焊接不鏽鋼工藝
焊接不鏽鋼工藝
具有不同程度的耐腐蝕性，強(qiáng)度和可加工性的不鏽鋼型號(hào)的開(kāi)發(fā)是非常受人歡迎的，所以發(fā)展很迅速，不鏽鋼材料型號(hào)也越來(lái)越多，但這種發(fā)展也導(dǎo)致焊接不鏽鋼比焊接傳統(tǒng)碳鋼需要更複雜的技術(shù)。
但實(shí)際上焊接不鏽鋼所需的技術(shù)與焊接標(biāo)準(zhǔn)碳鋼所需的技術(shù)冇有什麼不同，除了兩個(gè)例外。首先，必須對(duì)不鏽鋼加熱和冷卻進(jìn)行更多的控製。其次，正確匹配填充金屬與被焊材料更為重要。
現(xiàn)在雖然不鏽鋼型號(hào)種類繁多，但是可以歸類為以下五種類型。
不鏽鋼總的歸類是根據(jù)它們的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類、化學(xué)結(jié)果和鋼材加熱和加工的方式。顯微組織對(duì)不鏽鋼的強(qiáng)度、延展性與其他物理和化學(xué)屬性有很大的影響。
標(biāo)準(zhǔn)加工車間*常見(jiàn)三種不鏽鋼。奧氏體不鏽鋼是使用*廣泛的，尤其是在典型的機(jī)械加工和製造應(yīng)用中。硬質(zhì)馬氏體不鏽鋼經(jīng)常用於硬表麵處理等高磨損應(yīng)用。鐵素體不鏽鋼比其他形式的不鏽鋼便宜，使其成為汽車排氣部件等消費(fèi)品的*愛(ài)。
第四種類型的雙相不鏽鋼是奧氏體和鐵素體微觀組織的組合，使其比任何一種組分都更為牢固，但也更難以使用。*後，沉澱硬化不鏽鋼還包括其他合金元素，例如鈮，這增加了強(qiáng)度和成本。雙相不鏽鋼和沉澱硬化不鏽鋼主要用於高性能應(yīng)用領(lǐng)域，如航空航天和過(guò)程工業(yè)。
就像在任何類型的焊接中一樣，在焊接之前清潔不鏽鋼是很重要的。然而，需要意識(shí)到，僅僅在不鏽鋼上使用諸如錘子和刷子之類的工具是多麼重要，因?yàn)檫@種材料對(duì)任何碳鋼的存在有多敏感。如果使用不鏽鋼刷清潔碳鋼，就不要在任何不鏽鋼上再次使用。不鏽鋼錘子和夾子也是如此。為什麼？因?yàn)槲⒘康奶间摃?huì)嵌入不鏽鋼中，導(dǎo)致其生鏽。
同樣，在不鏽鋼附近研磨碳鋼會(huì)導(dǎo)致問(wèn)題。懸浮在空氣中的碳鋼粉塵可能會(huì)落在附近的不鏽鋼上，並導(dǎo)致生鏽。這就是為什麼保持碳鋼和不鏽鋼工作區(qū)域分離的好主意。
準(zhǔn)備焊接的另一個(gè)重要因素是確保有合適的填充材料，這意味著要知道焊接的是什麼類型的基礎(chǔ)材料。在許多情況下，使用與基體金屬相同數(shù)量的填充金屬一樣容易。比如如果要連接兩塊316L不鏽鋼，則可以使用316L焊接料。
作為製造車間中*常見(jiàn)的不鏽鋼，奧氏體不鏽鋼其實(shí)就是300係不鏽鋼。雖然這些基材不需要預(yù)熱，但是它們具有*高的層間溫度。一旦基礎(chǔ)金屬達(dá)到華氏350度，比如如果需要進(jìn)行多次焊接時(shí)，就需要停止焊接並讓材料冷卻下來(lái)。
一些300係列不鏽鋼被稱為完全奧氏體，例如310、320和330不鏽鋼。此時(shí)必須小心管理這些材料，以便通過(guò)使用低熱輸入工藝和凸麵焊接來(lái)防止開(kāi)裂。如果在這些材料上進(jìn)行平麵或凹麵焊接，將容易發(fā)生開(kāi)裂。
另一個(gè)要考慮的參數(shù)是基材和填充金屬的組成。考慮316L不鏽鋼。名稱中帶有“L”的等級(jí)在大多數(shù)應(yīng)用中通常限於800℉或更低的溫度，但是L並不意味著低溫。它指定低碳含量，通常為0.03％的碳。
*受歡迎的奧氏體不鏽鋼牌號(hào)是304，但是選擇一種填充金屬與這種母材一起使用是不太簡(jiǎn)單的，因?yàn)閮佑?span lang="EN-US">304填充金屬。相反，在這種情況下使用的填充金屬是308L。它具有稍微不同的化學(xué)性質(zhì)，允許填充金屬經(jīng)曆與焊接相關(guān)的快速固化和冷卻而不會(huì)開(kāi)裂。
另一個(gè)例子是321不鏽鋼，該型號(hào)中會(huì)包括少量的鈦。但是，填充金屬中的任何鈦在焊接過(guò)程中都會(huì)被燒毀。在這種情況下，適當(dāng)?shù)奶盍鲜?span lang="EN-US">347，其化學(xué)性質(zhì)與321相似，但鈦被鈮取代。
在焊接不鏽鋼加工工藝中，針對(duì)馬氏體不鏽鋼、鐵素體不鏽鋼等不鏽鋼類型也有相應(yīng)的注意事項(xiàng)，下麵就來(lái)具體講述下。
馬氏體類型的不鏽鋼與覆蓋層相比用於接合較少，並且用於建立耐磨材料。它們通常具有*小的層間溫度。這種材料的一個(gè)普遍應(yīng)用是使連鑄機(jī)中使用的鋼卷恢複原狀。一旦輥?zhàn)幽p超過(guò)某一點(diǎn)，他們使用馬氏體鋼絲重新表麵。在軋輥開(kāi)始焊接之前，使用焊槍或電阻加熱器將軋輥加熱到400至600華氏度。一旦焊接開(kāi)始，溫度不能降至低於預(yù)熱溫度。馬氏體不鏽鋼在冷卻時(shí)變得非常硬且脆，這對(duì)於耐磨性而言是非常好的，但是在製造時(shí)對(duì)於焊縫是很難的。保持高於*小夾層溫度可以使焊縫周圍的區(qū)域冷卻得太快。
在焊接馬氏體不鏽鋼時(shí)，必須達(dá)到準(zhǔn)確的預(yù)熱溫度，並在焊接的整個(gè)過(guò)程中保持*低的層間溫度。否則產(chǎn)品*終可能會(huì)出現(xiàn)裂縫。
和許多其他不鏽鋼品種一樣，如果要加入馬氏體不鏽鋼，可能會(huì)使用相同數(shù)量的填充金屬。在某些應(yīng)用中，奧氏體不鏽鋼填充金屬可用於相應(yīng)連接。對(duì)於經(jīng)常放在碳鋼上的覆蓋層，410是一種標(biāo)準(zhǔn)的填充金屬選擇。但不論作業(yè)類型如何，馬氏體填充金屬焊接成功的關(guān)鍵在於預(yù)熱和緩冷。
至於鐵素體不鏽鋼，大多數(shù)都應(yīng)用在汽車領(lǐng)域。在這個(gè)應(yīng)用中使用的兩個(gè)*常見(jiàn)的牌號(hào)是409和439。鐵素體不鏽鋼的厚度通常在1/4英寸或更小，所以大多數(shù)焊接材料都是一次焊接完成的。這點(diǎn)非常好，因?yàn)楹附予F素體不鏽鋼是*成功的低熱量輸入，*高層間溫度為華氏300度。如果違反了這條準(zhǔn)則，那在高熱量輸入下，材料開(kāi)始經(jīng)曆晶粒生長(zhǎng)並且可能很快失去強(qiáng)度。在較不常用的焊接較厚的鐵素體不鏽鋼中，要特彆小心限製熱量輸入。除此之外，將填充材料等級(jí)與基礎(chǔ)金屬等級(jí)相匹配，並且焊接結(jié)果應(yīng)該很好。
在雙相不鏽鋼焊接方麵，過(guò)多的熱量也會(huì)對(duì)雙相不鏽鋼產(chǎn)生不利影響，這主要因?yàn)殡p相不鏽鋼的化學(xué)成分的複雜性。這種不鏽鋼具有奧氏體和鐵素體不鏽鋼的部分，這也使得選擇填充金屬有點(diǎn)困難。很多類型的雙相不鏽鋼基礎(chǔ)金屬不能用作填充金屬，這主要是因?yàn)樘畛浣饘俦然A(chǔ)金屬冷卻得快得多。略微調(diào)整化學(xué)成分使焊縫具有與母材類似的強(qiáng)度和材料特性。
其中一個(gè)例子是2205雙相不鏽鋼，一種含有一些鎳的雙相不鏽鋼。使用的填充金屬是2209，因?yàn)樗鼤?huì)產(chǎn)生與基體金屬具有相似數(shù)量的鐵素體和奧氏體的焊縫，從而引發(fā)焊接問(wèn)題。另一個(gè)例子是2507雙相不鏽鋼，此時(shí)可以焊接2594填充金屬。
另外有時(shí)可能需要焊接不同的金屬或未知的材料，例如在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)維修時(shí)。幸運(yùn)的是，填充金屬已經(jīng)被專門設(shè)計(jì)用於這種情況的化學(xué)物質(zhì)所開(kāi)發(fā)。例如，想加入304L不鏽鋼和碳鋼的情況並不少見(jiàn)。在這種情況下，請(qǐng)考慮使用309L填充材料，對(duì)於高達(dá)750華氏度的不同金屬來(lái)說(shuō)，這可能是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。
如果對(duì)基本金屬成分不確定，請(qǐng)考慮專門為維修開(kāi)發(fā)的電極之一，如312不鏽鋼電極。這些焊接電極以各種商標(biāo)命名，具有**的兼容性，具有高強(qiáng)度，耐腐蝕性和延展性的化學(xué)成分。它們也與大多數(shù)類型的基本金屬兼容。而事實(shí)是，312電極和其他像他們一樣的工作。不足之處是它們可能要比標(biāo)準(zhǔn)的氣體保護(hù)電弧焊（GMAW）電線高三到四倍。
在焊接不鏽鋼時(shí)，重要的是要監(jiān)測(cè)焊接金屬和母材的溫度。如果不能保持在指定的溫度範(fàn)圍內(nèi)，就可能會(huì)遇到性能問(wèn)題。焊接時(shí)有三種方法可以檢查鋼的溫度：溫度指示棒具有準(zhǔn)確確認(rèn)溫度的長(zhǎng)期記錄。但是，它們的範(fàn)圍是有限的，並且對(duì)於每個(gè)目標(biāo)溫度需要不同的棒。
電子紅外測(cè)溫儀能夠快速，遠(yuǎn)距離感測(cè)鋼的表麵溫度。他們需要清晰的視線，這通常不是問(wèn)題。有光澤的表麵和其他與光線相關(guān)的條件可能會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的讀數(shù)，距離表麵的距離也會(huì)發(fā)生變化。但是大多數(shù)使用這種設(shè)備的人已經(jīng)學(xué)會(huì)了適應(yīng)這種怪癖。
電子表麵溫度探頭提供了第三種溫度監(jiān)測(cè)手段。他們可以提供不同長(zhǎng)度的手柄，讓您觸摸金屬的閱讀。有些也可以安裝在工件上。運(yùn)行測(cè)試焊接時(shí)，這是一個(gè)理想的設(shè)置，因?yàn)樗梢赃B續(xù)監(jiān)測(cè)溫度，甚至可以在整個(gè)焊接過(guò)程中打印金屬溫度圖。
