鐵素體不銹鋼的焊接和釬焊

許多連接不銹鋼的方法都能夠很好地應(yīng)用于鐵素體不銹鋼。

焊接：通過使母材和填充金屬熔化后重新凝固實現(xiàn)兩個或多個材料完全的結(jié)合。

軟釬焊：使用熔點在 450°C 以下的填充金屬，將待焊金屬加熱到釬焊溫度（低于母材金屬的熔點）使金屬結(jié)合。

硬釬焊：與軟釬焊相同，但焊接溫度 > 450°C。

在諸多為碳鋼而研發(fā)同時也適用于不銹鋼焊接的方法中，只有某些真正適合于鐵素體不銹鋼的焊接并且已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)：電弧焊、電阻焊、電子束焊，激光焊和磨擦焊。

焊接是連接金屬最經(jīng)濟、效率最高的方法。這個過程使得結(jié)構(gòu)的輕量化成為可能（通過選用最佳材料），連接所有的工業(yè)金屬并可提供設(shè)計的靈活性。

不銹鋼的焊接性受其化學(xué)成分，金相組織和物理性能的影響，鐵素體不銹鋼在進行焊接時，具有一些比奧氏體不銹鋼有用的優(yōu)勢，因為鐵素體不銹鋼熱膨脹系數(shù)較低，電阻率較小，導(dǎo)熱率較高。

439不銹鋼汽車排氣管的焊接

穩(wěn)定化和非穩(wěn)定化的鐵素體不銹鋼牌號

一般而言，與奧氏體不銹鋼相比，鐵素體不銹鋼不太容易產(chǎn)生焊接導(dǎo)致的晶間腐蝕。

尤其是對于經(jīng)“穩(wěn)定化處理”的鐵素體不銹鋼來說，更是這樣。所謂穩(wěn)定化處理，就是添加強碳化物形成元素，如鈦 (Ti) 和鈮 (Nb)。這些元素與鋼中的碳結(jié)合，防止焊接過程中碳與鉻結(jié)合形成碳化鉻。這樣就避免了在晶界產(chǎn)生貧鉻區(qū)，經(jīng)穩(wěn)定化處理過的鐵素體不銹鋼實際上不會發(fā)生晶間腐蝕。

為了保證完全的穩(wěn)定化，鈦含量必須比碳含量高五倍，或者鈮加鈦的含量必須比碳含量高三倍。有時，適當(dāng)加入氮是明智的，可細化熔合區(qū)的晶粒。

非穩(wěn)定化處理的鐵素體不銹鋼不含鈦或鈮，由于碳化鉻的形成，在熱影響區(qū)易發(fā)生晶間腐蝕。這種現(xiàn)象叫“敏化”，其程度主要取決于碳含量。

敏化的不銹鋼，其耐蝕性可以通過在 600-800°C 溫度范圍內(nèi)退火處理而恢復(fù)。

填充金屬過匹配

為了保證焊縫的耐腐蝕性，鐵素體填充金屬的 Cr，Mo，Ti 和（或）Nb 合金元素的含量要稍高于在母材中的含量。這是由于加熱會造成焊接區(qū)鉻的損失。也可以采用Cr 和 Mo 含量高于母材的奧氏體填充金屬。

保護氣體

由于Cr含量高，不銹鋼在熔化狀態(tài)下很容易發(fā)生氧化。如果在焊接過程中沒有使其與空氣隔離，則鉻會損失，形成氧化物，導(dǎo)致焊縫缺陷和耐腐蝕性降低。一般規(guī)定采用惰性氣體保護來實現(xiàn)對焊縫表面和附近區(qū)域的保護。保護氣體可以是純氬（Ar）或氦氣（He）或者是二者的混合氣體。

對于鐵素體不銹鋼的焊接，保護氣體應(yīng)當(dāng)是純氬氣或者是氬和氦的混合氣體。奧氏體不銹鋼焊接常用的氬氣氫氣混合氣體，會造成鐵素體焊接接頭的氫脆。氬氣是最常用的背面保護氣體（用來保護工件的背面）。在焊接鐵素體不銹鋼時，禁止使用氮氣。

鐵素體不銹鋼焊接問題的發(fā)現(xiàn)和解決

除了上述風(fēng)險之外，還有高溫下由“相的形成”和“晶粒粗化”而產(chǎn)生的脆化。這些問題的解決方法列在下面的“糾正方法”表中。

電弧焊是鐵素體不銹鋼最常用的焊接方法。

鎢極氬弧焊（GTAW 或 TIG/WIG）

在這種方法中，熔化金屬所需要的能量是由鎢極和工件之間產(chǎn)生的電弧來提供的。

不銹鋼的焊接通常是在惰性氣體的保護氛圍中，采用直流正極性電源來進行焊接（鎢極是負(fù)極）。如果使用填充金屬，采用不帶藥皮的焊條（手工焊）或盤狀焊絲（自動焊）。

熔化極氬弧焊（GMAW 或 MIG）

與鎢極氬弧焊不同，在熔化極氬弧焊（也稱熔化極氣體保護焊）中，焊條是消耗性的。電弧在熔融填充焊絲和工件之間引燃。保護氣體通過焊槍噴出，圍繞在焊絲的周圍，保護氣體通常是氬氣加 2% - 3% 的氧氣。對于某些焊接工藝可采用較復(fù)雜的混合氣體。

由于焊縫基本上是由填充金屬形成的，因此至關(guān)重要的是，填充金屬的成分應(yīng)當(dāng)能促進熔透并完善母材的潤濕性。

這種高生產(chǎn)效率的工藝比鎢極氬弧焊（GTAW）操作起來更為困難，但若工藝過程控制良好，則其結(jié)果會很好。

現(xiàn)有若干種電阻焊方法，最常見的是點焊和縫焊。電阻焊的主要優(yōu)點如下：

• 焊接熱影響區(qū)（HAZ）的金相組織變化小；

• 如果板材正確冷卻的話，可真正實現(xiàn)表面無氧化；

• 焊后板的變形非常小；

• 焊接過程中的“鍛壓”形變對于鐵素體不銹鋼的焊接尤其有用；

與低碳鋼相比，不銹鋼在焊接參數(shù)方面的不同主要是所需能量較低且對焊接電源調(diào)節(jié)的精確性要求更高（這是由于不銹鋼較低的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性）和需要更高的電極力。

適用于鐵素體不銹鋼的其它方法還有電子束焊、激光焊和摩擦焊。

軟釬焊和硬釬焊是通過采用熔點低于母材的易熔化填充金屬在固態(tài)連接金屬部件的方法。軟釬焊采用的釬料的熔點低于450°C，而硬釬焊采用的釬料則較硬且熔點較高。

軟釬焊槽，鍍錫 430Ti 不銹鋼

這兩種連接方法優(yōu)點如下：

• 只需溫度較低的熱源；

• 連接可以是永久的也可以是暫時的；

• 可用于異種金屬之間的連接；

• 加熱和冷卻速度慢；

• 可連接不同厚度的部件；

• 調(diào)整易實現(xiàn)；

• 與焊接相比需要的熱量少。

在決定是否采用軟釬焊或硬釬焊時，應(yīng)仔細評估接頭的強度和性能要求。

焊接時，保證熔融釬料對兩個固態(tài)部件良好的潤濕性是非常必要的。

非穩(wěn)定化不銹鋼更易發(fā)生敏化現(xiàn)象。

酸洗前后

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