幾種特殊材料的焊接課件

幾種特殊材料的焊接幾種特殊材料的焊接1一.奧氏體不銹鋼的焊接1.不銹鋼概述（1）不銹鋼的概念1）定義:主加元素鉻含量高于12%，能使鋼處于鈍化狀態(tài)又具有不銹特性的鋼稱之為不銹鋼。2）通常所說的不銹鋼實際上是不銹鋼和耐酸鋼的總稱。①不銹鋼：一般是指在大氣、水等弱腐蝕介質中耐蝕的鋼。②耐酸鋼：是指在酸、堿、鹽等強腐蝕介質中耐蝕的鋼。③不銹鋼不一定耐酸，而耐酸鋼一般都具有良好的不銹性能。一.奧氏體不銹鋼的焊接1.不銹鋼概述2④不銹鋼和耐酸鋼的共同點：含Ｃr量都在12%以上。⑤按照習慣叫法，下文中將不銹鋼和耐酸鋼統(tǒng)稱為不銹鋼。2.不銹鋼的分類及用途按金相組織分：可分為五類

①奧氏體不銹鋼：如：304，316L，在氧化性、中性以及弱還原性介質中均具有良好的耐蝕性，應用最為廣泛。④不銹鋼和耐酸鋼的共同點：含Ｃr量都在12%以上。3②鐵素體不銹鋼：如：00Cr12，1Cr17，主要應用于腐蝕環(huán)境不十分苛刻的場合，如室內裝飾、廚房設備、家用器具。主要用它的不銹性能。③馬氏體不銹鋼：如：0Cr13，1Cr13，主要用于硬度、強度要求較高而耐腐蝕性要求不太高的場合，如量具、刀具、餐具等。主要用它的不銹和高強度。④鐵素體-奧氏體型不銹鋼（雙相不銹鋼）：如：UNSS31803，UNSS32750,韌性良好，強度較高，耐氯化物應力腐蝕和抗點腐蝕能力強。在石化領域、海水處理設備中應用廣泛。⑤沉淀硬化不銹鋼

：0Cr17Ni7Al，0Cr17Ni4Cu4Nb，通常用作耐磨、耐蝕的高強度結構件。如軸、齒輪、螺栓等。②鐵素體不銹鋼：如：00Cr12，1Cr17，主要應用于腐蝕4

3.奧氏體不銹鋼焊接特點①易產生焊接熱裂紋，這主要由于奧氏體不銹鋼導熱系數小，線膨脹系數大，接頭在高溫停留時間長，在熱應力作用下易產生熱裂紋，同時由于單相奧氏體組織易形成粗大的方向性很強的柱狀晶組織，在凝固過程中，一些雜質元素易在晶間形成低熔點的液態(tài)膜，在拉應力作用下形成凝固裂紋。

3.奧氏體不銹鋼焊接特點5②易產生晶間腐蝕傾向，在500～800℃溫度區(qū)間停留時間過長時，晶內的碳就會析出于晶界，與晶界處的Cr結合形成Cr23C6，從而使晶界發(fā)生貪Cr現象，當晶界的Cr低于12%時，就會使晶間的耐蝕性嚴重降低，不耐腐蝕，這就造成晶間腐蝕傾向。②易產生晶間腐蝕傾向，在500～800℃溫度區(qū)間停留時間過長64.工藝要點：①選擇合適的焊材，保證焊縫的Cr、Ni含量②盡量選用偏小電流、快速焊，使高溫停留時間短③嚴格控制層間溫度，一般低于100℃選用超低C和S、P含量低的焊材。但對于連續(xù)重整裝置中的再生器，應保證C=0.04～0.08%，以確保高溫蠕變強度。4.工藝要點：7二.抗氫誘導裂紋用鋼（HIC鋼）的焊接1.HIC鋼的由來隨著我國石化行業(yè)的飛速發(fā)展，原油需求量越來越大，且進口原油多占得比例越來越大，進口油大部分是高S，而

S在有水的條件下就會形成H2S，設備在濕H2S條件下使用就會由此而引起裂紋，從而發(fā)生損壞或破裂事故。近年來在石化行業(yè)由于H2S的存在引起的破壞事故越來越多。如何提高鋼材的品質，采用具有能抵抗Ｈ誘導裂紋能力的鋼，這是解決問題的關鍵，為此抗Ｈ誘導裂紋用鋼就應運而生，我國已經成功地研制出Q345R（HIC）鋼。二.抗氫誘導裂紋用鋼（HIC鋼）的焊接1.HIC鋼的由來8

德國迪林根鋼廠依照美國工程材料標準（ASTM/ASME）SA516Gr60、65、70所生產的DICREST系列鋼材是具有良好抗HIC性能的壓力容器用鋼板,SA516Gr.70（HIC）鋼不是一個新的鋼號，只是在SA516Gr.70鋼板規(guī)定的范圍內增加了一些附加要求，以提高鋼材抗氫誘導開裂（HIC）的能力。“HIC”的英文全稱為“HydrogenIncludedCracking”，中文含義為“氫誘導裂紋”。所以無論從焊工資格、焊接規(guī)范等方面，均可按SA516Gr.70鋼來對待，只是由于焊材選擇和力學性能（-30℃沖擊要求）、焊縫化學成分有特殊要求，故焊接工藝評定必須單獨進行。德國迪林根鋼廠依照美國工程材料標準（AST92.抗HIC鋼的特點①嚴格控制其含Mn量和S、P含量

Mn從1.20-1.60→1.20-1.35﹪S≤0.004﹪P≤0.010﹪②對鋼的冶煉過程中進行噴鈣處理，以改善夾雜物的形狀。③控制其硬度≤200HB④焊后應該進行消應力熱處理⑤應能夠通過抗氫誘導裂紋的腐蝕試驗具體的講，美國NACETM-0284-2003標準我國GB/8650-2006試驗標準2.抗HIC鋼的特點103.抗氫誘導裂紋的腐蝕試驗A溶液：試驗溶液含5%氯化鈉和0.5%醋酸，在硫化氫飽和之后的PH值約為3。B溶液：人造海水，在硫化氫飽和之后的PH值約為4.8~5.4。圖一HIC試驗方法3.抗氫誘導裂紋的腐蝕試驗圖一HIC試驗方法11圖二試樣截取示意圖圖三裂紋的計算示意圖圖二試樣截取示意圖圖三裂紋的計算示意圖12裂紋長度比：CLR=∑a/W×100%裂紋厚度比：CTR=∑b/T×100%裂紋敏感性比：

CSR=∑（a×b）/（W×T）×100%其中：a——裂紋長度，

b——裂紋寬度，

T——試樣厚度

W——試樣寬度（W=20±0.5mm）裂紋長度比：CLR=∑a/W×100%134.HIC鋼對焊接的特殊要求①焊縫的S、P含量要求S≤0.010﹪P≤0.015﹪②焊接接頭的硬度HB≤200③接頭沖擊試驗：A-30℃αkv≥34J單個值≥24J④焊后應該進行消應力熱處理。推薦使用溫度為620±14℃4.HIC鋼對焊接的特殊要求14三.低溫鋼的焊接定義：凡用來制造低于或等于-20℃的低溫設備，在相應的低溫條件下仍具有良好的低溫沖擊韌性和抗脆斷能力的鋼稱之為低溫鋼。

1.影響低溫韌性的主要因素(1)化學成分①C、S、P都會使韌脆轉變溫度升高，盡量降低含C量,嚴格限制S、P含量。②V、Ti、Nb及RE(稀土)可以細化晶粒，提高低溫韌性。三.低溫鋼的焊接定義：凡用來制造低于或等于-20℃的低溫設備15③Mn、Ni會降低鋼材的韌脆轉變溫度。特別是Ni可以顯著改善鋼的低溫韌性。（2）金屬的組織和晶粒、晶格狀態(tài)奧氏體鋼具有面心立方晶格，其韌性隨溫度降低變化極小，故在很低的溫度下仍具有較高的韌性。凡具有面心立方晶格的金屬，如γ鐵、鋁、銅及鎳等都不會產生冷脆性。此外，鋼的晶粒越細，低溫沖擊韌性越好，所以凡是可以細化晶粒的合金元素或通過正火熱處理等工藝措施，均能改善鋼的低溫韌性。2.低溫鋼的分類①按鋼的組織分：可分為鐵素體型低溫鋼和奧氏體型低溫鋼。②按合金體系分：可分為不含Ni鋼和含Ni鋼。③Mn、Ni會降低鋼材的韌脆轉變溫度。特別是Ni可以顯著改善16a）不含Ni鋼：一般最低使用溫度在-40℃以上，屬于鐵素體型低溫鋼。這類鋼主要通過嚴格控制C、S、P含量或添加少量的V、Al、Nb、Ti等微合金化元素，通過合金元素的固溶強化、晶粒細化并進行正火、正火+回火、淬火+回火的熱處理來得到良好的低溫韌性。如：SA350LF6Cl.2、SA333Gr.6。b）含Ni鋼：根據Ni含量的高低，其使用溫度也不同，一般來說，隨著Ni含量的增加，使用溫度也越低。含Ni鋼中，當Ni含量較低時，屬于鐵素體型低溫鋼；當Ni含量較高時，則屬于奧氏體型低溫鋼。對于鐵素體型含Ni低溫鋼，按含Ni量不同，可分為0.5Ni鋼、1.5Ni鋼、2.5Ni鋼、3.5Ni鋼、5Ni鋼和9Ni鋼。按最低使用溫度分：-40℃、-70℃、-90℃a）不含Ni鋼：一般最低使用溫度在-40℃以上，屬于鐵素17-101℃、-170℃、-196℃等幾個溫度級別用鋼。如：SA203GrA、B等均屬于2.5Ni鋼，使用溫度在-60℃，SASA203GrD、E、F等均屬于3.5Ni

鋼，使用溫度在-101℃。3.焊接工藝要點①選擇合適的焊接材料。要選擇與鋼的最低使用溫度相匹配的焊接材料，必要時，要選用能保證比鋼的最低使用溫度更低的焊材。要從焊縫的化學成分組成上保證焊縫的低溫沖擊韌性。如添加Ni和細化晶粒的Ti、B等微合金化元素，嚴格控制其C、S、P含量。②嚴格控制預熱溫度和層間溫度不可過高，一般控制在100-150℃。-101℃、-170℃、-196℃等幾18③采用較小的焊接熱輸入量，這是避免焊縫和熱影響區(qū)不會形成粗大的結晶組織而使低沖嚴重降低的關鍵工藝措施，具體要求是：（a）焊接電流不易過大（b）盡量采用窄焊道，不擺動的多道多層焊（c）宜采用快速多道焊，以減輕焊道過熱，并通過薄層多道焊的重熱作用細化晶粒。④要避免弧坑、未焊透及咬邊等缺陷。這些缺陷造成應力集中，是引起低溫條件下造成脆性破壞的源泉，所以低溫容器不允許任何咬邊缺陷存在。③采用較小的焊接熱輸入量，這是避免焊縫和熱影響區(qū)不會形成粗大194.焊后熱處理焊后消除應力熱處理對于低溫容器而言，是確保焊接接頭低溫沖擊韌性合格的重要工藝措施之一。雖然GB150附錄C《低溫壓力容器》規(guī)定，只有δ≥16mm的碳鋼、低合金鋼制低溫容器或元件應進行焊后熱處理，但一般對于低溫容器而言，要慎重考慮其熱處理問題，因為焊后熱處理可以降低其脆斷的危險性。一般低溫鋼容器的焊后熱處理溫度不宜超過620℃。4.焊后熱處理20四.雙相不銹鋼的焊接1.雙相不銹鋼定義：指金相組織由鐵素體和奧氏體兩相組成的不銹鋼，其中鐵素體和奧氏體各占一半，且一般較少相的含量至少也要在30%以上，這種不銹鋼稱為鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼。鐵素體含量低于10%，這種不銹鋼不屬于雙相不銹鋼之列，一般仍稱之為奧氏體不銹鋼。四.雙相不銹鋼的焊接1.雙相不銹鋼定義：指金相組織由鐵素體212.雙相鋼的特性①具有良好的耐蝕性，特別是其耐點蝕，縫隙腐蝕和應力腐蝕的能力比傳統(tǒng)的奧氏體不銹鋼優(yōu)越的多。②綜合性能好，不但有較高的屈服強度和疲勞強度，同時具有良好的韌性，其Rp0.2可達400-550MPa，是普通不銹鋼（Rp0.2≥205MPa）的兩倍，具有良好韌性的原因：主要是奧氏體相的存在。2.雙相鋼的特性223.焊接特點：焊接性良好，與奧氏體不銹鋼比有較低的熱裂紋傾向，與鐵素體不銹鋼相比有較低熱脆化傾向。4.焊接工藝要點：焊縫和熱影響區(qū)都應保持相平衡，得到滿意的相比例組織是關鍵，一般鐵素體在30-60%，最好在30-45%。3.焊接特點：焊接性良好，與奧氏體不銹鋼比有較低的熱裂紋23①嚴格控制熱輸入量，過大或過小都不利，最好在5-15KJ/cm。過大時，冷卻速度慢，會使δ→γ量多，結果使δ過少；過小時，冷卻速度快，會使δ→γ量少，結果使δ過高，要絕對避免十分快速的冷卻。②提高焊材的Ni含量，一般要焊材中Ni含量要比母材高2-4%，所以在焊2205雙相鋼時要用E2209焊條。③盡量采用多層多道焊。④一般不需要預熱焊接，層間溫度控制在150℃以下。⑤TIG焊時不推薦采用自熔焊。①嚴格控制熱輸入量，過大或過小都不利，最好在5-15KJ/c24（5）使用：①雙相鋼的極限使用溫度，EN標準定為250℃。②2205、2207是瑞典雙相鋼的焊條，作為通用型號應成UNSS31803和UNSS32750。③焊材選用：焊條AWSA5.4E2209E2594

焊絲AWSA5.9E2209ER2594（5）使用：255．鎳基合金1.什么是鎳基耐蝕合金

Ni含量在30%以上的合金通常稱為Ni基合金，它屬于有色合金之列，其顯微組織為單一的奧氏體組織。鎳基合金固態(tài)下沒有相變，母材和焊縫金屬的晶粒不能通過熱處理細化，固態(tài)具有面心立方晶格結構，化學活潑性低，在200～1090℃能耐各種腐蝕介質的侵蝕，同時具有良好的高溫和低溫力學性能。5．鎳基合金1.什么是鎳基耐蝕合金262.為什么鎳基合金運用的越來越好：①石化行業(yè)中所用設備的工作介質環(huán)境越來越苛刻，各種腐蝕日益嚴重，需要用耐蝕性好的材料來做設備。②Ni基合金具有獨特的物理、力學和耐蝕性能，能解決一般不銹鋼和其他金屬、非金屬材料無法解決的工程腐蝕，是各行各業(yè)中耐高溫、高壓、高濃度或混有不純物質各種苛刻腐蝕環(huán)境的比較理想的金屬材料。2.為什么鎳基合金運用的越來越好：273.常用的鎳基合金分類①純Ni，如鎳200、鎳201②Ni-Cu合金：蒙乃爾合金，Monel400③Ni-Cr-Fe合金：稱因康鎳合金,Inconel600④Ni-Cr-MO-Nb合金：稱因康鎳Inconel625⑤Ni-Fe-Cr合金：稱因科洛依合金，Incoloy800⑥Ni-Fe-Cr-Mo-Cu合金:稱因科洛依Incoloy825⑦Ni-Mo-Cr合金：稱哈斯特洛依合金,如C-2763.常用的鎳基合金分類28常用鎳基合金推薦選用的焊材合金材料牌號焊條牌