由美国钢铁学会(AISI)规定◣奥氏体不锈钢管包括200系列和300系列。300系列是一类广泛使用◆的奥氏体不锈钢管200系列的则是♂含有高含量的碳、锰和氮,用于特殊用途的钢种。这类钢含有比300系列钢低的镍以平衡高的碳、氮含量。

一般奥氏体钢的焊接技术已日益成熟,但是含氮奥氏体钢焊接还存在着一些问题。作为结构材料能否广@泛应用,在一定程度上取决于其焊接接头的性能。因此低镍奥氏体不锈钢管焊接技术的研究具有十分重要的意义,是低镍奥氏体▃不锈钢管研制和应用的重要内容之一。

氮强化奥氏体不锈钢管焊接除了会产生一般▲奥氏体钢焊接出现的热裂纹等缺々陷以外,它还存在焊缝金属氮元素的吸收或逸出问题,这将造成焊缝金属氮含量的升高或降低,从而使焊接接头性能ξ 和母材性能有很大差异。;(1)缝区氮的损失即氮气孔的形成和氮的逸出;(2)焊缝区和焊接热影响区氮化物、碳化物『以及碳氮化物的析出,力学性能和抗腐蚀性能都会随之@下降;(3)焊缝凝固裂◇纹及热影响区液化裂纹的形成。

对于氮强化奥氏体钢焊接中存在的这些难题,应该注意到几点:(1)焊缝母材的熔化引起溶解的氮从︼该狭窄区域释放,存在导致气孔形成的危险,(2)甲接过程〓中,焊接材料中溶解的氮也会释∩放,使焊缝产生气孔,所以最好不使用含氮较高的焊接材料。(3)必须对焊接材◢料合金化,以使接头性能接近母材所具有的良好物理化学、机械和加╱工性能。在其熔焊过程中,焊缝区氮的损失降∞低了焊缝中的固溶氮含量,从而造成接头性能的下降,因此,高氮钢熔焊时首先需要解决氮的损失问题,保证→焊接接头性能。因此在大气下冶炼的氮强化奥氏体钢可以采用传统的方法焊接,如采用低的热输∏入量、低的熔深、合适的Ψ焊接技术和焊前准备可得到良好的焊接接头性能,其焊接件的强度基本能满足产品的要求。在超高压力下生产的含氮量↙较高的奥氏体钢的焊接必须在封闭的气氛下进行,用氮气加压以避免脱氮,或采用特殊∏的焊接方法。

用手工电弧焊、氢弧焊等弧焊方法焊接高」氮低镍不锈钢管时,由于母材熔化,释放了溶解在其中的氮,这些氮将◣进入熔池。熔池愈深,母材熔化愈多,释放的氮也愈多。而↓熔池不能完全溶解被释放的氮,这种ω情况在实际操作中经常发生。

氮强化奥氏体钢中的氮元素不仅稳定奥氏体相,而且很大程度上影响钢的性能∞,这在前面已经作了详◣细的论述。在含氮钢的焊接过程中,焊缝金属中的氮很容易☉向大气里逸出,其结果必然导致钢的性能下降。为了控制焊缝金属中氮含◆量的下降,许多研究者考虑到在保护气中添加一定量的氨气来保证焊缝中的氮含量。

瑞典的Staffan Herteman分别使用双相钢和↑奥氏体钢(1.0-3.0%N)研究了保护气的成分和焊接参数对氮含量的影响。具体焊接⌒参数及焊缝氮含量如表1.2所示。从表1.2中可以看到『保护气中含氮气2%5%两种情况下用2.5mm弧长焊接的2507钢,其焊缝金属的氮含量有所降低∑ ∑ ,在焊接保护气中含↙5%N时用5mm弧长焊接时▼,焊缝成分基本不变,而在保护气中★含2%N,用5mm弧长焊接时,焊缝氮含量略有降低。总的研究结果表明:(1)只要在保护气中加〖入少量的氮气,即使常用常规的焊接参数也可以获得与母材相近的氮含量。(2)只要选择合适♀的焊接参数,添加恰↓当的氮气比例,完全可以保证焊缝金属的化学成分,从而保证钢的性能要求。

在手工电弧焊、熔化ぷ极气体保护焊、钨极氢弧焊和埋弧焊中,手工电弧焊具有以下的优点:(1)仅需要低的焊接电流便能确保【稳定的焊接,(2)熔池浅且小。

由于这些特性,可用含氮奥氏体电焊条焊接氮强化奥氏体钢,不会产生气◤孔。

F. Trosken等人研究了用手工电弧∴焊焊接DE40奥氏体钢,DE40是一种高氮低镍奥E钢(0.027C4.01Mn21.6Cr2.62Mo4.24Ni1.21si0.15v0.16Nb0.76N

奥氏体钢焊接可▆能产生的主要缺陷是在焊缝附〖近形成热裂纹。这种类型的缺陷与700~1200℃温度范围内在焊缝附近区域发生的组织转变有关,这种转变降低〗了基体的塑性指标。联系到钢中高的氮含量,焊接的关键是确定氮气孔在焊缝金属中□ 形成的可能性以及焊缝氮含量的降低。者对奥氏体钢(0.017C12.07Mn18.39Cr0.78N0.25Si)进行氩弧焊、熔焊、熔剂保护下的自动焊和ζ手工焊等试验,焊缝经y射线检测,在◎焊缝处取横向试片,观察焊缝附近的显微组织,发现焊缝区附近的腐蚀很浅,这证明单道次焊接的热¤量输入对热影响区金属的组织影响较小。并且可以知道熔化区的宽度取决于焊接制度,从自动焊转向手工焊,熔化※区宽度从60~704相应减小减々小到20~30p。在焊接结合区附近的试片上,对不同部位的基体金属一热影响区一焊缝测█量了维氏硬度,结果表明焊缝区附近硬度没有变。热影响区金属的硬度值与基体金属接近,而焊缝处的硬度则稍低。

在≡高氮含量的钢中,焊接时还会出现气孔,这可采用含锰的添加材料(提高氮的溶解←度)以及特殊的焊接工艺减少输入的线能量和熔化量以抑制气孔的形成。