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任务7.3奥氏体型不锈钢的焊接•1、了解奥氏体不锈钢的焊接性。•2、熟知奥氏体不锈钢产生晶间腐蚀的你原因及防止措施•3、奥氏体不锈钢的焊接工艺•4、会运用内填丝和外填丝焊接奥氏体不锈钢管•5、掌握钨级氩弧焊固定管全位置操作技能学习目标完成成不锈钢管钨级氩弧焊的焊接训练工作任务一、不锈钢的分类1.按化学成分分类（1）铬不锈钢（2）铬镍不锈钢2.按室温金相组织分类（1）奥氏体型不锈钢（2）马氏体型不锈钢（3）铁素体型不锈钢（4）奥氏体＋铁素体型不锈钢（5）沉淀硬化型不锈钢3.按用途分类（1）不锈钢（2）热稳定钢（3）热强钢二、奥氏体型不锈钢的焊接性一）、焊接接头的热裂纹1.奥氏体型不锈钢焊接时热裂纹产生的原因1）容易形成方向性较强的柱状晶焊缝组织，有利于有害杂质的偏析，促使形成晶间液态夹层并产生焊缝凝固裂纹。2）奥氏体型不锈钢的热导率小而线膨胀系数大，在焊接局部加热和冷却条件下，焊接接头在冷却过程中，可以形成较大的拉应力。焊缝金属在凝固过程中存在较大的拉应力，正是产生凝固裂纹的必要条件。3）奥氏体型不锈钢及其焊缝的合金较复杂，不仅P、S、Sn、Sb之类的杂质可以形成易熔夹层，有些合金元素因溶解度有限，也能形成有害的易熔夹层。2.防止奥氏体型不锈钢焊接产生热裂纹的措施（1）严格限制有害杂质（2）尽可能避免形成单相奥氏体组织（3）适当调整合金成分（4）尽量减小焊缝的过热（5）选择适当焊条药皮类型二）、焊接接头的晶间腐蚀沿焊缝金属晶粒边界发生的腐蚀破坏现象称为晶间腐蚀。1.奥氏体型不锈钢晶间腐蚀的机理2.防止和减小奥氏体型不锈钢晶间腐蚀的措施1）采用小电流、快速焊、短弧焊，焊条不作横向摆动，减小焊缝在高温停留时间；采取强制冷却措施（如：用铜垫板、水冷等）；多层焊时，要控制好层间温度，（前一道焊缝冷却到60℃以下再焊第二道焊缝）。2）选择超低碳（（C）≤0.03％）焊条，或用含有Ti或Nb等稳定元素的不锈钢焊条。w3）先焊接不与腐蚀介质接触的非工作面焊缝，与腐蚀介质接触的工作面焊缝最后焊接。4）焊后进行固熔处理，把焊件加热至1050～1150℃后进行淬火处理，使晶界上的Cr23C6熔入晶粒内部，形成均匀的奥氏体组织。5）对于奥氏体型不锈钢焊缝金属，一般希望铁素体δ相数量为4％～12％比较适宜，焊接生产中常用的18-8型钢焊条。三）、焊接接头的应力腐蚀1.奥氏体型不锈钢应力腐蚀的机理（1）应力条件只有在拉应力的作用下才会导致应力腐蚀裂纹开裂。（2）材料条件应力腐蚀大多发生在合金中，在晶界上的合金元素偏析是引起晶间开裂型应力腐蚀的重要因素之一。（3）介质的影响应力腐蚀的最大特点是腐蚀介质与材料组合上有选择性，在特定组合以外的条件下不会产生应力腐蚀。2.控制应力腐蚀开裂的措施（1）尽量降低焊接残余应力（2）合理调整焊缝成分四）、焊接接头的脆化奥氏体型不锈钢在高温下持续加热的过程中，会形成一种以Fe-Cr为主、成分不定的金属间化合物，即σ相，σ相性能硬脆而无磁性，并且分布在晶界处，使奥氏体型不锈钢因冲击韧度大大下降而脆化。实践表明，σ相的析出温度为650～850℃。五）、焊接变形与收缩奥氏体型不锈钢的热导率小而线膨胀系数大，在自由状态下焊接时，容易产生较大的焊接变形。三、奥氏体型不锈钢的焊接工艺一）、奥氏体型不锈钢焊接工艺的特点1.焊接热输入要小采用小的热输入，短弧快速焊。2.焊接操作正确焊条不作横向摆动，直线形运条，每道焊道不宜过宽，焊道宽度应小于焊条直径的3倍。3.快速冷却奥氏体型不锈钢焊后可采取强制冷却措施，如采用铜垫板，用水冷却等。4.焊前预热和后热处理焊前不进行预热、焊后不采取后热工艺措施。多层多道焊接时，其层间温度应低于60℃。5.焊后热处理焊后一般不进行热处理。6.焊后表面处理奥氏体型不锈钢焊后进行表面处理，可以增加不锈钢的耐腐蚀性，主要处理方法有：（1）表面抛光处理（2）表面钝化处理二）、焊接方法的选择用焊条电弧焊、钨极氩弧焊、熔化极氩弧焊、埋弧焊和等离子弧焊等。最常用的是焊条电弧焊和氩弧焊。1.焊条电弧焊（1）焊条的选择选用焊条应根据焊件化学成分来考虑，焊条的化学成分类型应尽量与母材相近，焊条的含碳量不要高于母材，铬镍的含量应不低于母材。奥氏体型不锈钢焊条选用见表14-1。不锈钢焊条药皮分为三类：•1）焊条药皮类型代号为15的焊条，通常为碱性焊条。••2）焊条药皮类型代号为16的焊条，药皮可以是碱性的，也可以是钛型的或钛钙型的。••3）焊条药皮类型代号为17的焊条，它是焊条药皮类型代号为16的变型，可以使用交流或直流电源进行全位置焊接。表14-1焊接奥氏体型不锈钢焊条的选用(2)焊接参数的选择采用直流反接电源。应严格控制多层焊的层间温度＜60℃和小的焊接热输入。焊接电流要比碳钢焊条小20％左右。焊接奥氏体型不锈钢焊接电流的选择见表14-2。表14-2焊接奥氏体型不锈钢焊接电流的选择(3)焊接操作技术采用小电流、短弧、快速、焊条不作横向摆动的操作方式。减少焊缝在450～850℃停留时间，采取强制冷却。不要在坡口之外的焊件上直接引弧，要用引弧板，收弧时要填满弧坑。与腐蚀介质接触的焊缝，应该最后焊接。（4）焊接生产的注意事项1）为保证焊缝成分的稳定，必须保证有稳定的熔合比，也就是必须设法保证焊接参数的稳定性。2）钢材的表面必须避免碰撞和摩擦损伤，划线下料时不要打样冲眼和用划针划线，以免损失不锈钢的耐腐蚀性。3）焊缝根部接触腐蚀介质时，要保证背面焊缝焊透，禁止使用金属垫板。4）焊接地线电缆卡头，在焊件上要卡紧，防止在焊接过程中出现起弧或过烧现象。为避免焊接飞溅损伤不锈钢表面，在坡口及其两侧刷涂石灰水或防飞溅剂。5）焊缝交接处要错开，不要出现十字交接形焊缝。6）钢材的储存及运输，要与一般的结构钢分开，以免不锈钢被铁锈污染。7）尽量用机械加工或等离子弧切割下料，避免用碳弧切割。8）钢材的矫正不得用铁锤敲击，以免破坏不锈钢表面保护膜。9）容器封头等零件最好冷压成形，如热压成形时，应检查耐腐蚀性的变化，并且做相应的热处理。不能用火焰矫正变形只能采用机械矫正。10）焊接前后需要进行热处理时，加热前必须把钢材表面油脂洗净，以免加热时产生渗碳现象。2、钨极氩弧焊钨极氩弧焊适用于8mm以下的板结构焊接，特别适宜3mm以下的薄板焊接，以及-60mm以下管子焊接、大直径管子的打底焊。（1）焊接材料的选择1）钨极：常用的钨极有纯钨极、钍钨极及铈钨极。2）氩气3）焊丝奥氏体型不锈钢钨极氩弧焊(TIG焊)用焊丝选择见表14-7。表14-7奥氏体型不锈钢TIG焊用焊丝表14-8常用奥氏体型不锈钢TIG焊的焊接参数（3）焊接操作技术1）引弧：正规生产常采用高频引弧法或高频脉冲引弧法引弧，引弧时，提前5～10s送气，以便吹尽送气管中的空气，保护焊接过程中熔池中的合金元素不被氧化。引弧时，钨极与焊件保持3～5mm距离，按下控制开关，此时，在高频高压作用下，击穿间隙，焊接电弧被引燃。2）注意保持焊接电弧的适宜长度：焊接过程中，氩气的挺度稍差一些，弧长就会控制不好，从而降低保护效果。3）控制好填丝：焊接过程中，掌握好填丝角度和焊丝填充位置。填丝时，焊丝不要触及钨极以免污染电极。焊丝在焊接过程中的运动，不要离开氩气保护区，避免高温焊丝端头被空气氧化。（4）焊接生产的注意事项1）室外焊接时，在电弧周围要有防风措施，防止风力破坏氩气保护罩，影响奥氏体型不锈钢的焊接质量。2）不要在焊件上随便起弧，起弧应在铜垫板上进行，铜垫板要紧临焊缝起始处。4.熔化极氩弧焊用熔化极氩弧焊焊接奥氏体型不锈钢，焊缝成形很差，焊缝高而窄，所以应用不广泛。但是，通过采用混合气体、外加脉冲电流，即可得到焊接过程稳定、焊丝熔化速度较快、电弧热量集中的焊接效果。通常有三种焊接方法：（1）短路过渡（MIG焊）（2）脉冲MIG焊（3）喷射过渡MIG焊一焊前准备用等离子弧切割下料，再用铣、刨机械加工坡口。坡口形式采用V形坡口，约为65°～70°。坡口的钝边约为0-0.5mm。1、下料、加工坡口2、焊接材料选用：奥氏体不锈钢是特殊性能用钢，为满足接头具有相同的性能，应遵循“等成分”原则选择焊接材料，同时为增强接头抗热裂纹和晶间腐蚀能力，使接头中出现少量铁素体。••因为不锈钢易氧化的特点。要求采用严格的定位焊。应遵循“短而厚”、“点焊不焊透”、的原则，（也有人叫搭桥式点焊）。•对于d≤Φ89mm的管采用两点定位，d=Φ89-Φ219mm采用三点定位，d≥219mm的采用四点定位；定位焊缝不能焊透，必须保证坡口反面没有氧化。3、装配定位焊二、确定钨极氩弧焊工艺参数三、固定焊件，向管内充氩气•焊件清理，进行装配，定位焊，将焊件水平固定在距地面800～900mm的焊接工位架上。接下来，向管内充入氩气，将管内空气置换出来，即可施焊。水平固定管分前、后半步进行。从仰焊位置过管中心线后方5～10mm处起焊，按逆时针方向先焊前半步，焊至平焊位置越过管中心线5～10mm处收尾，之后再按顺时针方向焊接后半部，如图4—11所示。四、焊接确定焊接顺序焊接过程中，焊枪角度和填丝角度要随焊接位置的变化而变化，如图4—12所示。1、打底焊•电弧引燃后，在坡口根部间隙两侧用焊枪画圈预热，待顿边熔化形成熔孔后，将伸入到管子内侧的焊丝紧贴熔孔，在顿边两侧各送一滴熔滴，通过焊枪的横向摆动，使之形成搭桥连接的第一个熔池。•此时，焊丝再紧贴熔池前沿中部填充一滴熔滴，使熔滴与母材充分熔合，熔池前方出现熔孔后，再送入另一滴熔滴，依次循环。•当焊至立焊位置时，由内填丝法改为外填丝法，直至焊完底层的前半部。采用内填丝和外填丝法进行打的。操作方法与前半部分相同。当焊至3～5mm时，为保证接头焊透，焊枪应画圈，将定位焊缝熔化，然后填充2～3滴熔滴，将焊缝封闭后继续施焊。当底层焊道的后半部与前半部在平位还差3～4mm即将封口时，停止送丝，先在封口处周围画圈预热，使之成红热状态，然后将电弧拉回原熔池填丝焊接。封口后停止送丝继续向前施焊5～10mm停弧，不要立即移开焊枪，要待熔池凝固后再移开。打底层焊道厚度一般以2mm为宜。后半部为顺时针方向的焊接2、盖面层•采用月牙形摆动进行盖面焊，盖面焊焊枪角度与打底焊时相同，均采用外填丝法。•在打底层上位于6点处引弧，焊枪做月牙摆动，在坡口边缘及打底层焊道表面熔化并形成熔池后，开始填丝焊接。焊丝与焊枪同步摆动，在坡口两侧稍加停顿，各加一滴熔滴，并使其与母材良好熔合，摆动、填丝进行焊接。•在仰焊部位填丝量应适当少一些，以防每次填充的焊丝要多一些，以防焊缝不饱满。•整个盖面层焊接运弧要平稳，钨级端部与熔池距离保持2～3mm，熔池的轮廓应关于焊缝的中心对称，若发生偏斜，随时调整焊枪角度和电弧在坡口边缘的停留时间。•焊后关闭气路和电源，将焊枪盘好挂起，并清理工作现场。五、任务考核