浅谈不锈钢的焊接奥氏体不锈钢的焊接

杨秀忠

摘 要：奥氏体不锈钢是最典型的抗氧化，抗腐蚀性材料，它与其它合金钢相比有不同的物理性能和化学性能。本文通过对奥氏体不锈钢（1cr18Ni9Ti）的焊接性分析，总结了奥氏体不锈钢的焊接特点及焊接时易出现的问题，明确了焊接时应注意的事项。

关键词：奥氏体不锈钢;氧化性;耐蚀性; 焊接性;晶间腐蚀;钝化

前言：不锈钢是合金元素含量较高的合金钢，主要合金元素有Cr、Ni、Ti、Mo。等。铬的质量分数大于12%时，铬比铁优先与氧化合并在钢的表面形成致密的氧化膜，可以提高钢的抗氧化性能。从而达到钢的抗腐蚀的效果。只在空气中和水蒸气中具有抗腐蚀能力的不锈钢为普通不锈钢;不锈钢中加入镍、锰等元素能抵抗某些强介质侵蚀的钢是耐蚀不锈钢;不锈钢中加入一定的硅，铝等合金元素，能够提高高温下抗氧化性和高温强度的钢是耐热不锈钢。 不锈钢按室温金相组织分为;奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、双相组织不锈钢等。

1焊接性能分析

1.1焊接接头的热裂纹

奥氏体不锈钢焊接时，容易形成方向性较强的柱状晶焊缝组织，有利于有害杂质的偏析促使形成晶间液体夹层易产生焊缝凝固裂纹。而奥氏体不锈钢热导率小、热膨胀系数大，在焊接局部加热冷却条件下，焊接接头在冷却过程中形成较大的拉应力。这种力正是产生焊缝凝固裂纹的必要条件。焊缝的合金较复杂，不仅S、P、Sn等之类的杂质可以形成易熔夹层，有些合金元素由于溶解度有限，也会形成有害易熔夹层。这些易熔夹层是产热裂纹的内因。

1.2焊接接头的晶间腐蚀

奥氏体不锈钢在450℃～850℃温度区之间内停留一段时间后在晶界处会出现碳化铬（Cr23C6），其中铬主要来自晶粒表面，当铬质是分数小于12%时，因内部铬来不及补充而使晶界的晶粒表面的铬含量下降形成贫铬区，在强腐蚀介质的作用下，晶界的贫铬区受到腐蚀而形成晶间腐蚀。受到晶间腐蚀的材料表面上没有明显变化当受到外力作用后，会沿晶界处断裂。这是不锈钢最危险的一种破坏形式。

防止和减小奥氏体不锈钢晶间腐蚀措施：首先，采用小的焊接热输入;q = kIU/v，减小焊缝的高温停留时间。另一方面采取强冷措施（如铜垫板、水冷却）;多层焊接时，要控制好层间温度。层间温度保持60℃以下。其次，选择超低碳焊条，焊接过程中与腐蚀介质接触的工作面最后焊接。焊接金属保证有奥氏体，铁素体双相组织（铁素体占5%左右）。焊后进行固溶处理（把焊件加热1050℃～1150℃后进行淬火）使晶界上Cr23C6融入晶粒内部形成均匀奥氏体组织。

1.3焊接接头应力腐蚀

奥氏体不锈钢由于热导率差，线膨胀系数大，焊接过程中在约束焊接变形时，会产生较大的焊接应力。拉应力的存在是应力腐蚀开裂不可缺少的重要条件。而焊接应力所引起的应力腐蚀开裂事例约占全部应力腐蚀开裂事例的60%以上。应力腐蚀对应力又选择性，通常压应力是不会引起腐蚀开裂。只有在拉应力作用下才会导致应力腐蚀裂纹开裂。纯金属不会产生应力腐蚀，应力腐蚀大多数发生在合金中，在晶界处的合金元素的偏析是引起晶间开裂型应力腐蚀的重要因素之一。铬、镍奥氏体不锈钢由于所处介质不同，其应力腐蚀开裂的形式也不同，可以呈晶间开裂形式，也可以呈穿晶开裂形式或穿晶与沿晶混合开裂形式。

1.4焊接接头的脆化

奥氏体不锈钢在高温下持续加热过程中，会形成一种Fe-Cr为主成分不定的金属间化合物，即δ相，δ相硬脆无磁性，并且分布在晶界处，使奥氏体不锈钢因冲击韧度大大下降而脆化。实践表明δ相析出温度为650℃～850℃常用的1Cr18Ni9Ti钢。在700℃～800℃以下，δ相析出的敏感性最大。低于δ相的析出温度时，δ相析出速度要缓慢的多;在高于δ相析出温度时，δ相将不在析出。在加热过程中如有塑性变形或施加应力，就将大大加速δ相的析出。δ相对奥氏体不锈钢性能最明显的影响就是促使缺口冲击韧度急距下降，此外δ相对奥氏体不锈钢抗高温氧化性、蠕变强度也产生一定有害影响。

2奥氏体不锈钢焊接工艺特点

由上述焊接性分析的结果。总结出奥氏体不锈钢的焊接工艺特点如下：

①奥氏体不锈钢焊接焊接材料必须选择正确，主要根据母材的化学成分及力学性能选择。也就是说焊后的焊缝金属化学成分与母材相同或相近。

②选用小的焊接热输入。奥氏体不锈钢焊接过程中。为了缩短高温停留时间采用小的焊接规范，细焊条直径、小的焊接电流。快速焊接短弧操作，能够减少有益元素的烧损，不仅能够防止晶间腐蚀，还能减小焊接变形。

③焊接操作要正确。在奥氏体不锈钢焊接过程中，焊条不作横向摆动，直线运条，每道焊道不易过宽，焊道宽度应小焊条 直径3倍。

④要快速冷却。为了防止晶间腐蚀及焊道产生脆硬现象，奥氏体不锈钢焊后要采取冷却措施（如采用铜垫板、水冷却等）。

⑤奥氏体不锈钢焊前不需预热，焊后不采取后热处理。但在多层多道焊时保持层间温度不能高于60℃.

⑥焊后热处理。奥氏体不锈钢焊后一般不进行热处理，只是在有应力腐蚀开裂倾向时，才进行消应力退头处理。可根据要求选择在低于450℃或高于850℃的范围内进行退火处理。

⑦焊后表面处理。奥氏体不锈钢焊后进行表面处理，可以提高不锈钢的耐腐蚀性。主要方法有表面抛光和表面钝化处理。

3奥氏体不锈钢（1Cr18Ni9Ti）是抗氧化耐腐蚀性较强的材料，焊缝的化学成分复杂，所以在焊接生产中还要注意以下事项

3.1奥氏体不锈钢焊缝的性能对化学成分的变动有很大的敏感性，为保证焊缝成分的稳定必须保证焊接参数的稳定性和适当的坡口形式。

3.2刚才表面必须避免碰撞和摩擦损伤，划线下料时不要打样冲眼和用划针划线。以免损失不锈钢的耐腐蚀性

3.3焊缝根部接触腐蚀介质时，要保证背面焊缝焊透，禁止使用金属垫板。

3.4焊接地线电缆卡头要夹紧，防止在焊接过程中出现起弧或过烧现象，为避免焊接飞溅损伤不锈钢表面，在坡口及两侧刷涂石灰水或者防飞溅剂。

3.5尽量用机械加工或等离子弧切割下料，避免用碳弧切割。不锈钢焊后不能用火焰矫正变形，只能采用机械矫正，矫正过程中不能伤到不锈钢的表面。

3.6焊接后需加热处理时，加热前必须把碳钢表面油脂洗净，以免加热产生渗碳现象。

3结论

由于奥氏体不锈钢的含碳量低，碳当量值为0.2～0.3%，焊接性良好。它主要用于腐蚀性很强的环境中，所以奥氏体不锈钢的焊接不僅要保证焊缝的力学性能，更重要的是要保证焊接接头的抗氧化腐蚀的能力。这要求焊缝金属的化学成分与母材相同或相近。焊接操作要正确，能够有利提高焊接接头抗晶间腐蚀及应力腐蚀开裂的能力。焊后要对焊缝及母材进行表面抛光或钝化处理能够进一步提高奥氏体不锈钢的抗氧化耐腐蚀能力。

参考文献：

[1]中国机械工程学会编 焊接手册第一卷《焊接方法与设备》北京机械工业出版社2001年.

[2]中国机械工程学会编 焊接手册第二卷《金属材料的焊接》第二版北京机械工业出版社2001年.

[3]英若采主编《熔化焊基础》机械工业出版社2000年.

[4]2000年机械工业部出版《焊接工艺学》.

[5]刘云龙主编《焊工技师手册》机械工业出版社1998年7月.

（锦西工业学校，辽宁 葫芦岛125000）