不锈钢焊接性分析

陈轩波　梁杰锋

【摘要】不锈钢在焊接领域的运用相当广泛，上至大型船舶及锅炉压力容器，下至家庭房屋的建造。无可不运用到不锈钢焊接技术，供同行参考。

【关键词】不锈钢；焊接性；分析

1 各种不锈钢的焊接技术具体分析

奥氏体不锈钢因焊接性良好，奥氏体不锈钢是应用最广的一种。

奥氏体不锈钢虽用的最为广泛，但是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，引起金属机械性能和耐腐蚀性能的下降。对应措施：选用合适焊条；减少危险温度范围停留时间；接触介质的那面焊缝最后焊接；焊后固溶处理要妥当。

（2）应力腐蚀开裂。相对应的处理措施：合理制定成型加工和组装工艺；合理选择焊材；采取合适的焊接工艺；采取合理的焊接顺序；焊后正确热处理。

（3）焊缝成形不良，易造成表面成型不良。防治措施：对于焊缝成形不良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。

（4）奥氏体不锈钢的焊接技术注意点

应该注意的问题有：（1）焊前预热及焊后热处理的选择只有在采用同质焊接材料焊接较高﹙C+N﹚含量的高烙铁素体不锈钢母材的情况下才有低温预热的必要性，高纯度的铁素体不锈钢可以不预热。

（2）焊接材料选择。一般来说，采用奥氏体焊接材料。才能保证焊缝具有较高的韧性；如果要求焊缝的颜色与母材颜色相同或接近，则可采用专门的铁素体焊接材料。

（3）475℃脆化问题。475℃脆性是铁素体不锈钢不可回避的主要问题之一。为了减小475℃脆性，无论是母材还是焊缝金属都应该是最大限度的提高纯度，并尽量避开430-485℃之间的加热，或者尽量缩短在此温度区间的停留时间。

属于马氏体的不锈钢编号有1cr13、2cr13、3c13、4r13、3r13mo、cr17Ni2、2cr13Ni2、9Cr18、9Cr18MoV等。它的焊接有强烈的冷冽倾向，焊缝及热影响区焊后均为硬而脆的马氏体组织，铜中含铁量越高冷冽倾向越大。焊接时在温度宜控制在1150℃左右。马氏体不锈钢的晶间腐蚀倾向很小。

马氏工艺有：（1）焊前预热。焊前预热是防止产生冷裂纹的主要措施。当C的质量分数为0.1%-0.2%时，预热温度为200-260℃，对高刚性焊件可预热至400-450℃。

（2）焊后冷却。焊件焊后不应从焊接温度直接升温进行回火处理，因为焊接过程中奥氏体可能未完全转变，如立即升温回火，会出现碳化物沿奥氏体晶界沉淀和奥氏体向珠光体转变，产生晶粒粗大的组织，严重降低韧。因此回火前应使焊件冷却，让焊缝和热影响区的奥氏体基本分解完全。

（3）焊后热处理。目的是降低焊缝和热影响区的硬度，改善塑性和韧性，同时减少焊接残余应力。焊后热处理分回火和完全退火两种。回火温度为650-750℃，保温1h，空冷；若焊件焊后需机加工，为了得到最低硬度，可采用完全退火，退火温度为830-880℃，保温2h，炉冷至595℃，然后空冷。

（4）焊条的选用。焊接马氏体不锈钢用焊条分为烙不锈钢焊条和铬镍奥氏体不锈钢焊条两大类。

双相不锈钢是由奥氏体和铁素体二种显微组织相组成的钢种。双相钢中的奥氏体赋予钢足够的韧性，而铁素体则提供良好的的力学性能和优异的抗力学腐蚀性能，同时双相钢具有良好的焊接性能。双相不锈钢的焊接性基本上与焊缝金属中的铁素体含量有关。铁素体固然能提高焊接接头的抗应力腐蚀性能，但过量的铁素体则会导致焊缝金属的脆化。

双相不锈钢需采用熔焊方法和气体保护焊法等来进行焊接。

（1）使用熔焊方法进行焊接时应注意以下要点：选择适当的热输入。过低的热输入会使奥氏体相析出大量减小，甚至形成纯铁素体组织。双相钢焊接时可承受较大的热输入，使焊后焊缝和热影响区形成足够的奥氏体相，满足接头力学和耐蚀性的要求，但过高的线能量使焊缝和HAZ的晶粒粗大，韧性和耐蚀性下降；宜采用多层焊。最后，在焊缝表面再施以一层工艺焊缝可对表层焊缝和HAZ有热处理的作用；避免任何热处理。

（2）采用气体保护焊时，采用Ar或Ar和一定量的N的混合气体作为保护气体。几年来也有使用埋弧焊进行焊接，但是此种方法稀释率较大、铁素体量增加，所以使用量较少。但是由于埋弧焊的高生产率，目前国内有许多技术人员在进行埋弧焊工艺改进的研究工作。

沉淀硬化不锈钢是一种新型不锈钢。它具有高强度、高韧性、高抗腐蚀力和高疲劳强度以及断裂韧性等优点：

（1）严格的化学成分组成。沉淀硬化不锈钢的成分设计，十分重视各元素的相互作用和严格的比例关系，波动范围较窄，以保证取得优熟的性能。

（2）采用综合强化的方法。特别是半奥氏体型沉淀硬化不锈钢，利用了马氏体相变强化、冷变形强化、时效沉淀强化等多种强化方法。因此它的机械性能可以子啊很大范围中调节。在使用时，应根据需要选定状态。

（3）较复杂的组织。半奥氏体沉淀硬化不锈钢在不同状态下，其组织有马氏体、残余奥氏体、高温铁素体、多种含碳化合物和多种沉淀金属化合物组成。

不锈钢在焊接时皆是有其固有的特性

2 奥氏体钢的焊接性

奥氏体不锈钢的焊接性良好，奥氏体不锈钢焊接的主要问题是晶间腐蚀和热裂纹。

（1）Cr，Ti等合金元素在焊接时极易氧化烧损，焊接时，焊缝中容易出现热裂纹和气孔，焊接变形比较大。

（2）晶间腐蚀是18-8型钢极危险的一种破坏形式。

（3）铬镍不锈钢的应力腐蚀占腐蚀事例的50%，在化工工程中，用量最大的18-8型和18-21Mo型不锈钢设备中，应力腐蚀占不锈钢应力腐蚀事例的80%，所以铬镍不锈钢焊接时，要格外注意应力腐蚀的问题。

（4）在熔全线附近被到1300度以上的部位收到敏化温度重复加热，在腐蚀液体中工作时会发生刀状腐蚀。

（5）18-8型钢在500-875度经一定时间加热后，会在焊缝隙中析出一种特殊的σ脆性相。

3 铁素体不锈钢的焊接性

（1）热影响区900度以上的部位由于晶粒长大，使焊接接头塑性，性急剧下降，焊后热处理不能使晶粒细化。

（2）在600-800度长时间停留，会析出σ脆性相。

（3）碳当量超过16%的高铬铁素体不锈钢，常温下韧性较低，当焊接接头刚度较大时，焊后容易产生裂纹。

（4）长时间在400-600度停留，会发生475度脆化。

4 马氏体不锈钢的焊接性

（1）焊接时的主要问题是淬火裂纹和延迟裂纹，热影响区具有强烈的淬硬倾向，并形成很硬的马氏体组织。

（2）当焊接接头刚度大或氢量高时，在焊接应力的作用下，由高温直接冷却到120-100度以下时，很容易产生冷裂纹，含碳量越高，冷裂纹倾向越大。

（3）马氏体不锈钢导热性低，易过热，在热影响区产生粗大的组织。 三、不锈钢焊接的常见问题

（4）（一）焊缝不合格。焊缝不合格是因焊接工艺参数选择不当，或操作技術不熟练，导致焊缝高低宽窄不一，焊缝成形不良，背面焊缝下凹。造成焊缝减弱过多，使焊缝强度不够。

（5）（二）未焊透或被烧穿。未焊透是主要有以下原因，一是电流过小，二是操作技术不熟练，焊接速度太快，对接间隙小，三是电弧过长或电弧未对准焊缝等，如果导致焊丝与基体金属未熔合在一起或焊接金属中局部未熔合的时候，该部位应及时进行补焊。烧穿的原因是因焊接电流过大，熔池温度过高，焊丝加入不及时，带钢对接间隙过大，焊接速度过慢等，导致焊缝上出现单个或连续的穿孔。使焊缝强度减弱，从而被烧穿。

4 结束语

综上所述，在这里我们就着重对上述三种不锈钢种进行了一定分析，不锈钢领域相当广阔，这要求我们的科研人员不懈奋斗，为我国不锈钢焊接事业的发展做出应有的贡献。