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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流焊缝金属与母材的强度 阳江304不锈钢板.精品文档.1切口质量分析对18 -8型不锈钢钢板切割面进行检查，测得热影响区宽度只有002mm。这是由于水的冷却作用和切割速度增快，导致切口热影响区变窄的缘故。对其切口进行焊接，将焊接接头进行耐蚀性检查，没有发现有晶间腐蚀的倾向。 由于用水冷却被割工件，使被割工件切口平整，且割后工件热变形小，切口宽度也比一般等离子弧切割口窄。 2对环境保护分析一般等离子弧切割时产生大量的金属蒸气粉尘和有害气体，吸入人体会影响操作者的身体健康，即使采用抽风除尘装置，也不可能根治环境污染。若采用水净化工作台，如图7 -2
2、- 13所示，可以解决这个问题。切割时，将工件放在水净化工作台的水槽上，槽中加水，水面距离被割工件约20nlrn，直至接触被割工件。水再压缩空气等离子弧切割时，从喷嘴内喷出的水形成一个锥状水帘包围在等离子弧周围，当割枪出来的高速气体与切割过程中产生的氧化物微粒进入大气以前，就随水进入槽中，全部沉入槽底，不会飞向周围大气之中。例如韧割厚为38 nun的18 -8型不锈钢钢板时，用一般等离子弧切割时，每切割长度25mm的切口会产生109微尘：而用水再压缩空气等离子弧切割再配备水净化工作台时，切割相同长度所产生的微粒烟尘只有0. llg。由于水和气体混合，还可以减少有害气体二氧化氮。在使用水再压缩空
3、气等离子弧切割和水净化工作台时，如果把水加到最佳位置，可将进入周围空气中的二氧化氮降低80%，同时还可以减低等离子弧切割时的噪声。假若被割工件位于水下200mm左右进行切割时，利用水的特性，可以使切割噪声降低15dB左右，并能吸收切割过程中所形成的强烈弧光、金属粒子、灰尘、烟气和紫外线等，大大改善了工作环境卫生，有利于操作入员身体健康。当然，此时由于看不到切割线，只能是自动切割。 双相不锈钢优良性能的本质如上所述，基本根源在于其化学成分和金相组织其两相的比例及分布状态是决定其性能的最基本因素。 大家知道，奥氏体型不锈钢或铁素体型不锈钢经受热循环时，通常没有激烈的组织变化，只是有可能析出少许的第
4、二相，如碳化物、氮化物和叮相等在某些非稳定奥氏体钢中有可能出现百分之几的铁索体相。奥氏体一铁素体双相不锈钢则不同，如图7 -1 - 19所示的相图表明，在IOOO以下平衡相比例为50/50左右的双相不锈钢，随着温度的升高，奥氏体逐步减少而铁索体则逐步增多。被加热到1350qC以上至固相线温度区间，其平衡组织的体积分数为1 00%的铁索体。这样的物理冶金学本质是分析研究双相不锈钢焊接性的一个基本根据。此外，奥氏体型不锈钢和铁索体型不锈钢各自存在的析出碳化物、出现贫铬区、长期受热导致叮相脆化和475脆性等，在这类钢中也可能有所表现，产生一定的影响。当然，焊接性分析也一定要以焊接热循环、焊缝结晶特点
5、为依据。焊接热循环的快速性和短暂性，决定了焊缝金属的相变对温度的滞后、相组成远远达不到平衡的程度。 1焊缝的成分和组织经验表明，OOCr18Ni5M03Si2双相不锈钢的自熔焊缝的金相组织中，奥氏体的体积分数大体只有1%，而且与钢板的原始热处理状态即原始相的比例无关。从图7 -1-19中就不难理解，这是由于金属熔化后结晶所生成的金相组织通常是体积分数为IOO%的铁索体，随后的冷却过程中，来不及发生奥氏体的析出。即使是在大大降低焊缝的冷却速度（暂不说这将对热影响性能产生不利影响），奥氏体相的份额也不能增大多少，根本无法解决此种铁素体占绝对优势的部题。这样的焊缝金属不仅耐腐蚀性能低下，而且塑性也不
6、良。这一现象在焊接其它钢号的双相不锈钢时，也会程度不同地出现。前面已经谈到，相比例是决定双相不锈钢性能的至关重要的因素。为了得到相组成比例较为理想的焊缝金属，人们采取了增加焊缝金属中奥氏体化合金元素的办法。例如以氮对焊缝金属合金化，或将其成分中镍的质量分数提高到IO%左右。这样就可能获向奥氏体体积分数不少于30%- 40%的焊缝金属。 除了通过合金化达到一定相比例之外，还要考虑焊缝组织的组细和其中两个相的相对分布情况。尽可能对过焊接工艺（例如小的热输入）来获取比较细小的一次结晶组织，形成奥氏体和铁索体相都比较细小的、比较均匀的两相混合组织，有利于提高焊缝的多方面的性能。焊缝金属受到随后焊道的热
7、影响，其中的二次转变奥氏体含量有抽上升。因此，有时可以利用“退火”焊缝来改善焊缝性能，例如在薄板焊缝的背面加“退火”焊缝来改善正央焊缝的性能。将”退火”焊缝打磨掉的办法则由于则由于费工费时，只有在非常情况下才被采用。 2焊接热影响区的组织转变和各区段金属的性篚变化 (1)最高温度低于1000的区段，由于双相不锈钢通常以1000左右回火、淬火或者以850左右终轧状态供货，故在经过通常的焊接热循环条件下，不会发生显著的组织变化。如果不是超低碳的钢种，在此温度下受热，可能会有碳化物Cr23 C6析出于晶界上，特别是奥氏体铁索体相界上。形成该碳化物的碳多来自于奥氏体，而铬则主要由铁素体提供。这是该两相
8、的成分和晶体结构特点所决定的。若为超低碳钢种，则一般不会析出碳化物。如前所述，一般不会由于析出Cr23 C6而导致晶间腐蚀。至于生成叮相和出现475脆性，前面已有叙述，不再介绍。所以焊接热影响区，在1000以下区段通常没有明显的性能变化，不会成为焊接性问题的考虑。无论是实际的焊接试验，还是专门进行的焊接热循环模似研究结果都证实了这一点。 (2)最高温度在1350以上至固相线温度区段 前面已经介绍，此时双相不锈钢的平衡组织差不多全是铁素体。然而由于焊接加热的快速和短暂性，铁索体+奥氏体转变成铁索体的相变并不能完成。实际金属组织中尚存有相当数量的奥氏体，金属就开始了降温。待降温到某平衡温度以下，金
9、属组织又会发生逆转变即铁索体转为二次奥氏体。同样由于热循环的短暂，再加之此时温度已降得较低，该逆转变二次奥氏体的数量也不会很多，因此该区中的铁索体份额占得较大而奥氏体份额较少。而且，此时的两相组织状态已大大不同于原先的排列原先轧制状态下成条带状的同奥氏体混存的铁索体，向等轴状结晶发展、长大：而原来呈条带状的奥氏体走向消失，冷却过程中从铁素体中转变出来的二次奥氏体则呈杂乱的竹叶状在铁索体晶间和晶内先后出现。所以说，这个区段的组织劣化不仅表现为相比例失调，而且还失去了最有利于阻碍应力腐蚀裂纹扩展的两相分布状况一两相呈条带叠置状。应当指出，一旦形成了粗大的等轴晶，就很难于通过热处理或其它措施予以恢复
10、。 同其它材料的焊接热影响区组织劣化相似，劣化的程度与焊接热规范密切相关。热输入量愈高，高温停留时间愈长，铁素体晶粒愈粗，原有奥氏体残留量愈少，二次转变的奥氏体愈粗大，愈呈集团性分布。由于粗大的铁素体晶粒本身，可以提供应力腐蚀裂纹较长的连续扩展单元，而且裂纹穿越晶界时，即使有少许的晶界奥氏体，其阻滞作用的效果也不佳。已有失效分析案例说明，甚至可能出现晶界上完全没有奥氏体的情况，此时应力腐蚀裂纹在钢材中的扩展性质同单向铁素体型不锈钢一样，沿着粗大的铁索体晶界迅速伸展，完全失去了双相不锈钢的优越性。因此，采用低的热输入应当是焊接双相不锈钢的重要原则之一。 显然，热循环峰值温度最高的熔合线附近，是组
11、织劣化最严重，也是性能劣化最严重的地区。随着劣化区的宽度扩大，焊接接头的性能也随之下降，所以尽量减少劣化区段宽度是提高焊接接头性能的关键。 为了验证焊接热循环对焊接接头各项性能指标的影响，在HRJ -2型焊接热模拟试验上机进行过热模拟试验。试验材质为不同固溶温度的OOCr18Ni5M03Si钢板，其原始相比例如表7-1- 12所示。热模拟试样加热峰值温度为1340、1310。1250。1200和1100，停留时间为5- lOs，峰值温度冷到500，时间控制在15 - 20s内，与焊条电弧焊热循环温度及停留时间相当。热模拟试验的结果表明，在低温、中温（1100以下）区段，组织变化不大，各项性能指
12、标均不受影响。峰值温度从IIOO - 1200qC时，奥氏体开始向铁索体逐渐溶解，随着温度的升高，溶入量增多。1250 - 1340为焊接热循环的过热区，在该处铁索体的大部分晶界上析出了或多或少的二次奥氏体辨与钢材原始相比例有关。材料代号1的奥氏体相铁索体相比例大，在焊接受热时，奥氏体溶解稍慢，铁素体晶粒长大较小，冷却时析出二次奥氏体也较多，纯铁索体晶界也少一些当原来两相比例小时，奥氏体相溶解较快，铁素体相晶粒长大比较快，冷却时析出二次奥氏体相较少，纯铁索体晶界也就多一些。试样试验结果与钢材经受热循环对其组织变化相同，不同的是焊接接头热影响区的过热区是一个很狭窄的不到Imm地带。从表7-1 -
13、 13可以得到证实，并观察有以下特点：用硝酸氟化钠试验方法检查，晶间腐蚀较为严重。铁素体含量大的双相不锈钢试样，晶间腐蚀倾向大一些。晶间腐蚀均产生在铁索体晶粒长大成等轴晶的温度范围内(1280 -1340)当峰值温度在1250时，等轴结晶刚开始形成，试样没有出现晶间腐蚀倾向。通常在纯铁索体晶界易有晶间腐蚀倾向，而在奥氏体和铁素体晶界不产生晶间腐蚀。二次析出的奥氏体对阻止晶间腐蚀裂纹的发展，能起到有利作用。 焊接热模拟试样也进行了冲击韧度、冷弯角试验，其数值与母材相当。1 焊接性试验为了使双相不锈钢焊接结构能用于生产，进行了大量焊接性试验。试验结果如下： (1)焊接裂纹试验对两钢号分别进行冷裂纹
14、和热裂纹试验。 冷裂纹试验选用“斜Y形坡口焊接裂纹试验方法”(GB4675.1-84)，为自拘束性试验。对被切成片状的焊接试样的表面裂纹和根部裂纹进行检测，其裂纹率为零。 热裂纹试验选用“压板对接(FISCO)焊接裂纹试验方法”(GB4675. 4-84)。对试样焊缝进行轴向弯断，观察断面裂纹情况，经测定未发现裂纹。 说明所选用焊条牌号合适，抗裂性较好。 (2)焊接接头力学性能试验焊接接头性能试验的焊接试板一律沿钢板轧制方向进行施焊。 焊缝金属与母材的强度基本一致，塑性和韧性均能满足要求，热影响区的冲击韧度和母材相当，脆化倾向不明显。 说明所选用焊条牌号其焊接接头力学性能基本上满足了焊接构件的制造和使用要求。(3)焊接接头热影响区性能的分析用与母材相当的化学成分的焊接材料对双相不锈钢进行焊条电弧焊焊接性试验时，发现单层焊缝或多层焊缝的最上层焊缝的热影响区塑性、韧性和耐蚀性均不及焊接接头的其它部位。经多次试验和分析与焊接热模拟试验结果相同即热影响区的过热区奥氏体少，其体积分数只有20%- 30%，没有达到母材的相比例：铁索体数量多，且出现粗大的铁素体晶粒，在晶界和晶内析出了大量的碳化物、氮化物，从而使该区塑性、韧性和耐蚀性下降。