對于用同質焊接材料焊接馬氏體不銹鋼管時,預熱是防止冷裂紋的重要措施,鋼的淬硬性愈大,焊接接頭的拘束度也愈大,則預熱溫度應選高些,一般為160~320℃。多層焊時仍需保持道間溫度,焊后還要進行熱處理。
不論采用焊條電弧焊、熔化極氣體保護焊還是埋弧焊等焊接方法,焊前均需預熱,預熱溫度與鋼中碳含量有關,詳見表6-1。馬氏體不銹鋼管焊后需要熱處理,焊后熱處理的作用是消除或降低殘余應力,降低焊縫金屬與熱影響區的硬度,改善焊接接頭的韌性,同時減少焊接殘余應力。對于剛度小的焊接構件,焊后可以在冷至室溫后再熱處理。對于大厚度的焊接件,特別是鋼材中含碳量較高時,需要采用復雜的熱處理工藝。
一、預熱溫度的選擇
焊接馬氏體不銹鋼管時,若選用與母材金屬成分相同的焊接材料時,為了防止焊接接頭形成冷裂紋,焊前必須預熱。預熱溫度一般在200~320℃,且最好不要高于該鋼號的馬氏體開始轉變溫度。
預熱溫度的選擇與材料厚度、填充金屬種類、焊接方法和構件的拘束程度有關。其中與鋼的碳含量關系最大;當碳的質量分數小于0.1%時,預熱溫度可小于200℃;當碳的質量分數為0.1%~0.2%時,預熱溫度為200~250℃;當碳的質量分數大于0.2%時,除預熱溫度要適當提高外,還必須考慮保證多層焊時的道間溫度。
馬氏體型不銹鋼的預熱溫度不宜過高,否則將使奧氏體晶粒粗大,并且隨冷卻速度降低,還會形成粗大鐵素體加晶界碳化物組織,使焊接接頭塑性和強度均有所下降。
二、焊后回火熱處理和后熱處理
在淬火+回火即調質狀態下進行焊接的焊件焊后熱處理采用回火處理。焊后熱處理(回火處理)前對焊件溫度有嚴格的要求,焊件焊后不可隨意從焊接溫度直接升溫進行回火熱處理。這是因為在焊接過程中形成的奧氏體尚未完全轉變成馬氏體,其未分解的奧氏體在立即升溫到回火熱處理溫度的過程中,會發生珠光體轉變,或者碳化物沿奧氏體晶界沉淀,產生粗大鐵素體加碳化物組織,從而嚴重地降低焊接接頭的韌性,也影響強度,可能造成焊接接頭的脆斷,且降低耐蝕能力。如果焊接接頭焊后空冷到室溫后再進行熱處理,則馬氏體不銹耐熱鋼會出現空氣淬硬傾向,造成常溫塑性降低,并且在常溫下殘留的奧氏體將繼續轉變為馬氏體組織,使焊接接頭變得又硬又脆,組織應力也隨之增大;若再加上擴散氫的聚集,焊接接頭就有可能產生冷裂紋。正確的方法是:回火前使焊件適當冷卻,讓焊縫和熱影響區的奧氏體基本分解為馬氏體組織。
對于剛度大的焊接構件,特別是碳含量較高時,需要進行準確的后熱處理:焊接區空冷至100~150℃,立即在此溫度保溫1~2h。其目的有兩個:一是讓奧氏體充分分解為馬氏體,又不至于立即過分脆化;二是使焊縫中氫向外擴散,起到消氫作用。然后加熱至回火溫度,適當保溫,使馬氏體充分回火,得到理想的回火組織。
回火溫度一般選在650~750℃,至少保溫1h后空冷?;蛘甙疵?0mm厚的焊縫保溫1h,隨后空冷。有關焊后熱處理回火溫度對12Cr13(1Cr13)和20Cr13(2Cr13)鋼焊接熱影響區脆性的影響見表6-2。對于剛度小的焊接構件,焊后可冷至室溫后再進行回火熱處理。
對于焊后需要機械加工的構件,為了得到最低硬度,必須采用高溫退火,退火溫度為830~880℃,保溫2h后隨爐冷至650℃,然后空冷。
三、調質熱處理
高鉻馬氏體不銹鋼管一般在淬火+回火的調質狀態下進行焊接,焊后經高溫回火處理,使焊接接頭具有良好的力學性能。如果鋼材在退火狀態下焊接,會出現不均勻的馬氏體組織,因此,整個焊接構件焊后還需進行調質處理,使焊接接頭具有均勻的性能。