淺談不銹鋼結構件焊接工藝

黃衛東

摘要：現代社會下，不銹鋼在人們生活與工作中得到了廣泛應用，各種種類的不銹鋼具有自身獨特性質，并且焊接性能也具有一定的差異，文章主要講解了一些工作中較為常見的不銹鋼結構件焊接性能與特征，并對其焊接工藝措施進行了簡單闡述。

關鍵詞：不銹鋼;焊接工藝;性能;特點

1? 雙相不銹鋼的焊接性能與特征

室溫下，雙相不銹鋼的固溶體中約有一半的奧氏體與鐵素體，具有兩相結構特點，并且具備鐵素體不銹鋼導熱系數大、線膨脹系數小、耐點蝕、間隙和氯化物應力腐蝕的特征;奧氏體不銹鋼擁有良好的韌性、脆性轉變溫度低、耐晶間腐蝕、力學性能優秀等特點。雙相不銹鋼的屈服強度是奧氏體不銹鋼的近1倍，在一樣的壓力等級下，能夠有效節約材料。根據耐腐蝕性，現代雙相不銹鋼分為5類：①不刻意添加Mo的經濟型雙相不銹鋼，如2304;②含Mo的經濟型雙相不銹鋼，如S32003;③Cr含量約22%、Mo含量3%的標準雙相不銹鋼，如2205，是主要的牌號;④Cr含量約25%、Mo含量3%的超級雙相不銹鋼，如2507;⑤特超級雙相不銹鋼，Cr和Mo含量比超級雙相不銹鋼更高，如S32707。

雙相不銹鋼擁有較好的焊接性，冷裂紋與熱裂紋敏感性小。往往在焊接以前不進行預熱，若用于消除天冷或夜間冷凝形成的濕氣時，可在坡口清理后將鋼均勻地加熱到100℃來去除濕氣，焊接以后也不需要進行熱處理。因為氮含量高，熱影響區單相鐵素體傾向小，當采用比Ni略高的“匹配”填充金屬、合理的焊接接頭坡口與焊接線能量時，焊接接頭綜合性能良好。雙相不銹鋼工藝特點可分為以下幾種：①焊接過程中應該避免采用太低和太高的焊接線能量，太低的焊接線能量可導致母材融合區和熱影響區鐵素體含量過高，韌性和耐腐蝕性降低。太高的焊接線能量增加了形成金屬間相的危險;②接頭設計必須有助于完全焊透，且盡量采用機加工;③采用多層多道焊，層間溫度不超過150℃，超級雙相不銹鋼限制在100℃;④避免自熔焊，因為如果在焊接過程中沒有采用過合金化的填充金屬，則顯微組織中鐵素體含量將很高;⑤焊后認真清除內外焊道回火色，焊縫回火色主要是Cr氧化物，回火色下面主要是合金貧Cr，雙相不銹鋼的耐蝕性主要來源于Cr，回火色（或清除不當）會大大降低耐局部腐蝕性能;⑥該焊接工藝通常是針對雙相不銹鋼不同于普通鋼的特征點，制定的相應雙相不銹鋼的焊接質量保證措施，并配置相應的檢測設備（如測溫儀、鐵素體儀），對雙相不銹鋼焊接結構中的一些控制指標進行量化，確保雙相不銹鋼結構件焊接質量具備堅實的理論依據。

2? 奧氏體型不銹鋼的焊接性能

在不銹鋼中，奧氏體型是使用作為廣泛的一種不銹鋼，以Cr-Ni鋼為代表，往往分成三個系列：①18-8鋼則是Cr18Ni8為代表，如0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti等;②25-20鋼則以Cr25Ni20為典型，包含了2Cr25Ni20，06Cr25Ni20（310S）等;③還有以25-35為代表的系列，如4Cr25Ni35;④另外還有超級奧氏體不銹鋼，如S39042（904L），該類鋼的組織為典型的純奧氏體。以上最常用的是Cr18Ni8鋼。奧氏體不銹鋼焊接過程中有可能發生的難題為焊接接頭的腐蝕性與焊接接頭的熱裂紋等。

晶間腐蝕主要包含了焊縫區晶間腐蝕、HAZ敏化區、熔合區晶間腐蝕等。出現的原因為：①晶界貧鉻（Cr≤12%），這類鋼加熱到450-850℃溫度區間會發生敏化，過飽和固溶的碳與晶界附近的Cr結合形成形成（Fe，Cr）23C6，使得晶粒邊界層中Cr含量不超過12%;②焊接過程中，如果規范過大，當冷卻速率較慢時，碳化物在晶界處形成，Cr%降低。P、Si等雜質沿晶間偏析。生成的溫度為450-850°C。

在奧氏體鋼焊接的過程中，熱裂紋是極為常見的一項工藝焊接問題，其中主要包含了焊縫縱向、橫向、火口、打底焊的焊底、多層焊的層間等各種裂紋。其出現的原因：①奧氏體導熱系數小而線膨脹系數大，焊接過程中小范圍加熱與冷卻，接頭容易產生極大的拉應力，形成凝固裂紋;②母材及焊材低熔點共晶雜質S、P、B、Si等，結晶時易產生雜質偏析和形成低熔點共晶液態薄膜，出現結晶裂紋。

工藝措施：①采用低碳或超低碳的焊絲或焊條;②采用焊Ti、Nb等穩定化學元素的焊材;③使用雙相組織焊材，使得焊縫能夠具備雙相組織;④減少熔池過熱，焊接前無需預熱，小電流快速焊，對于要求高的焊縫，甚至采用澆冷水的方法以加速冷卻;⑤控制較低的層間溫度，一般不超過150℃（超級奧氏體不銹鋼不超過100℃）;⑥對耐晶間腐蝕要求高的焊接結構件開展固溶處理;⑦科學、合理的焊接與裝配流程，降低焊接應力。

3? 結構件不銹鋼件焊接工藝

文章以真空過濾機濾盤不銹鋼件（圖1）為例，對其有關的工件結構性開展了分析。

3.1 明確焊接工藝的參數

3.1.1 焊接方式

本次工藝焊接采用德國CLOOS焊接機器人，焊接方法為藥芯焊絲氣體保護焊（FCAW）。

3.1.2 焊接材料

本次工件的主要材質為：厚度6mm雙相不銹鋼2205，選擇了鎳含量比母材高的型號為TS2209-FC11的藥芯焊絲作為填充材料。

3.1.3 焊接參數

結合焊接工藝評定，實際焊接參數為：焊接電流：180A;焊接電壓：28V;焊接速度：32mm/min;保護氣體：≥99. 8%CO2;送絲速度：9m/min;擺動寬度：3.5mm;擺動：1.42Hz。

3.2 焊接過程設計

3.2.1 焊前準備

為控制裝配間隙，采用了激光切割來保證下料精度;如有較大的錯邊，應采用整形的方法，不能用千斤頂、錘擊、焊接拉筋等強制組裝，以免造成大的裝配應力。焊道兩側不能刷石灰水，以免焊接機器人噴嘴傳感器不能順利找點定位。定位采用FCAW，點焊時要保證焊到坡口根部且無夾渣等缺陷。在保證強度的情況下，焊點宜薄;裝配好的濾盤吊裝至機器人焊接平臺指定位置，并將凹起的一面作為內表面，焊接前應清除焊接區域的表面氧化層及油污、點焊渣殼、如有必要使用壓縮空氣吹掃及丙酮清洗。防止對焊接質量產生不良影響，避免焊接返修。

3.2.2 焊接工藝要點

①為減少焊接變形，在進行焊接以前，應該使用壓板將濾盤周圍壓到焊接平臺上，并在整個內角焊縫冷卻到室溫之前，不要取下壓板;②由于是角焊縫，焊腳尺寸不大于5mm，采用單層單道焊接，稍作窄幅擺動;③在整個焊接活動中，應該嚴格控制工件的溫度，編程時采用合理的焊接順序，使焊縫位置應確保焊接前手觸碰不發熱。

4? 結論

不銹鋼主要表示在大氣、H2O、酸、堿、鹽三種溶液或者其他具有腐蝕能力中擁有較高的化學穩定性的合金鋼總稱。近年來，不銹鋼特別是雙相不銹鋼在工業、農業等各個方面得到了廣泛使用，不斷加強對不銹鋼結構件加工工藝的研究能夠促進不銹鋼的快速發展，使得焊接性能的需求能夠得到有效滿足。

參考文獻：

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