不锈钢压力容器的焊接技术.docx

一、压 力 容 器 用 不 锈 钢 及 其 焊 接 特 点所 谓 不 锈 钢 是 指 在 钢 中 加 进 一 定 量 的 铬 元 素 后，使 钢处 于 钝 化 状 态，具 有 不 生 锈 的 特 性。为 达 到 此 目 的，其 铬含 量 必 须 在 12 以 上。为 进 步 钢 的 钝 化 性，不 锈 钢 中 还 往往 需 加 进 能 使 钢 钝 化 的 镍、钼 等 元 素。一 般 所 指 的 不 锈 钢实 际 上 是 不 锈 钢 和 耐 酸 钢 的 总 称。不 锈 钢 并 不 一 定 耐 酸，而 耐 酸 钢 一 般 均 具 有 良 好 的 不 锈 性 能。不 锈 钢 按 其 钢 的 组 织 不 同 可 分 为 四 类，即 奥 氏 体 不 锈钢、铁 素 体 不 锈 钢、马 氏 体 不 锈 钢、奥 氏 体-铁 素 体 双 相 不锈 钢。1.奥 氏 体 不 锈 钢 及 其 焊 接 特 点奥 氏 体 不 锈 钢 是 应 用 最 广 泛 的 不 锈 钢，以 高 Cr-Ni 型最 为 普 遍。目 前 奥 氏 体 不 锈 钢 大 致 可 分 为 Cr18-Ni8 型、Cr25-Ni20 型、Cr25-Ni35 型。奥 氏 体 不 锈 钢 有 以 下 焊 接特 点：焊 接 热 裂 纹奥 氏 体 不 锈 钢 由 于 其 热 传 导 率 小，线膨 胀 系 数 大，因 此 在 焊 接 过 程 中，焊 接 接 头 部 位 的 高 温 停留 时 间 较 长，焊 缝 易 形 成 粗 大 的 柱 状 晶 组 织，在 凝 固 结 晶过 程 中，若 硫、磷、锡、锑、铌 等 杂 质 元 素 含 量 较 高，就会 在 晶 间 形 成 低 熔 点 共 晶，在 焊 接 接 头 承 受 较 高 的 拉 应 力时，就 易 在 焊 缝 中 形 成 凝 固 裂 纹，在 热 影 响 区 形 成 液 化 裂纹，这 都 属 于 焊 接 热 裂 纹。防 止 热 裂 纹 最 有 效 的 途 径 是 降低 钢 及 焊 材 中 易 产 生 低 熔 点 共 晶 的 杂 质 元 素 和 使 铬 镍 奥 氏体 不 锈 钢 中 含 有 4 12 的 铁 素 体 组 织。晶 间 腐 蚀根 据 贫 铬 理 论，在 晶 间 上 析 出 碳 化 铬，造 成 晶 界 贫 铬 是 产 生 晶 间 腐 蚀 的 主 要 原 因。为 此，选 择 超低 碳 焊 材 或 含 有 铌、钛 等 稳 定 化 元 素 的 焊 材 是 防 止 晶 间 腐蚀 的 主 要 措 施。应 力 腐 蚀 开 裂应 力 腐 蚀 开 裂 通 常 表 现 为 脆 性 破 坏，且 发 生 破 坏 的 过 程 时 间 短，因 此 危 害 严 重。造 成 奥 氏 体 不锈 钢 应 力 腐 蚀 开 裂 的 主 要 原 因 是 焊 接 残 余 应 力。焊 接 接 头的 组 织 变 化 或 应 力 集 中 的 存 在，局 部 腐 蚀 介 质 浓 缩 也 是 影响 应 力 腐 蚀 开 裂 的 原 因。焊 接 接 头 的 相 脆 化 相 是 一 种 脆 硬 的 金 属 间 化合 物，主 要 析 集 于 柱 状 晶 的 晶 界。相 和 相 都 可 发 生 相转 变。比 如 对 于 Cr25Ni20 型 焊 缝 在 800 900 加 热时，就 会 发 生 强 烈 的 转 变。对 于 铬 镍 型 奥 氏 体 不 锈 钢，特 别 是 铬 镍 钼 型 不 锈 钢，易 发 生 相 转 变，这 主 要 是 由于 铬、钼 元 素 具 有 明 显 的 化 作 用，当 焊 缝 中 铁 素 体 含 量超 过 12 时，的 转 变 非 常 明 显，造 成 焊 缝 金 属 的 明显 的 脆 化，这 也 就 是 为 什 么 热 壁 加 氢 反 应 器 内 壁 堆 焊 层 将 铁 素 体 含 量 控 制 在 3 10 的 原 因。2.铁 素 体 不 锈 钢 及 其 焊 接 特 点铁 素 体 不 锈 钢 分 为 普 通 铁 素 体 不 锈 钢 和 超 纯 铁 素 体 不锈 钢 两 大 类，其 中 普 通 铁 素 体 不 锈 钢 有 Cr12 Cr14 型，如 00Cr12、0Cr13Al；Cr16 Cr18 型，如 1Cr17Mo；Cr25 30 型。由 于 普 通 铁 索 体 不 锈 钢 中 的 碳、氮 含 量 较 高，故 加 工成 形 及 焊 接 都 较 困 难，耐 蚀 性 也 难 以 保 证，使 用 受 到 限 制，在 超 纯 铁 素 体 不 锈 钢 中 严 格 控 制 了 钢 中 的 碳 和 氮 总 量，一般 控 制 在 0.035 0.045 、0.030 、0.010 0.015 三 个 层 次，同 时 还 加 进 必 要 的 合 金 元 素 以 进 一 步 进步 钢 的 耐