316L不锈钢管具有较大的热裂纹敏感性,主要取决于其化学成分、组织与性能特点:

1)化学成分316L不锈钢管中合金元素较多,尤其是含有一定数量的镍,它易与硫、磷等杂质形成低熔点共晶,如Ni-S共晶熔点为645℃,Ni-P共晶元素为880℃,比Fe-SFe-P共晶的熔点更低,危害性也更大。其他一些元素如硅、硼、铌等元素,也能形成有害的易熔晶间层,这些低熔点共晶会促使热裂纹的产生。

2)组织316L不锈钢管焊缝易形成方向性强的粗大柱状晶组织,有利于有害杂质元素的偏析,从而促使形成连续的晶间液膜,增加了热裂纹的敏感性。

3)性能从316L不锈钢管的物理性能看,它具有热导率小、线胀系数大的特点,因而在焊接局部加热和冷却条件下,易产生较大的焊接残余拉应力,进一步促进焊接热裂纹的产生。

从上述三个方面看,热裂纹是316L不锈钢管焊接时比较容易产生的一种缺陷,特别是含铬较高的316L不锈钢管更容易产生。因此,316L不锈钢管产生热裂纹的倾向要比低碳钢大得多。

2、防止316L不锈钢管产生热裂纹的主要措施

1)冶金措施

严格控制焊缝金属中有害杂质元素的含量。钢中镍含量越高,越应该严格控制硫、磷、硼、硒等有害元素的含量。调整焊缝化学成分。加入铁素体元素,使焊缝金属出现奥氏体-铁素体双相组织,能够有效地防止焊缝热裂纹的产生。如18-8钢焊缝组织中有少量铁素体(δ)相存在,则抗裂性能大大提高,如图1-1所示。这是因为δ相的存在打乱了奥氏体焊缝柱状晶的方向性、细化了晶粒,低熔点的杂质被铁素体分散和隔开,避免了低熔点杂质呈连续网状分布,从而阻碍热裂纹扩展和延伸;δ相能溶解较多的硫、磷等微量元素,使其在晶界上的数量大为减少,从而提高焊缝抗热裂纹的能力。常用铁素体化的元素有铬、钼、钒等。

控制焊缝金属中的铬镍比。对于18-8不锈钢管来说,当焊接材料的铬镍比小于1.61时,就易产生热裂纹;而铬镍比达到2.3~3.2时,就可以防止热裂纹的产生。这一措施的实质也是为保证有一定量的铁素体存在。

在焊缝金属中加入少量的铈、错、钮等微量元素。这些元素可以细化晶粒,也可以减少焊缝对热裂纹的敏感性。

上述治金因素主要是通过选择焊接材料来达到调整焊缝化学成分的目的。目前我国生产的18-8不锈钢管焊条的熔敷金属,都能获得奥氏体铁素体双相组织。

2)工艺措施

焊接时应尽量减小熔池过热程度,以防止形成粗大的柱状晶。为此焊接时宜采用小热输入及小截面的焊道;多层焊时,道间温度不宜过高,以避免焊缝过热;焊接过程中焊条不允许摆动,采用窄焊缝的操作技术。

此外,液化裂纹主要出现在25-20316L不锈钢管的焊接接头中。为防止液化裂纹的产生,除了严格限制母材中的杂质含量、控制母材的晶粒度以外,在工艺上应尽量采用高能量密度的焊接方法、小热输入和提高接头的冷却速度等措施,以减少母材的过热和避免近缝区晶粒的粗化。