不銹鋼及耐熱耐蝕合金焊接的熱裂紋問題研究

      不銹鋼及耐熱耐蝕合金以其具有的防銹、耐腐蝕、抗氧化和耐高溫等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于石油、化工、航空、航天、核能、冶金、電力、交通運(yùn)輸、紡織和電子等部門。由于它們含有的合金元素多、組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜等給焊接帶來了很大困難，特別是焊接熱裂紋問題更為人們所關(guān)注。

　　熱裂紋通常包括3種，在焊縫金屬中生成的熱裂紋稱為凝固裂紋，在熱影響區(qū)或多層焊焊道的再加熱區(qū)產(chǎn)生的熱裂紋稱為液化裂紋;這兩類裂紋都是在液相和固相共存的高溫區(qū)域，并在熱應(yīng)變的作用下產(chǎn)生的。第三種是低塑性裂紋，這類裂紋產(chǎn)生的溫度較低，它的出現(xiàn)與液相無關(guān)，通常處在熱影響區(qū)的粗晶區(qū)。

　　在不銹鋼焊接過程中，焊縫金屬的凝固裂紋是一個(gè)很大的問題，凝固裂紋的敏感性與δ鐵素體的含量有依存關(guān)系，鐵素體含量在5%～20%范圍內(nèi)時(shí)，裂紋的敏感性*小，單一的γ相或鐵素體含量在40%以上時(shí)，裂紋的敏感性顯著增加。通過改變焊縫金屬的化學(xué)成分及調(diào)整熔合比，使焊縫金屬中的鐵素體量在幾個(gè)百分?jǐn)?shù)范圍內(nèi)，就可以避免凝固裂紋的產(chǎn)生。

　　在各種鎳基合金中，因康鎳625或718的脆性溫度區(qū)間比哈斯特洛依X或C-276要大些，故前者的凝固裂紋敏感性高些，這是因?yàn)樗鼈兌己休^多的合金元素Nb，Nb是形成NbC、γ相(Ni3Nb)和Laves相的元素。采用這一成分的合金焊接時(shí)，在*后的凝固區(qū)域內(nèi)易于形成γ/NbC或γ/Laves相的共晶，這些共晶的熔點(diǎn)低，故易于產(chǎn)生凝固裂紋。除了Nb之外，C和Si也是增加凝固裂紋敏感性的元素。另外，當(dāng)母材中存在未固溶的NbC時(shí)，在γ/NbC界面上會(huì)產(chǎn)生液化，伴隨著晶界的液化也會(huì)出現(xiàn)液化裂紋。

　　綜上所述，在不銹鋼及耐熱耐蝕合金中各種焊接熱裂紋的產(chǎn)生除了與材料本身的合金成分和組織有關(guān)系外 ，材料中的夾雜物及溶質(zhì)元素如P、S、Pb、Sn、Zn等也起著重要的作用，它們導(dǎo)致了低熔點(diǎn)物質(zhì)的產(chǎn)生，致使殘留液相覆蓋在晶界周圍，在很小的熱應(yīng)變作用下就出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。對(duì)于奧氏體-鐵素體不銹鋼焊縫而言，鐵素體量對(duì)凝固裂紋的敏感性有重要影響;而對(duì)于純奧氏體不銹鋼焊縫來說，P+S的含量對(duì)其BTR有明顯影響，其含量越低，熱裂紋敏感性越小。在鎳基耐熱耐蝕合金的焊接中，Nb、C、Si等元素易于形成低熔點(diǎn)共晶，因而增加了凝固裂紋敏感性;P、S等雜質(zhì)在晶界的偏析也助長(zhǎng)了熱裂紋的形成。