奥氏体耐热钢的焊接

六、奥氏体耐热钢的焊接

1．焊接性

奥氏体型高合金耐热钢具有较高的塑性和韧性，且不可淬硬，焊接性较好。由于该钢种导热性较差，且热膨胀系数较高和容易产生高强度的表面保护模。因此，在焊接时容易产生较大的挠曲变形，近缝区过热，并存在热裂纹和液化裂纹的危险。在600～850℃长时间停留会出现σ脆化相和475℃脆化倾向。

2．焊材的选用

奥氏体耐热钢焊接填充材料的选择原则首先要保证焊缝的致密性，确保无裂纹和气孔等缺陷，同时应使焊缝金属的热强性基本与母材等强。这就要求其合金成分大致与母材成分匹配。其次应考虑焊缝金属内铁素体含量的控制，对于长期在高温下运行的奥氏体钢焊件，焊缝金属内铁素体含量不应超过5%。为提高奥氏体焊缝金属的抗裂性，选用含锰量达6%～8%的焊接填充材料是一种行之有效的解决办法。常用的奥氏体耐热钢焊条和焊丝的标准型号和牌号见表5－24。

表5－24　奥氏体耐热钢焊条和焊丝的选用

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钢号

焊条

型号牌号

埋弧焊焊丝气体保护焊焊丝

1Cr20Ni14Si2E309Mo－16A312H1Cr25Ni13H1Cr 25Ni13 0Cr23Ni13E309－16A302H1Cr25Ni13H1Cr25Ni13 0Cr25Ni20E310－16 E310Mo－16 A402 A401

H1Cr25Ni13H1Cr25Ni20

0Cr17Ni12Mo2E316－16A201 A202

H0Cr19Ni11Mo3H0Cr19Ni11Mo3

3．焊后热处理

为了消除焊接残余应力，提高结构尺寸的稳定性和接头的高温蠕变强度，奥氏体耐热钢的厚度超过20mm时，一般可采用热处理措施。

低温焊后热处理是指加热温度在500℃以下的热处理。这种热处理对接头的力学性能影响不大，其作用主要是降低残余应力峰值，提高结构尺寸的稳定性。对奥氏体铬镍钢来说，加热温度200～400℃的焊后热处理可降低峰值应力40%左右，但平均应力只能降低5%～10%。实际生产中，低温焊后热处理的温度范围为400～500℃。

加热温度在550～800℃的热处理为中温热处理。这种热处理的目的主要是消除奥氏体耐热钢焊接接头中的焊接应力，从而提高接头抗应力腐蚀的能力。但在这一温度区间可能会发生σ脆化相和碳化物的析出，降低接头和母材的韧性。因此，对于碳含量较高或铁素体含量较多的奥氏体钢焊缝，选用中温热处理要特别谨慎。对于某些超低碳铬镍奥氏体钢，采用800～850℃的中温热处理可提高接头的蠕变强度和塑性。

加热温度在900℃以上的热处理为高温焊后热处理。其目的是溶解在焊接热循环作用下形成的σ脆化相和碳化物，以恢复接头由此而损失的力学性能。为获得奥氏体组织的固溶处理亦属于高温热处理。由于固溶处理过程中冷却速度很快，工件将产生较大的变形，因此，只有那些形状较简单的焊件或半成品才能作这种热处理。

4．焊接方法

(1)焊条电弧焊。

奥氏体钢焊条大多数采用高铬镍钢焊条心，因其电阻率较高，焊条夹持端易受电阻热的作用而提前发红，故应选用合适的焊接电流。焊条的耐发红性在一定程度上还取决于焊条药皮的类型。目前已研制出多种耐发红的奥氏体钢焊条，提高了焊条的利用率。普通奥氏体耐热钢焊条适用的电流范围比相同直径的碳钢焊条低10%～15%，焊条头的损失率约为10%。在操作技术上不推荐焊条摆动焊接法，而应采用窄焊道技术，为保证焊缝每层焊道的质量，焊道宽度不应超过焊条直径的4倍，多层焊缝每层焊道的厚度不大于3mm。另外，由于铬镍奥氏体钢的熔点较低，焊缝熔深较浅，为保证坡口侧壁和焊缝层间熔合良好，应特别仔细清理焊道层间的熔渣。

(2)熔化极惰性气体保护焊。

这种焊接方法和焊条电弧焊相比有很多优点:不存在焊条头发红的现象，焊接电流可以适当增大;合金成分烧损较少，多层焊时不宜形成夹渣。多采用半自动或全自动CO₂气体保护焊，可用各种直流电源或直流脉冲电源，通常采用反接法进行焊接。半自动焊多采用0.6～1.2mm的焊丝，自动焊多采用1.6～3.0mm的焊丝。在Ar中加入少量的CO₂气体可以获得较理想的焊缝形状。熔化极惰性气体保护焊的焊接电流和焊接电压一般比焊接碳钢时要低。焊接奥氏体耐热钢多采用高铬镍钢的焊丝，该类焊丝电阻率较大，焊丝的熔化速度高，在相同的焊丝直径下，与碳钢相同的熔敷速度，焊接电流要比焊接碳钢时小15%～20%。熔化极惰性气体保护焊焊接奥氏体耐热钢时的典型焊接规范见表5－25。

表5－25　奥氏体耐热钢的熔化极惰性气体保护焊典型工艺参数

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(3)钨极惰性气体保护焊。

采用钨极惰性气体保护焊几乎不存在合金元素的烧损问题，气体与熔化金属不发生任何反应。焊缝金属表面光洁，焊缝成形较好。钨极氩弧焊的热输入量较低，故特别适用于对热敏感的奥氏体耐热钢。这种焊接方法的主要缺点是熔敷效率低，生产成本高，大多用于10mm以下薄板和薄壁管的焊接。

奥氏体耐热钢的钨极惰性气体保护焊，按对焊件的技术要求，可采用氩、氦或其混合气体。单层焊或根部封底焊道焊接时，焊缝背面应通相同的气体保护，如对焊接质量无特殊要求，通常优先选用氩气，因为氩气在低流量下

亦能提供良好的保护。焊接厚度小于1.5mm的薄板时，一般不容易烧穿。奥氏体耐热钢的钨极惰性气体保护焊通常使用恒流直流电源，正极性。也可采用低频脉冲直流电源(0.5～20Hz)，一般不采用接触引弧。填充焊丝的合金成分与熔化极气体保护焊相同。手工焊接时的焊丝直径为1.6～3.0mm，自动焊接时常用的焊丝直径为0.8～1.2mm。不同接头形式及空间位置的手工钨极氩弧焊推荐的焊接工艺参数见表5－26。

表5－26　奥氏体耐热钢手工钨极氩弧焊推荐的焊接工艺参数

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