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不銹鋼銲接施工2目錄一、一般介紹……………………………………………………………..1不銹鋼之發展及基本原理不銹鋼之腐蝕二、不銹鋼銲接之有關原理及注意事項………………………………..5冶金方面的說明沃斯田鐵型不銹鋼之物理性質銲接之注意事項不銹鋼對非合金鋼之銲接三、不銹鋼之銲接操作…..……………………………………..……...13一般手銲操作CO2包藥銲條半自動銲接四、電銲施工之要領…………………………………………….……..201一、一般介紹：(一)不銹鋼之發展及基本原理：1.鋼中加入12%鉻即不會生銹。2.有良好的耐蝕性主要是由於表面很容易”鈍化”。3.目前最合理的解釋是：”鉻在鋼材表面形成很薄的很密且均勻的氧化膜”。4.鉻含量愈高，耐蝕性愈佳。5.從耐蝕的觀點，”鎳”並不是重要的，主要是用以改善鋼材的加工性質(形成沃斯田鐵型組織)。6.18/8不銹鋼不能耐腐蝕性酸，因此必須添加較高比例的合金元素，例如鎳、鉬和銅等等。7.一般不銹鋼在銲接後，銲道兩側會生銹，主要原因是形成碳化鉻。8.依TTS圖(時間-溫度-敏感性)分析，可知含碳量必須減少至0.03%左右，才能防止銲接時發生碳化鉻。1912年不銹，但是太脆(英國)但在銲接後會發生腐蝕不銹而且延性佳(沃斯田鐵型組織)(德國)一般耐蝕用不銹鋼圖1用於圖2廚房用具傢俱食品加工設備釀酒29.碳含量降低會使鋼材的強度降低因此添加少量的氮(N)使其強度增加，並使耐腐蝕性更佳。10.在近約350~700℃的溫度範圍中、會在表面形成另一種有害的”高溫氧化鉻”，有色彩、多孔、粗糙，且無法保護鋼材表面(銲接中是出現在銲道兩側的有色狹長地帶)，故不可用火焰作矯直作業，通常是用噴砂、酸洗或輕輕的研磨移除之。防銹由於鉻在表面上形成保護層故此鋼材”鈍化”也即是：不銹特殊鋼：圖3鉬(Mo)使具耐酸性氮(N)使具高強度添加其他元素使鋼材具有所需的性質通常鋼材都具有規格標準圖4室溫：減少碳含量使鋼材在銲接後不會腐蝕碳化物形成：所有鋼材都含有碳(C)在500~800℃之間的溫度碳和鉻形成碳化物使Cr含量降低至低於12%生銹碳化物圖5低碳含量極低碳含量溫度TTS圖：碳化物的形成取決於時間、溫度和碳含量*碳化物形成=晶界腐蝕的危險*時間愈長，危險愈大18/8鋼含有各種碳含量之TTS圖時間(分)圖63表1類型級別規格化學成份JISAISICNiCrMoCu其它標準型18Cr-8Ni304304≦0.088-10.518-20*18Cr-12Ni-Mo316316≦0.0810-1416-182-3*18Cr-12Ni-Mo-Cu316J1-≦0.0810-1417-191.2-2.751-2.5*18Cr-12Ni-3Mo317317≦0.0811-1518-203-4*極低碳型18Cr-8NiLowC304L304L≦0.0309-1318-20*18Cr-12Ni-MoLowC316L316L≦0.03012-1616-182-3*18Cr-12Ni-Mo-CuLowC316JIL-≦0.03012-1617-191.2-2.751-2.5*18Cr-12Ni-3MoLowC317L317L≦0.03011-1518-203-4*穩定化型18Cr-8Ni-Ti321321≦0.089-1317-20Ti≧5xC%*18Cr-8Ni-Nb(Ta)347347≦0.089-1317-20Nb+Ta≧10xC%*18Cr-8Ni-Nb-348≦0.089-1317-19Nb+TaTa≧10xC%Ta≦0.10*耐氧化型22Cr-12Ni309S309309S309≦0.08≦0.2012-1522-24*25Cr-20Ni310S310310S310≦0.08≦0.2519-2224-26**Si≦1.0,Mn≦2.0,P≦0.03,S≦0.034(二)不銹鋼之腐蝕：1.不銹鋼的鈍化特性也是其本身的弱點，為了在類如酸的媒質中能維持鈍化性，不銹鋼的整個表面需從酸的環境中能均勻的且自由與”氧化劑”接觸(通常是”氧”)。2.在一接頭中的間隙，無法自由的接近氧化劑，且如果此處存有氯化物(海水)，則會導致腐蝕，此即是接觸腐蝕或隙蝕。3.”鉬”可增進耐接觸腐蝕的能力，在海洋環境中，其含量至少2.75%。4.不銹鋼中的另一種腐蝕是由某種物質所引起，特別是氯化物，其能局部的滲透通過鈍化層並引起點蝕，但合金中含有”鉬”具有保護效應。5.兩種不同金屬在電解質中直接接觸時，會發生電流侵蝕，如圖10中所示。不銹鋼會使碳鋼加速腐蝕，因此兩邊最好都絕緣：油漆保護。6.為使不銹鋼具有耐蝕性，基本上鋼材表面必須平滑、勻稱且無任何足以引起腐蝕的缺陷。7.非常重要的是：每一位做不銹鋼的的工作者，都需從經濟的觀點上儘量使最後的整理加工之工作減至最低。陰極接觸腐蝕：(隙蝕)墊片圖7陽極鈍化層陰極點蝕或麻點(Pitting)：圖8陽極鈍化層*不正確的處理：如果鈍化部位被覆蓋，即會發生腐蝕。例如：銲濺物未清除這種腐蝕相當急速且通常是單獨的點點蝕或麻點圖958.為避免非合金鋼物質的污染，所有的工具都必須是不銹鋼製的，類如：鋼絲刷、尖鎚等，使用的砂輪片不可是曾用於碳鋼上的。圖11二、不銹鋼銲接之有關原理及注意事項：1.不銹鋼之銲接不僅是要將兩物件接合，而且需符合要求，其中與碳鋼銲接的最大不同點是耐蝕性的要求。2.如果所有製程中都適當的處理，並且以正確的方法程序銲接，則腐蝕不會發生在銲接的接頭。(一)冶金方面的說明：1.金屬組織：肥粒鐵型麻田散鐵型沃斯田鐵型無磁性2.沃斯田鐵形成劑：鎳(Ni)、碳(C)、氮(N)、錳(Mn)3.肥粒鐵形成劑：鉻(Cr)、鉬(Mo)、矽(Si)4.可由”薛佛蘭”圖算出母材和銲道的金屬組織，如果母材含有”氮”，必須使用狄龍圖有磁性不銹鋼碳鋼電流侵蝕：電解質是能導電的液體圖10海水(電解質)不銹鋼板必須小心處理以使腐蝕損壞的危險降至最小。下述各項會對耐蝕性具有相反影響6不同類的不銹鋼：鉻鋼鉻/鎳鋼類別肥粒鐵型麻田散鐵型沃斯田鐵型說明硬而且脆軟而且韌很難銲接容易銲接化學成份C≦0.25%0.09%≦≦0.1%Cr12~28%12~18%16~26%Ni~1.25~2.5%7~22%圖12薛佛蘭圖7圖13狄龍圖圖14不銹鋼銲接金屬用WRC-1992(FN)圖8(二)沃斯田鐵型不銹鋼之物理性質1.線膨脹係數高，約比碳鋼高50%，因此熱膨脹、冷縮情況較嚴重，(尤其是在銲接期間)2.熱傳導性比碳鋼差，僅為碳鋼的1/3，因此受熱區較窄、溫度梯度較陡、應力較大，也即是熱量在不銹鋼銲道中停留較久3.高的電阻性(約比碳鋼高出4~7倍)，因此銲條較易受熱成高溫的紅熱狀態，因此必須使用比較低的電流銲接。*銲接時：注意變形、過熱，儘量使用低電流(三)沃斯田鐵型不銹鋼銲接之注意事項：1.選用正確的銲條：例如：母材銲條304L型→308L型316L型→316L型316LN型→317L型銲條成份例(%)：CCrNiMoMnSi308L0.0418~219~120.750.5-2.50.9316L0.0417~2011~142~30.5-2.50.9317L0.0418~2112-143-40.5-2.50.9圖15薛佛蘭—狄龍圖有助於決定銲接接頭的金屬組織。9沃斯田鐵型不銹鋼和船用鋼板之間的物理性質差異：沃斯田鐵型不銹鋼船用鋼板碳鋼膨脹係數2013熱傳導性1647化學成份20℃2328500℃161020℃之電阻性700150圖16圖172.沃斯田鐵型不銹鋼很適合於銲接，因為不會硬化，因此沒有硬化龜裂的問題，也沒有發生導致脆化的有害晶粒成長問題。3.特殊的問題是：---腐蝕，主要是晶(粒)界腐蝕其與碳含量有關---熱脆龜裂，其和肥粒鐵含量有關---由於高的熱膨脹係數所引起的收縮應力和變形圖18沃斯田鐵型不銹鋼之銲條：：一般的要求：1.與母材相同的合金含量(或較高)2.低碳含量含氮量的材料是以沒有含氮的銲材做銲接銲接沃斯田鐵不銹鋼時特殊的問題：晶界腐蝕熱脆龜裂碳含量銲道金屬中肥粒鐵含量104.晶(粒)界腐蝕：500~900℃為沃斯田鐵不銹鋼的”敏感臨界溫度”，在此溫度範圍停留的時間愈久，會導致碳化鉻(Cr23C6)的析出，使其附近缺鉻發生腐蝕。解決方法：*銲接時，電流低，行進速度快*銲接後，急速冷卻，快速通過敏感臨界溫度範圍*減少碳含量，”鉬”能對碳化物析出具有抑制延遲的效應*在碳鋼上用過的砂輪片、鋼絲刷絕不可以用*碳棒挖槽後一定要研磨*注意入熱量的控制、道間溫度的控制(最好是100℃以下)，以防熱量堆積5.肥粒鐵含量和熱脆龜裂在銲接沃斯田鐵不銹鋼時，冷卻後的銲道必須含有2~8%的肥粒鐵量，這表示當溫度正好低於熔點時，銲道的金屬組織是肥粒鐵型，而防止雜質所引起的熱脆龜裂。圖19圖20晶界腐蝕碳化物形成，因而使晶粒界面中或附近有發生腐蝕的危險銹先生不銹鋼中形成碳化物有腐蝕的危險11肥粒鐵含量可由鋼材和銲條及稀釋度，經由薛佛蘭,狄龍圖及WRC-1992預測得知。肥粒鐵會受到冷卻的速度之影響，一般，在銲道金屬中冷卻較快速，因此有些肥粒鐵沒有足夠時間轉變沃斯田鐵組織，如果凝固冷卻後的銲道含有4~5%或更多的肥粒鐵量，即表示冷卻速率適當。肥粒鐵含量也受銲工之影響，因為銲接操作會影響銲道金屬的成份，最顯著的是氮對鎳當量的影響。---手銲時，電弧太長---氣體遮護銲法時，保護氣體壓力過大或流量過小---氣體遮護銲法時，電壓設定過高圖21稀釋度：D=%BA+BBA圖22(四)不銹鋼對非合金鋼之銲接(異材銲接)1.如果選用適當的特殊銲條，異材銲接通常不會引起困難，但選用銲條時必須注意非合金鋼有熔入銲道中。2.一般電弧銲接，母材金屬通常熔入約30~40%(稀釋度)。熱脆龜裂：--由於鋼中的不純物雜質所引起(磷P，硫S)當銲道金屬凝固時，若含有肥粒鐵時，危險性比較小(肥粒鐵可溶解雜質，沃斯田鐵不能)有龜裂的危險當這類雜質集中於銲道中央時*銲道金屬＝銲條+熔合的母材*母材金屬和銲條合金後使肥粒鐵含量＝2~8%(必須是15%以下)(用薛佛蘭,狄龍圖或WRC-1992做判1450°肥粒鐵1200°肥粒鐵+沃斯田鐵900°沃斯田鐵+2~3%肥粒鐵1600~1700°熔融金屬123.稀釋度隨著入熱量之增加而增大。4.為測定選用銲條，稀釋度對銲道的冶金狀態是否合適，可用薛佛蘭或狄龍圖預測之。5.為避免銲道發生麻田散鐵組織必須選用”過合金”銲條。入熱量J/cm=不銹鋼銲接應保持在15,000J/cm以下圖23圖24電流x電壓x60行進速度cm/分鐘熱脆龜裂：銲工能影響銲道的肥粒鐵含量長電弧或電壓高氣體保護區中受到擾亂*高的氮含量＝低的肥粒鐵含量(見狄龍圖)*高的入熱量冷卻速率緩慢→低的肥粒鐵量(或沒有)13三、不銹鋼之銲接操作(一)一般手銲操作：1.銲條表面銲藥之作用：-----心線熔化比銲藥快，使銲藥形成噴嘴形狀，穩定並保護電弧-----銲藥中活性成份可移除熔融材料中的雜質並浮至銲道表面形成銲渣-----銲道金屬上方形成銲渣阻隔空氣並有絕緣效應降低冷卻速率2.銲接不銹鋼時主要注意事項是控制入熱量：-----避免織動(銲條直徑的約2.5倍為最大寬度)-----使用低電流例：仰銲、立銲：3.2ψ85~95A4.0ψ100~115A橫銲可較大，但速度約為15~20cm/分圖25圖26圖27手銲電弧銲接入熱量：---較集中銲條之行為：氣體發散心線比銲藥熔化快活性銲渣保護性銲渣銲藥類型：石灰型---銲道性質佳，乾燥(300~350℃)耐龜裂性佳。例：E317L-15石灰氧化鈦型---SPATTER少，乾燥(200~250℃)銲渣移除易。例：E317L-16沃斯田鐵型不銹鋼之銲接：缺陷：---和碳鋼之銲接相同---對缺陷的敏感性較大---有腐蝕的危險主要規則：限制入熱量！！---使用低電流---使用高速度---避免使用大直徑銲條---避免織動---道間溫度100℃以下起弧和熄弧：起弧點在接頭中→良好熔合不可在接頭外→凹痕→龜裂→腐蝕(必須磨除)不可在點銲處→減少滲透→點銲道會未熔合熄弧：熔坑龜裂的危