浅议奥氏体不锈钢焊接技术

【摘要】不锈钢按化学成分分为铬不锈钢、铬镍不锈钢，按组织分为铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢和奥氏体-铁素体双相不锈钢。在不锈钢中，奥氏体不锈钢(18-8型不锈钢)比其他不锈...

【摘要】:当今世界不锈钢领域运用相当广泛，从工业到医疗再到民众生活，无处不用到不锈钢。随着不锈钢产业的迅速发展，使不锈钢的焊接凸显出其重要性。根据多年的工程实践经验,本文以奥氏体不锈钢为例，主要介绍奥氏不锈钢的特点、工艺及在焊接过程中产生的缺陷，了解产生的原因和防止的方法，以及在生产中加以预防。

【关键词】:奥氏体；不锈钢；焊接；

[ Abstract ]: the field of stainless steel is widely used in today's world, from industrial to medical treatment to people life, no need to stainless steel. With the rapid development of the industry of stainless steel, stainless steel welding highlights its importance. According to many years of experience in engineering practice, this paper mainly introduces austenitic stainless steel as an example, austenitic stainless steel the characteristics, process and in the process of welding defects, to understand the reasons and methods of prevention, as well as in the production of prevention.

[ Key words ]: austenite stainless steel; welding;

前言

不锈钢按化学成分分为铬不锈钢、铬镍不锈钢，按组织分为铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢和奥氏体-铁素体双相不锈钢。在不锈钢中，奥氏体不锈钢(18-8型不锈钢)比其他不锈钢具有更优良的耐腐蚀性；强度较低，而塑性、韧性极好；焊接性能良好，其主要用作化工容器、设备和零件等，它是目前工业上应用最广的不锈钢。虽然奥氏体不锈钢有诸多优点但是若焊接工艺不正确或焊接材料选用不当，会产生很多缺陷，最终影响使用性能。

一、奥氏体不锈钢

奥氏体不锈钢，是指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。钢中含Cr约18%、Ni 8%~10%、C约0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni系列钢。奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，但强度较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化，如加入S，Ca，Se，Te等元素，则具有良好的易切削性。

二、奥氏不锈钢的焊接特点

奥氏体不锈钢具有良好的可焊性,但焊接材料或焊接工艺不正确时,会出现以下缺陷：

1.晶间腐蚀

(1)晶间腐蚀产生原因及防范措施

原因：晶间腐蚀发生于晶粒边界,所以叫晶间腐蚀。它是奥氏体不锈钢最危险的一种破坏形式,它的特点是腐蚀沿晶界深入金属内部,并引起金属机械性能和耐腐蚀性能的下降。奥氏体不锈钢在450～850℃温度区间范围内停留一定时间后,则在晶界处会析出Cr23C6,其中的铬主要来自晶粒表层,内部的铬如来不及补充,会使晶界晶粒表层的含铬量下降而形成贫铬区,在强腐蚀介质的作用下,晶界贫铬区受到腐蚀就会形成晶间腐蚀

措施：①选用超低碳C≤0.03%、添加钛或铌等稳定元素的不锈钢焊条。②采用小规范,目的是为了减少危险温度范围停留时间,采用小电流、快焊速、短弧焊及不作横向摆动。焊缝可采用强制冷却(如铜垫板、水冷)方法加快焊接接头的冷却速度,减少热影响区。多层焊时,应控制层间温度,要前一道焊缝冷却至60℃以下时再焊。③接触介质的那面焊缝最后焊接。④焊后固溶处理。将工件加热至1050～1150℃后淬火,使晶界上的Cr23C6溶入晶粒内部,形成均匀的奥氏体组织

2.热裂纹

产生原因：①液相线和固相线距离大,凝固过程温度范围大,使低熔点杂质偏析严重,而且集中在晶界处。②膨胀系数大,所以冷却收缩时的应力也大

防范措施：①控制焊缝金属组织,尽量使焊缝金属呈双相组织,铁素体的含量控制在3%～5%以下。②控制化学成分,应减少焊缝金属中的镍、碳、硫、磷含量,增加铬、钼、硅及锰等元素,可以减少热裂纹的产生。③选用适当的焊条药皮类型。④采用适当的焊接规范和冷却速度

三、焊缝成形不良

1.焊缝成形不良产生原因奥氏体不锈钢焊接时,由于焊缝中合金元素含量高,熔池流动性差,易造成焊缝表面成形不良。主要表现在根部焊道背面成形恶化及盖面焊道表面粗糙。焊缝表面成形不良对焊缝性能的影响在常温或高温工况下表现不明显,但在低温工况下,其成形不良所造成的应力集中,对焊缝低温性能的影响不亚于焊缝内部质量的影响。

2. 防止措施对于焊缝成形不良以及焊接热影响区的晶间腐蚀问题,可以通过焊接工艺来加以解决。采用钨极氩弧焊打底、较小的焊接线能量,来控制热影响区处于敏化温度区间的范围

四、奥氏体不锈钢的焊接工艺

（1）焊接方法

由于奥氏体不锈钢具有优良的焊接性，几乎所有的熔焊方法和部分压焊方法都可以焊接。但从经济、实用和技术性能方面考虑，最好采用焊条电弧焊、惰性气体保护焊、埋弧焊和等离子焊等。

（2）焊接工艺参数的选择

焊接时，为保证焊接质量，必须选择合理的工艺参数，所选定的焊接工艺参数总称为焊接工艺规范。例如，手工电弧焊的焊接工艺规范包括：焊接电流、焊条直径、焊接速度、电弧长度（电压）和多层焊焊接层数等，其中电弧长度和焊接速度一般由操作者在操作中视实际情况自行掌握，其他参数均在焊接前确定

1．焊条直径

焊条直径根据焊件的厚度和焊接位置来选择。一般，厚焊件用粗焊条，薄焊件用细焊条。立焊、横焊和仰焊的焊条应比平焊细。

2．焊接电流和焊接速度

焊接电流是影响焊接接头质量和生产率的主要因素。电流过大，金属熔化快，熔深大、金属飞溅大，同时易产生烧穿、咬边等缺陷；电流过小，易产生未焊透、夹渣等缺陷，而且生产率低。确定焊接电流时，应考虑到焊条直径、焊件厚度、接头型式、焊接位置等因素，其中主要的是焊条直径。一般，细焊条选小电流，粗焊条选大电流。焊接低碳钢时，焊接电流和焊条直径的关系可由下列经验公式确定：

I=（ 30 ~ 60 ）d 式中：I为焊接电流（A），d为焊条直径（mm）

（3）手工电弧焊重要的工艺及参数

1．焊条直径主要依据焊件的厚度，焊接位置，焊道层数及接头形式来决定。焊接件厚度较大时，选用较大直径焊条。平焊时，可采用较大电流焊接。焊条直径也相应选大。横焊、立焊或仰焊时，因焊接电流比平焊小，焊条直径也相应小些。多层焊的打底焊，用较小直径焊条。。最后收焊时可选用较大直径焊条。

2.焊接电流焊接电流大小，主要依据焊件厚度、接头型式、焊接位置，依据焊条型号、焊条直径来选择。 立焊、横焊、仰焊时，焊接电流要比平焊电流小10％～20％．不锈钢焊条、合金钢焊条因电阻大，热膨胀系数较高，焊接电流大时，焊条会因发红使药皮脱落，影响焊接质量。在施焊中，焊接电流要相应减小。

（4）不锈钢焊件焊后一般不作消除应力处理。虽然在不锈钢的焊接中也存在较高的残余应力,但由于接头各区在焊后具有良好的塑性和韧性,使残余应力的有害影响显著减小。更重要的是消除应力处理的温度范围正好处于不锈钢的敏化温度区,消除应力处理反而导致耐蚀性的降低。因此不锈钢焊件的焊后热处理的目的不应是消除接头的残余应力,而应是提高接头的耐蚀性。主要有固溶处理和稳定化处理

结束语

为了保证焊接质量，了解以上的奥氏体钢的焊接性能，对我们有很好的指导意义，这样才有可能能达到所预期的焊接质量在焊接过程中加以预防，就会获得优质的焊件。