為了克服普通純度高鉻鐵素體型不銹鋼管在焊接過(guò)程中出現(xiàn)的晶間腐蝕和焊接接頭脆化而引起的冷裂紋,在焊接工藝上應(yīng)采取以下措施:
1. 預(yù)熱
鐵素體不銹鋼管在室溫時(shí)韌性較低,焊接時(shí)焊接接頭易形成高溫脆化,在一定條件下可能產(chǎn)生裂紋。通過(guò)預(yù)熱,使焊接接頭處于富有韌性的狀態(tài)下施焊,能有效地防止裂紋的產(chǎn)生;但是,焊接時(shí)的熱循環(huán)又會(huì)使焊接接頭近縫區(qū)的晶粒急劇長(zhǎng)大粗化,從而引起脆化。為此,預(yù)熱溫度的選擇要慎重,一般控制在100~150℃,目的在于使被焊材料處于韌性較好的狀態(tài)和降低焊接接頭的應(yīng)力。隨著母材金屬中含鉻量的提高,預(yù)熱溫度可相應(yīng)提高。預(yù)熱溫度過(guò)高,又會(huì)使焊接接頭過(guò)熱而脆硬。
2. 焊接材料的選擇
最好選用含有Ti、Nb穩(wěn)定化元素的高純鐵素體不銹鋼管焊接材料,以防止多層多道焊接時(shí)產(chǎn)生敏化,以及焊縫金屬吸收焊接氣氛中的C和N后造成晶間腐蝕。控制焊縫中 Ni、Cu和Mo的含量,防止Ni、Cu和Mo含量超過(guò)臨界值,接頭在氯離子介質(zhì)中產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。
可以焊前預(yù)熱或焊后進(jìn)行熱處理的焊接構(gòu)件,可選用與母材金屬化學(xué)成分相同的焊接材料;對(duì)于不允許預(yù)熱或焊后不能進(jìn)行熱處理的焊接構(gòu)件,應(yīng)選用奧氏體不銹鋼焊接材料,以保證焊縫具有良好的塑性和韌性。
當(dāng)采用同質(zhì)的焊接材料時(shí),接頭的耐腐蝕性能與鐵素體母材接近,但焊縫金屬晶粒為粗大的鐵素體組織,韌性很差。須通過(guò)焊后熱處理,使焊接接頭的塑性得到改善,韌性略有提高。
3. 475℃脆性的防止
475℃脆性是高鉻鐵素體不銹鋼管焊接時(shí)的主要問(wèn)題之一。焊接時(shí)采取小的熱輸入,窄道焊接并控制道間溫度,縮短鐵素體不銹鋼焊接接頭在這個(gè)溫度區(qū)間的停留時(shí)間,以防止475℃脆性的產(chǎn)生。
一旦出現(xiàn)475℃脆性,可以在600℃以上溫度短時(shí)間加熱,再以較快的速度冷卻,給予消除。
4. 焊后熱處理
對(duì)于同質(zhì)材料焊成的鐵素體不銹鋼管焊接接頭,熱處理的目的是使焊接接頭組織均勻化,使過(guò)飽和碳和氮完全析出,鉻來(lái)得及補(bǔ)充到貧鉻區(qū),以恢復(fù)其耐蝕性;同時(shí)也可改善焊接接頭的塑性,從而提高其塑性及耐蝕性。焊后熱處理溫度為750~800℃,是一般的回火溫度,實(shí)際上是空冷的退火處理。值得注意的是,退火后應(yīng)快冷,以防止475℃脆性產(chǎn)生。
5. 熱輸入
在焊接過(guò)程中,應(yīng)采用小的熱輸人進(jìn)行施焊,以減少高溫脆化和475℃脆性的影響。
當(dāng)選用的焊接材料與母材金屬的化學(xué)成分相當(dāng)時(shí),必須按上述工藝措施進(jìn)行。如選用奧氏體不銹鋼焊接材料,則可免除焊前預(yù)熱和焊后熱處理,但對(duì)于不含穩(wěn)定化元素的鐵素體型不銹鋼管焊接接頭來(lái)說(shuō),熱影響區(qū)的粗晶脆化和晶間腐蝕問(wèn)題不會(huì)因填充材料改變而變化。奧氏體或奧氏體-鐵素體焊縫金屬基本上與鐵素體型不銹鋼母材等強(qiáng)度;但在某些腐蝕介質(zhì)中,這種異質(zhì)焊接接頭的耐蝕性可能低于同質(zhì)的接頭。