不锈钢的焊接

不锈钢的焊接奥氏体不锈钢的焊接性能抵抗大气腐蚀的钢称为不锈钢，亦定义为主加元素铬含量能够使刚处于钝化状态，又具有不锈特性的钢种。按成分和组织的不同，不锈钢大体分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢，其中，奥氏体不锈钢的主要成分是铬和镍，它们的存在产生了稳定的奥氏体，因而材料具有优良的耐腐蚀性能、耐热性和塑性，同时也具有良好的焊接性，常用的如1Cr18Ni9Ti。但是如果焊接材料或焊接工艺不正确时会出现晶间腐蚀或热裂纹等缺陷。晶间腐蚀发生于晶粒边界（晶界产生贫铬层），它是奥氏体金属最危险的破坏形式之一，不锈钢产生晶间腐蚀的危险温度区是450～850℃。含碳量越多，不锈钢产生晶间腐蚀的倾向越大。由于奥氏体不锈钢在结晶过程中容易使低熔点杂质产生严重偏析，而且很大的膨胀系数又容易导致冷却时的收缩压力，因此焊接接头中很容易产生热裂纹，而不形成延迟裂纹。奥氏体不锈钢的焊接方法•手弧焊•手弧焊时，焊接工艺方面，奥氏体不锈钢和低碳钢有一定不同。在焊条直径相同的条件下，焊接不锈钢的电流比焊接低碳钢的电流应小些。•氩弧焊•奥氏体不锈钢采用氩弧焊时，由于保护作用好，合金元素不容易烧损，过渡系数比较高，所得焊缝成形好，表面光洁，具有较好的耐热性和力学性能。氩气和氧气混合气体焊接不锈钢时，氧气的含量一般为1％-2％。•埋弧自动焊•由于熔池体积大，冷却速度小，容易引起合金元素及杂质的偏析。因此，焊接奥氏体不锈钢时，为了防止裂纹的产生，焊剂应该具有较低的氧化性。•目前，手弧焊，氩弧焊，埋弧自动焊和等离子弧焊可以用来进行奥氏体不锈钢的焊接，其中，焊接奥氏体不锈钢质量比较好的方法是氩弧焊。而不适用于奥氏体不锈钢的是电渣焊和二氧化碳保护焊。•奥氏体不锈钢具有很大的电阻，所以不锈钢焊条焊接时药皮容易发红。应该采用小焊接电流。•焊接工艺•在对奥氏体不锈钢进行焊接时，最危险的缺陷是晶间腐蚀。可以采用各种焊接工艺来避免这种问题。•焊丝：为防止晶间腐蚀，焊接奥氏体不锈钢时要采用超低碳焊丝。•焊接规范：采用小规范焊接，同样直径的奥氏体不锈钢焊条采用的焊接电流值应比低碳钢焊条低15％-20％，可以•减小危险温度的停留时间，进而减少晶间腐蚀的危险程度。•稳定金属：奥氏体不锈钢中加入的稳定元素有钛和铌两种，也可以防止晶间腐蚀。•冷却速度：焊接奥氏体不锈钢时，由于快速冷却不会形成淬硬组织，所以在一般情况下采用增大冷却速度来防止晶间腐蚀。•焊后热处理：采用一定的焊后热处理工艺可以消除晶间腐蚀。如，将工件加热至1050-1100度，使碳迅速溶入奥氏体中，然后迅速冷却，形成稳定的奥氏体组织。锅炉压力容器压力管道焊工考试规则第一十三条：焊接操作技能考试应从焊接方法、试件材料、焊接材料及试件形式等方面进行考核。焊接方法及代号见表1，焊条类别代号及适用范围见表2，试件钢号分类及代号见表3，各种试件形式、位置及代号见表4，焊接要素及代号见表5。表1焊接方法及代号焊接方法代号焊条电弧焊SMAW钨极气体保护焊GTAW熔化极气体保护焊GMAW（含药芯焊丝电弧焊FCAW）埋弧焊SAW（一）、“2019年考规”对八种焊接方法的焊工考试作出规定，除此以外的焊接方法都按四十三条规定进行考试。•药芯焊丝电弧焊考试规定与熔化极气体保护焊相同，常用半自动与自动焊方式(实质上是手工焊与机械焊）。•堆焊不能称为焊接方法，只是焊接方法的运用，各种焊接方法焊接操作技能考试规定也适用于堆焊的运用。•对于焊接方法按“2019年考规”分为手工焊接和机械化焊接两种方法；对焊工操作技能“2019年考规”分为手工和焊机操作技能两种。对试件对接形式分为板材对接焊缝、管材对接焊缝和管板角接头试件三种。焊接不锈钢复合钢之间焊缝及过渡焊缝的焊工，应取得耐蚀堆焊资格表2焊条类别、代号及范围焊条类别焊条类别代号相应型号牌号适用焊件的焊条范围钛钙型F1EXX03J422/J502F1纤维素型钛型F2EXX10J505GXF1、F2钛型、钛钙型F3EXXX(X)-16/-17G202F1、F3低氢型、碱性F3JEXX15/-16J427/J507R507/R307F1、F3、F3J钛型、钛钙F4EXXX(X)-16/-17A132/A302F4碱性F4JEXXX(X)-16/-17A137/A307F4、F4J.二、锅炉、压力容器和压力管道使用国产焊条所执行的国家标准有三个：GB/T983－2019，GB/T5117－2019，GB/T5118－2019，行业标准一个：JB/T4747－2019。•表2焊条代号、类别及适用范围•①F1钛钙型EXX03F1（J422、J502)GB/T5117•这类焊条为钛钙型，药皮中含30%以上的氧化钛和20%以下的钙或镁的碳酸盐矿，熔渣流动性良好，脱渣容易，电弧稳定熔池适中，飞溅少，焊波整齐。这类焊条适用于全位置焊接，焊接电流为交流或直流正、反接，主要焊接较重要的碳钢结构。②F2纤维素型EXX10，EXX11，（GB/T5117）EXX10－X，EXX11－X，（GB/T5118）EXX10、EXX10－X型焊条为高纤维素钠型药皮中纤维素含量较高，电弧稳定，焊接时有机物在电弧区分解产生大量的气体，保护熔敷金属，电弧吹力大，熔深较深。熔化速度快，熔渣少，脱渣容易，熔渣覆盖较差，通常限制采用大电流焊接。这类焊条适用于全位置焊接，特别适用于立焊、仰焊的多道焊和有较高射线检测要求的焊缝，也可用于向下立焊，焊接电流为直流反接。如J505GX（GB/T5118）适用焊件的焊条范围：F1、F2③F3钛型、钛钙型型号：（GB/T983)EXXX（X）－16型焊条（G202),药皮可以是碱性的，也可以是钛型或钛钙型。适用于交流或直流焊接，为了在交流施焊时获得良好的电弧稳定性，这类焊条药皮中一般都含有易电离元素如钾，直径不大于4.0mm的焊条可用于全位置焊接。适用焊件的焊条范围：F1、F3。④F3J低氢型、碱性GB/T5117J426、J506、J507GB/T5118J427、J507、J507RHGB/T983G207EXX15、EXX15－X型焊条，这类焊条为低氢钠型。药皮主要组成物是碳酸盐矿和萤石，碱度较高，熔渣流动性好，焊接工艺性能一般，焊波较粗，角焊缝略凸，熔深适中，脱渣性能好，焊接时要求焊条干燥，并采用短弧焊。这类焊条可全位置焊接，焊接电流为直流反接。这类焊条的熔敷金属具有良好的抗裂性能和力学性能。EXX16、EXX18－X型焊条，这类焊条为低氢钾型药皮。在与EXX15、EXX15－X型焊条药皮基本相似的基础上添加了稳弧剂，如钾水玻璃等，电弧稳定，工艺性能、焊接位置与EXX15型焊条相似，焊接电流为交流或直流反接。这类焊条的熔敷金属具有良好的抗裂性能和力学性能。适用焊件的焊条范围：F1、F3、F3J⑤F4钛型、钛钙型GB/T983EXXX（X）－15EXXX（X）－17（A132、A302）GB/T983⑥F4JGB/T983EXXX（X）－15EXXX（X）－17（A137）（A307）上述三个焊条国家标准都是等效采用美国国家标准，所谓等效采用则是将国外标准的技术内容全部照搬，只是计量单位从英制改为中国习惯采用的公制。当焊工考试时若采用了美国焊条，便可直接按（2019考规）表2的规定将美国焊条划入相应的类别中。GB/T983－2019等效ANSI/AWSA5.4－1992《不锈钢手工电弧焊焊条》GB/T5117－2019等效ANSI/AWSA5.1－1991《碳钢药皮电焊条规程》GB/T5118－2019等效ANSI/AWSA5.5－1981《低合金钢药皮电焊条规程》三、试件母材钢号及代号见表3焊工焊接操作技能考试是要求焊工按照评定合格的焊接工艺施焊出没有超标缺陷的焊缝。从焊接缺陷角度出发，焊工焊接操作技能与母材钢号没有关系，对于焊条电弧焊，焊工焊接操作技能与药皮类别密切相关。但因钢材合金成分不同造成焊接性能不同，施焊时所采取的焊接工艺措施•不一样，从焊接工艺复杂程度出发而将试件母材钢号进行分类，并制定出替代规则，手工焊焊工焊接操作技能也相应分成四个等级。表3试件钢号分类及代号表类别代号典型钢号示例碳素钢ⅠQ195、Q215、Q235、10、20、20R、20G、20gHP245、HP265、L175、L210、S205低合金钢ⅡHP295、HP325、L245、L290、马氏体钢铁素体不锈钢Ⅲ奥氏体不锈钢、双相不锈钢Ⅳ表3中钢号都是锅炉、压力容器、压力管道和气瓶现行标准中所列钢号。GB6653－1994《焊接气瓶用钢板》中所列气瓶用钢的牌号都用“HP”打头，例如HP245、HP365。“245”表示钢材屈服点σs下限值。气瓶用钢的化学成分都有控制范围。SY5297－1991《石油天然气输送管道用直缝电阻焊钢管》中所列的钢种等级都用“S”打头，例如S240、S480。“240’表示该等级钢种的σt0.5下限值，（规定总伸长应力即试样标距长度上产生0.5%的总伸长所需的拉应力）对于每个等级钢种化学成分都有控制范围。“GB/T9711－2019《石油天然气输送钢管交货技术条件》中所列的钢种等级都用“L”打头，例如L175、L155。155”表示该等级钢种的Rt0.5下限值，对于每个等级钢种化学成分都有控制范围。碳素钢（Ⅰ类）：焊接性能良好，大多数情况下焊前不要求预热，焊后不要求后热，部分钢号因为没有冲击要求，因而也不需要控制线能量。低合金钢（Ⅱ类）：这类钢号焊前要求预热，焊后要求后热，而且有冲击试验要求，因而要求控制线能量上限。马氏体钢、铁素体不锈钢（Ⅲ类）：这类钢焊接裂纹倾向较大，焊前不要求预热，焊后要进行热处理，焊接工艺要求严格，要求控制焊接线能量范围。1Co5Mo与1Co9Mo1是代表这一类别钢号，1Co5Mo钢供货状态的金相组织与热处理状态有关。即便退火供货时为珠光体，在焊后其焊缝与热影响区将出现马氏体组织，所以将它列入Ⅲ类。•奥氏体不锈钢、双相不锈钢（Ⅳ类）：•这类钢材用相应的焊条施焊时熔池不易摊开，熔滴过渡不暢特点与碳钢、低合金钢很不同，故另列一类。•表3内所列钢号只是典型钢号示例，包含了锅炉、压力容器、压力管道标准中所列钢号。对于没有列入表3的钢号（例如新钢号、国外钢号）可根据第四十四条规定由焊工考委会将其列入相应类别中。•对焊机操作工来讲，焊接操作技能考试是考核焊工掌握焊机能力，焊接过程“自动”•完成与钢号无关，焊机操作工用某一钢号经焊接操作技能考试合格后，则焊接所有钢号都可免除考试。•表4试件形式、位置及代号见图：•表4试件形式、位置及代号试件形式试件位置代号板材对接焊缝平焊1G横焊2G立焊3G仰焊4G管材对接焊缝试件水平转动1G垂直固定2G向上焊水平固定向下焊5G5GX向上焊45°固定向下焊6G6GX管板角接头试件水平转动2FRG垂直固定平焊2FG垂直固定仰焊4FG水平固定5FG45°固定6FG•第十四条焊接操作技能考试合格的焊工，当试件钢号或焊材变化时，属下列情况之一的不需重新进行焊接操作技能考试：•（一）手工焊焊工采用某类别钢号经焊接操作技能考试合格后，焊接该类别其它钢号时；•（二）手工焊焊工采用任一钢号，经焊接操作技能考试合格后，焊接该•类别钢号与类别代号较低钢号所组成的异种钢号焊接接头时；•（三）除Ⅳ类外，手工焊焊工采用某类别任一钢号，经焊接操作技能考试合格后，焊接较低类别钢号时；•（四）焊机操作工采用某类别任一钢号，经焊接操作技能考试合格后，焊接其它类别钢号时；•（五）变更焊丝钢号（或型号）、•药芯焊丝类型、焊剂型号、保护气体种类和钨极种类时；•第十五条经焊接操作技能考试合格的焊工，属下列情况之一的，需重新进行焊接操作技能考试：•㈠、改变焊接方法；•㈡、在同一焊接方法中，手工焊考试合格，从事焊机操作工时；•㈢、在同一种焊接方法中，焊机操作•考试合格，从事手工焊工作时；•㈣、表五中焊接要素（代号）01、02、03、04、06和08之一改变时；•㈤、焊件焊接位置超出表11规定的适用范围时。表5焊接要素及代号••焊接要素要素代号手工焊钨极气体保护焊填充金属焊丝无01实芯02药