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1、第第4章章 不锈钢及耐热钢的焊接不锈钢及耐热钢的焊接不不锈锈钢钢不锈钢是耐蚀和耐不锈钢是耐蚀和耐 热高合金钢的统称。热高合金钢的统称。不锈钢通常含有不锈钢通常含有CrCr（w wCr12%Cr12%）、NiNi、MnMn、MoMo等元素，等元素，具有良好的耐腐蚀性、具有良好的耐腐蚀性、耐热性和较好的力学耐热性和较好的力学性能，性能，适于制造要求耐腐蚀、适于制造要求耐腐蚀、抗氧化、耐高温和超抗氧化、耐高温和超低温的零部件和设备低温的零部件和设备不锈钢焊接接头的宏观照片不锈钢焊接接头的宏观照片YAG-MAGYAG-MAG激光电弧复合焊激光电弧复合焊4.1 4.1 不锈钢及耐热钢的分类及特性不锈钢及
2、耐热钢的分类及特性4.1.1 4.1.1 不锈钢的基本定义不锈钢的基本定义 不不锈锈钢钢的的定定 义义 原义原义 型型 习惯习惯 型型 广义广义 型型 仅指在无污染的大气仅指在无污染的大气环境中能够不生锈的钢环境中能够不生锈的钢 指原义型含义不锈钢与能耐指原义型含义不锈钢与能耐 酸腐蚀的耐酸不锈钢的统称酸腐蚀的耐酸不锈钢的统称 泛指耐蚀钢和耐热钢，统称泛指耐蚀钢和耐热钢，统称为不锈钢为不锈钢Stainless SteelsStainless Steels4.1.2 4.1.2 不锈钢及耐热钢的分类不锈钢及耐热钢的分类按主要按主要化学成化学成 分分类分分类 铬锰氮铬锰氮 不锈钢不锈钢 铬镍铬镍不
3、锈钢不锈钢 铬铬不锈钢不锈钢 指指CrCr的质量分数介于的质量分数介于12%12%30%30%之间的不锈之间的不锈钢，其基本类型为钢，其基本类型为Cr13Cr13型型 CrCr的质量分数介于的质量分数介于12%12%30%30%，NiNi的质量分数介于的质量分数介于6%6%12%12%和和含其他少量元素的钢种，基含其他少量元素的钢种，基本类型为本类型为Cr18Ni9Cr18Ni9钢钢 属于节镍型奥氏体不锈钢，化学属于节镍型奥氏体不锈钢，化学成分中部分镍被锰、氮替代，可成分中部分镍被锰、氮替代，可减少镍的含量减少镍的含量如如1Cr18Mn8Ni5N1Cr18Mn8Ni5N、1Cr18Mn6Ni5
4、N1Cr18Mn6Ni5N 按按用用途途分分类类 超低碳超低碳Cr-NiCr-Ni钢钢(如如00Cr25Ni22Mo200Cr25Ni22Mo2、00Cr22Ni5Mo3N)00Cr22Ni5Mo3N)等等低碳低碳Cr-NiCr-Ni钢（如钢（如0Cr19Ni90Cr19Ni9、1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti）高高CrCr钢（如钢（如1Cr131Cr13、2Cr132Cr13）不不锈钢锈钢 抗氧抗氧 化钢化钢 热热强钢强钢 高高CrCr钢（如钢（如1Cr171Cr17、1Cr25Si21Cr25Si2）如如1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti、1Cr16Ni25Mo61Cr16N
5、i25Mo6、4Cr25Ni204Cr25Ni20、4Cr25Ni344Cr25Ni34等等 Cr-NiCr-Ni钢钢（如（如2Cr25Ni202Cr25Ni20、2Cr25Ni20Si22Cr25Ni20Si2）以以Cr12Cr12为基的多元合金化为基的多元合金化 高高CrCr钢（如钢（如1Cr12MoWV1Cr12MoWV）按组织按组织分类分类 奥氏体钢奥氏体钢 铁素体钢铁素体钢 马氏体钢马氏体钢 铁素体奥铁素体奥 氏体双相钢氏体双相钢 0Cr19Ni90Cr19Ni9、1Cr18Ni9Ti(18-8Ti)1Cr18Ni9Ti(18-8Ti)2Cr25Ni20Si22Cr25Ni20Si2
6、、4Cr25Ni20 4Cr25Ni20 0Cr21Ni320Cr21Ni32、4Cr25Ni35 4Cr25Ni35 沉淀沉淀硬化钢硬化钢 1Cr171Cr17、1Cr25Si21Cr25Si2 000Cr30Mo2 000Cr30Mo2 Cr13Cr13、2Cr132Cr13、3Cr133Cr13、4Cr134Cr13及及1Cr17Ni12 1Cr17Ni12、1Cr12MoWV 1Cr12MoWV 00Cr18Ni5Mo3Si200Cr18Ni5Mo3Si2、0Cr25Ni5Mo3N0Cr25Ni5Mo3N、00Cr22Ni5Mo3N00Cr22Ni5Mo3N 0Cr17Ni4Cu4Nb
7、0Cr17Ni4Cu4Nb，简称，简称17-4PH 17-4PH 0Cr17Ni7Al0Cr17Ni7Al，简称，简称17-7PH17-7PH 4.1.3 4.1.3 不锈钢及耐热钢的特性不锈钢及耐热钢的特性表表4-1 4-1 不锈钢及耐热钢的物理性能不锈钢及耐热钢的物理性能不锈钢的不锈钢的耐蚀性能耐蚀性能 应力腐蚀应力腐蚀 晶间腐蚀晶间腐蚀 缝隙腐蚀缝隙腐蚀 点腐蚀点腐蚀 均匀腐蚀均匀腐蚀 4.1.4 Fe-Cr4.1.4 Fe-Cr，Fe-NiFe-Ni相图及合金元素的影相图及合金元素的影 响响图图4-1 4-1 Fe-CrFe-Cr二元合金状态图二元合金状态图 图图4-2 4-2 Fe-
8、Fe-NiNi二元合金状态图二元合金状态图 合金合金元素元素对相对相图的图的影响影响 碳的碳的影响影响氮的氮的 影响影响 锰的锰的影响影响 钼的钼的影响影响 碳是强奥氏体化元素，会使碳是强奥氏体化元素，会使 相区增大，而相区增大，而相区减小相区减小 氮是强奥氏体化元素氮是强奥氏体化元素 MoMo也是铁素体形成元素也是铁素体形成元素 MoMo对对相区有强烈的缩小作用相区有强烈的缩小作用 MnMn是奥氏体形成元素，是奥氏体形成元素，与与NiNi相似，会扩大相似，会扩大相区，相区，使使-的转变向低温移动的转变向低温移动 4.2 4.2 奥氏体不锈钢的焊接奥氏体不锈钢的焊接4.2.1 4.2.1 奥氏
9、体不锈钢的类型奥氏体不锈钢的类型类类型型 18-818-8型奥型奥氏体不锈钢氏体不锈钢 18-12Mo18-12Mo型型奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢为克服晶间腐蚀倾开发了为克服晶间腐蚀倾开发了 1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti和和0Cr18Ni11Nb0Cr18Ni11Nb等等 主要牌号有主要牌号有1Cr18Ni91Cr18Ni9和和0Cr18Ni9 0Cr18Ni9 25-2025-20型奥型奥氏体不锈钢氏体不锈钢 超低碳超低碳18-818-8型不锈钢，型不锈钢，如如00Cr19Ni1000Cr19Ni10等等 0Cr17Ni12Mo20Cr17Ni12Mo2、0Cr18Ni12Mo2T
10、i0Cr18Ni12Mo2Ti等等 牌号有牌号有0Cr25Ni200Cr25Ni20等等 4.2.2 4.2.2 奥氏体不锈钢焊接性分析奥氏体不锈钢焊接性分析 奥氏体奥氏体不锈钢不锈钢焊接性焊接性分析分析奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢焊接接头的耐蚀性焊接接头的耐蚀性热裂纹热裂纹 析出现象析出现象 低温脆化低温脆化 晶间晶间 腐蚀腐蚀 应力腐应力腐蚀开裂蚀开裂（SCCSCC）热影响区敏化区晶间腐蚀热影响区敏化区晶间腐蚀 焊缝区晶间腐蚀焊缝区晶间腐蚀 点点蚀蚀刀状腐蚀刀状腐蚀 腐蚀介质的影响腐蚀介质的影响 焊接应力的作用焊接应力的作用 合金元素的作用合金元素的作用 奥氏体钢焊接接头有点蚀奥氏体钢焊接接头
11、有点蚀倾向，双相钢有时也会有倾向，双相钢有时也会有点蚀产生。点蚀产生。图图4-3 18-84-3 18-8不锈钢焊接接头可能出现晶间腐蚀的部位不锈钢焊接接头可能出现晶间腐蚀的部位1 1HAZHAZ敏化区敏化区 22焊缝区焊缝区 3 3熔合区熔合区 图图4-5 0Cr18Ni94-5 0Cr18Ni9不锈钢不锈钢HAZHAZ晶间腐蚀晶间腐蚀 图图4 4-7 -7 不锈钢刀状腐蚀形貌不锈钢刀状腐蚀形貌 500 500 图图4 4-10 0Cr17Ni12Mo2-10 0Cr17Ni12Mo2不锈钢不锈钢 焊趾处的应力腐蚀裂纹焊趾处的应力腐蚀裂纹 10104.2.3 4.2.3 奥氏体不锈钢的焊接工
12、艺特点奥氏体不锈钢的焊接工艺特点焊接材焊接材料选择料选择应注意应注意 的问题的问题 应坚持应坚持“适用性原则适用性原则”根据所选各焊接材料的根据所选各焊接材料的具体成分来确定是否适用具体成分来确定是否适用 考虑具体应用的焊接方法和工考虑具体应用的焊接方法和工 艺参数可能造成的熔合比大小艺参数可能造成的熔合比大小 根据技术条件规定的全面根据技术条件规定的全面焊接性要求来确定合金化程度焊接性要求来确定合金化程度 不仅要重视焊缝金属合金系统，不仅要重视焊缝金属合金系统，而且要注意具体合金成分在该而且要注意具体合金成分在该合金系统中的作用；不仅考虑合金系统中的作用；不仅考虑使用性能要求，也要考虑防止使
13、用性能要求，也要考虑防止焊接缺陷的工艺焊接性的要求焊接缺陷的工艺焊接性的要求 焊接焊接工艺工艺 要点要点 合理选择焊接方法合理选择焊接方法 控制焊接参数，避免控制焊接参数，避免接头产生过热现象接头产生过热现象 接头设计的合理性接头设计的合理性应给以足够的重视应给以足够的重视 尽可能控制焊接工艺稳尽可能控制焊接工艺稳定以保证焊缝金属成分稳定定以保证焊缝金属成分稳定 控制焊缝成形控制焊缝成形 防止焊件工作表面的污染防止焊件工作表面的污染 4 4.3 .3 铁素体及马氏体不锈钢的焊接铁素体及马氏体不锈钢的焊接4.3.1 4.3.1 铁素体不锈钢焊接性分析铁素体不锈钢焊接性分析铁素铁素体不体不锈钢锈钢
14、的类的类型型普通铁普通铁 素体钢素体钢 高纯度高纯度 铁素体钢铁素体钢 低低CrCr（w wCr=12Cr=121414）钢）钢 如如00Cr1200Cr12、0Cr130Cr13、0Cr13Al0Cr13Al等等 中中CrCr（w wCr=16Cr=161818）钢）钢如如0Cr17Ti0Cr17Ti、1Cr17Mo1Cr17Mo等等 高高CrCr（w wCr=25Cr=253030）钢钢，如如1Cr25Ti1Cr25Ti、1Cr281Cr28等等 w wC Cw wN N0.0350.0350.0450.045如如00Cr18Mo200Cr18Mo2等等 w wC Cw wN N0.03%
15、0.03%，如如00Cr18Mo2Ti00Cr18Mo2Ti等等 w wC Cw wN N0.010.01%0.0150.015如如000Cr18Mo2Ti000Cr18Mo2Ti、000Cr26Mo1000Cr26Mo1等等 焊接性焊接性分析分析 焊接接头焊接接头的晶间腐蚀的晶间腐蚀 焊接接头焊接接头的脆化的脆化 高温高温 脆性脆性 相相 脆化脆化 475475脆化脆化 4.3.2 4.3.2 铁素体不锈钢的焊接工艺特点铁素体不锈钢的焊接工艺特点焊接焊接方法方法 焊接焊接材料材料的选择的选择 低温预热低温预热及焊后及焊后热处理热处理可采用焊条电弧焊、药芯焊丝可采用焊条电弧焊、药芯焊丝电弧焊、
16、熔化极气体保护焊、电弧焊、熔化极气体保护焊、钨极氩弧焊和埋弧焊钨极氩弧焊和埋弧焊 同质铁素体型、同质铁素体型、奥氏体型和镍基合金奥氏体型和镍基合金 一般控制在一般控制在100100200200，随着，随着母材金属中铬含量的提高，母材金属中铬含量的提高，预热温度可相应提高。预热温度可相应提高。4.3.3 4.3.3 马氏体不锈钢焊接性分析马氏体不锈钢焊接性分析马氏体马氏体不锈钢不锈钢的类型的类型 Cr13Cr13系钢系钢1Cr131Cr13、2Cr132Cr13、3Cr133Cr13、4Cr134Cr13 热强马氏体钢热强马氏体钢 2Cr12WMoV2Cr12WMoV、2Cr12MoV2Cr12
17、MoV、超低碳复相马氏体钢超低碳复相马氏体钢 0.01C-13Cr-7Ni-3Si0.01C-13Cr-7Ni-3Si、0.03C-12.5Cr-4Ni-0.3Ti 0.03C-12.5Cr-4Ni-0.3Ti 焊接性焊接性分析分析 焊接接头焊接接头的冷裂纹的冷裂纹 焊接接头焊接接头的硬化现象的硬化现象 图图4 4-21 -21 高强度马氏体钢高强度马氏体钢TIGTIG焊后的硬度焊后的硬度11Cr13 22Cr13 300Cr13Ni7Si3 11Cr13 22Cr13 300Cr13Ni7Si3 4.3.4 4.3.4 马氏体不锈钢的焊接工艺特点马氏体不锈钢的焊接工艺特点 表表4-5 4-5
18、 马氏体不锈钢常用的焊接材料马氏体不锈钢常用的焊接材料图图4 4-22 -22 正确的焊后热处理工艺正确的焊后热处理工艺 图图4 4-23 -23 不正确的焊后热处理工艺不正确的焊后热处理工艺 4.4 4.4 奥氏体奥氏体-铁素体双相不锈钢的焊接铁素体双相不锈钢的焊接 4.4.1 4.4.1 奥氏体奥氏体-铁素体双相不锈钢的类型铁素体双相不锈钢的类型中合金型中合金型双相不锈钢双相不锈钢 低合金型低合金型 双相不锈钢双相不锈钢 高合金高合金双相不锈钢双相不锈钢 超级超级双相不锈钢双相不锈钢00Cr25Ni6Mo2N00Cr25Ni6Mo2N 00Cr25Ni7Mo3WcuN 00Cr25Ni7M
19、o3WcuN 0Cr21Ni5Ti0Cr21Ni5Ti、1Cr21Ni5Ti1Cr21Ni5Ti00Cr18Ni5Mo3Si200Cr18Ni5Mo3Si200Cr23Ni4N00Cr23Ni4N钢钢 00Cr22NI5Mo3N00Cr22NI5Mo3N 00Cr25Ni7Mo4N00Cr25Ni7Mo4N 00Cr25Ni6.5Mo3.5CuN 00Cr25Ni6.5Mo3.5CuN 4.4.2 4.4.2 双相不锈钢的耐蚀性双相不锈钢的耐蚀性双相不双相不锈钢的锈钢的耐蚀性耐蚀性耐应力腐蚀性能耐应力腐蚀性能 耐晶间腐蚀性能耐晶间腐蚀性能 耐点蚀性能耐点蚀性能 4.4.3 4.4.3 奥氏体奥
20、氏体-铁素体双相不锈钢的焊接铁素体双相不锈钢的焊接性分析性分析 双相不锈钢双相不锈钢焊接的冶金焊接的冶金特性特性 双相不锈钢双相不锈钢焊接接头的焊接接头的析出现象析出现象 焊缝金属焊缝金属的组织转变的组织转变 焊接热影响区焊接热影响区的组织转变的组织转变 铬的氮化物铬的氮化物（如（如Cr2N、CrN）、）、二次奥氏体（二次奥氏体（2）及金属间相（如及金属间相（如相等）相等）4.4.4 4.4.4 奥氏体奥氏体-铁素体双相不锈钢的焊接铁素体双相不锈钢的焊接工艺特点工艺特点焊接焊接方法方法 焊接焊接材料材料 焊接工焊接工艺措施艺措施 控制热输入控制热输入 采用奥氏体相占比例大的采用奥氏体相占比例大
21、的焊接材料焊接材料 除电渣焊外，基本上所除电渣焊外，基本上所有的熔焊方法都可以用有的熔焊方法都可以用 多层多道焊多层多道焊 焊接顺序及工艺焊缝焊接顺序及工艺焊缝 1.1.不锈钢焊接时，为什么要控制不锈钢焊接时，为什么要控制焊缝中的含碳量？如何控制焊焊缝中的含碳量？如何控制焊缝中的含碳量？缝中的含碳量？2.2.为什么为什么18-818-8奥氏体不锈钢焊缝奥氏体不锈钢焊缝中要求含有一定数量的铁素体中要求含有一定数量的铁素体组织？通过什么途径控制焊缝组织？通过什么途径控制焊缝中的铁素体含量？中的铁素体含量？3.18-83.18-8不锈钢焊接接头区域在不锈钢焊接接头区域在哪些部位可能产生晶间腐蚀，哪些
22、部位可能产生晶间腐蚀，是由于什么原因造成的？如何是由于什么原因造成的？如何防止？防止？4.4.简述奥氏体不锈钢产生热裂简述奥氏体不锈钢产生热裂纹的原因？在母材和焊缝合金纹的原因？在母材和焊缝合金成分一定的条件下，焊接时应成分一定的条件下，焊接时应采取何种工艺措施防止热裂纹采取何种工艺措施防止热裂纹？5.5.奥氏体钢焊接时为什么常采奥氏体钢焊接时为什么常采用用“超合金化超合金化”焊接材料？焊接材料？6.6.铁素体不锈钢焊接中容易出铁素体不锈钢焊接中容易出现什么问题？焊条电弧焊和气现什么问题？焊条电弧焊和气体保护焊时如何选择焊接材料体保护焊时如何选择焊接材料？在焊接工艺上有什么特点？在焊接工艺上有
23、什么特点？7.7.何谓何谓“脆化脆化”现象？铁素体现象？铁素体不锈钢焊接时有哪些脆化现象，不锈钢焊接时有哪些脆化现象，各发生在什么温度区域？如何避各发生在什么温度区域？如何避免？免？8.8.马氏体不锈钢焊接中容易出马氏体不锈钢焊接中容易出现什么问题，在焊接材料的选用现什么问题，在焊接材料的选用和工艺上有什么特点？制定焊接和工艺上有什么特点？制定焊接工艺时应采取哪些措施？工艺时应采取哪些措施？9.9.双相不锈钢的成分和性能有双相不锈钢的成分和性能有何特点？与一般奥氏体不锈钢相何特点？与一般奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢的焊接性有何不比，双相不锈钢的焊接性有何不同？在焊接工艺上有什么特点？同？在焊接工艺上有什么特点？10.10.从双相不锈钢组织转变的角从双相不锈钢组织转变的角度出发，分析焊缝中的度出发，分析焊缝中的NiNi含量为含量为什么比母材要高及焊接热循环对什么比母材要高及焊接热循环对焊接接头组织、性能的影响？焊接接头组织、性能的影响？