雙相不銹鋼焊接的一般準則主要有以下幾點:
1. 焊材的要求
焊材包括:①. 填充金屬;②. 保護氣體和背面保護氣體。分述如下。
在焊態(tài)下使用的焊接結(jié)構(gòu),其焊縫金屬與母材相比應是合金元素鎳含量較高的。這是為了保證合適的鐵素體和奧氏體的相比例。這一純焊縫金屬在焊態(tài)下,必須有這樣的成分,即能在結(jié)晶后直接均勻地形成以奧氏體為主(30%~70%)的并含有鐵素體的雙相組織。當焊件可在1050~1100℃溫度下退火時,應該選擇與母材成分(Ni=5.5%~7.0%)相當?shù)暮缚p金屬。在這種焊接工藝中,焊后占主要的鐵素體基體轉(zhuǎn)變形成了平衡的鐵素體/奧氏體組織。
焊接雙相不銹鋼和超級雙相不銹鋼的焊材均是配套設計的(詳見表2-13和表2-14)。手工焊用的涂藥焊條既可以用鈦型藥皮焊條,也可以用堿性藥皮焊條。堿性藥皮的焊條對全位置的焊接更適宜一些,而鈦型焊條工藝性優(yōu)良,在幾乎所有的實際應用中都可獲得滿意的效果。
采用填充焊絲和其他焊接方法(GTAW、GMAW、SAW)熔敷的焊縫金屬與焊絲有類似的化學成分。
保護氣體適用于各種氣體保護焊方法(見表2-17)
背面保護氣體用于單面焊的焊管內(nèi)部氣體保護,既可以用工業(yè)純氬氣,也可以用高純度氬氣(99.99%).在所有情況下,氣體都應該干燥(PrEN439: 除CO2外,所有氣體中水分最大不超過40 ppm,露點最高-50℃,CO2中的水分最大不超過200 ppm,露點最高為-35℃),應該采取各種措施避免水分浸入保護氣體中。
保護氣體和背面保護氣體對焊縫金屬的含氮量有影響。由于保護氣體中氮氣分壓低,可能從焊縫熔池中擴散出氮氣,從而使焊縫金屬含氮量降低,最大可減少0.05%氮氣。存在這種危險時,在保護氣體和背面保護氣體中必須加人5%氮氣,以防止焊縫金屬氮氣損失。
2. 焊接方法選擇
焊接方法根據(jù)焊件結(jié)構(gòu)厚度及相關條件的經(jīng)濟性,可以采用下述焊接方法:①. 手工焊(SMAW); ②. 氣體保護鎢極電弧焊(GTAW); ③. 氣體保護金屬(熔化)極電弧焊(GMAW);④. 藥芯焊絲電弧焊(FCAW); ⑤. 埋弧焊(SAW); ⑥. 等離子電弧焊(PAW)。
對于不銹鋼管焊接,常用方法是采用GTAW作根部焊接,然后用其他不同的焊接方法完成接頭焊接,如SMAW、GTAW或GMAW.中厚板的對接焊采用SMAW(MMA)、SAW或FCAW來完成。
對于鑄件和其他結(jié)構(gòu)件的修復焊接,通常選用SMAW(MMA),PAW 應用于薄斷面構(gòu)件的焊接和直管焊縫根部的焊接。
在焊件上均應該填加焊絲(條),包括焊根。如果不填加焊材進行焊接,則必須在焊后進行固溶處理。
3. 焊接熱輸入的確定
在母材和焊材確定之后,無論采取何種焊接方法,都必須嚴格控制焊接熱輸入。雙相及超級雙相不銹鋼焊接接頭的性能,很大程度上取決于采用的熱輸入。與奧氏體不銹鋼相比,雙相鋼焊接時可承受較大的熱輸入,使焊后冷卻過程、熱影響區(qū)形成足夠的奧氏體相,滿足接頭力學和耐蝕性的要求。但是熱輸過大,促進熱影響區(qū)形成Cr2N、σ相等脆性相,降低塑韌性和耐蝕性,因此對于具體焊件上采用多大的熱輸入,應在焊件焊前參考表2-16推薦的熱輸入范圍,根據(jù)結(jié)構(gòu)的斷面尺寸和焊接方法進行工藝試驗或工藝評定,最終確定應使用的工藝參數(shù),保證焊接接頭的性能。
4. 接頭設計
雙相不銹鋼的接頭設計必須有助于完全焊透并避免在凝固的焊縫金屬中存在未熔合的母材。與奧氏體鋼不同的是焊接雙相不銹鋼時,坡口根部間隙、坡口角度均略大于奧氏體不銹鋼。并且坡口最好采用切削加工而不用砂輪打磨,以使焊接區(qū)厚度或間隙均勻。必須打磨時,應特別注意坡口及其配合的均勻性。雙相不銹鋼的一些接頭設計如表2-18所示。
5. 預熱和層間溫度
除了在大拘束度下可能引起高鐵素體組織(焊縫、熱影響區(qū))開裂(氫致裂紋)之外,雙相不銹鋼和超級雙相不銹鋼不需要預熱。對于大拘束度焊件推薦預熱到150℃.對于23%Cr無Mo雙相不銹鋼和22%Cr雙相不銹鋼,層間溫度不應該超過200℃.對25%Cr雙相不銹鋼和超級雙相不銹鋼,層間溫度不應超過150℃,為了獲得最佳的焊縫金屬性能,超級雙相不銹鋼推薦使用的最高預熱溫度為100℃.在采用焊后固溶處理的情況下,不要求限制層間溫度。
6. 焊后處理
雙相不銹鋼不需要焊后消除應力處理,且進行這樣的熱處理可能是有害的。因為它可使雙相不銹鋼析出金屬間相,降低韌性和耐蝕性。但如果由于焊件高應變狀態(tài)或存在導致耐腐蝕性降低和塑性降低的有害相變,使焊件質(zhì)量降低,這樣的焊件通常應該進行固溶處理。23%Cr無Mo雙相不銹鋼和22%Cr雙相不銹鋼應該在1050~1100℃的溫度下進行熱處理。而25%Cr雙相不銹鋼和超級雙相不銹鋼要求處理溫度為1070~1120℃。當匹配的焊縫金屬化學成分(Ni=8%~10%)高于焊件化學成分時,應該選擇給定的溫度上限。加熱應該盡可能地快,固溶退火之后立即進行水淬。最有效的加熱方法是感應加熱。保溫時間應該是5~30min,應該足以恢復相平衡,包括金屬間相(特別是σ和X相)的溶解。
7. 清理和鈍化
焊前、焊后的表面清理及焊縫附近的酸洗鈍化處理可采用標準不銹鋼的清理作業(yè)。