奥氏体不锈钢焊接特点及工艺

蔡玉清 刘立国 吴春龙

摘要：通过对奥氏体不锈钢的可焊性分析，指出晶间腐蚀、热裂纹、应力腐蚀和焊接不良是焊接中常见的问题。奥氏体不锈钢的焊接质量可以通过制定合适的焊接工艺来实现，包括电极选择、焊接工艺参数和后处理。

关键词：奥氏体不锈钢;焊接特点;焊接工艺

分类号：TG457.11

引言

铬在钢中的作用是在钢表面上形成一层结实而致密的Cr2O3薄膜，将钢本身与空气或腐蚀介质隔离开。为防止腐蚀，薄膜中可加入一定数量的镍、钛、铌、钨等元素。不锈钢的组织结构可分为五种：铁素体、马氏体、奥氏体、奥氏体+铁素体、不锈钢沉淀物，其中好包括少量奥氏体+铁素体。奥氏体不锈钢焊接性能良好，广泛应用于化工、石化等行业。

一、奥氏体不锈钢的焊接特点

1.晶问腐蚀

（1）晶间腐蚀产生原因

在晶界发生晶间腐蚀，因而称为晶间腐蚀，这是最危险的奥氏体不锈钢失效形式之一。在450℃～850℃的温度范围内，奥氏体不锈钢通过腐蚀作用向金属表面渗入碳，从而使金属的力学性能和耐蚀性下降，而铬则主要来自晶粒表面层。若没有内部补铬，则可降低晶界表面铬含量，形成铬区。受腐蚀介质的影响，不锈钢晶界贫铬区域被腐蚀，形成晶间腐蚀，晶间腐蚀的不锈钢表面没有明显变形，但会沿晶界断裂，强度降低。

（2）防止晶间腐蚀的措施

控制含碳量：碳是导致晶间腐蚀的主要因素。随着含碳量的增加，奥氏角碳化铬越多。对于含碳量低于0.03%的焊丝，如果没有发生晶间腐蚀，则焊丝铬变色越严重，腐蚀越严重。固溶处理：焊接后，接头在1050～1100℃下溶解，碳化物在奥氏体中溶解，然后迅速冷却，使组织稳定。另外，在850～900℃时，还可以稳定地进行2小时的热处理，使铬扩散到奥氏体晶粒到晶界，晶界含铬量大于12%，不会产生交叉晶腐蚀。稳定铁：为形成稳定的碳化物，避免将铬还原到奥氏体边缘，在钢和焊接材料中添加钛、铌和其它碳的亲合力大于铬的元素。研究发现，焊缝组织由单相奥氏体向奥氏体两相转变，铁素体碳素体比碳素体碳素体扩散快，而碳素体铬向晶界扩散迅速是降低晶界铬矿化的主要原因。快冷：由于奥氏体钢在焊接过程中不会发生硬化，因此应加快冷却速度，减少危险温度下焊接接头的停顿时间。

2.热裂纹

（1）热裂纹产生原因

液体与固体物质距离较远，凝固过程的温度范围较大，造成杂质分离严重，熔点较低，在晶界聚集。冷却收缩的压力也很大，因为膨胀系数高

（2）控制热裂纹产生的措施

要控制化学成分，降低焊接金属中镍、碳、硫、磷的含量，增加铬、钼、硅、锰的含量，以减少热裂纹的发生。

选用能滋润焊缝颗粒、氢消耗较低的焊条涂层类型;酸性电极具有高氧化性，使合金元素燃烧增强，抗裂强度下降。大颗粒也能引起热裂缝。

焊接规范及冷却性能，减少焊接熔池过热和快速冷却，减少偏析和提高抗裂性将是小规模的，这意味着小电流和快焊接速度。多层焊接时，应控制中间储存温度，焊接前应将先前的温度量冷却至60℃[2]。

3.应力腐蚀开裂

（1）应力腐蚀开裂产生原因

应力腐蚀开裂（SCC）是焊接材料在一定腐蚀环境下受拉时的延迟开裂现象。奥氏体不锈钢焊接回路（SCC）是一种严重的故障操作，表示没有塑性变形的脆性故障。

（2）應力腐蚀开裂防治措施

①合理制定装配工艺，最大限度地减少制冷剂的变形，避免强行装配，避免在装配过程中产生不同类型的损伤;②焊接材料的合理选择。焊缝与母材应具有良好的一致性，不应有颗粒状、硬脆马氏体等不良组织。③合适的焊接方法，保证焊缝处于良好的位置，避免应力集中或断裂缺陷，如内衣;选择合适的焊接顺序，降低焊接残余应力。④应力热处理焊后处理，如完全发辉或焊后发辉，如有困难，焊接后使用锤子或注射器进行热处理。

4.焊缝成形不良

（1）焊缝成形不良产生原因

在焊接奥氏体不锈钢时，由于焊缝中的合金元素含量高，熔池流动性小，焊接面成形不好，所以焊接质量较低，主要表现在横槽的反成形和横槽表面粗糙度的降低。常温、高温、不良的焊接表面对焊接性能几乎没有影响，但低温下焊缝表面产生的应力集中现象对低温下的焊接性能影响不大。

（2）防止措施

焊接工艺可以解决焊接不良和热影响区内晶间腐蚀问题。传感温度范围内的热致区（HAZ）范围由钨极氩弧焊（TIG）和小焊接线能量控制。

二、奥氏体不锈钢的焊接工艺

焊前准备，有必要清除导致焊接金属气化的所有类型的污染物。在使用丙酮或酒精进行焊接前，将焊接螺母和表面的油和水清除。用它们布置碳刷，把坡口和焊缝表面清理干净。用磨盘、不锈钢丝刷等进行清渣除锈。

焊条应存放在洁净的库房内，使用时应放在焊丝内，不得用手直接接触镀层。

涂层电极可选择焊接薄板或不锈钢，不需要焊缝。这种焊条电弧稳定，焊缝美观。垂直和上部焊接位置应使用氧化钙涂层焊条。熔渣会迅速变厚，从而支撑熔化的焊接金属。

在不锈钢中，电阻值较高，受电阻热的影响，焊丝靠近夹持处略呈红色。当焊接到焊条的后半部分时，为了减少焊缝的熔化，熔化速度应该加快。但如果熔化太快，就会导致缺乏熔化和熔渣。为确保接头耐腐蚀性能，还应选择较小的焊接电流，以减少焊接热输入，防止焊接热区过热。在焊接过程中，焊丝应尽可能不摇摆，焊接速度应尽可能快，以确保良好的熔化。

通常情况下，焊接后不需要进行钢焊。尽管不锈钢焊接的剩余电压高，但由于焊接后各接头的塑性和韧性好，剩余电压损坏是显而易见的。除此之外，消除应力的温度范围，也就是说，不锈钢焊接的热处理不是为了消除接头的剩余电压，而是为了使这些化合物具有良好的耐腐蚀性和稳定性。

三、结束语

通过以上工艺的应用，提高了奥氏体不锈钢的焊接质量，提高了奥氏体不锈钢的焊接性能，使其具备了较高的焊接性能，使其在使用前得到了严格的培训和测试，保证了其抗腐蚀性能。

参考文献

[1]夏兴溪.奥氏体不锈钢半圆管夹套焊接工艺要点探讨[J].百科论坛电子杂志，2019：333.

[2]石南辉，张立志.异种奥氏体不锈钢焊接材料选择及工艺措施[J].焊管，2020：32-35.

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