铬镍奥氏体不锈钢的焊接质量问题及对策

胡秋月

（大庆技师学院，黑龙江 大庆163255）



铬镍奥氏体不锈钢的焊接质量问题及对策

胡秋月

（大庆技师学院，黑龙江 大庆163255）

摘要：在我国工业技术发展水平较高的现代化工业生产中铬镍奥氏体不锈钢的应用范围十分广泛，可以在能源、化工、航空等领域发现这种材料的应用。虽然铬镍奥氏体不锈钢优越的性能就是焊接性，但是在实际的生产制造过程中焊接时会出现一些质量缺陷，这些缺陷会影响铬镍奥氏体不锈钢的应用强度，将通过对焊接质量缺陷问题进行讨论，寻找适当的解决方案。

关键词：铬镍奥氏体；不锈钢；焊接；质量

铬镍奥氏体不锈钢（后文简称奥氏体不锈钢）又被称为18-8型不锈钢，这种称呼主要来源于其中的铬镍含量分别为18%和8%.众所周知不同的金属元素加入到不锈钢中能够调节不锈钢的物理性能，主要表现在加入了不同元素的奥氏体不锈钢具有较强的耐腐蚀能力，相应的力学性能和加工性能都有所提高，因此根据加入的不同合金元素还可以将奥氏体不锈钢进一步划分为不同类型。本文针对铬镍奥氏体不锈钢在焊接过程中出现的质量问题进行研究，以期探讨的对策可以得到应用，并提高焊接质量。

1　现阶段我国铬镍奥氏体不锈钢焊接概述

铬镍奥氏体不锈钢与其他低碳钢等钢材相比不仅具有较高的焊接性能，在抗腐蚀和力学强度以及加工性能方面都表现出卓越的成绩。目前在工业生产中主要应用在化工领域的设备制造和零部件加工方面，具有较为广泛的应用前景。但是在这种铬镍奥氏体不锈钢材料进行焊接的加工时，由于焊接工艺或材料的影响都会带来焊接后的质量问题，主要体现为出现热裂纹、晶间或应力腐蚀开裂以及焊接部分脆化，这些质量问题都给铬镍奥氏体不锈钢在工业生产中的应用带来了阻碍。

2　铬镍奥氏体不锈钢焊接时容易出现的质量问题

2.1热裂纹的出现

在进行铬镍奥氏体不锈钢焊接时热裂纹是最容易出现的一种质量问题，这种裂纹主要形成横向或纵向裂纹进行扩展，在某些情况下还会以火口裂纹和根部裂纹的形式出现，在多层焊接时表现为层间裂纹也属于热裂纹的范畴，含镍量过高的铬镍奥氏体不锈钢在焊接时容易出现这种热裂纹。这种热裂纹的出现可能是由于下述原因：

（1）在铬镍奥氏体不锈钢生产时不同相之间的区间较大，引起结晶过程延长，而单相奥氏体结晶方向性强，那么必然会导致杂质的偏析情况发展。

（2）铬镍奥氏体不锈钢的物性参数中导热系数过小，对应的线膨胀系数过大，那么在焊接过程中，在铬镍奥氏体不锈钢材料焊接界面需要承受较大的内应力。

（3）前文所述在铬镍奥氏体不锈钢中经常加入不同的金属元素，容易在其中形成低熔点共晶。

2.2晶间腐蚀的产生

这种焊接质量问题主要指铬镍奥氏体不锈钢材料内部晶粒之间的腐蚀现象，这种现象一旦出现就会引起铬镍奥氏体不锈钢强度失效，无法承受外界作用力，出现沿晶界断裂的现象，是一种严重影响铬镍奥氏体不锈钢使用的焊接质量问题。

这种晶间腐蚀最可能产生的原因是当焊接过程中，焊接温度过高，导致整个焊缝位置及周边区域温度高于危险温度，一般在450～850℃之间，铬原子体积较大，运动速度小，小于过饱和的碳的扩散速度，那么在铬镍奥氏体不锈钢的晶粒边界就会出现铬少碳多的情况，它们相结合形成的产物是Cr23C6，极大降低了铬镍奥氏体不锈钢的耐腐蚀能力［1］。

2.3应力腐蚀开裂的产生

不同的金属在使用过程中都需要面对应力载荷，对于使用环境比较特殊的材料还需要面对腐蚀的作用，尤其是化工生产过程中，很多化工原料都具有腐蚀性，因此对于长期应用于化工设备中的铬镍奥氏体不锈钢就需要面对应力和腐蚀两种破坏。实际上现有的不锈钢材料都存在一定的应力腐蚀，但是实际上应力腐蚀的程度还受到腐蚀介质与材料组分的影响［2］。对于容易导致铬镍奥氏体不锈钢应力腐蚀的腐蚀介质有含有氯离子的介质，以及其他的一些硫酸、硝酸、碱类等。

分析这种应力腐蚀开裂的原因应该从应力腐蚀本身入手，考虑这种焊接结构最后应用于具有一定腐蚀介质存在的环境中，受到了拉伸应力的加载，导致焊缝出现裂纹。而且这种裂纹会产生铬镍奥氏体不锈钢结构的永久性失效。

2.4脆化

针对铬镍奥氏体不锈钢产生的脆化是指在焊接时的高温条件下冲击韧度非正常下降的情况，这种质量问题在焊接时出现。

分析在铬镍奥氏体不锈钢的脆化原因主要有是材料主体的晶体组织中含有较多铁素体的相，一般会高达15%～20%以上，这样的双相焊缝组织在焊接的高温加热下，一般加热温度达到350℃～500℃，其塑韧性参数急剧下降，这种情况在475℃时最为明显，因此将这个温度定义为475℃脆化。由于铬镍奥氏体不锈钢的焊接接头部分其塑韧性是影响使用最为关键的因素。含有的铁元素越多，这种脆化现象越明显。

3　对铬镍奥氏体不锈钢焊接过程中的质量问题预防措施

针对不同的焊接质量问题需要采取不同的措施才能够达到良好的预防效果：

（1）预防热裂纹的有效措施

可以通过以下几种方法防止热裂纹出现：

第一种，可以选用双相组织焊缝来实现，在焊接工艺中选取铬镍奥氏体和铁素体这两种相组织进行焊缝的焊接，其中铁素体部分的含量应该严格予以控制，不能超过3%～5%，铁素体可以细化铬镍奥氏体不锈钢的晶粒。铁素体在焊接过程中能够溶解更多杂质，减少了铬镍奥氏体不锈钢在焊接过程中的偏析情况［3］。

第二种，通过焊接工艺的改进防止热裂纹，在焊接的时候应该选用碱性焊条，焊条的质量应该进行严格把关，选用小线能量的焊条进行焊接。在焊接过程中应该选用小电流进行快速焊接，保持焊条稳定，在焊接结束时尽量将焊坑填满，这种措施可以减小焊接应力或者焊坑断裂［4］。

第三种，严格控制焊缝中的化学成分，减少低熔点共晶的情况。

（2）预防晶间腐蚀的有效措施

第一种，控制焊接时的含碳量，利用含碳量较低的焊接材料，可以选择A002等。

第二种，在焊接材料中增加稳定剂，主要通过在铬镍奥氏体不锈钢和焊接中添加一些稳定剂，能够与钢材中的碳元素组合形成更加稳定的化合物，防止出现铬少碳多的情况。

第三种，采用双向组织焊接工艺，这种方法与防热裂纹的预防措施，防止出现金属铬在铬镍奥氏体不锈钢中的偏析。但是对于铁素体的含量的控制必须注意，同时防止脆化的情况。

第四种，措施是对焊缝进行快速冷却，由于在铬镍奥氏体不锈钢中不存在淬硬情况，因此可以利用这种现象对焊接的焊缝进行快速冷却，主要选择两个方面冷却，一方面是对焊缝位置放置一个铜垫板或者浇水冷却，另一方面可以将焊接的电流调小，增加焊接速度，缩短焊弧或者多道焊缝的工艺。

第五种，是通过采取固溶或均匀化处理的方式，可以把焊缝加热到较高温度，一般是1 050℃～1 100℃之间，将碳化物重新溶解，再快速冷却，这样就能够形成较为稳定的铬镍奥氏体不锈钢晶体组织。或者通过对焊缝加热到850℃～900℃，再通过保温使温度均匀，这样就能够推动铬镍奥氏体不锈钢内的晶体中铬晶体扩散到晶界面，就能够从根本防止晶间腐蚀［5］。

（3）预防应力腐蚀开裂的有效措施

第一种，制定合理的工艺，防止冷操作时的变形，也应该防止出现强制组装，避免出现各种结构伤害等，这些由于组装而产生的痕迹会导致使用时腐蚀坑的出现。

第二种，选择合适的焊接材料，焊缝和不同的不锈钢材料之间有一定的匹配选择，那么就应该针对不同铬镍奥氏体不锈钢成分选择不同的焊缝材料。避免出现焊接裂缝。

第三种，在选择焊接工艺时进行比较，为了保证焊接过程中焊缝不会导致结构的应力点不均匀，形成一个良好的外观和内部结构的焊缝。焊接时避免产生焊接的残余应力。

第四种，是进行消除应力的焊接后处理工作，焊接完成后，可以进行热处理，对于不能热处理的部分可以对其进行锤击或者喷丸［6］。

第五种，是在生产应用过程中控制化工原料中存在的腐蚀性组分，保护铬镍奥氏体不锈钢焊缝。

（4）预防脆化的有效措施

为了能够防止焊接脆化可以严格控制铁素体的含量，对于已经产生脆化的焊缝再次进行淬火消除的处理。于此同时还应该考虑铬镍奥氏体不锈钢在高温条件下使用，在沿熔合线外晶粒位置也会容易产生脆化现象，这种现象产生可以通过在铬镍奥氏体不锈钢加入钼元素来提高材料的防脆化能力。

4　结束语

通过本文的分析可以看出，铬镍奥氏体不锈钢是一种具有较高应用价值的不锈钢材料，具有良好的机械加工性能和抗腐蚀能力，在不同行业领域都有广泛应用，为了避免铬镍奥氏体不锈钢在焊接过程中出现的质量问题影响其工程应用，针对焊接中产生的热裂纹、晶间或应力腐蚀开裂以及焊接部分脆化的质量问题，采取适当的预防措施，避免这种焊接问题的产生，使焊接能够获得最佳效果。

参考文献：

［1］贾文强.06Cr19Ni10不锈钢的焊接性分析［J］.建筑工程技术与设计，2015，（33）：45-48.

［2］杨波，屈柯斌，贺晓江.2Cr13不锈钢零件焊接、镀硬铬的工艺研究［J］.科学与技术，2014，（12）：78-81.

［3］康东青，李建立.NACE标准要求的低碳奥氏体不锈钢上堆焊Alloy 6焊接工艺［J］.建筑工程技术与设计，2014，（29）：63-68.

［4］肖庆生.压力管道低碳钢与奥氏体不锈钢焊接裂纹的产生原因及预防措施［J］.中国机械，2014，（12）：71-73.

［5］孙明杨.关于奥氏体不锈钢的焊接工艺［J］.中国电子商情，2014，（9）：78-81.

［6］乌日娜.奥氏体不锈钢的焊接特点及焊接工艺［J］.城市建设理论研究，2014，（16）：56-58.

Welding Quality Problems and Countermeasures of Chromium Nickel Austenitic Stainless Steel

HU Qiu-yue
（Daqing Technician College，Heilongjiang Daqing 163255，China）

Abstract：In a wide range of application scope of austenitic chromium nickel stainless steel industrial technology in China to a higher level of development of modern industrial production，can be found the application of this material in the field of energy，chemical industry，aviation and so on.Although austenitic chromium nickel stainless steel superior performance is welding，but in the actual manufacturing process in welding will appear some quality defects，these defects will influence austenitic chromium nickel stainless steel using the strength，through the welding quality defects are discussed，finding appropriate solutions.

Key words：chromium nickel austenite；stainless steel；welding；quality

中图分类号：TG441.7

文献标识码：B

文章编号：1672-545X（2016）03-0109-02

收稿日期：2015-12-22

作者简介：胡秋月（1987-），女，黑龙江大庆人，本科，助理讲师，研究方向：焊接。