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(chēng)之為不銹鋼。2）通常所說(shuō)的不銹鋼實(shí)際上是不銹鋼和耐酸鋼的總稱(chēng)。①不銹鋼：一般是指在大氣、水等弱腐蝕介質(zhì)中耐蝕的鋼。②耐酸鋼：是指在酸、堿、鹽等強(qiáng)腐蝕介質(zhì)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(diǎn)：含Ｃr量都在12%以上。⑤按照習(xí)慣叫法，下文中將不銹鋼和耐酸鋼統(tǒng)稱(chēng)為不銹鋼。2.不銹鋼的分類(lèi)及用途按金相組織分：可分為五類(lèi)

①奧氏體不銹鋼：如：304，316L，在氧化性、中性以及弱還原性介質(zhì)中均具有良好的耐蝕性，應(yīng)用最為廣泛。④不銹鋼和耐酸鋼的共同點(diǎn)：含Ｃr量都在12%以上。3②鐵素體不銹鋼：如：00Cr12，1Cr17，主要應(yīng)用于腐蝕環(huán)境不十分苛刻的場(chǎng)合，如室內(nèi)裝飾、廚房設(shè)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(qiáng)度要求較高而耐腐蝕性要求不太高的場(chǎng)合，如量具、刀具、餐具等。主要用它的不銹和高強(qiáng)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(qiáng)度較高，耐氯化物應(yīng)力腐蝕和抗點(diǎn)腐蝕能力強(qiáng)。在石化領(lǐng)域、海水處理設(shè)備中應(yīng)用廣泛。⑤沉淀硬化不銹鋼

：0Cr17Ni7Al，0Cr17Ni4Cu4Nb，通常用作耐磨、耐蝕的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)件。如軸、齒輪、螺栓等。②鐵素體不銹鋼：如：00Cr12，1Cr17，主要應(yīng)用于腐蝕4

3.奧氏體不銹鋼焊接特點(diǎn)①易產(chǎn)生焊接熱裂紋，這主要由于奧氏體不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)小，線(xiàn)膨脹系數(shù)大，接頭在高溫停留時(shí)間長(zhǎng)，在熱應(yīng)力作用下易產(chǎn)生熱裂紋，同時(shí)由于單相奧氏體組織易形成粗大的方向性很強(qiáng)的柱狀晶組織，在凝固過(guò)程中，一些雜質(zhì)元素易在晶間形成低熔點(diǎn)的液態(tài)膜，在拉應(yīng)力作用下形成凝固裂紋。

3.奧氏體不銹鋼焊接特點(diǎn)5②易產(chǎn)生晶間腐蝕傾向，在500～800℃溫度區(qū)間停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，晶內(nèi)的碳就會(huì)析出于晶界，與晶界處的Cr結(jié)合形成Cr23C6，從而使晶界發(fā)生貪Cr現(xiàn)象，當(dāng)晶界的Cr低于12%時(shí)，就會(huì)使晶間的耐蝕性嚴(yán)重降低，不耐腐蝕，這就造成晶間腐蝕傾向。②易產(chǎn)生晶間腐蝕傾向，在500～800℃溫度區(qū)間停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)64.工藝要點(diǎn)：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(shí)間短③嚴(yán)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(duì)于連續(xù)重整裝置中的再生器，應(yīng)保證C=0.04～0.08%，以確保高溫蠕變強(qiáng)度。4.工藝要點(diǎn)：7二.抗氫誘導(dǎo)裂紋用鋼（HIC鋼）的焊接1.HIC鋼的由來(lái)隨著我國(guó)石化行業(yè)的飛速發(fā)展，原油需求量越來(lái)越大，且進(jìn)口原油多占得比例越來(lái)越大，進(jìn)口油大部分是高S，而

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

德國(guó)迪林根鋼廠(chǎng)依照美國(guó)工程材料標(biāo)準(zhǔn)（ASTM/ASME）SA516Gr60、65、70所生產(chǎn)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(gè)新的鋼號(hào)，只是在SA516Gr.70鋼板規(guī)定的范圍內(nèi)增加了一些附加要求，以提高鋼材抗氫誘導(dǎo)開(kāi)裂（HIC）的能力?！癏IC”的英文全稱(chēng)為“HydrogenIncludedCracking”，中文含義為“氫誘導(dǎo)裂紋”。所以無(wú)論從焊工資格、焊接規(guī)范等方面，均可按SA516Gr.70鋼來(lái)對(duì)待，只是由于焊材選擇和力學(xué)性能（-30℃沖擊要求）、焊縫化學(xué)成分有特殊要求，故焊接工藝評(píng)定必須單獨(dú)進(jìn)行。德國(guó)迪林根鋼廠(chǎng)依照美國(guó)工程材料標(biāo)準(zhǔn)（AST92.抗HIC鋼的特點(diǎn)①?lài)?yán)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(duì)鋼的冶煉過(guò)程中進(jìn)行噴鈣處理，以改善夾雜物的形狀。③控制其硬度≤200HB④焊后應(yīng)該進(jìn)行消應(yīng)力熱處理⑤應(yīng)能夠通過(guò)抗氫誘導(dǎo)裂紋的腐蝕試驗(yàn)具體的講，美國(guó)NACETM-0284-2003標(biāo)準(zhǔn)我國(guó)GB/8650-2006試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)2.抗HIC鋼的特點(diǎn)103.抗氫誘導(dǎo)裂紋的腐蝕試驗(yàn)A溶液：試驗(yàn)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(yàn)方法3.抗氫誘導(dǎo)裂紋的腐蝕試驗(yàn)圖一HIC試驗(yàn)方法11圖二試樣截取示意圖圖三裂紋的計(jì)算示意圖圖二試樣截取示意圖圖三裂紋的計(jì)算示意圖12裂紋長(zhǎng)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(zhǎng)度，

b——裂紋寬度，

T——試樣厚度

W——試樣寬度（W=20±0.5mm）裂紋長(zhǎng)度比：CLR=∑a/W×100%134.HIC鋼對(duì)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(yàn)：A-30℃αkv≥34J單個(gè)值≥24J④焊后應(yīng)該進(jìn)行消應(yīng)力熱處理。推薦使用溫度為620±14℃4.HIC鋼對(duì)焊接的特殊要求14三.低溫鋼的焊接定義：凡用來(lái)制造低于或等于-20℃的低溫設(shè)備，在相應(yīng)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(chēng)之為低溫鋼。

1.影響低溫韌性的主要因素(1)化學(xué)成分①C、S、P都會(huì)使韌脆轉(zhuǎn)變溫度升高，盡量降低含C量,嚴(yán)格限制S、P含量。②V、Ti、Nb及RE(稀土)可以細(xì)化晶粒，提高低溫韌性。三.低溫鋼的焊接定義：凡用來(lái)制造低于或等于-20℃的低溫設(shè)備15③Mn、Ni會(huì)降低鋼材的韌脆轉(zhuǎn)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(huì)產(chǎn)生冷脆性。此外，鋼的晶粒越細(xì)，低溫沖擊韌性越好，所以凡是可以細(xì)化晶粒的合金元素或通過(guò)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(lèi)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(huì)降低鋼材的韌脆轉(zhuǎn)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(lèi)鋼主要通過(guò)嚴(yán)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(guò)合金元素的固溶強(qiáng)化、晶粒細(xì)化并進(jìn)行正火、正火+回火、淬火+回火的熱處理來(lái)得到良好的低溫韌性。如：SA350LF6Cl.2、SA333Gr.6。b）含Ni鋼：根據(jù)Ni含量的高低，其使用溫度也不同，一般來(lái)說(shuō)，隨著Ni含量的增加，使用溫度也越低。含Ni鋼中，當(dāng)Ni含量較低時(shí)，屬于鐵素體型低溫鋼；當(dāng)Ni含量較高時(shí)，則屬于奧氏體型低溫鋼。對(duì)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(gè)溫度級(jí)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(diǎn)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(shí)，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(xué)成分組成上保證焊縫的低溫沖擊韌性。如添加Ni和細(xì)化晶粒的Ti、B等微合金化元素，嚴(yán)格控制其C、S、P含量。②嚴(yán)格控制預(yù)熱溫度和層間溫度不可過(guò)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(huì)形成粗大的結(jié)晶組織而使低沖嚴(yán)重降低的關(guān)鍵工藝措施，具體要求是：（a）焊接電流不易過(guò)大（b）盡量采用窄焊道，不擺動(dòng)的多道多層焊（c）宜采用快速多道焊，以減輕焊道過(guò)熱，并通過(guò)薄層多道焊的重?zé)嶙饔眉?xì)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(yīng)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(huì)形成粗大194.焊后熱處理焊后消除應(yīng)力熱處理對(duì)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(yīng)進(jìn)行焊后熱處理，但一般對(duì)于低溫容器而言，要慎重考慮其熱處理問(wèn)題，因?yàn)楹负鬅崽幚砜梢越档推浯鄶嗟奈ｋU(xiǎn)性。一般低溫鋼容器的焊后熱處理溫度不宜超過(guò)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(chēng)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(chēng)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(diǎn)蝕，縫隙腐蝕和應(yīng)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(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度，同時(shí)具有良好的韌性，其Rp0.2可達(dá)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(diǎn)：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(diǎn)：焊縫和熱影響區(qū)都應(yīng)保持相平衡，得到滿(mǎn)意的相比例組織是關(guān)鍵，一般鐵素體在30-60%，最好在30-45%。3.焊接特點(diǎn)：焊接性良好，與奧氏體不銹鋼比有較低的熱裂紋23①?lài)?yán)格控制熱輸入量，過(guò)大或過(guò)小都不利，最好在5-15KJ/cm。過(guò)大時(shí)，冷卻速度慢，會(huì)使δ→γ量多，結(jié)果使δ過(guò)少；過(guò)小時(shí)，冷卻速度快，會(huì)使δ→γ量少，結(jié)果使δ過(guò)高，要絕對(duì)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(shí)要用E2209焊條。③盡量采用多層多道焊。④一般不需要預(yù)熱焊接，層間溫度控制在150℃以下。⑤TIG焊時(shí)不推薦采用自熔焊。①?lài)?yán)格控制熱輸入量，過(guò)大或過(guò)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(biāo)準(zhǔn)定為250℃。②2205、2207是瑞典雙相鋼的焊條，作為通用型號(hào)應(yīng)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(chēng)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(méi)有相變，母材和焊縫金屬的晶粒不能通過(guò)熱處理細(xì)化，固態(tài)具有面心立方晶格結(jié)構(gòu)，化學(xué)活潑性低，在200～1090℃能耐各種腐蝕介質(zhì)的侵蝕，同時(shí)具有良好的高溫和低溫力學(xué)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(yùn)用的越來(lái)越好：①石化行業(yè)中所用設(shè)備的工作介質(zhì)環(huán)境越來(lái)越苛刻，各種腐蝕日益嚴(yán)重，需要用耐蝕性好的材料來(lái)做設(shè)備。②Ni基合金具有獨(dú)特的物理、力學(xué)和耐蝕性能，能解決一般不銹鋼和其他金屬、非金屬材料無(wú)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(zhì)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(yùn)用的越來(lái)越好：273.常用的鎳基合金分類(lèi)①純Ni，如鎳200、鎳201②Ni-Cu合金：蒙乃爾合金，Monel400③Ni-Cr-Fe合金：稱(chēng)因康鎳合金,Inconel600④Ni-Cr-MO-Nb合金：稱(chēng)因康鎳Inconel625⑤Ni-Fe-Cr合金：稱(chēng)因科洛依合金，Incoloy800⑥Ni-Fe-Cr-Mo-Cu合金:稱(chēng)因科洛依Incoloy825⑦Ni-Mo-Cr合金：稱(chēng)哈斯特洛依合金,如C-2763.常用的鎳基合金分類(lèi)28常用鎳基合金推薦選用的焊材合金材料牌號(hào)焊條牌