奥氏体不锈钢304的TIG焊接.pdf

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奥氏体不锈钢304的TIG焊接
TIG welding of austenite stainless steel 304
兰州理工大学石油化工学院郭富永丁雪兴
兰州兰石机械设备有限责任公司李永红张建晓
[摘要]本文结合奥氏体不锈钢304的焊接特点,进行了手工钨极氩弧焊评定性试验。试验结果表明,在选定的
工艺规范参数条件下,焊接接头(母材、焊缝、热影响区)力学性能满足要求、耐晶间腐蚀能力强、铁素体含量稳
定、宏观检查未发现焊接缺陷、母材显微组织均匀,评定结果合格,可应用于实际生产。
[关键词]奥氏体不锈钢;TG焊;工艺评定
奥氏体不銹钢304具有非常好的塑磷等敏感有关;二是焊接变形大。
1.1.2.1冶金措施
性和韧性,这决定了它具有良好的弯1.1焊接接头的热裂纹及其对策
(1)焊缝金属中增添一定数量的
折、卷曲和冲压成型性,因而便于制1.1.1焊接接头产生热裂纹的原因铁素体组织,使焊缝成为奧氏体一铁素
成各种形状的构件、容器或管道;奥
单相奧氏体组织的奥氏体型不锈体双相组织,能很有效地防止焊缝热
氏体型不銹钢304的耐腐蚀性能特别优钢焊接接头易发生焊接热裂纹,这种裂纹的产生。这是由于铁素体能够溶
良,这也是它获得最为广泛应用的根裂纹是在高温状态下形成的。常见的解较多的硫、磷等微量元素,使其在
本原因。正因如此,在评价焊接质量裂纹形式有弧坑裂纹、热影响区裂纹、晶界上数量大大减少;同时由于奥氏
时,必然特别强调焊接接头的开裂倾焊缝横向和纵向裂纹。就裂纹的物理体晶界上的低熔点杂质被铁素体分散
向、焊接缺陷敏感性和耐晶间腐蚀等本质上讲,有凝固裂纹、液化裂纹和和隔开,避免了低熔点杂质呈连续网
能力。
高温低塑性裂纹等多种。易产生焊接状分布,从而阻碍热裂纹的扩展和延
本文结合奥氏体不锈钢304的焊接接头热裂纹的主要原因有以下几点:伸。常用以促成铁素体的元素有铬、
特点,进行了手工钨极氩弧焊评定性1.1.1.1焊缝金属凝固期间存在较大钼、钡等。
试验,现就试验结果作一介绍
的拉应力,这是产生凝固裂纹的必要
(2)控制焊缝金属中的铬镍比,
条件。因奥氏体型不锈钢的热导率小,对于304型不锈钢来说,当焊接材料的
1奥氏体不锈钢的焊接特点
线膨胀系数大,在焊接区降温(收缩)铬镍比小于161时,就易产生热裂纹;
奥氏体不锈钢韧性、塑性好,焊
期焊接接头必然要承受较大的拉应力,而铬镍比达到2.33.2时,就可以防止
接时不会发生淬火硬化,尽管其线膨这也促成各种类型热裂纹的产生。
热裂纹的产生。这一措施的实质也是
胀系数比叆钢大得多,焊接过程中弹1.1方向性强的焊缝柱状晶组织保证有一定量的铁素体的存在。
塑性应力应变量很大,却极少出现冷的存在,有利于有害杂质的偏析及晶
(3)在焊缝金属中严格限制硼、
裂纹;尽管有很强的加エ硬化能力,间液态夹层的形成。
硫、磷、硒等有害元素的含量,以防
由于焊接接头不存在淬火硬化区,即1.113奥氏体不锈钢的品种多,母止热裂纹产生。对于不允许存在铁素
使受焊接热影响而软化的区城,其抗材及焊缝的合金组成比較复杂。含镍体的纯奥氏体焊缝,可加入适当的锰
拉强度仍然不低。304钢的热胀冷缩特
量高的合金对硫和磷形成易熔共晶更和少许的碳、氮,同时成少硅的含量。
别大所带来的焊接性问题主要有两个
为敏感,在某些钢中硅和铌等元素,1.1.2,2工艺措施
一是焊接热裂纹,这与奥氏体不锈钢也能形成有害的易熔晶间层。
(1)采用适当的焊接坡口或焊接
的晶界特性和对某些微量杂质如硫
作者简介:郭富永(1971-),男,工程师,工程硕士在读
.1.2避免奥氏体型不锈钢焊接热裂方法,使母材金属在焊缝金属中所占
主要从事压力容器的制造与管理工作。
纹的途径
的分量减少(即小的熔合比)。与此
现代焊接2010年第5期总第89期J」-19
C1994-2010chinaAcademicJournalElcctronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.nct
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表1304化学成分(%)和机械性能
o。(MPa)
6。(%)
同时,在焊接材料的化学成分中加人入. 1.0390.0020.0180.441.210 18.23
795
47.1
抗裂元素,且其有害杂质硫、磷的含
表2ER308L的化学成分(%)和机械性能
量比母材金属中的少,即化学成分优〔C
n
Ni。(MPa)6。(%
于母材金属,故应尽量減少母材金属
060.000.073043018619859.80
熔入焊接熔池的数量。
表3保护气体分析(L
材料
20
露点
(2)尽量选用低氢型焊条和无氧氩气
999%9<100m<15pm<5ppm
30ppm
焊剂,以防止热裂纹的产生。
口型式等如下。
缝质量的重要因素。在焊枪结构固定
3)焊接参数应选用小的热输入2.1焊接设备
后,涉及保护效果的主要有喷嘴距工
量(即小电流快速焊)。在多层焊时,
设备选用日本产(0TC)P-300交件距离和喷嘴流量。喷嘴距工件距离
要等前一层焊缝冷却后再焊接次一层直流氩孤焊机,爆接电源为直流陡降增大会使空气侵入熔池的可能性增加
焊缝,层间温度不宜高,以避免焊缝外特性,由2只流量计来控制正面和背因吐在不影响焊接可见度和方便填充
过热。施焊过程中焊条不允许摆动
面的保护气体。
焊丝的情况下,这个距离应尽量小
采用窄焊缝的操作技能
2.2焊接评定用材料
图2为焊丝与焊接熔池的相对位置。
(4)选择合理的焊接结构、焊接
对厚度为4mm的304板进行焊接工3.1.2嘴及背面保护气流的匹配
接头型式和焊接顺序,尽量减少焊接
艺试验。其化学成分和机械性能列于
当正面焊第1道时,背面氩气如果
应力,可以減少热裂纹的产生
表1;填充金属用ER308L的焊丝,其很大,会对正面的保护有影响。因此
5)在焊接过程结束和中途断弧
化学成分和机械性能见表2;焊接用保喷嘴、背面保护气流要有很好的匹配
前,收弧要慢且要设法填满弧坑,以
护气体分析见表3
背面的气流不能太大。
防止弧坑裂纹的形成。
23试板坡口型式
3.2焊接规范参数选择
1.2焊接变形与收缩
由于焊接层数的增多,在焊接过
手工钨极氩弧焊焊接奧氏体不锈
奥氏体型不锈钢与碳钢相比,在
程中会产生较大的変形和焊后收缩。钢板,焊接规范参数主要考虑焊接电
物理性能上有很大差异,前者在焊接因此,坡口尺寸的制定原则为尽量减流和焊接速度。电流太小熔深浅,焊
过程中会产生较大的变形和焊后收缩。
°少焊接层数和焊缝金属填充量。具体工操作疲劳。电流太大,高温停留时
304不锈钢焊后产生很大变形和收
缩的原因:与碳钢相比,其电阻是碳坡口型式见图1。
间长,焊缝晶粒粗大,热影响区保护
钢的5倍,在同样的焊接电流、电弧电