超高纯度铁素体不锈钢焊接工艺简述

一，关于008Cr27Mo热处理

超高纯度铁素体不锈钢及其焊接接头有产生晶间腐蚀的倾向，其腐蚀机理与奥氏体不锈钢晶间腐蚀一样，仍可以用公认的贫铬理论来解释。热处理对超高纯度高铬铁素体不锈钢(008Cr27Mo）晶间腐蚀率的影响见图1。


从图中可知:该钢从1100℃水淬与普通高铬铁素体不锈钢不同，腐蚀率很低，不产生晶间腐蚀，晶界上没有高铬铁、氮化物析出；而在1100℃空冷的，腐蚀率很高，晶界上析出大量的高铬碳和氮化物，有晶间腐蚀。经1100℃×30min水淬，然后分别进行1min保温和900min的水淬的试件，晶界上均有高铬碳、氮化物析出，但腐蚀率比1100℃空冷的试样低，且没有晶间腐蚀。说明晶界上析出的高铬碳、氮化物与晶间腐蚀没有相对关系。腐蚀介质为硫酸铁-硫酸溶液。

无论普通纯度高铬铁素体型不锈钢，还是超高纯度的铁素体型不锈钢，其焊接接头的晶间腐蚀倾向都与其合金元素的含量有关。选用与母材金属化学成分相同或不同的焊接材料焊接时，要严格保护好焊接熔池，防止空气中氮气侵入熔池，以免增加焊缝金属中C、N、O的含量，导致晶间腐蚀的产生。

选用与母材金属化学成分不同的焊接材料焊接时，要严格控制焊接材料中的碳、氮含量和提高铬元素含量，以提高焊接接头抗腐蚀能力。

二，超高纯度铁素体不锈钢的焊接工艺

超高纯度铁素体不锈钢熔焊的方法有氩弧焊、等离子弧焊和真空电子束焊。采用这些焊接方法主要目的是使焊接熔池能得到良好的保护，使焊接熔池表面不受污染。

采取的工艺措施如下：

1，增加熔池保护(如采用双层气体保护),用气体透镜，增大喷嘴直径，适当增，大氩气流量；或者采取在焊枪后面加保护气罩的办法，延长焊接熔池的保护时间。

2，焊接时要采用提前送气，滞后停气的焊接设备，使焊缝始、末端均在有效气，体保护范围内。

3，提高气纯度，用高纯度气进行施焊，以减少氮和氧的含量，提高焊缝金属，的净化程度。

4，提高焊工操作技能，填充焊丝时不允许焊丝始、末端离开保护区。

5，焊缝背面要通氩气保护，最好采用通氩气的铜垫板，以减少过热，增加冷却速度。

6，尽量减少热输入，多层焊时控制层间温度低于100℃。

三，关于022Cr18NbTi高纯度铁素体不锈钢焊接工艺

有一种新型高纯度铁素体不锈钢，其成分特点为超低碳(C+N)及中Cr(质量分数为18%),同时添加了少量的合金元素Nb(质量分数为0.45%-0.50%)及Ti(质量分数约为0.15%)以实现Cr的双稳定化；其组织特点为单相铁素体组织，高温到室温无组织转变；性能特点除了具有良好的耐蚀性外，同时还具有良好的力学性能。与奥氏体不锈钢相比，铁素体不锈钢导热性好，胀系数小，且具有更好的经济性。但使用成品的厚度一般都小于3mm,该钢需经焊接加工时，厚度限制范围更小，一般小于2mm。

有一钢生产的022Cr8NbTi,厚为1.5mm冷轧退火钢板，对其进行焊接工艺考核。其化学成分和力学性能简图2和图3。



1，焊接参数的选定

焊接方法采用钨极氩弧焊，钨极直径为2.4mm,I形坡口水平对接焊，氩气流量为8-10L/min,电源极性为直流正接。定位焊后进行连续焊接，

选择不同焊接参数来确定良好的焊接接头力学性能和组织，见图4。


2，对焊接接头进行分析

（1）焊接接头力学性能检测

按有关标准执行，焊接接头室温拉伸试验结果见图5。


图中可以看出:3号试样由于焊接时添加了焊丝，焊缝有余高，因此抗静载荷能力强，断裂位置在母材；1号和2号试样均断裂于焊缝，其断裂强度不小于母材95%。从图4中还可以看出3个试样热影响区粗晶区的硬度值与母材相比变化不大。室温弯曲试验:焊缝位于试样中心，弯曲直径为2倍试样厚度，弯曲角度为180°。各个试样的面弯和背弯试样都合格，未出现裂纹，表明焊接接头具有良好的抗弯性能，其对晶粒度不敏感。

（2）焊接接头室温金相组织

通过对比可以发现，1号试样焊缝和热影响区的粗晶区和细晶区的晶粒都特别粗大，粗晶区的晶粒度达0~1级。2号试样热影响区的粗晶区和细晶区的晶粒尺寸与1号试样相比显著减小，晶粒度为4级。3号试样由于填充了E308L奥氏体焊丝，焊缝区可以大致分为两部分，一是位于表层的奥氏体区，熔合比小，组织为奥氏体焊态组织；二是位于焊缝根部的铁素体区，熔合比大，组织为粗大的

柱状晶，晶粒生长方向朝焊缝表面而不是热影响区，焊接热影响区晶粒尺寸较小，晶粒度在3~4级之间，且宽度较窄。

另外，还观察到3号试样没有明显的热影响区粗晶区的过渡区，表明添加奥氏体焊丝对改善接头组织，提高力学性能是有益的。

总之，铁素体不锈钢晶粒受热易粗化，在焊接热循环过程中，热影响区晶粒不可避免地长大而使性能下降。对于022C18Nb铁素体不锈钢焊接而言，焊接参数可调范围比较窄，不但要严格控制焊接热输入，而且要控制焊接电流处于一个较低的水平，也就是既要焊牢又要让它少受热。