不锈钢焊接性

高速列车不锈钢焊接首先介绍不锈钢的焊接性，以端部底架为例介绍其焊接生产过程，包括焊接工艺评定、主要的焊接方法、设备和工艺流程等相关方面的知识。不锈钢的焊接性一、不锈钢的概念不锈钢是指能耐大气、水、酸、碱、盐及其溶液和其它腐蚀介质的、具有高度化学稳定性的合金钢的总称，对其含义有以下三种理解：（1）原义型仅指在无污染的大气环境中能够不生锈的钢。（2）习惯性指原义型不锈钢和耐酸腐蚀的耐酸不锈钢的统称。（3）广义性泛指耐蚀钢和耐热钢，统称不锈钢。我国目前所谓的不锈钢是指习惯性含义。不锈钢及耐热钢的主要成分为Cr和Ni。一般来说，不锈钢最低铬的质量分数为12%～13%，对不锈耐酸钢来说，铬的质量分数不低于17%。增加Ni或再提高Cr含量，耐腐蚀性或耐热性均可提高。不锈钢自上世纪初问世，到现在已有90多年的历史。不锈钢的发明是世界冶金史上的重大成就，不锈钢的发展为现代工业的发展和科技进步奠定了重要的物质技术基础。不锈钢钢种很多，性能各异，分类方法也有很多。不锈钢的焊接性二、不锈钢的分类通常以金相组织进行分类。按金相组织分类为：铁素体（F）型不锈钢、马氏体（M）型不锈钢、奥氏体（A）型不锈钢、奥氏体-铁素体（A-F）型双相不锈钢、沉淀硬化（PH）型不锈钢。不锈钢的焊接性按钢中的主要化学成分或钢中的一些特征元素来分类，分为铬不锈钢、铬镍不锈钢、铬镍钼不锈钢以及低碳不锈钢、高钼不锈钢、高纯不锈钢等。按钢的性能特点和用途分类，分为耐硝酸不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、高强不锈钢等。按钢的功能特点分类，分为低温不锈钢、无磁不锈钢、易切削不锈钢、超塑性不锈钢等。不锈钢的焊接性目前常用的分类方法是按钢的组织结构特点和钢的化学成分特点以及两者相结合的方法分类。不锈钢一般用于防腐蚀性的环境,以及医疗器械和生活用品。目前国际上不锈钢车辆上采用的多为奥氏体系SUS301L类不锈钢材料。这类材料不仅具有较高的抗拉强度(可达930MPa),还具有良好的冲压性能,同时还具有较好的焊接性。不锈钢的焊接性在各种不锈钢中，奥氏体不锈钢应用最为广泛，下面以奥氏体不锈钢为例来说明不锈钢的焊接性。奥氏体不锈钢的焊接性能良好，焊接时一般不需要采取特殊技术措施，主要应防止晶间腐蚀和焊接热裂纹。不锈钢的焊接性18—8型奥氏体不锈钢焊接接头可能发生晶间腐蚀的部位a—焊缝区b—HAZ敏化区c—熔合区不锈钢的焊接性奥氏体不锈钢常用于要求耐腐蚀及低温容器的制造，其焊接性问题主要有以下几个方面。三、不锈钢的焊接性（一）焊接接头晶间腐蚀18-8奥氏体不锈钢焊接接头在三个部位有可能发生晶间腐蚀现象：焊缝区、热影响区敏化区以及熔合区（如图2-1所示），但在同一个接头中并不能同时看到这三种晶间腐蚀的出现，这取决于钢和焊缝的成分。不锈钢的焊接性焊接接头的晶间腐蚀晶间腐蚀是不锈钢焊接过程中在450～850℃温度范围内长时间停留时，晶界处将析出铬的碳化物，致使晶粒边界出现贫铬，当晶界附近的金属含铬量低于临界值12％时，便会发生明显的晶间腐蚀，使焊接接头耐腐蚀性严重降低的现象。不锈钢的焊接性工程上常采用以下几种方法防止晶间腐蚀：1.降低钢中的碳量，使钢中合碳量低于平衡状态下在奥氏体内的饱和溶解度，即从根本上解决了铬的碳化物（Cr23C6）在晶界析出的问题。通常钢中合碳量降至0.03％以下即可满足抗晶间腐蚀性能的要求。2.加入Ti、Nb等能形成稳定碳化物（TiC或NbC）的元素，避免在晶界上析出Cr23C6，即可防上奥氏体不锈钢的晶间腐蚀。不锈钢的焊接性3.通过调整钢中奥氏体形成元素与铁素体形成元素的比例，使其具有奥氏体+铁索体双相组织，其中铁素体占5％~12％。这种双相组织不易产生晶间腐蚀。不锈钢的焊接性4.采用适当热处理工艺，可以防止晶间腐蚀，获得最佳的耐蚀性。奥氏体不锈钢常用的热处理工艺有：固溶处理、稳定化处理和去应力处理等。（1）固溶处理（2）稳定化处理（3）去应力处理（4）奥氏体—铁素体双相不锈钢不锈钢的焊接性在奥氏体不锈钢的基础上，适当增加Cr含量并减少Ni含量，并与固溶化处理相配合，可获得具有奥氏体和铁素体的双相组织（含40～60％δ-铁素体）的不锈钢，典型钢号有0Cr21Ni5Ti、1Cr21Ni5Ti、OCr21Ni6Mo2Ti等。双相不锈钢与奥氏体不锈钢相比有较好的焊接性，焊后不需热处理，而且其晶间腐蚀、应力腐蚀倾向性也较小。但由于含Cr量高，易形成σ相，使用时应加以注意。不锈钢的焊接性（二）焊接接头热裂纹奥氏体不锈钢焊接时在焊缝及近缝区都可能产生热裂纹。奥氏体不锈钢易于产生热裂纹的原因主要有以下几个方面：1.奥氏体不锈钢导热系数小而线膨胀系数大，在焊接局部加热和冷却过程中可形成较大的拉应力。焊缝金属凝固期间存在较大的拉应力是产生热裂纹的必要条件。2.奥氏体不锈钢易于联生结晶形成方向性强的柱状晶的焊缝组织，有利于有害杂质偏析，而促使形成晶间液膜，显然易于促使产生凝固裂纹。不锈钢的焊接性3.奥氏体不锈钢及焊缝的合金组成较复杂，可形成多种低熔点共晶。因此，为了防止焊接接头热裂纹，一般应采取的措施是：(1)减少杂质来源，避免焊缝中杂质的偏析和聚集。不锈钢的焊接性(2)加入一定量的铁素体形成元素，如Mo、Nb等，使焊缝成为奥氏体+铁素体双相组织，防止柱状晶的形成。(3)采取合理的焊接过程和规范，采用小电流、快速焊、不作横向摆动，以减少母材向熔池的过渡。不锈钢的焊接性（三）焊接拉头的应力腐蚀开裂应力腐蚀是在应力与腐蚀介质双重因素作用下产生的一种腐蚀破坏。由于奥氏体不锈钢的导热率小，线膨胀系数大，在约束焊接变形时必然残留较大的焊接应力，而拉应力的存在是应力腐蚀开裂的一重要条件。许多实验已证实焊接接头过热区对应力腐蚀开裂最为敏感。不锈钢的焊接性（四）奥氏体不锈钢焊缝的脆化经常发现有的奥氏体不锈钢焊接接头的强度并不低，然而在工作几个月后就发生沿近缝区的脆断。其原因就是接头的塑性、韧性没有达到要求，尤其当材料在低温下工作时，最重要的要求是保证低温韧性，这样才能防止发生低温脆性破坏。奥氏体不锈钢焊缝的脆化有以下两种。不锈钢的焊接性1.低温脆化奥氏体不锈钢焊缝的低温脆化与组织中的铁素体（δ相）有关，因此为了满足低温韧性的要求，最好控制组织避免形成奥氏体＋铁素体的双相组织。不锈钢的焊接性2.高温脆化高温下进行短时拉伸试验或进行持久强度试验表明，当奥氏体焊缝中含有较多的铁素体形成元素或较多的δ相时，都会发生显著的脆化现象。为了保证焊缝有必要的塑性和韧性，长期工作在高温的焊缝中所含的δ相数量应当小于5％，否则，多量的δ相将会导致脆化现象的发生，通常认为这是δ相转变为σ相的结果。不锈钢的焊接性