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一、压力容器用不锈钢及其焊接特点所谓不锈钢是指在钢中加进确定量的铬元素后,使钢处于钝化状况,具备不生锈的特点。为抵达此方针,其铬含量务必在12%以上。为先进钢的钝化性,不锈钢中还偶尔需加进能使钢钝化的镍、钼等元素。正常所指的不锈钢现实上是不锈钢和耐酸钢的总称。不锈钢并不确定耐酸,而耐酸钢正常均具备优秀的不锈本能。不锈钢按其钢的布局不同可分为四类,即奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体-铁素体双相不锈钢。

1.奥氏体不锈钢及其焊接特点

奥氏体不锈钢是运用最广大的不锈钢,以高Cr-Ni型最为广大。当前奥氏体不锈钢大体可分为Cr18-Ni8型、Cr25-Ni20型、Cr25-Ni35型。奥氏体不锈钢有下列焊接特点:

①焊接热裂纹奥氏体不锈钢由于其热传导率小,线膨胀系数大,于是在焊接历程中,焊接讨论部位的高温停顿光阴较长,焊缝易产生强悍的柱状晶布局,在凝凝集晶历程中,若硫、磷、锡、锑、铌等杂质元素含量较高,就会在晶间产生低熔点共晶,在焊接讨论秉承较高的拉应力时,就易在焊缝中产生固结裂纹,在热影响区产生液化裂纹,这都属于焊接热裂纹。防范热裂纹最有用的道路是升高钢及焊材中易产生低熔点共晶的杂质元素和使铬镍奥氏体不锈钢中含有4%~12%的铁素体布局。②晶间侵蚀依照贫铬理论,在晶间上析出碳化铬,产生晶界贫铬是产生晶间侵蚀的要紧缘由。为此,抉择超低碳焊材或含有铌、钛等褂讪化元素的焊材是防范晶间侵蚀的要紧举措。③应力侵蚀开裂应力侵蚀开裂每每展现为脆性摧残,且产生摧残的历程光阴短,于是迫害严峻。产生奥氏体不锈钢应力侵蚀开裂的要紧缘由是焊接残存应力。焊接讨论的布局改变或应力集合的存在,部分侵蚀介质浓缩也是影反应力侵蚀开裂的缘由。④焊接讨论的σ相脆化σ相是一种脆硬的金属间化合物,要紧析集于柱状晶的晶界。γ相和δ相都可产生σ相改变。譬如关于Cr25Ni20型焊缝在℃~℃加热时,就会产生猛烈的γ→δ改变。关于铬镍型奥氏体不锈钢,格外是铬镍钼型不锈钢,易产生δ→σ相改变,这主若是由于铬、钼元素具备显然的σ化效用,当焊缝中δ铁素体含量超出12%时,δ→σ的改变格外显然,产生焊缝金属的显然的脆化,这也即是为甚么热壁加氢反映器内壁堆焊层将δ铁素体含量节制在3%~10%的缘由。

2.铁素体不锈钢及其焊接特点

铁素体不锈钢分为普遍铁素体不锈钢和超纯铁素体不锈钢两大类,此中普遍铁素体不锈钢有Cr12~Cr14型,如00Cr12、0Cr13Al;Cr16~Cr18型,如1Cr17Mo;Cr25~30型。由于普遍铁索体不锈钢中的碳、氮含量较高,故加工成形及焊接都较坚苦,耐蚀性也难以保证,应用遭到束缚,在超纯铁素体不锈钢中严峻节制了钢中的碳和氮总量,正常节制在0.%~0.%、0.%、0.%~0.%三个条理,同时还加进须要的合金元素以进一步先进钢的耐侵蚀性和归纳本能。与普遍铁素体不锈钢比拟,超纯高铬铁素体不锈钢具备很好的耐平匀侵蚀、点蚀及应力侵蚀本能,较多的运用于石化征战中。铁素体不锈钢有下列焊接特点:①焊接高温效用下,在加热温度抵达℃以上的热影响区格外在近缝区的晶粒会赶紧长大,焊后假使神速冷却,也无奈防范因晶粒强悍化引发的韧性赶紧下落及较高的晶间侵蚀偏向。②铁素体钢自身含铬量较高,无益元素碳、氮、氧等也较多,脆性改变温度较高,缺口敏锐性较强。于是,焊后脆化局面较为严峻。③在℃~℃万古间加热缓冷时,会呈现℃脆化,使常温韧性严峻下落。在℃~℃万古间加热后,则随便从铁素体中析出σ相,也显然升高其塑、韧性。3.马氏体不锈钢及其焊接特点马氏体不锈钢可分为Cr13型马氏体不锈钢、低碳马氏体不锈钢和超等马氏体不锈钢。Cr13型具备正常抗侵蚀本能,从Cr12为基的马氏体不锈钢,因加进镍、钼、钨、钒等合金元素,除具备确定的耐侵蚀本能,还具备较高的高温强度及抗高温氧化本能。马氏体不锈钢的焊接特点:Cr13型马氏体不锈钢焊缝和热影响区的淬硬偏向格外大,焊接讨论在空冷前提下就可取得硬脆的马氏体,在焊接腼腆应力和分散氢的效用下,很随便呈现焊接冷裂纹。当冷却速率较小时,近缝区及焊缝金属会产生强悍铁素体及沿晶析出碳化物,使讨论的塑、韧性显然升高。低碳及超等马氏体不锈钢的焊缝和热影响区冷却后,诚然集体改变成低碳马氏体,但没有显然的淬硬局面,具备优秀的焊接本能。二、压力容器用不锈钢焊材采用

1.奥氏体不锈钢焊材采用

奥氏体不锈钢焊材的抉择准则是在无裂纹的前提下,保证焊缝金属的耐蚀本能及力学本能与母材基真相当,或高于母材,正常请求其合金成份大体与母材成份般配。关于耐蚀的奥氏体不锈钢,正常希看含确定量的铁素体,如此既能保证优秀的抗裂本能,又能有很好的抗侵蚀本能。但在某些非凡介质中,如尿素征战的焊缝金属是不应允有铁素体存在的,不然就会升高其耐蚀性。对耐热用奥氏体钢,招斟酌对焊缝金属内铁素体含量的节制。关于历久在高温运转的奥氏体钢焊件,焊缝金属内铁素体含量不该超出5%。读者可依照Schaeffler图,按焊缝金属中的铬当量和镍当量揣测出反应的铁素体含量。

2.铁素体不锈钢焊材采用铁素体不锈钢焊材根底上有三类:1)成份根底与母材般配的焊材;2)奥氏体焊材;3)镍基合金焊材,由于其价钱较高,故很少采用。铁素体不锈钢焊材可采纳与母材相当的材料,但在腼腆度大时,很随便产生裂纹,焊后可采纳热处置,复原耐蚀本能,并革新讨论塑性。采纳奥氏体焊材可免去预热和焊后热处置,但关于不含褂讪元素的各样钢,热影响区的敏化仍旧存在,罕用型和型铬镍奥氏体焊材。关于Cr17钢,也可用型焊材,合金含量高的焊材有益于先进焊接讨论塑性。奥氏体或奥氏体一铁素体焊缝金属根底与铁素体母材等强,但在某些侵蚀介质中,焊缝的耐蚀性或者与母材有很大的不同,这一点在抉择焊材时要属意。3.马氏体不锈钢焊材采用在不锈钢中,马氏体不锈钢是也许操纵热处置来调度本能的,于是,为了保证应用本能的请求,格外是耐热用马氏体不锈钢,焊缝成份应只管靠近母材的成份。为了防范冷裂纹,也可采纳奥氏体焊材,这时的焊缝强度幸免低于母材。焊缝成份同母材成份相近时,焊缝和热影响区将会同时强硬变脆,同时在热影响区中呈现回火软化区。为了防范冷裂,厚度3mm以上的构件偶尔要停止预热,焊后也偶尔须要停止热处置,以先进讨论本能,由于焊缝金属与母材的热膨胀系数根底一致,经热处置后有或者全面消除焊策应力。当工件不应允停止预热或热处置时,可抉择奥氏体布局焊缝,由于焊缝具备较高的塑性和韧性,能松驰焊策应力,况且能较多地固溶氢,于是可升高讨论的冷裂偏向,但这类材质不平匀的讨论,由于热膨胀系数不同,在轮回温度的处事处境下,在熔合区或者产生剪应力,而致使讨论摧残。关于简朴的Cr13型马氏体钢,不采纳奥氏体布局的焊缝时,焊缝成份的调度余步未几,正常都和母材基体类似,但务必束缚无益杂质S、P及Si等,Si在Cr13型马氏体钢焊缝中可增进产生强悍的马氏体。升高含C量,有益于减小淬硬性,焊缝中存在小量Ti、N或Al等元素,也可细化晶粒并升高淬硬性。关于多组元合金化的Cr12基马氏体热强钢,要紧用处是耐热,每每不必奥氏体焊材,焊缝成份希看靠近母材。在调度成份时,务必保证焊缝不致呈现一次铁素体相,因它对本能特地无益,由于Cr13基马氏体热强钢的要紧成份多为铁素体元素(如Mo、Nb、W、V等),为保证集体布局为均一的马氏体,务必用奥氏体元素加以均衡,也即是要有恰当的C、Ni、Mn、N等元素。马氏体不锈钢具备相当高的冷裂偏向,于是务必严峻维持低氢,以至超低氢,在抉择焊材时,务须要属意这一点。三、压力容器用不锈钢焊接重心1.奥氏体不锈钢焊接重心总的来讲,奥氏体不锈钢具备优质的焊接性。险些一切的溶化焊接法子都可用于焊接奥氏体不锈钢,奥氏体不锈钢的热物理本能和布局特点决议了其焊接工艺重心。①由于奥氏体不锈钢导热系数小而热膨胀系数大,焊接时易于产生较大的变形和焊策应力,于是应尽或者采用焊接能量集合的焊接法子。②由于奥氏体不锈钢导热系数小,在一样的电流下,可比低合金钢取得较大的熔深。同时又由于其电阻率大,在焊条电弧焊时,为了防范焊条发红,与同直径的碳钢或低合金钢焊条比拟,焊接电流较小。③焊接楷模。正常不采纳大线能量停止焊接。焊条电弧焊时,宜采纳小直径焊条,神速多道焊,关于请求高的焊缝,以至采纳浇冷水的法子以加快冷却,关于纯奥氏体不锈钢及超等奥氏体不锈钢,由于热裂纹敏锐性大,更应严峻节制焊接线能量,防范焊缝晶粒严峻长大与焊接热裂纹的产生。④为先进焊缝的抗热裂本能和耐蚀本能,焊接时,要格外属意焊接区的洁净,防范无益元素浸透焊缝。⑤奥氏体不锈钢焊接时正常不须要预热。为了防范焊缝和热影响区的晶粒长大及碳化物的析出,保证焊接讨论的塑、韧性和耐蚀姓,应节制较低的层间温度,正常不超出℃。

2.铁素体不锈钢焊接重心

铁素体不锈钢的铁素体产生元素相对较多,奥氏体产生元素相对较少,材料淬硬和冷裂偏向较小。铁素体不锈钢在焊接热轮回的效用下,热影响区晶粒显然长大,讨论的韧性和塑性赶紧下落。热影响区晶粒长大的水平取决于焊接时所抵达的最高温度及其维持光阴,为此,在焊接铁素体不锈钢时,应只管采纳小的线能量,即采纳能量集合的法子,如小电流TIG、小直径焊条手工焊等,同时尽或者采纳窄空隙坡口、高的焊接速率和多层焊等举措,并严峻节制层间温度。由于焊接热轮回的效用,正常铁素体不锈钢在热影响区的高温区产生敏化,在某些介质中产生晶间侵蚀。焊后经~℃退火处置,使铬平匀化,可复原其耐蚀性。普遍高铬铁素体不锈钢可采纳焊条电弧焊、气体维护焊、埋弧焊焊等熔焊法子。由于高铬钢固有的低塑性,以及焊接热轮回引发的热影响区晶粒长大和碳化物、氮化物在晶界会聚,焊接讨论的塑性和韧性都很低。在采纳与母材化学成份宛如的焊材且腼腆度大时,很易产生裂纹。为了防范裂纹,革新讨论塑性和耐蚀性,以焊条电弧焊为例,也许采纳下列工艺举措。①预热~℃左右,使材料在宽裕韧性的状况下焊接。含铬越高,预热温度应越高。②采纳小的线能量、不摆动焊接。多层焊时,应节制层间温度不高于℃,不宜持续施焊,以减小高温脆化和℃脆性影响。③焊后停止~℃退火处置,由于碳化物球化和铬散布平匀,可复原耐蚀性,并革新讨论塑性。退火后应快冷,防范呈现σ相及℃脆性。

3.马氏体不锈钢焊接重心

关于Cr13型马氏体不锈钢,当采纳同材质焊条停止焊接时,为了升高冷裂纹敏锐性,保证焊接讨论塑、韧性,应采用低氢型焊条并同时采纳下列举措:①预热。预热温度随钢材含碳量的增添而先进,正常在℃~℃领域内。②后热。关于含碳量较高或腼腆度大的焊接讨论,焊后采纳后热举措,以防范焊接氢致裂纹。③焊后热处置。为革新焊接讨论塑、韧性和耐蚀性,焊后热处置温度正常为℃~℃,保温光阴按1h/25mm计。关于超等及低碳马氏体不锈钢,正常可不采纳预热举措,当腼腆度大或焊缝中含氢量较高时,采纳预热及后热举措,预热温度正常为℃~℃,焊后热处置温度为~℃。关于含碳量较高的马氏体钢。或在焊前预热、焊后热处置难以实行,以及讨论腼腆度较大的情形下,工程中也可用奥氏体型的焊材,以先进焊接讨论的塑、韧性,防范产生裂纹。但此时焊缝金属为奥氏体布局或以奥氏体为主的布局时,与母材强度比拟实为低强般配,况且焊缝金属与母材在化学成份、金相布局、热物理本能、力学本能不同很大,焊接残存应力弗成防范,随便引发应力侵蚀或高温蠕变摧残。四、双相不锈钢的焊接1.双相不锈钢的表率双相不锈钢由于具备奥氏体+铁素体双相布局,且两个相布局的含量基真相当,故兼有奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的特点。屈就强度可达Mpa~MPa,是普遍奥氏体不锈钢的2倍。与铁素体不锈钢比拟,双相不锈钢的韧性高,脆性改变温度低,耐晶间侵蚀本能和焊接本能均显然先进;同时又保管了铁素体不锈钢的一些特点,如℃脆性、热导率高、线膨胀系数小,具备超塑性及磁性等。与奥氏体不锈钢比拟,双相不锈钢的强度高,格外是屈就强度显然先进,且耐孔蚀性、耐应力侵蚀、耐侵蚀怠倦等本能也有显然的革新。双相不锈钢按其化学成份分类,可分为Cr18型、Cr23(不含Mo)型、Cr22型和Cr25型四类。关于Cr25型双相不锈钢又可分为普遍型和超等双相不锈钢,此中频年来运用较多的是Cr22型和Cr25型。我国采纳的双相不锈钢以瑞典产占多数,详细商标有:3RE60(Cr18型),SAF(Cr23型),SAF(Cr22型),SAF(Cr25型)。2.双相不锈钢的焊接特点①双相不锈钢具备优秀的焊接性,它既不像铁素体不锈钢焊接时热影响区易脆化,也不像奥氏体不锈钢易产生焊接热裂纹,但由于它有洪量的铁素体,当刚性较大或焊缝含氢量较高时,有或者产生氢致冷裂纹,于是严峻节制氢的根源是格外要紧的。②为了保证双相钢的特点,保证焊接讨论的布局中奥氏体及铁素体比例适宜是这类钢焊接的关键地址。当焊后讨论冷却速率较慢时,δ→γ的二次相改变较充足,于是到室温时可取得比拟例对照适宜的双相布局,这就请求在焊接时要有恰当大的焊接热输人量,不然若焊后冷却速率较快时,会使δ铁素体相增添,致使讨论塑韧性及耐蚀性严峻下落。3.双相不锈钢焊材采用双相不锈钢用的焊材,其特点是焊缝布局为奥氏体占优的双相布局,要紧耐蚀元素(铬、钼等)含量与母材相当,进而保证与母材相当的耐蚀性。为了保证焊缝中奥氏体的含量,每每是先进镍和氮的含量,也即是先进约2%~4%的镍当量。在双相不锈钢母材中,正常都有确定量的氮含量,在焊材中也希看有确定的含氮量,但正常不宜过高,不然会产生气孔。如此镍含量较高就成了焊材与母材的一个要紧差别。依照耐侵蚀性、讨论韧性的请求不同来抉择与母材化学成份相般配的焊条,如焊接Cr22型双相不锈钢,可采用Cr22Ni9Mo3型焊条,如E焊条。采纳酸性焊条时脱渣优质,焊缝成形雅观,但冲锋韧性较低,当请求焊缝金属具备较高的冲锋韧性,并需停止全场所焊接时,应采纳碱性焊条。当根部封底焊时,每每采纳碱性焊条。当对焊缝金属的耐侵蚀本能具备非凡请求时,还应采纳超等双相钢成份的碱性焊条。关于实心气体维护焊焊丝,在保证焊缝金属具备优秀耐侵蚀性与力学本能的同时,还应属意其焊接工艺本能,关于药芯焊丝,当请求焊缝成形雅观时,可采纳金红石型或钛钙型药芯焊丝,当请求较高的冲锋韧度或在较大的腼腆度前提下焊接时,宜采纳碱度较高的药芯焊丝。关于埋弧焊宜采纳直径较小的焊丝,完结中小焊接楷模下的多层多道焊,以防范焊接热影响区及焊缝金属的脆化,并采纳配套的碱性焊剂。4.双相不锈钢的焊接重心①焊接热历程的节制焊接线能量、层间温度、预热及材料厚度等都邑影响焊接时的冷却速率,进而影响到焊缝和热影响区的布局和本能。冷却速率太快和太慢都邑影响到双相钢焊接讨论的韧性和耐侵蚀本能。冷却速率太快时会引发过量的α相含量以及Cr2N的析出增添。过慢的冷却速率会引发晶粒严峻强悍,以至有或者析出一些脆性的金属间化合物,如σ相。表1列出了一些举荐的焊接线能量和层间温度的领域。在抉择线能量时还招斟酌到详细的材料厚度,表中线能量的上限适当于厚板,下限适当于薄板。在焊接合金含量高的ω(Cr)为25%的双相钢和超等不锈钢时,为取得最好的焊缝金属本能,提倡最高层间温度节制在℃。当焊后请求热处置时也许不束缚层间温度。②焊后热处置双相不锈钢焊后最好不停止热处置,但当焊态下α相含量超出了请求或析出了无益相,如σ相时,可采纳焊后热处置来革新。所用的热处置法子是水淬。热处置时加热应尽或者快,在热处置温度下的保温光阴为5~30min,理当足以复原相的均衡。在热处置时金属的氧化格外严峻,招斟酌采纳惰性气体维护。关于ω(Cr)为22%的双相钢应在℃~1℃温度下停止热处置,而ω(Cr)为25%的双相钢和超等双相钢请求在℃~℃温度下停止热处置。五、不锈钢压力容器焊接实例直径为mm,壁厚为10mm的闪蒸罐,壳体材质为0Cr18Ni9。表明:①筒体直径为mm,焊工也许钻进筒体内焊接,故筒体纵、环缝故采纳焊条电弧焊停止双面焊。②本征战无人孔,故紧闭焊缝只可从外侧焊接。为保证焊接品质,采纳TIG焊打底。但不锈钢氩弧焊焊接时后面金属会被氧化,之前只可经过采纳后面充氩维护的法子,然而当征战较大或后面无奈实行氩气维护时,将洪量挥霍氩气,且仍或者呈现维护不好。为治理这一工艺坚苦,日本油脂公司焊接行状部开垦缔造了一种后面自维护不锈钢TIG焊丝,这是一种具备非凡涂层的焊丝,涂层(即药皮)溶化后会浸透到熔池后面,产生一层精细的维护层,相当于焊条药皮的效用。这用焊丝的应用法子与普遍的TIG焊丝全面类似,涂层不会影响正面的电弧和熔池形状,大大升高了不锈钢氩弧焊的焊接成本。本征战中,若采纳后面氩气维护,氩气挥霍严峻,故采纳了自维护焊丝。③接受与平焊法兰角焊缝、接受与壳体角焊缝,鉴于此部位焊缝形状和焊接前提,正常采用焊条电弧焊。若接受直径过小,为了淘汰焊接难度,也也许采纳TIG焊。④支座与壳体焊接角焊缝属非承压焊缝,采纳溶化极气体维护焊(维护气体为纯CO2),效率高,焊缝成形好。TFW-L为焊材商标,其焊材型号为ELT1-1(AWSA5.22)。

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