不銹鋼按其組織機構(gòu)分為五大類,這樣隨著它們化學(xué)成分和組織機構(gòu)的不同,它們的焊接性是有很大差別的。為此獲得高質(zhì)量的焊接接頭難易程度和注意事項也截然不同。
不銹鋼焊縫中的鐵素體含量對其性能起著極其重要的作用,特別是應(yīng)用最多的奧氏體不銹鋼和新開發(fā)的奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼的焊縫組織更是如此。奧氏體不銹鋼焊縫中,常常需要形成一定量的鐵素體(通常是4%~12%),以防止焊縫產(chǎn)生凝固裂紋。雙相不銹鋼中的鐵素體對提高耐蝕性,特別是耐應(yīng)力腐蝕裂紋和耐孔蝕是至關(guān)重要的。在雙相不銹鋼焊縫中又必須限制過多的鐵素體,以保持焊縫金屬具有足夠的塑性、韌性和耐蝕性。因此,在這兩種情況下,必須嚴格控制焊縫中的鐵素體量。而某些在低溫環(huán)境及特殊腐蝕介質(zhì)中使用的奧氏體鋼焊縫中的鐵素體又要求盡可能地降低?,F(xiàn)在已經(jīng)把焊接時快速冷卻形成的不銹鋼的焊縫組織與合金元素的鉻當(dāng)量[Cr]和鎳當(dāng)量[Ni]值的關(guān)系圖[(Schaeffer圖)、Delong圖和WRC圖],作為不同情況下對焊材的選擇、焊縫組織的預(yù)測和根據(jù)焊縫化學(xué)成分分析的結(jié)果,評定焊縫質(zhì)量的重要依據(jù)。
Schaeffer 圖、Delong圖和WRC圖的鉻當(dāng)量[Cr]和鎳當(dāng)量[Ni]計算公式,見表6-1。
1. Schaeffer圖
Schaeffer圖是最早的焊縫組織圖,它適用于常規(guī)的不銹鋼焊后自然狀態(tài)的焊縫,其精確度為±4%.借助于薛夫勒(Schaeffer)圖,可以預(yù)控制焊縫金屬相的組成,可達到滿足使用要求的目的,見圖6-1。圖6-1中的鐵素體數(shù)FN是由磁性測定儀測定的,近似于用金相測定所得出鐵素體含量的平均值。
為了使薛夫勒圖能針對不同成分的母材與填充金屬在混合之后,對可能出現(xiàn)的熱裂紋或其冶金缺陷做出預(yù)評價,德國人A.沙賴特等繪制出經(jīng)細化了的、專用于焊縫金屬的薛夫勒圖,見圖6-2。
圖6-2把焊縫金屬成分分成幾個區(qū),如區(qū)域1、2、3及4.例如;當(dāng)成分為A與成分為B相互焊合,使用的填充材料成分為C,混合后計算出的焊縫成分為D,其結(jié)果表明鐵素體含量在5%~10%之間,具有良好的抗熱裂性能與韌性。
2. Delong圖
Delong圖(見圖6-3)是在Schaeffer 圖的基礎(chǔ)上加以改進的,并在此圖中加人了奧氏體形成元素。N的作用,更適合于氣體保護焊及含氮或控氮不銹鋼的焊縫組織。Delong圖還進一步提高了估算鐵素體含量的精確度(2%),特別是對含有比正常氮含量高的熔敷金屬。Delong圖以鐵素體序數(shù)(FN)標示焊縫的鐵素體量,但FN最大到18FN,不能滿足不斷發(fā)展的要求,特別是不能滿足高鐵素體的雙相鋼及其焊縫組織的要求。
3. WRC圖
WRC圖(見圖6-4)以鐵素體序數(shù)(FN)標示焊縫中的鐵素體量,該圖把FN擴大到100FN(相當(dāng)于80%的鐵素體),被認為適合于判斷300系列奧氏體和雙相不銹鋼焊縫組織中的鐵素體含量。
Schaeffer 圖、Delong圖、WRC圖是歷年來根據(jù)焊縫的奧氏體形成元素C、N、Mn、Ni,以及鐵素體形成元素Cr、Mo、Si、Nb等對鐵素體的作用,計算鉻、鎳當(dāng)量,繪制成的組織圖。這些圖是在不同時期考慮不同化學(xué)元素的影響繪制的,所以各有其特點,使用時應(yīng)加以注意。
鐵素體含量的預(yù)測,只有當(dāng)焊縫成分包括在ISO-FN線(0~100FN)范圍內(nèi)才會準確(此線繪制在圖6-4里),該圖的極限決定于已有數(shù)據(jù)的范圍,延長線族將會得出錯誤的預(yù)測。
1992年美國推出WRC圖(見圖6-4),該圖能夠更精確地預(yù)測不銹鋼焊縫金屬中的鐵素體含量。圖6-4中,縱坐標Ni當(dāng)量中考慮了N與Cu的因素。許多研究者研究了鐵素體-奧氏體混合不銹鋼中Cu(通常含Cu~2%)的影響,一致認為Cu對鐵素體含量有顯著影響。加人Cu后,可避免出現(xiàn)對焊縫中EN值評估過大。
為了使焊縫金屬型號、成分與其金相組織之間有一目了然的對應(yīng)關(guān)系,又繪制了專用于焊縫金屬的薛夫勒(Schaeffer)圖,如路6-5所示。在圖6-5中還包括了奧氏體不銹鋼以外的其他不銹鋼。