奧氏體不銹鋼焊接特點(diǎn)及工藝

鄭躍峰

（石家莊市浩能電力安裝有限公司）

奧氏體不銹鋼焊接特點(diǎn)及工藝

鄭躍峰

（石家莊市浩能電力安裝有限公司）

奧氏體不銹鋼具有更優(yōu)良的耐腐蝕性、耐熱性和塑性，奧氏體不銹鋼焊接性能也比較好，奧氏體不銹鋼通常在常溫下的組織為純奧氏體，也有一些為奧氏體加少量鐵素體，這種少量鐵素體有助于防止熱裂紋。

奧氏體不銹鋼；晶間腐蝕；刀狀腐蝕；應(yīng)力腐蝕

1　奧氏體不銹鋼的焊接性

由于奧氏體不銹鋼含有較高的鉻，可形成致密的氧化膜，所以具有良好的耐蝕性，當(dāng)含Cr量達(dá)到18%，含Ni量達(dá)到8%時(shí)，基本上可獲得單一的奧氏體組織，故奧氏體不銹鋼具有良好的耐蝕性、塑性、高溫性能和焊接性能，但為了全面保證焊接接頭的質(zhì)量，往往需要解決一些特殊的間題，如接頭各種形式的腐蝕、焊接熱裂紋、鐵素體含量控制。

1.1焊接接頭的晶間腐蝕問題

不銹鋼在腐蝕介質(zhì)作用下，在晶粒之間產(chǎn)生的一種腐蝕現(xiàn)象稱為晶間腐蝕。下面我們探討一下產(chǎn)生晶間腐蝕的原因和防治措施。

1.2產(chǎn)生晶間腐蝕的原因

奧氏體不銹鋼在450～850℃時(shí)，過飽和的碳向奧氏體晶粒邊界擴(kuò)散，并與晶界的鉻化合形成碳化鉻。由于鉻在奧氏體中的擴(kuò)散速度小于碳的擴(kuò)散速度，使晶界的鉻得不到及時(shí)補(bǔ)充，造成奧氏體邊界貧鉻。

減少和防止晶間腐蝕的措施：

①控制含碳量：碳是造成晶間腐蝕的主要元素，含碳量越高，奧氏體晶界處形成的碳化鉻越多，貧鉻現(xiàn)象越嚴(yán)重，晶間腐蝕越大，所以焊接時(shí)采用含碳量小于0.03%的焊條，不會產(chǎn)生晶間腐蝕；②進(jìn)行固溶處理：焊后將接頭加熱到1000℃左右，使碳化物重新溶解到奧氏體中，然后迅速冷卻，穩(wěn)定了奧氏體組織；③添加穩(wěn)定劑：在鋼材和焊接材料中加Ti與碳的親和力比鉻強(qiáng)的元素，能夠與碳結(jié)合成穩(wěn)定的化合物，從而避免在奧氏體晶界造成貧鉻；④改變焊縫的組織狀態(tài)使焊縫由單一的奧氏體相改變?yōu)閵W氏體加鐵素體雙相，Cr在鐵素體中擴(kuò)散速度比在奧氏體中快，因此，鉻在鐵素體中較快地?cái)U(kuò)散到晶界，減輕了奧氏體晶界貧鉻現(xiàn)象；⑤快速冷卻：因奧氏體鋼不會出現(xiàn)淬硬現(xiàn)象，所以在焊接過程中加快冷卻速度，縮短焊接接頭在危險(xiǎn)溫度區(qū)的停留時(shí)間，以免形成貧鉻區(qū)。

1.3應(yīng)力腐蝕開裂問題

金屬在應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用下，所發(fā)生的腐蝕破壞叫做應(yīng)力腐蝕開裂。

1.3.1應(yīng)力腐蝕開裂的原因

在化工設(shè)備的破壞事故中，由于不銹鋼的應(yīng)力腐蝕開裂造成事故占50%，破壞涉及幾乎所有耐蝕材料。開裂時(shí)沒有任何變形，因而事故往往是突發(fā)性的，后果嚴(yán)重’拉應(yīng)力的存在是產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂的必要條件，應(yīng)力主要來自于制造過程，因而焊接應(yīng)力造成事故占到30%以上。不銹鋼在使用條件下產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂的影響因素很多，包括鋼的成分、組織和狀態(tài)、介質(zhì)的種類、溫度、濃度、應(yīng)力性質(zhì)、大小及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等。

1.3.2防止應(yīng)力腐蝕開裂采取的措施

①正確選用材料，根據(jù)介質(zhì)特性，選用對應(yīng)力腐蝕開裂敏感性低的材料是防止應(yīng)力腐蝕開裂最根本的措施，主要有高純鉻一鎳奧氏體不銹鋼，高硅鉻一鎳奧氏體不銹鋼，鐵素體一奧氏體雙相鋼等；②消除焊件殘余應(yīng)力，采用消除應(yīng)力熱處理及由機(jī)械方法降低表面殘余應(yīng)力或造成壓應(yīng)力（如進(jìn)行噴丸）狀態(tài)；③對材料進(jìn)行防腐蝕處理通過電鍍、噴鍍、物理等方法，用金屬或金屬覆蓋層將金屬與腐蝕介質(zhì)隔離；④改進(jìn)部件及接頭設(shè)計(jì)由于設(shè)計(jì)得不合理，往往會形成較大的應(yīng)力集中或在制造中產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，這是產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂的重要條件.

1.4焊接接頭的熱裂紋問題

1.4.1焊接熱裂紋產(chǎn)生的原因

①奧氏體不銹鋼導(dǎo)熱大約只有鋼的一半，而線膨脹系數(shù)卻大得多，所以焊后在接頭中會產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力；②奧氏體鋼中合金元素多，不僅硫、磷等雜質(zhì)與鐵形成低熔點(diǎn)的共晶合金元素之間或與雜質(zhì)間作用也可形成低熔點(diǎn)化合物和共晶；③奧氏體鋼的結(jié)晶凝固區(qū)間大，結(jié)晶時(shí)間長，且奧氏體結(jié)晶方向性強(qiáng)，所以雜質(zhì)偏析較嚴(yán)重。

1.4.2防止焊接熱裂紋的措施

①采用雙相組織焊縫：當(dāng)焊縫中有5%左右的鐵素體時(shí)，可打亂奧氏體柱狀晶的方向；②嚴(yán)格格控制有害雜質(zhì)硫、磷的含量；③工藝上的措施：采用堿性焊條、小電流、快速焊，防止產(chǎn)生熱裂紋。

2　奧氏體不銹鋼的焊接工藝

根據(jù)上述不銹鋼的焊接特點(diǎn)，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房內(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，可選用氧化欽型藥皮焊條，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(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)。

3　結(jié)語

為了保證焊接質(zhì)量，了解以上的奧氏體鋼的焊接性能，在焊接過程中加以預(yù)防，就會獲得優(yōu)質(zhì)的焊件。

TG457.11

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1673-0038（2015）28-0132-01

2015-5-26