常用金属材料的焊接(不锈钢).doc

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1、常用金属材料的焊接(不锈钢)24  试述耐候钢及耐海水腐蚀用钢的焊接工艺。铜、磷能显著地降低钢的腐蚀速度,这是耐候钢及耐海水腐蚀用钢的主要合金元素,常用耐候钢及耐海水腐蚀用钢有:16CuCr、12MnCuCr、15MnCuCr、09Mn2Cu、16MnCu、09MnCuPTi、08MnPRE、10MnPNbRE钢等。铜、磷耐蚀钢对焊接热循环不敏感,焊接热影响区的最高硬度不超过350HV。虽然钢中含有Cu、P等元素,但其含量均不高,通常铜的质量分数控制在0.2%~0.4%,不会促使产生热裂纹。含磷钢中碳、磷的质

2、量分数都在0.25%以下,因而钢的冷脆倾向也不大,所以焊接性良好,焊接工艺与强度级别较低(σs为343~392MPa)的普通热轧钢相同。焊接耐候及耐海水腐蚀用钢的焊条,见表17。埋弧焊时,采用H08MnA、H10Mn2焊丝配合HJ431焊剂。表17  焊接耐候及耐海水腐蚀用钢的焊条牌号型  号主  要  用  途J422CrCuE4303焊接12CrMoCuJ502CuP焊接10MnPNbRE、08MnP、09MnCuPTiJ502NiCuJ502WCrE5003-G焊接耐候铁道车辆09MnCuPTiJ502

3、CrNiCuE5003-G焊接耐候近海工程结构J506WCuE5016-G焊接耐候用钢09MnCuPTiJ506NiCuE5016-G焊接耐候用钢J507NiCuE5015-G焊接耐候用钢J507CrNiE5015-G焊接耐海水腐蚀用钢的海洋重要结构25  什么是不锈钢的晶闸腐蚀?不锈钢在腐蚀介质作用下,在晶粒之间产生的一种腐蚀现象称为晶闸腐蚀。产生晶闸腐蚀的不锈钢,当受到应力作用时,即会沿晶界断裂、强度几乎完全消失,这是不锈钢的一种最危险的破坏形式。晶闸腐蚀可以分别产生在焊接接头的热影响区、焊缝或熔合线上,

4、在熔合线上产生的晶间腐蚀又称刀状腐蚀,见图2。不锈钢具有耐腐蚀能力的必要条件是铬的质量分数必须大于12%。当温度升高时,碳在不锈钢晶粒内部的扩散速度大于铬的扩散速度。因为室温时碳在奥氏体中的熔解度很小,约为0.02%~0.03%,而一般奥氏体不锈钢中的含碳量均超过此值,故多余的碳就不断地向奥氏体晶粒边界扩散,并和铬化合,在晶间形成碳化铬的化合物,如(CrFe)23C8等。但是由于铬的扩散速度较小,来不及向晶界扩散,所以在晶间所形成的碳化铬所需的铬主要不是来自奥氏体晶粒内部,而是来自晶界附近,结果就使晶界附近的

5、含铬量大为减少,当晶界的铬的质量分数低到小于12%时,就形成所谓的“贫铬区”,在腐蚀介质作用下,贫铬区就会失去耐腐蚀能力,而产生晶间腐蚀。26  什么是不锈钢产生晶间腐蚀的“危险温度区”(敏化温度区)?不锈钢产生晶间腐蚀与钢的加热温度和加热时间有关。1Cr18Ni9Ti不锈钢的晶间腐蚀与加热温度和加热时间的关系,见图3。从图中可看出,当加热温度小于左面50℃或大于850℃时,不会产生晶间腐蚀。因为温度小于450℃时,由于温度较低,不会形成碳化铬化合物;而当温度超过850℃时,晶粒内的铬扩散能力增强,有足够的铬

6、扩散至晶界和碳结合,不会在晶界形成贫铬区。所以产生晶间腐蚀的加热温度为450~850℃,这个温度区间就称为产生晶间腐蚀的“危险温度区”或称“敏化温度区”,其中尤以650℃为最危险。焊接时,焊缝两侧热影响区中处于危险温度区的地带最易发生晶间腐蚀,即使是焊缝由于在冷却过程中其温度也要穿过危险温度区,所以也会产生晶间腐蚀。焊接接头在危险温度区停留的时间越短,接头的耐晶间腐蚀能力越强,所以不锈钢焊接时,快速冷却是提高接头耐腐蚀能力的有效措施。由于奥氏体不锈钢冷却过程中没有马氏体的转变过程,所以快速冷却不会使接头淬硬。

7、27  不锈钢焊接时,为什么要控制焊缝中的含碳量?随着不锈钢中含碳量的增加,在晶界生成的碳化铬随之增多,使得在晶界形成贫铬区的机会增多,在腐蚀介质中产生晶间腐蚀的倾向就会增加。因此不锈钢焊接时,为提高接头的耐腐蚀能力,必需控制焊缝中的含碳量,采取的措施是:⑴采用超低碳不锈钢及其焊接材料  奥氏体不锈钢根据含碳量的不同,可分成三个等级:即一般含碳量级,碳的质量分数为≤0.14%;低碳级的为≤0.06%;超低碳级的为≤0.03。因为室温时,奥氏体中能溶解的最大碳的质量分数为0.02%~0.03%,所以超低碳奥氏体

8、不锈钢原则上就不会产生晶间腐蚀。属于超低碳奥氏体不锈钢的钢号有00Cr19Ni11、00Cr17Ni14Mo2、00Cr17Ni14Mo2Cu2等。焊接这类钢时,应采取超低碳不锈钢焊丝,如H00Cr19Ni9焊丝。⑵在母材或焊接材料中添加稳定剂  在钢材和焊接材料中加入Ti、Nb等与碳的结合能力比铬更强的元素,能够与碳结合成稳定的碳化物,可以避免在奥氏体晶界形成贫铬区。所以,常用奥氏体不锈钢及焊执着

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