焊接—奥氏体和双相铁素体奥氏体铬镍不锈钢焊接金属中铁素体含量（FN）的测定ISO 8249: 2018（中文翻译版）

ISO 8249: 2018焊接—奥氏体和双相铁素体奥氏体铬镍不锈钢焊接金属中铁素体含量（FN）的测定（仅供参考）

 

前言

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本文件由国际焊接学会第二委员会编写。

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第三版取消并取代第二版（ISO 8249: 2000），该版本已进行了技术修订。与上一版相比，主要变化如下：

—对表2（原表1）进行了更正；

—对第9条（原第8条）和整个文件进行了细微的编辑性修改。

 

介绍

目前，对于测量焊缝金属中的铁素体含量最好的实验方法，无论是破坏性的还是非破坏性的，还没有统一的意见。这种情况导致了国际上“铁素体数”或FN概念的发展和使用。铁素体含量是用标准化程序确定的焊缝金属铁素体含量的描述。本文件规定了这些程序。焊缝金属的铁素体含量被认为与铁素体含量的百分比近似相等，特别是在FN值较低的情况下。最近的信息表明，FN可以高估较高FN时的铁素体体积百分率，高估系数的顺序为1,3到1,5，这在一定程度上取决于合金的实际成分。

尽管有其他方法可用于确定铁素体含量，但本文件中规定的标准化测量程序是基于评估从具有规定强度和尺寸的磁铁中提取焊接金属样品所需的撕裂力。撕裂力与FN之间的关系是通过在磁性基底上使用由指定厚度的非磁性涂层组成的一级标准得到的。每个非磁性涂层厚度都指定了一个FN值。

用这种方法测定的铁素体含量是任意的，不一定是真实的或绝对的铁素体含量。认识到这一事实，在引用由该方法确定的铁素体含量时，使用术语“铁素体含量”（FN）而不是“铁素体百分比”。为了有助于传达这样一个信息，即已经使用了这种标准化的校准程序，“铁素体数”和“FN”这两个术语被大写为专有名词。

 

焊接—奥氏体和双相铁素体奥氏体铬镍不锈钢焊接金属中铁素体含量（FN）的测定

 

1、范围

本文件规定了以下方法和装置：

—通过焊接金属样品和标准永磁体之间的吸引力，测量主要为奥氏体和双铁素体奥氏体不锈钢^1）焊接金属中δ铁素体含量，表示为铁素体含量（FN）；

^1）术语“奥氏体-铁素体（双相）不锈钢”有时用于代替“双相铁素体-奥氏体不锈钢”。

—手工金属电弧覆盖电极标准焊盘的制备和测量。对于生产焊缝的铁素体测量和其他工艺（如钨极气体保护焊、气体保护焊和埋弧焊）的焊缝金属，也推荐使用一般方法（在这种情况下，应确定焊盘的生产方式）；

—校准其他仪器来测量FN。

本文件中规定的方法适用于焊态焊接金属和热处理后导致铁素体完全或部分转变为任何非磁性相的焊接金属。奥氏体化热处理改变了铁素体的尺寸和形状，改变了铁素体的磁响应。

本方法不适用于测量铸造、锻造或锻造奥氏体或双相铁素体奥氏体钢样品的铁素体含量。

 

2、规范性引用文件

本文件无规范性引用文件。

 

3、术语和定义

本文件中没有列出任何术语和定义。

国际标准化组织和国际电工委员会在下列地址维护用于标准化的术语数据库：

—ISO在线浏览平台：https://www.iso.org/obp

—IEC Electropedia：可在http://www.Electropedia.org上获得/

 

4、原则

通过焊接金属样品和永磁体之间的吸引力来测量大部分奥氏体不锈钢焊接金属的铁素体含量，是基于包含一个铁磁相和一个（或多个）非铁磁相的两相（或多相）样品之间的吸引力增加的事实随着铁磁相含量的增加。在大部分奥氏体和双铁素体奥氏体不锈钢焊缝金属中，铁素体是磁性的，而奥氏体、碳化物、sigma相和夹杂物是非铁磁性的。

 

5、校准

5.1涂层厚度标准

涂层厚度标准应包括应用于尺寸为30 mm×30 mm的非合金钢底座的非磁性铜。非合金钢底座的厚度应等于或大于实验确定的最小厚度，在此最小厚度下，厚度的进一步增加不会导致标准永磁体和涂层厚度标准之间的吸引力增加。非磁性铜涂层的厚度应达到±5%或更好的精度。非合金钢的化学成分应在表1规定的范围内。

表1—化学成分限值-非合金钢

 

铜涂层可由闪铬覆盖。随着铜镀层厚度的减小，从该标准的铜镀层侧剥离给定永磁体所需的力增加。

为确保校准的充分再现性，应使用上述涂层厚度标准。尤其是，可使用美国国家标准与技术研究所（NIST，前身为国家标准局或NBS）制定的涂层厚度标准。

5.2磁铁

标准磁铁应为圆柱形永久磁铁，直径为2 mm，长度约为50 mm。磁铁的一端应为半球形，半径为1 mm，并抛光。例如，这种磁铁可以由36%钴磁钢制成，48,45 mm ± 0,05 mm长，磁饱和，然后稀释到85%。磁铁的磁强度应确保将标准磁铁从不同涂层厚度标准上剥离所需的力在图1所示关系的±10%范围内（磁铁重量除外）。这相当于剥离力与5,0 FN/g ± 0,5 FN/g的铁素体含量之间的关系。

5.3仪器

用这种方法进行测量时，应使用一种仪器，该仪器能使施加在磁铁上的撕裂力增加，并垂直于试样表面。应增加剥离力，直到永磁体与试样分离。仪器应准确测量分离所需的剥离力。仪器的读数可以直接用FN、力或其他单位表示。如果仪器读数不是FN，则FN和仪器读数之间的关系应通过校准曲线确定。

注：许多用于测量铁磁性基底上非磁性涂层厚度的仪器是合适的（例如，美国原产的MAGNE-GAGE），一些商用仪器是直接用于测量铁素体含量的（例如，前苏联原产的α-相位计）。此外，在适当的内部改造后，可以使用一些实验室天平。

 

图示

x非磁性涂层厚度，毫米（mm）

y剥离力，克力（gf）

图1—5.2中定义的标准磁体的剥离力与5.1中定义的涂层厚度标准之间的关系

5.4校准曲线

为了生成校准曲线，确定从5.1中定义的几个涂层厚度标准中撕下5.2中定义的标准磁铁所需的力。然后，根据表2或公式（1）[4]将涂层厚度标准的非磁性涂层厚度转换为FN：

FN = exp{1,805 9 −1,11886 [ln(t)] − 0,17740 [ln(t)]² − 0,03502 [ln(t)]³ − 0,00367 [ln(t)]⁴} (1)

其中t是非磁性涂层厚度，单位为毫米。

最后，绘制校准曲线，作为仪器读数单位的撕裂力与相应FN之间的关系。

为了校准测量铁素体含量的仪器，该仪器适用于名义上的奥氏体不锈钢焊接金属，其范围在0 FN到约30 FN之间，建议使用一套至少由八个标准组成的仪器，铜涂层厚度在约0.17 mm到约2 mm之间。

......

为了将校准范围从大约30 FN扩展到100 FN（适用于双铁素体—奥氏体不锈钢焊接金属），建议使用一套至少由五个标准组成的标准，涂层厚度在0.03 mm和0.17 mm之间。

表2—使用标准磁铁（5.2中规定）通过吸引力（5.3中规定）测量铁素体含量仪器校准用涂层厚度标准（5.1中规定）的非磁性涂层厚度与铁素体含量之间的关系

  

 

6、覆盖电极试验垫的标准方法

6.1焊接金属试样的尺寸

手工电焊条的标准焊接金属试样的尺寸和形状如图2所示。对于通过5.2和5.3中规定以外的仪器/磁铁或工艺测量铁素体含量，可能需要更大的试样。在这种情况下，应清楚、仔细地确定衬垫的尺寸和生产方式。

6.2熔敷金属试样

a）焊盘应在平行铺设在底板上的两根铜棒之间建立。应调整间距，以适应表3中规定的电极尺寸。

b）焊盘应通过一层接一层地沉积至最小高度12.5 mm（参见图2中的注释）来建立。对于直径≥4 mm的电极，每层应在一个焊道中制造。对于小直径，除顶层外的每层应由两个或多个珠子组成，珠子的最大编织度为芯线直径的3倍。电弧不得与铜排接触。

 

图示

1尺寸为70×25×25的铜棒

l测量铁素体含量区域的长度（见表3）

w测量铁素体含量区域的宽度（见表3）

注：母材最好为X2CrNi18-9或X5CrNi18-9型奥氏体铬镍钢（见ISO 15510），在这种情况下，最小焊盘高度为13 mm。也可以使用软钢（C-Mn钢），在这种情况下，最小焊盘高度为18 mm。

图2—铁素体测定用焊接金属试样

c）弧长应尽可能短。

d）焊接电流应符合表3中给出的值。焊接停止和开始应位于焊缝堆积的末端。每次焊道后应改变焊接方向。

e）焊道之间的焊盘可在每道焊道完成后20 s内通过水淬冷却。焊道之间的最高温度应为100℃。最后一层焊道在水淬前应风冷至425℃以下。

f）每道焊道应在下一道焊道熔敷前清理干净。

g）在所有情况下，最顶层至少应包含一个熔敷的单珠，最大编织度为芯线直径的3倍。

表3—焊接参数和熔敷尺寸

 

^aOr为电极制造商推荐的最大值的90%。

6.3测量

6.3.1表面处理

焊接后，标称奥氏体不锈钢焊接金属（<30 FN）的焊缝堆积应光滑平整，注意避免表面的重冷加工^2）；这一目标可以通过在焊缝两侧使用锋利清洁的350 mm平铣刀粗锉和垂直于焊缝长轴的锉长轴来实现。拉伸锉削应通过沿着焊缝长度的平滑向前冲程完成，并施加稳固的向下压力。焊缝不得交叉锉平。

^2）冷加工会产生马氏体，马氏体也是铁磁性的，会产生假铁素体迹象。

焊接后，双相铁素体—奥氏体不锈钢焊接金属（>30 FN）的焊缝堆积应使用连续的较细研磨剂研磨至600粒度或更细。磨削过程中应注意避免过度压力导致表面抛光或过热。

完工表面应光滑，去除所有焊接波纹痕迹。制备的表面应在待测长度上连续，宽度不小于5mm。

6.3.2单独测量

沿焊道纵轴，应在完工表面的不同位置至少读取六个铁素体读数。应注意将被测焊件与振动隔离，因为振动会在测量过程中导致磁铁过早脱落。

......

6.3.3报告

所获得的六个或更多可接受读数应平均为一个值，以转换为被测焊接金属所报告的铁素体含量。

 

7、其他工艺和生产焊缝的试验垫的标准方法

7.1其他焊接金属试验垫的标准方法

生产覆盖电极试验垫的标准方法可几乎直接适用于其他焊接金属，例如药芯焊丝电弧焊熔敷层。在制备此类试验垫时，可能需要增加焊盘长度，以便铁素体测量区域不包括焊坑。对于埋弧焊接金属，可能需要增加试验垫的宽度和长度。对于所有试验垫，垫应至少由六层组成，顶层至少由一个焊道组成。一般来说，准备和测量应尽可能遵循第6条的指示。

7.2生产焊缝

焊接试样的沉积方法对铁素体含量测量结果有很大影响。因此，在以不同于6.1和6.2或7.1规定的方式沉积的试样上以及在生产焊缝上获得的铁素体含量测量结果很可能与根据6.1和6.2或7.1沉积的试样上获得的结果不同。然而，在所有情况下，应沿给定焊道的近似中心线进行铁素体含量测量。

必须确保测量不受偶然出现的强铁磁性材料（如软钢或铸铁）的干扰。在测量过程中，此类材料应与标准磁铁尺寸和强度的永磁体保持至少18 mm的距离。其他磁铁和/或仪器可能需要更大或更小的距离，以免受附近强铁磁性材料的影响。

......

 

8、其他方法

8.1方法

可使用非通过评估吸引力或不同于本文件中规定的方法来测定铁素体含量的方法，例如通过磁饱和进行体积测定，前提是它们已通过二级标准进行校准，其中铁素体含量已通过本文件中规定的方法测定。可采用6.1和6.2中规定的方法制备二级标准品，方法是按照6.3中规定的方法给二级标准品分配FN值。

注：根据附件A编制的二级IIW标准先前由英国TWI（焊接协会）生产。根据附件B编制的二级IIW标准可从美国国家标准与技术研究所（NIST）标准物质办公室（https://www.nist.gov/srm）获得。

在某些情况下，通过本文件规定方法以外的方法获得的结果，即使按照8.1校准，也可能与通过本文件规定方法获得的结果不同。因此，如有争议，应采用本文件规定的方法。

在给定的试样上，通过其他方法测定的平均FN，与使用本文件中规定的方法获得的测量值相比，应在FN范围内的±1 FN公差带内，最大值为10 FN，且随着FN增加超过10 FN，该公差带可成比例地增大。

8.2保持校准

......

表4—定期FN检查的最大允许偏差

 

 

9、奥氏体不锈钢焊接金属中δ铁素体的二级标准制备程序

涂层厚度标准不适合用作所有类型铁素体测量仪器的主要标准。因此，需要在实验室、车间和现场条件下对仪器进行校准和交叉参考。第一套二级标准是由Teledyne McKay在20世纪60年代后期制定的，它们是基于SMAW的建立，非常像6.2中所示的垫。他们被用来开发测量铁素体的FN系统，正如我们今天所知，取代了以前使用的%铁素体系统。Teledyne McKay随后生产和销售了这些二级标准，但在20世纪70年代末停止了生产和销售。因此，大约在1980年，国际焊接学会（IIW）要求一些组织，特别是TWI（英国焊接学会）制定一系列二级标准，每个由八块奥氏体不锈钢焊接金属组成，铁素体含量大约在3 FN到27 FN之间。采用带状熔覆工艺制备了100台机组的原始生产线。块体由奥地利的VEW-Bóhler生产，铁素体编号由TWI分配给块体。当最初的100套在国际上销售时，一种新的生产二级标准的工艺被开发出来（CNIITMASH，俄罗斯），它使用离心冷铸来生产大环，其中大部分壁厚含有类似焊接金属的微观结构。尺寸约为10 mm×12 mm×20 mm的块体是从含有类焊缝金属组织的环壁部分加工而成的。

......

 

附件A

（资料性）

用带材包层制造二级标准

A.1材料

A.1.1母材

在其上沉积名义奥氏体焊缝金属的母材是B1型非合金钢（见ISO 4954），其形状为尺寸为100 mm×100 mm×800 mm的棒材。待熔覆的表面用自由手打磨干净。

A.1.2焊接耗材

采用埋弧带熔覆工艺。使用合适的带材和焊剂组合，以便在未稀释的焊缝金属中获得3fn到27fn范围内的八个FN水平。使用了由不稳定的超低碳奥氏体不锈钢Cr-Ni组成的焊带，其横截面积为60 mm×0.5 mm。焊剂被团聚，并含有不同的金属粉末添加剂。在使用之前，焊剂在300℃下重新弯曲1h。

A.2焊接工艺

如图A.1所示，每种情况下的焊接金属都由基材上的七层带状熔敷层组成。每一层后，焊接方向都发生了变化。使用的电源具有下垂特性。使用的焊接参数见表A.1。

珠状沉积顺序如图A.2所示。为了尽量减少母材的变形，首先在钢筋的一侧覆盖三层。转动钢筋后，在另一侧焊接了三层。

该程序继续进行两次，直到最后一次焊道。

表A.1—焊接参数

 

 

图示

1焊缝，共7层

2耗材

3母材

4每边通过1，3，5，7

5每边通过2，4，6

图A.1—通过带状包层沉积二级标准焊接金属的方法

 

图示

1焊缝熔敷

2二级标准

3母材

图A.2—带材包层二级标准的焊道沉积和加工顺序

 

A.3加工和标记

A.3.1切割程序

最初，结束部分被切断，对应于图A.3中的“1”—“1”行。在图A.3中标有“a”的位置取第七层化学分析用钢片。沿“2”—“2”行切割另一端部分。

钢筋的其余部分沿“3”—“3”线分开，沉积物沿“4”—“4”线与母材分开。见图A.3。

随后，沿着“5”—“5”行（见图A.2中的X）对试验表面进行粗略处理。

随后，沿“6”—“6”线进行横向加工，并沿“7”—“7”线进行底面加工（见图A.2）。

图A.3和A.4中显示了粗加工焊接钢筋的划分，遵循“8”—“8”行。随后，完成了单个样本。每根双面包扎的钢筋可制作30个试件。

 

图示

^a在这些点上进行化学分析的钢片。

图A.3—带材包层二级标准的切割顺序

 

图示

1试验表面

2标记区域

图A.4—提取单个带钢包层二级标准

 

A.3.2尺寸、公差、表面光洁度

成品“铁素体二次标准”的尺寸和公差如图A.5所示。用8A-80-G-9-V39磨盘研磨试验表面（见ISO 525）。其他所有的表面都是粗糙的。

 

图示

1试验表面

2标记区域

图A.5—各条包层铁素体二级标准的标记

A.3.3用于标准识别的标记

标准的标记在侧面进行，如图A.4和A.5所示。用图章制作的标记的排列方式使其与试验表面的距离尽可能大。

标记的读取方向指示第七层的焊接方向。标准的名称由字母和数字组成。字母（A到H）表示FN值增加，后面的数字表示设置的数字。

 

A.4化学成分

表A.2显示了矿床第七层（所有标准）的全化学分析示例。

表A.2—第七层带状复合镀层的化学成分示例

 

 

A.5 FN测点位置标记

在TWI按照A.3所述的条件接收标准。FN测量将在每个标准的五个位置进行。因此，如图A.6所示，通过在侧面划线标记各个样品。连接这些标记的虚线的交点定义了四个测量点。第五个测量点位于测量面的中心。点由i到v标识，如图A.6所示，但这些字符未在块本身上标记。

 

图示

1由虚线相交确定的点

2中心点

3条划线

4标准组号

5个人标准

图A.6—在每个包层条上标记二次标准样品并识别五个测量点

 

A.6 FN测量仪器和校准

A.6.1概述

使用的仪器和程序符合本文件的要求。在开始生产和测量一般问题的FN标准之前，TWI对一套标准原型进行了试验。这些结果表明，TWI给出的FN值与其他组织的结果一致，而且带状包层样品可用于一系列商用铁氧体测量仪器。

A.6.2使用的仪器

由美国仪器公司（USA）制造的两个“Magne测量仪”用于对每一套标准进行测量。为了确保两个仪器之间的差异在可接受的范围内，在程序开始时，在按照A.6.4所述进行校准后，使用两个“Magne gages”对包含一整套标准的所有样品进行测量。这两组数据都在95%的“Magne gages”预期测量值变化范围内。

A.6.3磁铁强度检查

......

每10套二级标准进行测量后，对每台仪器的磁铁强度进行复查，确保其仍符合要求。

每次校准前，按照制造商的说明清洁磁铁。

表A.3—用于带状包层二级标准“Magne-gage”校准的NIST标准

 

A.6.4铁素体含量校准

根据本文件中规定的程序，得出了每个“磁规”仪器的铁素体数（FN）与白色刻度盘读数校准值。所使用的八个NIST涂层厚度标准如表A.3所示，零点也是使用完全非磁性材料确定的。

两个“Magne gages”在校准中都显示了约13 FN的弯曲，因此通过该水平上下的校准点绘制了分离的最佳拟合直线（最小二乘法）。这些线的方程式用于在随后的二级标准测量工作中从白色表盘读数中导出FN值。

各校准点位置的最大公差按AWS A4.2的规定。事实上，在所有情况下都达到了更好的公差。

对每个“Magne仪表”进行校准：

......

 

A.7二级标准测量程序

A.7.1仪器和操作人员

每组8个铁氧体二次标准品由两名操作员分别使用两个“磁力计”读取4组完整的读数。尽管在任何给定的二级标准上只雇用了两名操作员，但在整个测量过程中雇用了几个操作员。

A.7.2退磁

由于“磁规”被报道对预磁化不敏感，因此没有尝试去磁标准。

A.7.3每个铁素体标准的测量

在每一个单独的铁氧体标准上，在五个测量点中的每一个点为每个操作员和“Magne测量仪”读取三个读数。非磁性夹具安装在标准件上，以帮助快速准确地定位测量点，这些测量点由具有适当尺寸和定位孔的塑料凹块组成。标准没有在任何一个点上的三个单独测量之间重新定位。

因此，每个标准共有60个“Magne-gage”白色表盘读数，每个单独测量阶段12个。

每个操作员和“Magne gage”的读数在一次测量过程中完成。

A.7.4数据记录和分析

一名“Magne gage”操作员的读数数据与“Magne gage”编号、FN校准参考、日期和操作员姓名一起记录。

对每个单独测量点的三组白色刻度盘读数进行平均，并从每个点的适当校准方程中产生FN值。从五个测量点的FN值中得出每个标准的平均FN值。

A.7.5结果陈述

表A.4中的示例说明了随每组标准一起在卡片上显示的结果。

此外，框中每个标准旁边的标签显示了该标准上所有测量值的总平均FN值。所有值都被引用到0,1 FN。

每套盒装的八个标准还配有一本简短的小册子，简要介绍了该标准的准备工作。

表A.4—随附每箱标准的卡片上的结果表格表示示例（第二焊接金属标准，68套—1980年5月）

  

 

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