浅谈不锈钢结构件焊接工艺

黄卫东

摘要：现代社会下，不锈钢在人们生活与工作中得到了广泛应用，各种种类的不锈钢具有自身独特性质，并且焊接性能也具有一定的差异，文章主要讲解了一些工作中较为常见的不锈钢结构件焊接性能与特征，并对其焊接工艺措施进行了简单阐述。

关键词：不锈钢;焊接工艺;性能;特点

1  双相不锈钢的焊接性能与特征

室温下，双相不锈钢的固溶体中约有一半的奥氏体与铁素体，具有两相结构特点，并且具备铁素体不锈钢导热系数大、线膨胀系数小、耐点蚀、间隙和氯化物应力腐蚀的特征;奥氏体不锈钢拥有良好的韧性、脆性转变温度低、耐晶间腐蚀、力学性能优秀等特点。双相不锈钢的屈服强度是奥氏体不锈钢的近1倍，在一样的压力等级下，能够有效节约材料。根据耐腐蚀性，现代双相不锈钢分为5类：①不刻意添加Mo的经济型双相不锈钢，如2304;②含Mo的经济型双相不锈钢，如S32003;③Cr含量约22%、Mo含量3%的标准双相不锈钢，如2205，是主要的牌号;④Cr含量约25%、Mo含量3%的超级双相不锈钢，如2507;⑤特超级双相不锈钢，Cr和Mo含量比超级双相不锈钢更高，如S32707。

双相不锈钢拥有较好的焊接性，冷裂紋与热裂纹敏感性小。往往在焊接以前不进行预热，若用于消除天冷或夜间冷凝形成的湿气时，可在坡口清理后将钢均匀地加热到100℃来去除湿气，焊接以后也不需要进行热处理。因为氮含量高，热影响区单相铁素体倾向小，当采用比Ni略高的“匹配”填充金属、合理的焊接接头坡口与焊接线能量时，焊接接头综合性能良好。双相不锈钢工艺特点可分为以下几种：①焊接过程中应该避免采用太低和太高的焊接线能量，太低的焊接线能量可导致母材融合区和热影响区铁素体含量过高，韧性和耐腐蚀性降低。太高的焊接线能量增加了形成金属间相的危险;②接头设计必须有助于完全焊透，且尽量采用机加工;③采用多层多道焊，层间温度不超过150℃，超级双相不锈钢限制在100℃;④避免自熔焊，因为如果在焊接过程中没有采用过合金化的填充金属，则显微组织中铁素体含量将很高;⑤焊后认真清除内外焊道回火色，焊缝回火色主要是Cr氧化物，回火色下面主要是合金贫Cr，双相不锈钢的耐蚀性主要来源于Cr，回火色（或清除不当）会大大降低耐局部腐蚀性能;⑥该焊接工艺通常是针对双相不锈钢不同于普通钢的特征点，制定的相应双相不锈钢的焊接质量保证措施，并配置相应的检测设备（如测温仪、铁素体仪），对双相不锈钢焊接结构中的一些控制指标进行量化，确保双相不锈钢结构件焊接质量具备坚实的理论依据。

2  奥氏体型不锈钢的焊接性能

在不锈钢中，奥氏体型是使用作为广泛的一种不锈钢，以Cr-Ni钢为代表，往往分成三个系列：①18-8钢则是Cr18Ni8为代表，如0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti等;②25-20钢则以Cr25Ni20为典型，包含了2Cr25Ni20，06Cr25Ni20（310S）等;③还有以25-35为代表的系列，如4Cr25Ni35;④另外还有超级奥氏体不锈钢，如S39042（904L），该类钢的组织为典型的纯奥氏体。以上最常用的是Cr18Ni8钢。奥氏体不锈钢焊接过程中有可能发生的难题为焊接接头的腐蚀性与焊接接头的热裂纹等。

晶间腐蚀主要包含了焊缝区晶间腐蚀、HAZ敏化区、熔合区晶间腐蚀等。出现的原因为：①晶界贫铬（Cr≤12%），这类钢加热到450-850℃温度区间会发生敏化，过饱和固溶的碳与晶界附近的Cr结合形成形成（Fe，Cr）23C6，使得晶粒边界层中Cr含量不超过12%;②焊接过程中，如果规范过大，当冷却速率较慢时，碳化物在晶界处形成，Cr%降低。P、Si等杂质沿晶间偏析。生成的温度为450-850°C。

在奥氏体钢焊接的过程中，热裂纹是极为常见的一项工艺焊接问题，其中主要包含了焊缝纵向、横向、火口、打底焊的焊底、多层焊的层间等各种裂纹。其出现的原因：①奥氏体导热系数小而线膨胀系数大，焊接过程中小范围加热与冷却，接头容易产生极大的拉应力，形成凝固裂纹;②母材及焊材低熔点共晶杂质S、P、B、Si等，结晶时易产生杂质偏析和形成低熔点共晶液态薄膜，出现结晶裂纹。

工艺措施：①采用低碳或超低碳的焊丝或焊条;②采用焊Ti、Nb等稳定化学元素的焊材;③使用双相组织焊材，使得焊缝能够具备双相组织;④减少熔池过热，焊接前无需预热，小电流快速焊，对于要求高的焊缝，甚至采用浇冷水的方法以加速冷却;⑤控制较低的层间温度，一般不超过150℃（超级奥氏体不锈钢不超过100℃）;⑥对耐晶间腐蚀要求高的焊接结构件开展固溶处理;⑦科学、合理的焊接与装配流程，降低焊接应力。

3  结构件不锈钢件焊接工艺

文章以真空过滤机滤盘不锈钢件（图1）为例，对其有关的工件结构性开展了分析。

3.1 明确焊接工艺的参数

3.1.1 焊接方式

本次工艺焊接采用德国CLOOS焊接机器人，焊接方法为药芯焊丝气体保护焊（FCAW）。

3.1.2 焊接材料

本次工件的主要材质为：厚度6mm双相不锈钢2205，选择了镍含量比母材高的型号为TS2209-FC11的药芯焊丝作为填充材料。

3.1.3 焊接参数

结合焊接工艺评定，实际焊接参数为：焊接电流：180A;焊接电压：28V;焊接速度：32mm/min;保护气体：≥99. 8%CO2;送丝速度：9m/min;摆动宽度：3.5mm;摆动：1.42Hz。

3.2 焊接过程设计

3.2.1 焊前准备

为控制装配间隙，采用了激光切割来保证下料精度;如有较大的错边，应采用整形的方法，不能用千斤顶、锤击、焊接拉筋等强制组装，以免造成大的装配应力。焊道两侧不能刷石灰水，以免焊接机器人喷嘴传感器不能顺利找点定位。定位采用FCAW，点焊时要保证焊到坡口根部且无夹渣等缺陷。在保证强度的情况下，焊点宜薄;装配好的滤盘吊装至机器人焊接平台指定位置，并将凹起的一面作为内表面，焊接前应清除焊接区域的表面氧化层及油污、点焊渣壳、如有必要使用压缩空气吹扫及丙酮清洗。防止对焊接质量产生不良影响，避免焊接返修。

3.2.2 焊接工艺要点

①为减少焊接变形，在进行焊接以前，应该使用压板将滤盘周围压到焊接平台上，并在整个内角焊缝冷却到室温之前，不要取下压板;②由于是角焊缝，焊脚尺寸不大于5mm，采用单层单道焊接，稍作窄幅摆动;③在整个焊接活动中，应该严格控制工件的温度，编程时采用合理的焊接顺序，使焊缝位置应确保焊接前手触碰不发热。

4  结论

不锈钢主要表示在大气、H2O、酸、碱、盐三种溶液或者其他具有腐蚀能力中拥有较高的化学稳定性的合金钢总称。近年来，不锈钢特别是双相不锈钢在工业、农业等各个方面得到了广泛使用，不断加强对不锈钢结构件加工工艺的研究能够促进不锈钢的快速发展，使得焊接性能的需求能够得到有效满足。

参考文献：

[1]胡云.浅谈焊接工艺对不锈钢焊接变形的影响[J].中国高新技术企业，2016（30）：79-80.

[2]李玉峰.浅谈不锈钢的焊接性能及工艺措施[J].酒钢科技，2007（02）：32-35.

[3]李殊霞，等.一种超塑性双相不锈钢夹层结构的制造方法.

[4]国际钼协会.双相不锈钢加工制造实用指南.（1999-2018）.