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公司動態

溫州304不銹鋼管焊熱影響區組織。

接近焊接受焊接熱影響而發生組織和性能變化的基本金屬被稱為焊接熱影響區。通常指的焊接接頭包括熱影響區域。因此,溫州不銹鋼管熱影響區的性能對整個焊接接頭性能影響很大。

    由于焊接熱影響區各點被加熱的溫度不同,它們的組織和性能也不同。熱影響區的某一點被加熱的最高溫度和高溫停留的時間長短和之后的冷卻速度慢,決定了這一點的組織變化狀況。加熱和冷卻速度的速度與焊接方法和焊接規范有關。熱影響區各部分的具體組織分布情況,可根據溫州不銹鋼管的圖片來判定。

一般用于焊接的鋼管,從熱處理的特性來看,一種是一般焊接條件下淬火傾向小的鋼,如低碳鋼和合金元素少的普通低合金鋼,稱為淬火鋼,另一種是合金元素多或碳含量高、淬火傾向大的鋼,稱為淬火鋼。這兩種鋼的焊接熱影響區的組織也不同。

鍋爐制造中,除高壓鍋爐采用部分高強度合金鋼外,最常用的是低碳鋼和普通低合金鋼,即不易淬火鋼。

以鍋爐常用的低碳鋼(20)為例,分析焊接后熱影響區各部分的組織變化狀況。

圖14-4結合鐵碳合金圖和焊接熱循環曲線,表明熱影響區各部分加熱的最高溫度和相應組織的變化。對于低碳鋼來說,熱影響區組織發生顯著變化的哭泣相當于加熱到Ac1以上,直到熔化溫度。根據焊接后的組織變化,熱影響可分為四個區域。

1.熔合區域。

該區域為熔臺線附近的焊接金屬到基本金屬的過渡部分,溫度在固體線和液體線之間。該區域的溫州不銹鋼管處于局部熔化狀態。因此,晶粒非常粗,化學成分和組織非常不均勻。該地區靠近母材側的不銹鋼管組織屬于過熱組織,塑性差。對于低碳鋼,固相線與液相線之間的溫度區間較小,在各種熔焊條件下,該區域較窄,金相觀察其實很難區分。但是,對焊接接頭的強寵物、塑性有很大影響。在許多情況下,熔合線附近是產生裂紋和局部脆性破壞的起點。

2.過熱區(粗晶粒區)

過熱區的溫度范圍在固相線以下到1100℃左右。加熱到1100℃以上時,奧氏體晶粒開始激烈成長,特別是在1300℃以上,晶粒非常粗大,冷卻后得到晶粒粗大的過熱組織。晶粒度在l~2級左右。在空氣焊接和電渣焊接的情況下,也可以得到魏氏組織。魏氏組織是一種過熱組織,其特點為鐵素體沿晶界分布,并呈針狀插入珠光體內,使溫州不銹鋼管的塑性和韌性都大大降低(過熱區沖擊韌性通常要降低20~30%)。因此,在焊接剛度較大的結構時,經常會在過熱區產生裂縫。

過熱區晶粒生長,與此高溫區停留時間長短有關,停留時間越長,晶粒越粗。不同的焊接方法和焊接規范,產生的過熱區大小也不同。埋弧自動焊接的過熱區比手工電弧焊接小。焊接速度越快,過熱區越小。電渣焊接速度慢,過熱區域寬,晶粒生長成為影響電渣焊接質量的主要問題。過熱區的機械性能隨焊接后的冷卻速度而變化,冷卻速度越大,過熱區的強度、硬度越高,塑性越低。

3.重結晶區(細晶粒區)

該區域的加熱溫度在Ac3以上至1100℃之間,當溫州304不銹鋼管加熱到900℃至1100℃之間時,重結晶(即鐵素體和珠光體都變成奧氏體)。由于溫度不太高,晶粒未生長,在空氣中冷卻后得到均勻細致的鐵素體和珠光體組織,相當于熱處理時的正火組織,因此又稱正火區。該區溫州鋼管強度高,塑性相當高,是焊接接頭中綜合機械性能最好的部位。

4.不完全重疊結晶區域。

該區域的加熱溫度范圍在Acl~Ac3之間。對于低碳鋼來說,當金屬加熱溫度稍高于Ac1時,首先珠光體奧氏體。當溫度升高時,一些鐵素體逐漸向奧氏體溶解。溫度越高,溶解得越多,直至Ac3時,鐵素體全部溶解在奧氏體中。冷卻時從奧氏體中分析細鐵素體,冷卻到Ac1,剩下的奧氏體變成分析組織珠光體。由此看出,在Ac1-Ac3范圍內只有一部分組織發生相變重結晶,而始終未溶入奧氏體的鐵素體卻長大,變成了粗大的鐵索體組織。因此,該區域的304不銹鋼管組織不均勻,晶粒大小不同。有些是經過重結晶的細小均勻。鐵素體和珠光體,另一部分是粗鐵素體。由于晶粒尺寸不同,該地區的機械性能也不均勻。

以上四個區域是焊接熱影響區域的主要組織特征。假如溫州304不銹鋼管提前歷經冷加工塑性變形,在Ac1下列會產生再結晶,金相組織也會產生變化。

上述四個區域中對接頭性能影響最大的是熔合區和過熱區。這兩個地區位于焊接和母材金屬的過渡地帶(焊接指),此外,由于這里有咬合等缺陷,應力集中。因此,它經常成為實際接頭最容易出現問題的部分。

焊接熱影響區的大小受很多因素的影響。不同的焊接方法、不同的焊接規范和不同的板厚和焊接條件會改變熱影響區域的大小。表14-1是在板厚相同時用不同的焊接方法焊接低碳鋼時熱影響區的平均尺寸。

鍋爐常用的其他淬火傾向少的鋼(如16Mn、15MnV等),除過熱組織外,其他地區的組織與低碳鋼基本相同。低碳鋼過熱組織主要是魏氏組織,16Mn鋼加錳,過熱區可能有少量顆粒貝氏體。15MnV鋼在過熱區除錳外,還有部分銳的碳化物、氮化物溶入奧氏體,提高了奧氏體的穩定性,因此,過熱區可全部獲得粒狀貝氏體。

必須指出,在急冷急熱的焊接條件下,有時會使低碳鋼珠光體部分局部表現出類似高碳鋼的性能。例如,在使用高頻焊管時,馬氏體可能會出現在不完全重結晶區域。由于這種馬氏體碳含量高、硬、脆,浸入軟鐵索體,對鋼的韌性非常有害。

    對于易淬火鋼(母材是正火或退火狀態),焊后熱影響區的組織分布為:

    1.淬火區。

    加熱溫度超過Ac3以上的區域,由于溫州304不銹鋼管的淬硬傾向大,故焊后冷卻時得到淬火組織(馬氏體)。在相當于低碳鋼的過熱區部分,由于溫度高,晶粒長大,所以得到粗大的馬氏體。而相當于低碳鋼正火區的部分將得到細小馬氏體,當冷卻速度較慢或含碳量較低時,也可能出現一些貝氏體,形成混合組織。

    2.不完全淬火區。

    加熱溫度在Acl-Ac3之間的區域,在快速加熱條件下,鐵素體很少溶解,而珠光體、貝氏體和索氏體等轉變為奧氏體,在隨后快速冷卻過程中,奧氏體轉變為馬氏體,鐵素體保持不變,并有不同程度的長大,最后形成馬氏體一鐵素體組織,故稱不完全淬火區。

    如果母材在焊前處于淬火狀態,那么焊接熱影響區的組織除上述二區外,還可能存在回火區(此區加熱溫度低于Acl。圖14-5表示易淬鋼與不易淬鋼熱影響區對比。

從圖l4-5可以看出,熱影響區的組織和性能不僅與溫州不銹鋼管的化學成分有關,還與焊接前的熱處理狀態有關。

以上討論的焊接熱影響區的組織特征,只是一般原則,實際上由于各種原因可能出現特殊問題,需要根據母材的具體條件和施工技術進行分析。

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