奧氏體不銹鋼的焊接工藝及焊接材料

1

、奧氏體不銹鋼的焊接特點(diǎn)(1)

容易出現(xiàn)熱裂紋

防止措施：（a）盡量使焊縫金屬呈雙相組織，鐵素體的含量控制在3-5%

以下。因?yàn)殍F素體能大量溶解有害的S、P雜質(zhì)。（b）盡量選用堿性藥皮的優(yōu)質(zhì)焊條，以限制焊縫金屬中S、P、C

等的含量。(2)

晶間腐蝕

根據(jù)貧鉻理論，焊縫和熱影響區(qū)在加熱到450～850℃敏化溫度區(qū)時(shí)在晶界上析出碳化鉻，造成貧鉻的晶界，不足以抵抗腐蝕的程度。

防止措施：（a）采用低碳或超低碳的焊材，如A002等；采用含鈦、鈮等穩(wěn)定化元素的焊條，如A137、A132等。（b）由焊絲或焊條向焊縫熔入一定量的鐵素體形成元素，使焊縫金屬成為奧氏體+

鐵素體的雙相組織（鐵素體一般控制在4～12%）。（c）減少焊接熔池過(guò)熱，選用較小的焊接電流和較快的焊接速度，加快冷卻速度。（d）對(duì)耐晶間腐蝕性能要求很高的焊件進(jìn)行焊后穩(wěn)定化退火處理。(3)

應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂

應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂是焊接接頭在特定腐蝕環(huán)境下受拉伸應(yīng)力作用時(shí)所產(chǎn)生的延遲開(kāi)裂現(xiàn)象。奧氏體不銹鋼焊接接頭的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂是焊接接頭比較嚴(yán)重的失效形式，表現(xiàn)為無(wú)塑性變形的脆性破壞。

防止措施：（a）合理制定成形加工和組裝工藝，盡可能減小冷作變形度，避免強(qiáng)制組裝，防止組裝過(guò)程中造成各種傷痕（各種組裝傷痕及電弧灼痕都會(huì)成為SCC的裂源，易造成腐蝕坑）。（b）合理選擇焊材：焊縫與母材應(yīng)有良好的匹配，不產(chǎn)生任何不良組織，如晶粒粗化及硬脆馬氏體等。（c）采取合適的焊接工藝：保證焊縫成形良好，不產(chǎn)生任何應(yīng)力集中或點(diǎn)蝕的缺陷，如咬邊等；采取合理的焊接順序，降低焊接殘余應(yīng)力水平。（d）消除應(yīng)力處理：焊后熱處理，如焊后完全退火或退火；在難以實(shí)施熱處理時(shí)采用焊后錘擊或噴丸等。（e）生產(chǎn)管理措施：介質(zhì)中雜質(zhì)的控制，如液氨介質(zhì)中的O2、N2、H2O等；液化石油氣中的H2S；氯化物溶液中的O2、Fe3+、Cr6+等；防蝕處理：如涂層、襯里或陰極保護(hù)等；添加緩蝕劑。(4)

焊縫金屬的低溫脆化

對(duì)于奧氏體不銹鋼焊接接頭，在低溫使用時(shí)，焊縫金屬的塑韌性是關(guān)鍵問(wèn)題。此時(shí)，焊縫組織中的鐵素體的存在總是惡化低溫韌性。

防止措施：通過(guò)選用純奧氏體焊材和調(diào)整焊接工藝獲得單一的奧氏體焊縫。(5)

焊接接頭的σ相脆化

焊件在經(jīng)受一定時(shí)間的高溫加熱后會(huì)在焊縫中析出一種脆性的σ相，導(dǎo)致整個(gè)接頭脆化，塑性和韌性顯著下降。σ相的析出溫度范圍650～850℃。在高溫加熱過(guò)程中，σ相主要由鐵素體轉(zhuǎn)變而成。加熱時(shí)間越長(zhǎng)，σ相析出越多。

防止措施：（a）限制焊縫金屬中的鐵素體含量（小于15%）；采用超合金化焊接材料，即高鎳焊材。（b）采用小規(guī)范，以減小焊縫金屬在高溫下的停留時(shí)間。（c）對(duì)已析出的σ相在條件允許時(shí)進(jìn)行固溶處理，使σ相溶入奧氏體。2

、奧氏體不銹鋼的焊條選用要點(diǎn)

不銹鋼主要用于耐腐蝕鋼，但也用作耐熱鋼和低溫鋼。因此，在焊接不銹鋼時(shí)，焊條的性能必須與不銹鋼的用途相符。不銹鋼焊條必須根據(jù)母材和工作條件（包括工作溫度和接觸介質(zhì)等）來(lái)選用。

（1）一般來(lái)說(shuō)，焊條的選用可參照母材的材質(zhì)，選用與母材成分相同或相近的焊條。如：A102對(duì)應(yīng)0Cr19Ni9；A137對(duì)應(yīng)1Cr18Ni9Ti。

（2）由于含碳量對(duì)不銹鋼的抗腐蝕性能有很大的影響，因此，一般選用熔敷金屬含碳量不高于母材的不銹鋼焊條。如316L必須選用A022焊條。

（3）奧氏體不銹鋼的焊縫金屬應(yīng)保證力學(xué)性能，可通過(guò)焊接工藝評(píng)定進(jìn)行驗(yàn)證。

（4）對(duì)于在高溫工作的耐熱不銹鋼（奧氏體耐熱鋼），所選用的焊條主要應(yīng)能滿足焊縫金屬的抗熱裂性能和焊接接頭的高溫性能。

a）對(duì)Cr/Ni≥1的奧氏體耐熱鋼，如1Cr18Ni9Ti等，一般均采用奧氏體-鐵素體不銹鋼焊條，以焊縫金屬中含2%～5%

鐵素體為宜。鐵素體含量過(guò)低時(shí)，焊縫金屬抗裂性差；若過(guò)高，則在高溫長(zhǎng)期使用或熱處理時(shí)易形成σ脆化相，造成裂紋。如A002、A102、A137。在某些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合，可能要求采用全奧氏體的焊縫金屬時(shí)，可采用如A402、A407焊條等。

b）對(duì)Cr/Ni＜1的穩(wěn)定型奧氏體耐熱鋼，如Cr16Ni25Mo6等，一般應(yīng)在保證焊縫金屬具有與母材化學(xué)成分大致相近的同時(shí)，增加焊縫金屬中Mo、W、Mn

等元素的含量，使得在保證焊縫金屬熱強(qiáng)性的同時(shí)，提高焊縫的抗裂性。如采用A502、A507。

（5）對(duì)于在各種腐蝕介質(zhì)中工作的耐蝕不銹鋼，則應(yīng)按介質(zhì)和工作溫度來(lái)選擇焊條，并保證其耐腐蝕性能（做焊接接頭的腐蝕性能試驗(yàn)）。

a）對(duì)于工作溫度在300℃以上、有較強(qiáng)腐蝕性的介質(zhì)，須采用含有Ti

或Nb

穩(wěn)定化元素或超低碳不銹鋼焊條。如A137或A002等。

b）對(duì)于含有稀硫酸或鹽酸的介質(zhì)，常選用含Mo或含Mo和Cu的不銹鋼焊條。如A032、A052等。

c）工作腐蝕性弱或僅為避免銹蝕污染的設(shè)備，方可采用不含Ti或Nb

的不銹鋼焊條。為保證焊縫金屬的耐應(yīng)力腐蝕能力，采用超合金化的焊材，即焊縫金屬中的耐蝕合金元素（Cr、Mo、Ni等）含量高于母材。如采用00Cr18Ni12Mo2類型的焊接材料(如A022)焊接00Cr19Ni10焊件。

（6）對(duì)于在低溫條件下工作的奧氏體不銹鋼，應(yīng)保證焊接接頭在使用溫度的低溫沖擊韌性，故采用純奧氏體焊條。如A402、A407。

（7）也可選用鎳基合金焊條。如采用Mo

達(dá)9%

的鎳基焊材焊接Mo6

型超級(jí)奧氏體不銹鋼。

（8）焊條藥皮類型的選擇

a）由于雙相奧氏體鋼焊縫金屬本身含有一定量的鐵素體，具有良好的塑性和韌性，從焊縫金屬抗裂性角度進(jìn)行比較，堿性藥皮與鈦鈣型藥皮焊條的差別不像碳鋼焊條那樣顯著。因此在實(shí)際應(yīng)用中，從焊接工藝性能方面著眼較多，大都采用藥皮類型代號(hào)為17或16的焊條（如A102A、A102、A132等）。

b）只有在結(jié)構(gòu)剛性很大或焊縫金屬抗裂性較差（如某些馬氏體鉻不銹鋼、純奧氏體組織的鉻鎳不銹鋼等）時(shí)，才考慮選用藥皮代號(hào)為15

的堿性藥皮不銹鋼焊條（如A107、A407等）。3、

奧氏體不銹鋼的焊接要點(diǎn)

總的來(lái)說(shuō)，奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的焊接性。幾乎所有的熔化焊接方法均可用于焊接奧氏體不銹鋼，奧氏體不銹鋼的熱物理性能和組織特點(diǎn)決定了其焊接工藝要點(diǎn)。

①

由于奧氏體不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)小而熱膨脹系數(shù)大，焊接時(shí)易于產(chǎn)生較大的變形和焊接應(yīng)力，因此應(yīng)盡可能選用焊接能量集中的焊接方法。

②

由于奧氏體不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)小，在同樣的電流下，可比低合金鋼得到較大的熔深。同時(shí)又由于其電阻率大，在焊條電弧焊時(shí)，為了避免焊條發(fā)紅，與同直徑的碳鋼或低合金鋼焊條相比，焊接電流較小。

③焊接規(guī)范。一般不采用大線能量進(jìn)行焊接。焊條電弧焊時(shí)，宜采用小直徑焊條，快速多道焊，對(duì)于要求高的焊縫，甚至采用澆冷水的方法以加速冷卻，對(duì)于純奧氏體不銹鋼及超級(jí)奧氏體不銹鋼，由于熱裂紋敏感性大，更應(yīng)嚴(yán)格控制焊接線能量，防止焊縫晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大與焊接熱裂紋的發(fā)生。

④

為提高焊縫的抗熱裂性能和耐蝕性能，焊接時(shí)，要特別注意焊接區(qū)的清潔，避免有害元素滲入焊縫。

⑤

奧氏體不銹鋼焊接時(shí)一般不需要預(yù)熱。為了防止焊縫和熱影響區(qū)的晶粒長(zhǎng)大及碳化物的析出，保證焊接接頭的塑、韌性和耐蝕性，應(yīng)控制較低的層間溫度，一般不超過(guò)150℃。4、奧氏體不銹鋼的焊接工藝與焊材選擇

奧氏體不銹鋼的焊接性良好，焊接時(shí)一般不需要采取特殊的工藝措施，但如果焊接材料選用不當(dāng)，或焊接工藝不正確時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)晶界腐蝕和熱裂紋等缺陷。此外，奧氏體不銹鋼的線膨脹系數(shù)大，焊接時(shí)容易引起較大的翹曲變形。焊接工藝

手弧焊是焊接奧氏體不銹鋼最常用的焊接方法。但這種方法合金元素的過(guò)渡系數(shù)小，更換焊條時(shí)，焊縫交接處的重復(fù)加熱對(duì)接頭質(zhì)量會(huì)帶來(lái)不利影響。

(a)焊條選擇

奧氏體不銹鋼焊條有酸性敏鈣型和堿性低氫鈉型兩大類。低氫鈉型不銹鋼焊條的抗熱裂性較高，但成形不如欽鈣型焊接，抗腐蝕性也較差。錢鈣型焊條具有良好的工藝性能，生產(chǎn)中用得較普遍。一般根據(jù)被焊不銹鋼的牌號(hào)選擇焊條，見(jiàn)表1和表2。表1常用不銹鋼焊接材料推薦表表218-8型不銹鋼焊接選用焊條舉例表3為焊接規(guī)范。

工藝措施焊接規(guī)范應(yīng)選用小線能量，焊接電流要小，一般比低碳鋼要小20%。也可按焊條直徑的25-35倍估算，具體電流大小可根據(jù)焊條直徑按下表選取。表3

焊接規(guī)范

(b)焊接工藝參數(shù)選擇

選擇較小的電流，比焊接碳鋼的電流小10％～45％，使焊條藥皮不發(fā)紅。

(c)操作技術(shù)

焊接時(shí)，焊條不應(yīng)作橫向擺動(dòng)，快速焊，一次焊成的焊縫不宜過(guò)寬，最好不超過(guò)焊條直徑的3倍。多層焊時(shí)，每焊完一層要徹底消除熔渣，層間溫度應(yīng)低于60℃與腐蝕介質(zhì)接觸的焊縫，為防止由于過(guò)熱而產(chǎn)生晶間腐蝕，應(yīng)最后焊接。焊后可采取強(qiáng)制冷卻措施，加速接頭冷卻。焊接開(kāi)始時(shí)，不要在工件上隨便引弧，以免損傷焊件表面，影響耐腐蝕性。

另外為保證接頭的質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)采用以下焊接工藝：

1.焊前準(zhǔn)備。必須清除可能使焊縫金屬增碳的各種污染。焊接坡口和焊接區(qū)焊前應(yīng)用丙酮或酒精除油和去水。不得用碳鋼鋼絲刷清理坡口和焊縫表面。清渣和除銹應(yīng)用砂輪、不銹鋼鋼絲刷等。

2.焊條必須存放在干凈的庫(kù)房?jī)?nèi)。使用時(shí)應(yīng)將焊條放在焊條筒內(nèi),不要用手直接接觸焊條藥皮。

3.焊接薄板和拘束度較小的不銹鋼焊件,可選用氧化鈦型藥皮焊條。因?yàn)檫@種焊條的電弧穩(wěn)定,焊縫成型美觀。

4.對(duì)于立焊和仰焊位置,應(yīng)采用氧化鈣型藥皮焊條。其熔渣凝固較快,對(duì)熔化的焊縫金屬可起到一定的支托作用。

5.氣體保護(hù)焊和埋弧自動(dòng)焊時(shí),應(yīng)選用鉻錳含量比母材高的焊絲,以補(bǔ)償焊接過(guò)程中合金元素的燒損。

6.在焊接過(guò)程中,必須將焊件保持較低的層間溫度,最好不超過(guò)150

℃。不銹鋼厚板焊接時(shí),為加快冷卻,可從焊縫背面噴水或用壓縮空氣吹焊縫表面,但層間必須注意清理,防止壓縮空氣污染焊接區(qū)。

7.手工電弧焊時(shí),應(yīng)在焊條說(shuō)明書規(guī)定的電流范圍內(nèi)選擇焊接電流。由于不銹鋼電阻值較大,靠近夾持端的一段焊條容易受電阻熱的作用而發(fā)紅,在焊至后半段焊條時(shí)應(yīng)加快熔化速度,使焊縫熔深減少,但熔化速度太快又會(huì)造成未熔合和熔渣等缺陷。從保證接頭的耐腐蝕性考慮,也要求選用較小的焊接電流,減少焊接熱輸入量,防止焊接熱影響區(qū)的過(guò)熱。

8.在操作技術(shù)上應(yīng)采用窄焊道技術(shù),焊接時(shí)盡量不擺動(dòng)焊條,在保持良好熔合的前提下,盡可能提高焊接速度。

9.不銹鋼焊件焊后一般不作消除應(yīng)力處理。雖然在不銹鋼的焊接中也存在較高的殘余應(yīng)力,但由于接頭各區(qū)在焊后具有良好的塑性和韌性,使殘余應(yīng)力的有害影響顯著減小。更重要的是消除應(yīng)力處理的溫度范圍正好處于不銹鋼的敏化溫度區(qū),消除應(yīng)力處理反而導(dǎo)致耐蝕性的降低。因此不銹鋼焊件的焊后熱處理的目的不應(yīng)是消除接頭的殘余應(yīng)力,而應(yīng)是提高接頭的耐蝕性。主要有固溶處理和穩(wěn)定化處理。5

、奧氏體不銹鋼的焊接措施

鉻鎳奧氏體不銹鋼一般焊后不進(jìn)行熱處理，但為了提高材料的抗晶間腐蝕能力，可采用穩(wěn)定化退火和固溶處理。

18-8鋼焊接時(shí),

焊縫的晶間腐蝕問(wèn)題,

可以從以下幾個(gè)方面采取措施。

1）.焊縫中加人一定量的鐵素體形成元素，

如加入鈦、鈮、鉬、鋇、硅等,

促使焊縫形成奧氏體加鐵素體雙相組織。實(shí)踐證明，在奧氏體中有少量鐵素體存在，就會(huì)大大改善材料的抗晶間腐蝕能力。這是因?yàn)閵W氏體中碳的濃度比鐵素體中碳的濃度大，所以碳原子有向奧氏體中擴(kuò)散的趨勢(shì)。奧氏體中的碳和鐵素體中的鉻都向兩相交界處擴(kuò)散，由于碳的擴(kuò)散速度很大，有可能碳原子首先從奧氏體越過(guò)邊界與鉻形成碳化鉻，又由于鉻在鐵素體里的擴(kuò)散速度要比在奧氏體中快得多,一旦在晶界處形成貧鉻區(qū)，能夠較快地從鐵素體內(nèi)部得到補(bǔ)充，從而使貧鉻層消失。但是18-8鋼中的鐵素體量不宜過(guò)多，否則會(huì)促使σ相形成，反而降低抗晶間腐蝕的能力。

2）.焊縫中加人穩(wěn)定碳化物元素，即在焊縫中加入鈦、鈮，使之形成TiC或NbC，減少形成碳化鉻的可能性，也可避免晶間腐蝕。如奧132焊條、137奧焊條即是作為穩(wěn)定劑的不銹鋼焊條。

3）.減少焊縫中的含碳量，即可減少和避免形成碳化物，從而降低形成晶間腐蝕的