高频焊接不锈钢换热管标准,06Cr19Ni10不锈钢的焊接性分析

【摘要】属于Cr-Ni型奥氏体不锈钢，组织为奥氏体（A）+3-5%铁素体（F），

具有良好的耐腐蚀、耐高温、抗氧化和优良的机械性能； 广泛应用于石油、化工、

医疗、航空、核能等工业部门，通过对钢材焊接性能的分析研究，特提出合同

适当的焊接工艺。

【关键词】可焊性； 焊接热裂纹； 焊接工艺； 热输入和层间温度

1、钢的可焊性分析

奥氏体不锈钢具有面心立方晶格结构，在任何温度下都不发生相变，对氢脆不敏感，其焊接接头在焊接状态下也具有良好的塑性和韧性。 焊接的主要问题是焊接热裂纹、脆化、晶间腐蚀和应力腐蚀。 另外，由于其导热性能差，线膨胀系数大，焊接应力和变形都比较大。

1.1 焊接热裂纹

奥氏体不锈钢比一般结构钢更容易产生焊接热裂纹，其中以焊缝结晶裂纹为主，有时在近焊缝区或多层焊缝层间也会出现液化裂纹。

焊缝的金相组织、化学成分和焊接应力是造成焊接接头热裂纹的主要因素。

分析如下：

1.1.1 焊缝金相组织的影响钢材对热裂纹的敏感性主要取决于焊缝的金相组织。 实践表明，单相奥氏体焊缝比奥氏体中含有少量铁素体的焊缝更容易产生热裂纹。

A。 单相奥氏体焊缝组织 单相奥氏体中镍的含量相对较高。 随着镍含量的增加，奥氏体的稳定化程度增加，对硫、磷、铅等杂质的抵抗力增强。 敏感，与一些极限溶解度低的元素，如铝、硅、钛、铌等，容易形成低熔点共晶，使焊缝金属的实际凝固温度降低，从而增加结晶温度范围; 钢的热导率小，线膨胀系数大，在焊接过程中容易形成较大的焊接拉应力； 单相奥氏体焊缝易形成方向性强的粗大柱状晶组织，有利于上述有害元素和杂质的偏析，从而形成连续的晶间液态夹层； 在熔池凝固过程中，钢中开始产生拉应变的温度高于一般结构钢，且该温度随焊件厚度和焊缝能量的增加而升高，因此累积应变为脆性温度区金属增加； 在以上因素的综合影响下，单相奥氏体不锈钢焊接接头对热裂纹表现出更大的敏感性。

b. 奥氏体加少量镍含量[w(Ni)]的异质焊缝组织 对于镍含量[w(Ni)>15%]的奥氏体不锈钢，不宜采用双相焊缝，以防止结晶裂纹。 因为这类钢含有较高的镍含量，并且具有稳定的奥氏体组织。 要获得铁素体相，必须加入较多的铁素体元素或降低镍含量，这会造成焊缝与母材之间的化学差异。 成分差异很大，导致与母材性能不一致，焊缝塑性和韧性低； 另外，这类钢多为耐热钢，可长期在高温条件下工作。 如果钢中有足够的铁来防止结晶裂纹，元素相不能阻止长期在高温下工作的σ相的析出和脆化。 因此，对于高镍奥氏体不锈钢，需要通过其他方式获得双相组织，以提高抗裂性。

研究表明，使高镍奥氏体不锈钢成为γ+C1或γ+B1双相组织，可以在不降低焊缝高温性能的情况下提高耐镍性。 这里 C1 是初级碳化物，B1 是初级硼化物。 为获得γ+C1双相组织，可适当提高焊缝含碳量并加入适量碳化物形成元素铌形成NbC，W(Nb)/W比值可保持(C)=10，同时限制硅含量，使Nb/Si=4～8，可有效降低热裂倾向。 在焊缝中加入适量的硼形成硼化物也有同样的效果。

1.1.2 焊缝化学成分的影响不锈钢中可能遇到的合金元素对单相奥氏体焊缝和双相奥氏体焊缝的结晶裂纹倾向有不同的影响。 实践表明，对于低镍奥氏体钢焊缝，加入适量的铁素体化元素可显着提高其抗裂性能； 增加奥氏体化元素的含量会增加热裂纹的倾向。 对于高镍单相奥氏体不锈钢焊缝，加入适量的Mn、Mo、W、N、V元素可以提高焊缝的抗裂性能。

1.1.3 焊接应力的影响焊接应力是引起裂纹的机械因素。 奥氏体钢的导热系数小，但线膨胀系数大。 在焊接热循环的作用下，焊缝在凝固过程中会形成较大的焊接内应力，为热裂纹的产生创造力学条件。

1.2焊接工艺

1.2.1 焊接方法

由于钢材具有优良的可焊性，几乎所有的熔焊方法和部分压焊方法都可以焊接。 但从经济技术和实用性角度考虑，最好采用焊条电弧焊、惰性气体保护焊、埋弧焊和等离子弧焊。

(1) 3mm以上钢的电弧焊仍以电弧焊为主，因为电弧焊热源集中，热影响区小，焊接变形小，可适应不同板厚的各种位置和工艺要求； 使用的焊接设备简单，使用的焊条牌号和规格多，配套设施齐全。 但焊条电弧焊对根部焊缝的清洁要求较高，容易产生气孔、夹渣等缺陷； 合金元素的过渡系数小，与氧亲和力强的元素，如钛、硼、铝等，易燃烧。

(2)惰性气体保护焊分为非熔化惰性气体保护焊(TIG)和熔融极惰性气体保护焊(MIG)两种，是焊接钢材的理想焊接方法。 由于相对集中的热源和氩气的冷却作用，焊接热影响区窄，晶粒长大倾向小，焊缝致密，焊接缺陷少，无需清理根部焊接后； 可实现全位置、机械化焊接。 缺点是焊接设备较复杂，一般必须使用直流弧焊电源，成本较高。

氩弧焊（GTAW）焊分为手工焊和机动焊两种。 TIG焊常用于焊接厚度小于3mm的薄板。 这种焊接方法通常用于接头的打底焊。

MIG 焊有两种类型，自动和半自动。 对于厚度大于6mm的钢滴转移，应采用喷射转移。 该焊接位置只适用于平焊和横焊。 薄板焊接宜采用短路转移，可实现全位置焊接。

(3)埋弧焊适用于中厚板的焊接。 由于该焊接方法工艺参数稳定，焊缝外观成型好，焊缝组织均匀，因此接头的耐蚀性高。 但埋弧焊热输入（线能）大，熔池体积大，冷却速度小，高温停留时间长，均能促进奥氏体钢合金的偏析元素和组织的过热倾向，容易导致焊接热裂纹的产生。 此外，焊缝表面也容易氧化。 因此一般不推荐埋弧焊。

(4)等离子弧焊是焊接厚度小于12mm的钢材最理想的方法。 由于等离子弧加热能量集中，利用小孔效应技术可以不开坡口，无需添加填充金属即可实现单面焊一次成型，非常适用于纵缝的焊接轧管。

1.3 热输入和层间温度 钢不能使用过多的焊接热输入（线能）。 一般焊接所需的热输入比碳钢低20%～30%。 焊接热输入过大会引起焊缝开裂高频焊接不锈钢换热管标准，降低接头的腐蚀性能和力学性能，并引起严重的焊接变形。 为此，钢材普遍采用小电流、快焊、短弧操作、多道焊； 焊后一般不进行热处理，通常要求层间温度控制在150℃，以防止焊接热裂纹和以下铬碳化合物析出。

结论

为保证焊接质量，通过对上述钢材的可焊性分析，在焊接过程中进行预防性和有效控制高频焊接不锈钢换热管标准，将获得高质量的焊接接头。

参考：

[1] 焊接技师手册

[2] 注/-2011