馬氏體不銹鋼焊接分析(馬氏體不銹鋼焊接工藝分析)
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馬氏體不銹鋼焊接分析
馬氏體不銹鋼可以分為普通Cr13型馬氏體不銹鋼和熱強(qiáng)馬氏體不銹鋼兩類。
1Cr13、2Cr13、3Cr13等是Cr13型馬氏體不銹鋼常見(jiàn)型號(hào),其中含碳量較低的1Cr13、2Cr13用來(lái)制作力學(xué)性能較高并需要耐蝕性的零件,比如汽輪機(jī)葉片、醫(yī)療器械等。
含碳量較高的4Cr13、7Cr13等用來(lái)制造醫(yī)用手術(shù)器具、量具等耐磨工件。
不過(guò),馬氏體不銹鋼很少用于管道、容器等構(gòu)件制造。
馬氏體不銹鋼屬于熱處理強(qiáng)化鋼,其在高溫加熱空冷后有淬硬(即冷裂)傾向。
由于鉻是促成鐵素體的元素,在馬氏體不銹鋼中含量在12%以上,為了提高淬透性,以便熱處理后形成馬氏體組織,鋼含有比較多的碳和鎳等元素。
馬氏體不銹鋼導(dǎo)熱性差,焊接時(shí)殘余應(yīng)力較大,加上氫的作用,焊接完冷卻時(shí)很容易產(chǎn)生冷裂紋。
另外,馬氏體不銹鋼在AC3臨界溫度以上是奧氏體組織,焊后快速冷卻時(shí),面心立方的奧氏體轉(zhuǎn)變成體心立方的馬氏體,容碳能力急劇惡化,導(dǎo)致體積發(fā)生變化,產(chǎn)生應(yīng)力并伴隨塑性下降。
馬氏體不銹鋼高溫狀態(tài)下晶粒容易粗大,焊后快速冷卻時(shí),焊縫區(qū)組織形成粗大且脆硬的馬氏體;冷卻速度較慢時(shí),則出現(xiàn)粗大的鐵素體和碳化物組織,都導(dǎo)致接頭脆化問(wèn)題產(chǎn)生。
馬氏體不銹鋼作為熱處理強(qiáng)化鋼,熱影響區(qū)內(nèi)存在著軟化層。
軟化層在高溫環(huán)境下強(qiáng)度低,嚴(yán)重影響其熱強(qiáng)性能。
馬氏體不銹鋼易發(fā)生淬硬傾向,所以要嚴(yán)格控制焊接冷裂紋的產(chǎn)生,還有要注意焊接接頭過(guò)熱后產(chǎn)生的脆化和軟化。
根據(jù)馬氏體不銹鋼的焊接性分析,其焊接性差,要采用嚴(yán)格的焊接工藝措施,來(lái)保證獲得合格的焊接接頭。
馬氏體不銹鋼常用的焊接材料有兩類:一類是采用奧氏體的焊接材料;一類是采用和母材化學(xué)成分相近的焊接材料。
選用奧氏體焊接材料將得到奧氏體金屬焊縫,其塑性良好,殘余應(yīng)力低,可以減少冷裂紋的生成。
如果產(chǎn)品需要較好的強(qiáng)度或者熱硬性,則宜采用于母材接近的焊接材料,獲得同質(zhì)焊縫。
奧氏體焊接材料的強(qiáng)度、硬度和線膨脹系數(shù)與馬氏體鋼差別較大,特別是再高溫環(huán)境下使用產(chǎn)生的熱應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致焊接接頭失效。
反之,焊接結(jié)構(gòu)不能進(jìn)行預(yù)熱、焊后熱處理等工藝時(shí),焊接必須采用奧氏體焊接材料,得到異質(zhì)焊縫,能降低冷裂紋傾向。
馬氏體不銹鋼焊接主要方法是焊條電弧焊和氬弧焊兩種。
焊條焊須使用低氫堿性焊條;對(duì)于拘束度大的接頭,最好采用氬弧焊。
前文所述,采用與母材化學(xué)成分基本相同的焊接材料,獲得同質(zhì)焊縫,其焊縫區(qū)和熱影響區(qū)易產(chǎn)生裂紋,焊前預(yù)熱是防止產(chǎn)生冷裂紋的主要工藝措施。
含碳量越大,淬硬性越大,預(yù)熱溫度就要越高。
表1為馬氏體不銹鋼焊前預(yù)熱溫度、母材碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)、熱輸入量及焊后熱處理的相互關(guān)系。
[2]張士相:《焊工,中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社,2002。
馬氏體不銹鋼焊接工藝分析
3、正確選擇焊前預(yù)熱溫度:焊前預(yù)熱溫度應(yīng)低于馬氏體開(kāi)始轉(zhuǎn)變溫度,一般為150~400℃,高不超過(guò)450℃。
碳含量是確定預(yù)熱溫度的主要因素,含碳量高,預(yù)熱溫度應(yīng)相應(yīng)高一些。
影響選擇預(yù)熱溫度的其他因素還有材料厚度、填充金屬種類、焊接方法和拘束程度等。
含碳量小于0.1%時(shí),可不預(yù)熱,也可預(yù)熱至200℃;含碳量為0.1%~0.2%時(shí),預(yù)熱200~260℃。
在特別苛刻情況下可采用更高的預(yù)熱溫度,如預(yù)熱400~450℃。
2、正確選擇工藝參數(shù):一般選用較大焊接線能量焊接,可能降低冷卻速度。
?、诒H亢竿?,如采用鎢極氬弧焊進(jìn)行打底焊,可以避免產(chǎn)生根部裂紋。
?、趯?duì)接頭進(jìn)行回火處理以減小硬度,改善組織和力學(xué)性能。
一種是焊后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理,這種處理是在焊后立即進(jìn)行,不必再進(jìn)行高溫回火。
馬氏體不銹鋼與奧氏體不銹鋼有何不同
通常用在弱腐蝕性介質(zhì),如海水、淡水和水蒸汽等中,使用溫度小于或等于580℃、通常作為受力較大的零件和工具的制作材料,由于此鋼焊接性能不好,故一般不用作焊接件。
這類鋼具有高的韌性,低的脆性轉(zhuǎn)變溫度,良好的耐蝕性和高溫強(qiáng)度、較好的抗氧化性以及良好的壓力加工和焊接性能。
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