不銹鋼與特殊用途鋼的焊接

本書主編為常州技師學(xué)院楊海明。楊海明為講師、焊接工程師、焊接高級技師。曾就職于江蘇新亞化工集團公司，現(xiàn)任學(xué)院焊接教研室主任、二級雙師型教師、學(xué)院學(xué)術(shù)委員會委員，常州市職教骨干教師。

主編教材《焊工》（化學(xué)工業(yè)出版社2007年），《焊工快速入門》（北京理工大學(xué)出版社2008年），《冷作鈑金工》（化學(xué)工業(yè)出版社2008年）；參編*職業(yè)培訓(xùn)教材《焊工知識與技能》（中國勞動社會保障出版社2006年）；發(fā)表《薄板細絲二氧化碳焊解決熔深的工藝》《立對接焊課題的教學(xué)策略》《淺談焊接技術(shù)的新走向及技能培訓(xùn)的新要求》等論文多篇。2007年，在第二屆江蘇省技工院校技能大賽焊工中級組比賽中，所輔導(dǎo)的學(xué)生分獲第一、第二和第四名；在第二屆全國技工院校技能大賽焊工中級組比賽中，所輔導(dǎo)的學(xué)生獲第二名。

任教以來，先后獲得常州市技校系統(tǒng)優(yōu)秀教師、常州市技校系統(tǒng)優(yōu)秀班主任、江蘇省技工院校優(yōu)秀教練等榮譽稱號，2008年榮立三等功

第1章不銹鋼與特殊用途鋼的材料及焊接性

1.1不銹鋼的材料

1.2不銹鋼的焊接性

1.3耐熱鋼的材料

1.4耐熱鋼的焊接性

1.5低溫鋼的材料

1.6低溫鋼的焊接性

第2章不銹鋼與特殊用途鋼的焊接材料

2.1不銹鋼的焊接材料

2.2耐熱鋼的焊接材料

2.3低溫鋼的焊接材料

第3章不銹鋼與特殊用途鋼焊接工藝

3.1鉻鎳奧氏體不銹鋼焊條電弧焊工藝

3.2鉻鎳奧氏體不銹鋼鎢極氬弧焊工藝

3.3鉻鎳奧氏體不銹鋼熔化極氬弧焊工藝

3.4鉻鎳奧氏體不銹鋼等離子弧焊接與切割工藝··

3.5鉻鎳奧氏體不銹鋼激光焊與電子束焊工藝

3.6鉻鎳奧氏體不銹鋼電阻焊工藝

3.7鉻鎳奧氏體不銹鋼埋弧自動焊工藝

3.8鐵素體不銹鋼與馬氏體不銹鋼的焊接工藝

3.9雙相不銹鋼的焊接工藝

3.10不銹鋼釬焊工藝

3.1 1不銹復(fù)合鋼板的焊接工藝

3.12耐熱鋼的焊接工藝

3.13低溫鋼的焊接工藝

第4章不銹鋼與特殊用途鋼的焊接操作

4.1鉻鎳奧氏體不銹鋼的焊條電弧焊操作

4.2鉻鎳奧氏體不銹鋼的鎢極氬弧焊操作

4.3鉻鎳奧氏體不銹鋼的熔化極氬弧焊操作

4.4鉻鎳奧氏體不銹鋼的等離子弧焊接與切割操作

4.5鉻鎳奧氏體不銹鋼的埋弧自動焊操作

4.6鐵素體不銹鋼的焊接操作

4.7不銹復(fù)合鋼板的焊接操作

4.8珠光體耐熱鋼的焊接操作

4.9奧氏體耐熱鋼及馬氏體耐熱鋼的焊接操作

4.10低溫鋼的焊接操作

第5章不銹鋼與特殊用途鋼焊接實例

5.1奧氏體不銹鋼焊接實例

5.2鐵素體不銹鋼焊接實例

5.3馬氏體不銹鋼焊接實例

5.4沉淀硬化不銹鋼焊接實例

5.5不銹復(fù)合鋼板焊接實例

5.6珠光體耐熱鋼焊接實例

5.7鐵素體耐熱鋼、馬氏體耐熱鋼和奧氏體耐熱鋼的焊接實例

5.8低溫鋼焊接實例

第6章不銹鋼與特殊用途鋼焊接的質(zhì)量控制

6.1焊接質(zhì)量體系的運行

6.2焊接質(zhì)量控制的實施

6.3不銹鋼與特殊用途鋼焊接結(jié)構(gòu)失效分析

6.4控制焊接殘余應(yīng)力的措施

參考文獻 2100433B

本書根據(jù)焊接生產(chǎn)施工實際情況，結(jié)合作者多年從事生產(chǎn)和教學(xué)的經(jīng)驗，介紹了常用金屬材料的焊接施工工藝與操作技法。內(nèi)容以注重生產(chǎn)實用性、實用技術(shù)為主，理論知識為輔，特別注重了各項技能技巧的編寫。本書介紹了各類不銹鋼與特殊用途鋼的種類、牌號、用途、焊接性、焊接材料、焊接方法和相應(yīng)工藝、操作要領(lǐng)，以及各類不銹鋼與特殊用途鋼的焊接缺陷防止措施、實際工程的應(yīng)用等。力求做到通俗、易讀、緊貼實際應(yīng)用，適合生產(chǎn)一線工人和技術(shù)人員以及職業(yè)院校師生等讀者群使用參考。

《不銹鋼的焊接》可供從事不銹鋼焊接的工程技術(shù)人員、科研人員以及高等院校焊接專業(yè)師生參考。

不銹鋼焊接適用于手工電弧焊接用的不銹鋼焊條，這類焊條熔敷金屬中鉻含量應(yīng)大于10.50%，鐵的含量應(yīng)超過其它任何元素。

熔敷金屬：完全由填充金屬熔化所形成的焊縫金屬。

在不銹鋼的應(yīng)用中對不銹鋼結(jié)構(gòu)進行焊接和切割是不可避免的。由于不銹鋼本身所具有的特性，與普碳鋼相比不銹鋼的焊接及切割有著其特殊性，更易在其焊接接頭及其熱影響區(qū)（HAZ）產(chǎn)生各種缺陷。焊接時要特別注意不銹鋼的物理性質(zhì)。

例如奧氏體型不銹鋼的熱膨脹系數(shù)是低碳鋼和高鉻系不銹鋼的1.5倍；導(dǎo)熱系數(shù)約是低碳鋼的1/3，而高鉻系不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)約是低碳鋼的1/2；比電阻是低碳鋼的4倍以上，而高鉻系不銹鋼是低碳鋼的3倍。這些條件加上金屬的密度、表面張力、磁性等條件都對焊接條件產(chǎn)生影響。

馬氏體型不銹鋼一般以13%Cr鋼為代表。它進行焊接時，由于熱影響區(qū)中被加熱到相變點以上的區(qū)域內(nèi)發(fā)生a-r（M）相變，因此存在低溫脆性、低溫韌性惡化、伴隨硬化產(chǎn)生的延展性下降等問題。因而對于一般馬氏體型不銹鋼焊接時需進行預(yù)熱，但碳、氮含量低的和使用r系焊接材料時可不需預(yù)熱。焊接熱影響區(qū)的組織通常又硬又脆。對于這個問題，可通過進行焊后熱處理使其韌性和延展性得到恢復(fù)。另外碳、氮含量低的牌號，在焊接狀態(tài)下也有一定的韌性。

鐵素體型不銹鋼以18%Cr鋼為代表。在含碳量低的情況下有良好的焊接性能，焊接裂紋敏感性也較低。但由于被加熱至900℃以上的焊接熱影響區(qū)晶粒顯著變粗，使得在室溫下缺少延伸性和韌性，易發(fā)生低溫裂紋。也就是說，一般來講鐵素體型不銹鋼有475℃脆化、700-800℃長時間加熱下發(fā)生б相脆性、夾雜物和晶粒粗化引起的脆化、低溫脆化、碳化物析出引起耐蝕性下降以及高合金鋼中易發(fā)生的延遲裂紋等問題。通常應(yīng)在焊接時進行焊前預(yù)熱和焊后熱處理，并在具有良好韌性的溫度范圍進行焊接。

奧氏體型不銹鋼以18%Cr-8%Ni鋼為代表。原則上不須進行焊前預(yù)熱和焊后熱處理。一般具有良好的焊接性能。但其中鎳、鉬的含量高的高合金不銹鋼進行焊接時易產(chǎn)生高溫裂紋。另外還易發(fā)生б相脆化，在鐵素體生成元素的作用下生成的鐵素體引起低溫脆化，以及耐蝕性下降和應(yīng)力腐蝕裂紋等缺陷。經(jīng)焊接后，焊接接頭的力學(xué)性能一般良好，但當(dāng)在熱影響區(qū)中的晶界上有鉻的碳化物時會極易生成貧鉻層，而貧鉻層和出現(xiàn)將在使用過程中易產(chǎn)生晶間腐蝕。為避免問題的發(fā)生，應(yīng)采用低碳（C≤0.03%）的牌號或添加鈦、鈮的牌號。為防止焊接金屬的高溫裂紋，通常認為控制奧氏體中的δ鐵素體肯定是有效的。一般提倡在室溫下含5%以上的δ鐵素體。對于以耐蝕性為主要用途的鋼，應(yīng)選用低碳和穩(wěn)定的鋼種，并進行適當(dāng)?shù)暮负鬅崽幚?；而以結(jié)構(gòu)強度為主要用途的鋼，不應(yīng)進行焊后熱處理，以防止變形和由于析出碳化物和發(fā)生δ相脆化。

雙相不銹鋼的焊接裂紋敏感性較低。但在熱影響區(qū)內(nèi)鐵素體含量的增加會使晶間腐蝕敏感性提高，因此可造成耐蝕性降低及低溫韌性惡化等問題。

全新節(jié)約型雙相鋼及其焊接性能

當(dāng)今市場上有四種主要類型的雙相鋼：節(jié)約型雙相鋼、標(biāo)準(zhǔn)雙相鋼、頂級雙相鋼與超級雙相鋼。它們之間的差異表現(xiàn)在化學(xué)分析及其機械與腐蝕性能上。它們的相似之處是它們都有鐵素體固化，并且在大約1,420攝氏度的溫度下開始、在約800攝氏度的溫度下結(jié)束形成奧氏體。由于這些鋼材有兩種晶體結(jié)構(gòu)，從而形成有益于用戶的一系列理想的性能。鐵素體主要賦予高強度與抗應(yīng)力腐蝕開裂的高性能，而奧氏體則賦予延展性和全面的耐腐蝕性。

在建筑結(jié)構(gòu)中選擇雙相鋼，經(jīng)?？梢砸蚱渚哂休^高的強度而降低板材厚度，從而減輕建筑物的重量。除此之外，由于世界市場上合金元素（例如鎳）的價格猛漲，因此節(jié)約型的雙相鋼變得更加流行。2304（1.4362）是頭等品級中的一種，這種材料的強度更高，腐蝕性能至少同等，因此能夠與316品級競爭。最新的品級2101（1.4162）已經(jīng)在相對較短的時間內(nèi)獲得了很大的市場份額。

"節(jié)約型雙相鋼"經(jīng)常會出現(xiàn)的焊接性能問題。而焊接標(biāo)準(zhǔn)雙相鋼并不是一個問題，而且不論采用何種工藝，都有適合這些應(yīng)用的焊材。從金相的角度來看，焊接2101（1.4162）根本就沒有問題，實際上它甚至要比標(biāo)準(zhǔn)級的雙相鋼更加容易焊接，因為這種材料事實上可以采用乙炔焊工藝來進行焊接，而對于標(biāo)準(zhǔn)雙相鋼材料而言，始終必須避免使用這種工藝。焊接2101所面臨的實際問題是熔池的粘度不同，因此可濕性差了一點。這迫使操作人員在焊接的過程中更加多地使用電弧焊，而這正是問題的所在。盡管可以通過選擇超合金化焊材加以彌補，但是我們經(jīng)常希望選擇匹配的焊材。

在2101中，也存在低溫?zé)嵊绊憛^(qū)和高溫?zé)嵊绊憛^(qū)中的顯微結(jié)構(gòu)之間的熱影響區(qū)相互作用，比2304、2205或2507更加有利。在以2101進行試驗時，也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)由于鎳含量較低，因此產(chǎn)生了含有較多氮與錳的不同類型的"回火色"，而這影響了腐蝕性能。在電弧和熔池中發(fā)生的這一成分損失是由于氮與錳的蒸發(fā)與熔敷，這對于雙相鋼等級的材料來說是一個新問題，因此在這次講課中將作了較多描述。