奧氏體不銹鋼304焊接性評(píng)定

奧氏體不銹鋼304焊接性評(píng)定試驗(yàn)報(bào)告奧氏體不銹鋼304具有非常好的塑性和韌性，這決定了它具有良好的彎折、卷曲和沖壓成型性，因而便于制成各種形狀的構(gòu)件、容器或管道；奧氏體型不銹鋼304的耐腐蝕性能特別優(yōu)良，是它獲得最為廣泛應(yīng)用的根本原因。也正是這樣，在評(píng)價(jià)焊接質(zhì)量時(shí)必然特別強(qiáng)調(diào)焊接接頭的開裂傾向、焊接缺陷敏感性和耐各種晶間腐蝕等的能力。本文報(bào)告結(jié)合奧氏體不銹鋼304的焊接特點(diǎn)，進(jìn)行了的手工鎢極氬弧焊評(píng)定性試驗(yàn)，初步掌握了奧氏體不銹鋼304的焊接工藝?，F(xiàn)就試驗(yàn)結(jié)果作一介紹一、奧氏體不銹鋼的焊接特點(diǎn)：奧氏體不銹鋼韌性、塑性好，焊接時(shí)不會(huì)發(fā)生淬火硬化，盡管其線膨脹系數(shù)比碳鋼大得多，焊接過程中的彈塑性應(yīng)力應(yīng)變量很大，卻極少出現(xiàn)冷裂紋；盡管有很強(qiáng)的加工硬化能力，由于焊接接頭不存在淬火硬化區(qū)，所以，即使受焊接熱影響而軟化的區(qū)域，其抗拉強(qiáng)度仍然不低。304鋼的熱脹冷縮特別大所帶來的焊接性的問題，主要有兩個(gè)：一是焊接熱裂紋，這與的？！晶界特性和對(duì)某些微量雜質(zhì)如硫、磷等敏感有關(guān)；二是焊接變形大。1、焊接接頭的熱裂紋及其對(duì)策1.1焊接接頭產(chǎn)生熱裂紋的原因單相奧氏體組織的奧氏體型不銹鋼焊接接頭易發(fā)生焊接熱裂紋，這種裂紋是在高溫狀態(tài)下形成的。常見的裂紋形式有弧坑裂紋、熱影響區(qū)裂紋、焊縫橫向和縱向裂紋。就裂紋的物理本質(zhì)上講，有凝固裂紋、液化裂紋和高溫低塑性裂紋等多種。奧氏體型不銹鋼易產(chǎn)生焊接接頭熱裂紋的主要原因有以下幾點(diǎn)：1）焊縫金屬凝固期間存在較大的拉應(yīng)力，這是產(chǎn)生凝固裂紋的必要條件。由于奧氏體型不銹鋼的熱導(dǎo)率小，線膨脹系數(shù)大，在焊接區(qū)降（收縮）期焊接接頭必然要承受較大的拉應(yīng)力，這也促成各種類型熱裂紋的產(chǎn)生。2）方向性強(qiáng)的焊縫柱狀晶組織的存在，有利于有害雜質(zhì)的偏析及晶間液態(tài)夾層的形成。3）奧氏體不銹鋼的品種多，母材及焊縫的合金組成比較復(fù)雜。含鎳量高的合金對(duì)硫和磷形成易熔共晶更為敏感，在某些鋼中硅和鈮等元素，也能形成有害的易熔晶間層。1.2避免奧氏體型不銹鋼焊接熱裂紋的途徑。（1）冶金措施1）焊縫金屬中增添一定數(shù)量的鐵素體組織，使焊縫成為奧氏體-鐵素體雙相組織，能很有效地防止焊縫熱裂紋的產(chǎn)生。這是由于鐵素體能夠溶解較多的硫、磷等微量元素，使其在晶界上數(shù)量大大減少；同時(shí)由于奧氏體晶界上的低熔點(diǎn)雜質(zhì)被鐵素體分散和隔開，避免了低熔點(diǎn)雜質(zhì)呈連續(xù)網(wǎng)狀分布，從而阻礙熱裂紋的擴(kuò)展和延伸。常用以促成鐵素體的元素有格、鉬、釩等。2）控制焊縫金屬中的格鎳比，對(duì)于304型不銹鋼來說，當(dāng)焊接材料的格鎳比小于1.61時(shí)，就易產(chǎn)生熱裂紋；而格鎳比達(dá)到2.3J3.2時(shí)，就可以防止熱裂紋的產(chǎn)生。這一措施的實(shí)質(zhì)也是保證有一定量的鐵素體的存在。3）在焊縫金屬中嚴(yán)格限制硼、硫、磷、硒等有害元素的含量，以防止熱裂紋的產(chǎn)生。對(duì)于不允許存在鐵素體的純奧氏體焊縫，可以加入適當(dāng)?shù)腻i，少許的碳、氮，同時(shí)減少硅的含量。（2）工藝措施1）采用適當(dāng)?shù)暮附悠驴诨蚝附臃椒ǎ鼓覆慕饘僭诤缚p金屬中所占的分量減少（即小的熔合比）。與此同時(shí)，在焊接材料的化學(xué)成分中加入抗裂元素，且其有害雜質(zhì)硫、磷的含

量比母材金屬中的少，既化學(xué)成分優(yōu)于母材金屬，故應(yīng)盡量減少母材金屬熔入焊接熔池的數(shù)量。2）盡量選用低氫型焊條和無氧焊劑，以防止熱裂紋的產(chǎn)生。3）焊接參數(shù)應(yīng)選用小的熱輸入（即小電流快速焊）。在多層焊時(shí)，要等前一層焊縫冷卻后再焊接次一層焊縫，層間溫度不宜高，以避免焊縫過熱。施焊過程中焊條不允許擺動(dòng)，采用窄焊縫的操作技能。4）選擇合理的焊接結(jié)構(gòu)、焊接接頭形式和焊接順序，盡量減少焊接應(yīng)力，可以減少熱裂紋的產(chǎn)生。5）在焊接過程結(jié)束和中途斷弧前，收弧要慢且要設(shè)法填滿弧坑，以防止弧坑裂紋的形成。2、焊接變形與收縮奧氏體型不銹鋼與碳鋼相比，在物理性能上有很大差異，前者在焊接過程中會(huì)產(chǎn)生較大的變形和焊后收縮。304不銹鋼焊后產(chǎn)生很大變形和收縮的原因：與碳鋼相比，其電阻是碳鋼的5倍，在同樣的焊接電流、電弧電壓條件下的熱輸入要多；其熱導(dǎo)率低，約為碳鋼的1/3，導(dǎo)致熱量傳遞速度緩慢，熱變形增大；再則304型不銹鋼的線膨脹系數(shù)又比碳鋼大40%左右，更引起加熱時(shí)熱膨脹量和冷卻時(shí)收縮量的增加，當(dāng)然焊后的變形量就顯得更加突出了。焊接變形量的大小與焊接參數(shù)的選擇、焊接次序的正確性、操作的合理性都有一定的關(guān)系。三、焊前準(zhǔn)備基于以上的種種考慮，所采取的焊接設(shè)備、焊接評(píng)定用材料、試板坡口形式等如下1、焊接設(shè)備設(shè)備選用日本產(chǎn)（？？?。。㏄—300交直流氬弧焊機(jī)，焊接電源為直流陡降外特性，由兩只流量計(jì)來控制正面和背面的保護(hù)氣體。2、焊接評(píng)定用材料對(duì)厚度為4毫米的304板進(jìn)行焊接工藝試驗(yàn)。其化學(xué)成份和機(jī)械性能列于表1；填充金屬用ER308L的焊絲，其化學(xué)成份見表2；焊接用保護(hù)氣體分析見表3：材料純度N2O材料純度N2O2H2H2O露點(diǎn)表3保護(hù)氣體分析（升）材料純度n2o2h2h2o露點(diǎn)CSPSiMnCrNiab(MPa)65(%)0.0420.0020.0190.441.2018.228.0879547.1表2ER308L的化學(xué)成份（%）和機(jī)械性能CSPSiMnCrNiab(MPa)65(%)0.0160.0020.0230.4301.8619.859.8059045氬氣>99.99%<100ppm<15ppm<5ppm<30ppm—50°C焊接用電極為鈰鎢極。3、試板坡口形式由于焊接層數(shù)的增多，在焊接過程中會(huì)產(chǎn)生較大的變形和焊后收縮。因此，坡口尺寸的制定原則為盡量減少焊接層數(shù)和焊縫金屬填充量。具體坡口形式見圖3：圖3試板坡口形式4、焊件和焊絲的清洗坡口兩側(cè)各20mm范圍內(nèi)應(yīng)打磨呈現(xiàn)金屬光澤，以上范圍內(nèi)及坡口表面上的水、銹和油污等有害物質(zhì)應(yīng)清理干凈；焊絲表面應(yīng)清除油銹。四、焊接工藝評(píng)定試板試驗(yàn)對(duì)焊接工藝規(guī)范參數(shù)進(jìn)行認(rèn)真選擇，是保證304板板焊接質(zhì)量的前提。影響因素主要有保護(hù)條件和焊接規(guī)范。1、焊接保護(hù)效果1.1噴嘴流量選擇由于噴嘴的氣流直接對(duì)焊接熔池進(jìn)行保護(hù)。因此它的保護(hù)效果是影響焊縫質(zhì)量的重要因素。在焊槍結(jié)構(gòu)固定以后，涉及保護(hù)效果的主要有噴嘴距工件距離和噴嘴流量。由于噴嘴距工件的距離增大會(huì)使空氣侵入熔池的可能性增加，因此在不影響焊接可見度和方便填充焊絲的情況下，這個(gè)距離應(yīng)盡量小，圖4為焊絲與焊接熔池的相對(duì)位置。1.2噴嘴及背面保護(hù)氣流的匹配當(dāng)正面焊第一道時(shí)，背面氬氣如果很大，會(huì)對(duì)正面的保護(hù)有影響。因此噴嘴、背面保護(hù)氣流要有很好地匹配，背面的氣流不能太大。2、焊接規(guī)范參數(shù)選擇手工鎢極氬弧焊焊接奧氏體不銹鋼板，焊接規(guī)范參數(shù)主要考慮焊接電流和焊接速度。電流太小熔深淺，焊工操作疲勞。電流太大，高溫停留時(shí)間長，焊縫晶粒粗大，熱影響區(qū)保護(hù)變差；由于焊接時(shí)既要顧及板材反背面的保護(hù)效果，還要填充焊絲，因此焊速不能太快。3、工藝評(píng)定試板的焊接通過大量的工藝試驗(yàn)，確定了如下焊接工藝規(guī)范參數(shù)（表4），并進(jìn)行了工藝評(píng)定試板的焊接。工藝評(píng)定試板焊接區(qū)顏色亮白，證明（氬氣）保護(hù)效果良好。表4焊接工藝規(guī)范參數(shù)板厚/mm鎢極直徑/mm焊絲直徑/mm氬氣流量/L?min-i焊接電流/A（直流正接）焊接電壓/V焊接速度/cm?min-i42.42.08~1090~1201630圖4焊絲與焊接熔池的相對(duì)位置五、焊接質(zhì)量檢驗(yàn)按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行了以下項(xiàng)目的焊接接頭工藝評(píng)定。1、工藝評(píng)定試板焊接接頭的無損檢測工藝評(píng)定試板焊接接頭按JB4730/T-2005《承壓設(shè)備無損檢測》JB4730.2-2005的要求進(jìn)行了RT100%檢測，評(píng)片結(jié)果為I級(jí)（對(duì)接接頭內(nèi)不允許存在裂紋、未熔合、未焊透、和條形缺陷）。2、焊接接頭機(jī)械性能依據(jù)JB4708-2000《鋼制壓力容器工藝評(píng)定》要求，分別進(jìn)行了拉伸及彎曲試驗(yàn)。2.1焊接接頭拉伸試驗(yàn)2.1.1取樣和加工要求試樣的焊縫余高應(yīng)以機(jī)械方法去除，使之與母材齊平，采用全厚度試樣進(jìn)行試驗(yàn)。2.1.2試樣形式緊湊型板接頭帶肩板形試樣（見圖5）2.1.3試驗(yàn)方法拉伸試驗(yàn)按GB/T228-1987《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》規(guī)定的試驗(yàn)方法測定焊接接頭的抗拉強(qiáng)度。2.1.4合格指標(biāo)每個(gè)試樣的抗拉強(qiáng)度應(yīng)不低于母材鋼號(hào)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。2.2焊接接頭彎曲試驗(yàn)2.2.1試樣加工要求試樣的焊縫余高應(yīng)采用機(jī)械方法去除，面彎、背彎試樣的拉伸表面應(yīng)齊平。2.2.2試樣形式面彎和背彎試樣見圖62.2.3試驗(yàn)方法彎曲試驗(yàn)按GB/T232-1999《金屬材料彎曲試驗(yàn)方法》和表5規(guī)定的試驗(yàn)方法測定焊接接頭的完好性和塑性。表5彎曲試驗(yàn)尺寸規(guī)定試樣厚度S（mm）彎心直徑D（mm）支座間距離（mm）彎曲角度（°）44S6S+3180°2.2.4合格指標(biāo)試樣彎曲到規(guī)定的角度后，其拉伸面上沿任何方向不得有單條長度大于3mm的裂紋或

缺陷，試樣的棱角開裂一般不計(jì)，但由夾渣或其它焊接缺陷引起的棱角開裂長度應(yīng)計(jì)入。3S試樣厚度，mm；hk焊縫最大寬度，mm圖5緊湊型板接頭帶肩板形拉伸試樣a）板材和管材試件的面彎試樣板管板管256.3缺陷，試樣的棱角開裂一般不計(jì)，但由夾渣或其它焊接缺陷引起的棱角開裂長度應(yīng)計(jì)入。3S試樣厚度，mm；hk焊縫最大寬度，mm圖5緊湊型板接頭帶肩板形拉伸試樣a）板材和管材試件的面彎試樣板管板管256.325/6.336b）板材和管材試件的背彎試樣2.3拉伸及彎曲試驗(yàn)結(jié)果（表6）：由表6的拉伸及彎曲試驗(yàn)結(jié)果可以看出，焊接接頭抗拉強(qiáng)度均高于要求值，且有較大富裕量；面彎和背彎試樣彎曲后，未產(chǎn)生裂紋或缺陷，表明焊接接頭連續(xù)、致密，塑性較好。

表6拉伸及彎曲試驗(yàn)結(jié)果焊接方法拉伸試驗(yàn)（接頭板拉）彎曲試驗(yàn)（d=4a，a=4mm，a=180°）6b(MPa)斷裂位置面彎二件背彎二件手工鎢極氬弧615、615焊縫合格合格要求>520試樣彎曲到180°角度后，拉伸面上沿任何方向不得有單條長度大于3mm的裂紋或缺陷。3、焊接接頭的耐晶間腐蝕試驗(yàn)按GB/T4334.5-2000要求制備試樣二件，將試樣置入盛有硫酸-硫酸銅腐蝕溶液的燒瓶中，將燒瓶放在加熱裝置，通以冷卻水，加熱試驗(yàn)溶液，使之保持微沸狀態(tài)，試驗(yàn)連續(xù)16hr。試驗(yàn)后取出試，洗凈、干燥、彎曲180°后，在10倍放大鏡下觀察彎曲試樣外表面，無因晶間腐蝕而產(chǎn)生的裂紋，證明制定的焊接工藝是合理可行的。4、焊縫及母材8鐵素體數(shù)量的測量按JB/T7853-1995《格鎳奧氏體不銹鋼焊縫金屬中鐵素體數(shù)測量》要求，用瑞士產(chǎn)MP30鐵素體檢測儀測量焊縫及母材0鐵素體（Fe%）及（FN）數(shù)值如下見表6。由表6可以看出，焊縫及母材0鐵素體（Fe%）及質(zhì)舊數(shù)值均一、穩(wěn)定。磁針法焊縫母材Fe%8.2、9.3、8.9、9.7、9.7、9.5平均值9.20.47、0.41、0.41、0.40、0.43、0.44平均值0.43FN7.1、8.5、7.0、6.9、7.7、7.2平均值7.40.41、