奧氏體不銹鋼的焊接特點及及焊接工藝

一、概

述

不銹鋼是指含Cr量高于12%的鋼,Cr在鋼中的作用是能在鋼的表面形成一層堅固致密的Cr2O3薄膜,使鋼本身與大氣或腐蝕介質(zhì)隔離而免遭腐蝕。在此基礎上,再加入一定數(shù)量的Ni、Ti、Nb、W等元素,則能形成具有特殊耐腐蝕、抗高溫氧化或具有一定高溫強度等性能的各類不銹鋼鋼種。不銹鋼按其顯微組織不同可分為五類：鐵素體型、馬氏體型、奧氏體型、奧氏體+鐵素體型和淀硬化型不銹鋼。奧氏體不銹鋼通常在常溫下的組織為純奧氏體，也有一些為奧氏體+少量鐵素體，這種少量鐵素體有助于防止熱裂紋。奧氏體不銹鋼因焊接性良好，在化工、石油容器等行業(yè)應用較為廣泛。二、奧氏體不銹鋼的焊接特點

奧氏體不銹鋼具有良好的可焊性，但焊接材料或焊接工藝不正確時，會出現(xiàn)以下缺陷：

1、晶間腐蝕

(1)晶間腐蝕產(chǎn)生原因

晶間腐蝕發(fā)生于晶粒邊界，所以叫晶間腐蝕。它是奧氏體不銹鋼最危險的一種破壞形式，它的特點是腐蝕沿晶界深入金屬內(nèi)部，并引起金屬機械性能和耐腐蝕性能的下降。奧氏體不銹鋼在450℃~850℃溫度區(qū)間范圍內(nèi)停留一定時間后，則在晶界處會析出Cr23C6，其中的鉻主要來自晶粒表層,內(nèi)部的鉻如來不及補充，會使晶界晶粒表層的含鉻量下降而形成貧鉻區(qū)，在強腐蝕介質(zhì)的作用下，晶界貧鉻區(qū)受到腐蝕就會形成晶間腐蝕。受到晶間腐蝕的不銹鋼在表面上沒有明顯的變化，但在受力時會沿晶界斷裂,幾乎完全喪失強度。

(2)防止晶間腐蝕的措施

選用超低碳（C≤0.03%）、添加鈦或鈮等穩(wěn)定元素的不銹鋼焊條。

采用小規(guī)范，目的是為了減少危險溫度范圍停留時間，采用小電流、快焊速、短弧焊及不作橫向擺動。焊縫可采用強制冷卻（如銅墊板、水冷）方法加快焊接接頭的冷卻速度，減少熱影響區(qū)。多層焊時，應控制層間溫度，要前一道焊縫冷卻至60℃以下時再焊。接觸介質(zhì)的那面焊縫最后焊接。焊后固溶處理。將工件加熱至1050℃~1150℃后淬火，使晶界上的Cr23C6溶入晶粒內(nèi)部,形成均勻的奧氏體組織。2、熱裂紋

(1)熱裂紋產(chǎn)生原因

液相線和固相線距離大，凝固過程溫度范圍大，使低熔點雜質(zhì)偏析嚴重，而且集中在晶界處。膨脹系數(shù)大，所以冷卻收縮時的應力也大。

(2)控制熱裂紋產(chǎn)生的措施

控制焊縫金屬組織，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。因為鐵素體能大量溶解有害的S、P雜質(zhì)?？刂苹瘜W成分，應減少焊縫金屬中的鎳、碳、硫、磷含量，增加鉻、鉬、硅及錳等元素，可以減少熱裂紋的產(chǎn)生。選用適當?shù)暮笚l藥皮類型。用低氫型藥皮焊條可以使焊縫晶粒細化，減少雜質(zhì)偏析，提高抗裂性。用酸性藥皮焊條氧化性強，使合金元素燒損多，抗裂下降，而且晶粒粗大，使熱裂紋極易產(chǎn)生。采用適當?shù)暮附右?guī)范和冷卻速度。采用小規(guī)范，即小電流、快焊速來減少焊接熔池過熱、快速冷卻，以減少偏析，使抗裂性提高。多層焊時，要控制層間溫度，前一焊道冷卻至60℃后再焊。3、應力腐蝕開裂

(1)應力腐蝕開裂產(chǎn)生原因

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

(2)應力腐蝕開裂防止措施

合理制定成形加工和組裝工藝，盡可能減小冷卻變形度，避免強制組裝，防止組裝過程中造成各種傷痕（各種組裝傷痕及電弧灼痕，都會成為SCC的裂源,易造成腐蝕坑）。合理選擇焊材。焊縫與母材應有良好的匹配，不產(chǎn)生任何不良組織，如晶粒粗化及硬脆馬氏體等。采取合適的焊接工藝。保證焊縫成形良好，不產(chǎn)生任何應力集中或點蝕的缺陷，如咬邊等；采取合理的焊接順序，降低焊接殘余應力。消除應力處理。焊后熱處理，如焊后完全退火或退火；在難以實施熱處理時采用焊后錘擊或噴丸等。4、焊縫成形不良

(1)

焊縫成形不良產(chǎn)生原因奧氏體不銹鋼焊接時，由于焊縫中合金元素含量高，熔池流動性差，易造成焊縫表面成形不良。主要表現(xiàn)在根部焊道背面成形惡化及蓋面焊道表面粗糙。焊縫表面成形不良對焊縫性能的影響在常溫或高溫工況下表現(xiàn)不明顯，但在低溫工況下，其成形不良所造成的應力集中，對焊縫低溫性能的影響不亞于焊縫內(nèi)部質(zhì)量的影響。

(2)防止措施

對于焊縫成形不良以及焊接熱影響區(qū)的晶間腐蝕問題，可以通過焊接工藝來加以解決。采用鎢極氬弧焊打底、較小的焊接線能量，來控制熱影響區(qū)處于敏化溫度區(qū)間的范圍。三、奧氏體不銹鋼的焊接工藝

根據(jù)上述不銹鋼的焊接特點，為保證接頭的質(zhì)量，應當采用以下焊接工藝：

1、焊前準備。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。清渣和除銹應用砂輪、不銹鋼鋼絲刷等。

2、焊條必須存放在干凈的庫房內(nèi)。使用時應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。因為這種焊條的電弧穩(wěn)定，焊縫成型美觀。

4、對于立焊和仰焊位置，應采用氧化鈣型藥皮焊條。其熔渣凝固較快，對熔化的焊縫金屬可起到一定的支托作用。

5、氣體保護焊和埋弧自動焊時，應選用鉻錳含量比母材高的焊絲，以補償焊接過程中合金元素的燒損。

6、在焊接過程中，必須將焊件保持較低的層間溫度，最好不超過150℃。不銹鋼厚板焊接時，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，應在焊條說明書規(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應加快熔化速度，使焊縫熔深減少，但熔化速度太快又會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)的過熱。

8、在操作技術(shù)上應采用窄焊道技術(shù)，焊接時盡量不擺動焊條，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力處理。雖然在不銹鋼的焊接中也存在較高的殘余應力，但由于接