接材料时，焊缝金属为奥氏体组织或以奥氏体为主的组织，焊接接头在强度方面通常为低强匹配，而且由于焊缝金属在化学成分、金相组织与热处理性能以及其他力学性能方面与母材有很大的差异，焊接残余应力不可避免，对焊接接头的使用性能会产生不利的影响，因此，在采用奥氏体型焊接材料时，应根据对接头性能的要求，严格选用焊接材料，有时还可以采用镍基材料，使焊缝金属的热膨胀系数与母材接近，尽量降低焊接残余应力以及在高温状态下使用时的热应力。

焊条电弧焊焊接马氏体不锈钢时的焊条选用见表5－39，焊接时采用较大的热输入，即较大的焊接电流，缓慢的冷却速度。

表5－39　焊接马氏体不锈钢用焊条

续表

3．预热及焊后热处理

采用同质焊接材料焊接马氏体不锈钢，预热是防止冷裂纹的重要措施，钢的淬硬性越大，焊接接头的拘束度也越大，则预热温度也要相应高些。一般的预热温度为150～400℃。随着钢中含碳量的增加，预热温度要相应提高，见表5－40。多层焊时需保持层间温度，焊后还要进行热处理。

表5－40　马氏体不锈钢的预热焊后热处理

焊后热处理可以显著降低焊缝与热影响区的硬度，改善其塑性和韧性，同时可以消除或降低焊接残余应力。根据不同的需要，焊后热处理有回火和完全退火，为了便于焊后的机械加工，可以采用完全退火，退火温度一般在830～880℃，保温2h后随炉冷却至595℃，然后空冷。回火温度的选择，主要根据焊接接头力学性能和耐蚀性能的要求，一般在650～750℃，至少保温1h后空冷。

高铬马氏体不锈钢一般在淬火+回火的调质状态下进行焊接，焊后经高温回火处理，使焊接接头具有良好的力学性能。如果在退火状态下焊接，会出现不均匀的马氏体组织，焊后要进行调质处理。

4．焊接工艺要点

①焊前仔细清洗待焊处的油、污、锈、垢，正确选择焊接顺序。

②采用与母材同成分焊条焊接时，需预热及焊后热处理。用奥氏体焊条焊接的接头，一般在焊后状态使用，视焊件厚度，焊前可不预热或低温预热。

③为提高塑性，减少应力，焊前应进行200～320℃预热。焊接过程中要控制层间温度。

④可以采用大电流焊接，以减缓冷却速度。

⑤对大厚度的焊件，焊后冷至100～150℃，保温0.5～1h，然后再加热至回火温度，进行焊后回火处理。

⑥必须填满弧坑，防止产生弧坑裂纹。

⑦多层焊时，要严格进行每道焊缝的清渣工作，保证焊透。

⑧焊后不能进行热处理的焊件，可选用高塑性、韧性的奥氏体不锈钢焊条或镍基合金焊条。

5．焊接方法

马氏体不锈钢的焊接主要采用焊条电弧焊、氩弧焊、埋弧焊以及等离子弧焊等焊接方法，焊条电弧焊是最常用的一种焊接方法。采用焊条电弧焊时，焊条需经过300～350℃高温烘干，以减少扩散氢的含量，降低焊接冷裂纹的敏感性。钨极氩弧焊主要用于薄壁构件(如薄壁管道)及其他重要部件的打底焊。它的特点是焊接质量高，焊缝成形美观。对于重要部件的焊接接头，为了防止焊缝背面的氧化，打底焊时可采用背面通氩气的保护措施。

有时也可采用Ar+CO₂或Ar+O₂的富氩混合气体保护焊来焊接马氏体不锈钢，具有焊缝质量好，焊接效率高等特点，同时，焊缝金属也具有较高的抗氢致裂纹性能。

焊条电弧焊焊接马氏体不锈钢时，采用较大的热输入，即较大的焊接电流，缓慢的冷却速度。其平焊时的焊接参数见表5－41。

表5－41　焊条电弧焊焊接马氏体不锈钢对接平焊的焊接参数

续表