研究生焊接工程学2PPT课件

织成分，同时采用小电流、快速焊工艺。
奥氏体不锈钢的SCC倾向要比马氏体或铁素体不锈钢突
出得多，焊后消除应力处理工艺往往十分必要；
• 铁素体不锈钢焊接时的主要问题是粗晶脆化，焊接时需
要预热并防止过热。
3
3.3.2 双相不锈钢概述 是一种强度高（为Cr-Ni钢的2倍）、韧性好、耐蚀性好、
焊接性好的新型结构材料。由于成分特点使其具有铁素体加 奥氏体（＋）双相组织（两者比例控制在1:1左右），从而 具有独特的耐蚀性能和较好的力学性能。 用途：应用于存储和运输氯化物和硫化物的设备和管道，运 输潮湿天然气的高压系统，海上冷却系统，原子能工业中的 再热器和热交换器等。
8
4、焊接接头中的氢致破坏 所谓氢致破坏，包括氢脆、氢致裂纹和氢致应力腐蚀开
裂。 双相不锈钢焊接热影响区中的氢脆可在相中产生。 相的体积分数低于50%时，焊缝金属对氢致裂纹不敏
感，大于50%后，敏感性明显增加。 双相不锈钢本身只有达到拉断强度的90%才会发生氢脆
型应力腐蚀开裂。考虑到焊接接头附近存在可达材料屈服点 的残余拉伸应力，因此在焊接接头中产生HESCC的可能性是 很大的。
4
3.3.3 双相不锈钢的焊接冶金 1、焊缝凝固和奥氏体相的形成
焊缝中能否保持合理的/比是焊接双相钢的最重要冶 金问题。供货状态下相以长条状分布在相基体中（图a） ，焊接熔化后会形成粗大的铸态焊缝组织（图b）。
焊缝中相的数量和形 态除了与化学成分有关外， 主要取决于其冷却速度, 冷 却速度增加，相含量减少。
考虑到焊接过程中冷却速度很大以及奥氏体形成元素N的损 失等，应选择比母材具有更高奥氏体形成元素含量的填充材料。 如焊缝中的Ni相对于母材高2-3％，增加了焊缝奥氏体化倾向。10
3、焊接热过程控制 焊接热输入、层间温度、预热以及材料厚度等都会影
响到焊接时的冷却速度。焊接合金含量高的Cr25%的双相钢 和超级双相不锈钢时，建议最高的层间温度控制在100C以 内。当要求焊后热处理时，可以不考虑控制层间温度。 4、焊后热处理
现代焊接与连接工程学
-材料焊接性
2011-12-18
1
3.3 （双相）不锈钢的焊接（The welding of dual-phase SS） 能抵抗大气腐蚀的钢叫不锈钢，但是不锈钢常常用于耐
腐蚀和耐高温的场合，所以若按用途分，不锈钢包括耐蚀钢 （主要是耐酸）和耐热钢（高温下有好的能抗氧化能力和强 度）两大类。但是，为了从制造和加工角度研究不锈钢的特 性，人们常常从化学成分和组织结构方面进行分类。
双相不锈钢焊后最好不进行热处理，但当焊态下相含 量超过了要求或析出了如相的有害相时，可采用焊后固溶 处理来改善。热处理时加热速度应尽可能快，采用惰性气 体保护防止氧化。
9
3.3.4 双相不锈钢的焊接工艺特点 为了获得满意的/比以及力学性能和耐腐蚀性能的最佳组
合，有两个因素需要予以控制：焊缝的化学成分和接头的冷却 速度。 1、焊接方法的选择
所有常用的焊接方法基本上都能用于双相不锈钢的焊接。但 不加填充材料的焊接方法，在焊接含N量不是很高（<0.4%）的 钢 时 ， 通 常 应 该 避 免 。 采 用 无 填 充 材 料 的 TIG 时 ， 也 可 以 采 用 Ar+N2（1-2％）的混合气体在焊缝中增N。 2、填充材料的选择
此外，由于双相不锈钢中的Cr、Mo含量较高，注意在 800C附近的高温下停留时间较长有析出脆性金属间化合 物（相）的危险。
6
3.3.3 双相不锈钢的焊接性 1、N含量对焊缝组织和性能影响
同样的相含量时（60%），母材的抗拉强度和延伸率均 高于焊缝，这是由于显微组织的不同造成的。拉伸试样的断 口分析表明，只有母材和含N量高的焊缝金属（接近0.4%） 才为明显的韧窝断裂。
• 马氏体不锈钢的主要焊接问题是马氏体组织导致淬硬倾
向大，容易产生开裂，需要预热并采用大规范；
• 奥氏体不锈钢的主要焊接问题是Cr迁移形成贫Cr区的晶间
腐蚀、热裂纹和应力腐蚀开裂（SCC）。
为避免晶间腐蚀需要采用超低碳焊接材料并用小规范
焊接，必要时作固溶处理。
为避免热裂纹需要采用适当的焊接材料控制焊缝的组
含Cr22%的双相不锈钢的母材组织a) 和焊缝组织b)
当焊接冷却速度难以降低时， 可以从成分上提高焊缝中的Ni、Mn、N等奥氏体形成元素的 含量，促使相的增加。其中N的作用最显著。
5
2、焊接热影响区的组织转变 如何控制焊接热影响区的组织构成仍是一个重要问题。
当焊缝附近热影响区加热到接近熔化温度时，此时处于 单相组织，在随后的快速冷却过程中，致使冷却后的热影 响区中相含量较多。
主要成分为Cr、Ni、Mo和N。Cr和Mo是铁素体形成元素， Ni和N为稳定奥氏体元素，N同时又是固溶强化元素。Cr、Mo、 N对提高双相不锈钢的耐点蚀性能具有重要作用。
双相不锈钢综合了相（铁素体）和相（奥氏体）的优点， 可简单认为铁素体提供了高的屈服强度和耐氯化物应力腐蚀 的性能，奥氏体提供了好的韧性和耐全腐蚀性能。
不锈钢
（高）铬不锈钢
马氏体不锈钢（Cr13系不锈钢，Cr12基耐热钢） 铁素体不锈钢（Cr17，Cr28）
铬镍奥氏体不锈钢（18-8，25-20）
铬锰氮奥氏体不锈钢（Cr17Mn13Mo2N (A4)）
铁素体-奥氏体双相不锈钢（Cr21Ni5Ti，00Cr18Ni5Mo3Si2）
2
3.3.1 一般不锈钢的焊接问题
7百度文库
2、焊接热输入对热影响区冲击韧性的影响 焊接热影响区中的N含量不会发生变化，影响热影响
区组织性能的因素主要是焊接热输入（影响冷速）。热 输入太低，导致相含量增加以及Cr2N析出增多，冲击韧 度下降。热输入太高时会引起晶粒严重长大，同样会使 冲击韧性降低。 3、双相不锈钢及其焊缝的脆化
在750C和850C下研究加热时间对SUS3291J1双相不锈 钢及焊缝金属脆化时发现： 试件脆性开裂都发生于相以及基体与相的界面。 焊缝中析出相要比在母材中快得多，焊缝金属由相 引起的韧性下降也比母材要剧烈。 母材中只有相很多时才会使韧性下降。焊缝中区是 细的，只要有少量的相就足以引起焊缝金属韧性的降低。