奧氏體不銹鋼焊接特點及工藝

蔡玉清 劉立國 吳春龍

摘要：通過對奧氏體不銹鋼的可焊性分析，指出晶間腐蝕、熱裂紋、應力腐蝕和焊接不良是焊接中常見的問題。奧氏體不銹鋼的焊接質量可以通過制定合適的焊接工藝來實現，包括電極選擇、焊接工藝參數和后處理。

關鍵詞：奧氏體不銹鋼;焊接特點;焊接工藝

分類號：TG457.11

引言

鉻在鋼中的作用是在鋼表面上形成一層結實而致密的Cr2O3薄膜，將鋼本身與空氣或腐蝕介質隔離開。為防止腐蝕，薄膜中可加入一定數量的鎳、鈦、鈮、鎢等元素。不銹鋼的組織結構可分為五種：鐵素體、馬氏體、奧氏體、奧氏體+鐵素體、不銹鋼沉淀物，其中好包括少量奧氏體+鐵素體。奧氏體不銹鋼焊接性能良好，廣泛應用于化工、石化等行業。

一、奧氏體不銹鋼的焊接特點

1.晶問腐蝕

（1）晶間腐蝕產生原因

在晶界發生晶間腐蝕，因而稱為晶間腐蝕，這是最危險的奧氏體不銹鋼失效形式之一。在450℃～850℃的溫度范圍內，奧氏體不銹鋼通過腐蝕作用向金屬表面滲入碳，從而使金屬的力學性能和耐蝕性下降，而鉻則主要來自晶粒表面層。若沒有內部補鉻，則可降低晶界表面鉻含量，形成鉻區。受腐蝕介質的影響，不銹鋼晶界貧鉻區域被腐蝕，形成晶間腐蝕，晶間腐蝕的不銹鋼表面沒有明顯變形，但會沿晶界斷裂，強度降低。

（2）防止晶間腐蝕的措施

控制含碳量：碳是導致晶間腐蝕的主要因素。隨著含碳量的增加，奧氏角碳化鉻越多。對于含碳量低于0.03%的焊絲，如果沒有發生晶間腐蝕，則焊絲鉻變色越嚴重，腐蝕越嚴重。固溶處理：焊接后，接頭在1050～1100℃下溶解，碳化物在奧氏體中溶解，然后迅速冷卻，使組織穩定。另外，在850～900℃時，還可以穩定地進行2小時的熱處理，使鉻擴散到奧氏體晶粒到晶界，晶界含鉻量大于12%，不會產生交叉晶腐蝕。穩定鐵：為形成穩定的碳化物，避免將鉻還原到奧氏體邊緣，在鋼和焊接材料中添加鈦、鈮和其它碳的親合力大于鉻的元素。研究發現，焊縫組織由單相奧氏體向奧氏體兩相轉變，鐵素體碳素體比碳素體碳素體擴散快，而碳素體鉻向晶界擴散迅速是降低晶界鉻礦化的主要原因。快冷：由于奧氏體鋼在焊接過程中不會發生硬化，因此應加快冷卻速度，減少危險溫度下焊接接頭的停頓時間。

2.熱裂紋

（1）熱裂紋產生原因

液體與固體物質距離較遠，凝固過程的溫度范圍較大，造成雜質分離嚴重，熔點較低，在晶界聚集。冷卻收縮的壓力也很大，因為膨脹系數高

（2）控制熱裂紋產生的措施

要控制化學成分，降低焊接金屬中鎳、碳、硫、磷的含量，增加鉻、鉬、硅、錳的含量，以減少熱裂紋的發生。

選用能滋潤焊縫顆粒、氫消耗較低的焊條涂層類型;酸性電極具有高氧化性，使合金元素燃燒增強，抗裂強度下降。大顆粒也能引起熱裂縫。

焊接規范及冷卻性能，減少焊接熔池過熱和快速冷卻，減少偏析和提高抗裂性將是小規模的，這意味著小電流和快焊接速度。多層焊接時，應控制中間儲存溫度，焊接前應將先前的溫度量冷卻至60℃[2]。

3.應力腐蝕開裂

（1）應力腐蝕開裂產生原因

應力腐蝕開裂（SCC）是焊接材料在一定腐蝕環境下受拉時的延遲開裂現象。奧氏體不銹鋼焊接回路（SCC）是一種嚴重的故障操作，表示沒有塑性變形的脆性故障。

（2）應力腐蝕開裂防治措施

①合理制定裝配工藝，最大限度地減少制冷劑的變形，避免強行裝配，避免在裝配過程中產生不同類型的損傷;②焊接材料的合理選擇。焊縫與母材應具有良好的一致性，不應有顆粒狀、硬脆馬氏體等不良組織。③合適的焊接方法，保證焊縫處于良好的位置，避免應力集中或斷裂缺陷，如內衣;選擇合適的焊接順序，降低焊接殘余應力。④應力熱處理焊后處理，如完全發輝或焊后發輝，如有困難，焊接后使用錘子或注射器進行熱處理。

4.焊縫成形不良

（1）焊縫成形不良產生原因

在焊接奧氏體不銹鋼時，由于焊縫中的合金元素含量高，熔池流動性小，焊接面成形不好，所以焊接質量較低，主要表現在橫槽的反成形和橫槽表面粗糙度的降低。常溫、高溫、不良的焊接表面對焊接性能幾乎沒有影響，但低溫下焊縫表面產生的應力集中現象對低溫下的焊接性能影響不大。

（2）防止措施

焊接工藝可以解決焊接不良和熱影響區內晶間腐蝕問題。傳感溫度范圍內的熱致區（HAZ）范圍由鎢極氬弧焊（TIG）和小焊接線能量控制。

二、奧氏體不銹鋼的焊接工藝

焊前準備，有必要清除導致焊接金屬氣化的所有類型的污染物。在使用丙酮或酒精進行焊接前，將焊接螺母和表面的油和水清除。用它們布置碳刷，把坡口和焊縫表面清理干凈。用磨盤、不銹鋼絲刷等進行清渣除銹。

焊條應存放在潔凈的庫房內，使用時應放在焊絲內，不得用手直接接觸鍍層。

涂層電極可選擇焊接薄板或不銹鋼，不需要焊縫。這種焊條電弧穩定，焊縫美觀。垂直和上部焊接位置應使用氧化鈣涂層焊條。熔渣會迅速變厚，從而支撐熔化的焊接金屬。

在不銹鋼中，電阻值較高，受電阻熱的影響，焊絲靠近夾持處略呈紅色。當焊接到焊條的后半部分時，為了減少焊縫的熔化，熔化速度應該加快。但如果熔化太快，就會導致缺乏熔化和熔渣。為確保接頭耐腐蝕性能，還應選擇較小的焊接電流，以減少焊接熱輸入，防止焊接熱區過熱。在焊接過程中，焊絲應盡可能不搖擺，焊接速度應盡可能快，以確保良好的熔化。

通常情況下，焊接后不需要進行鋼焊。盡管不銹鋼焊接的剩余電壓高，但由于焊接后各接頭的塑性和韌性好，剩余電壓損壞是顯而易見的。除此之外，消除應力的溫度范圍，也就是說，不銹鋼焊接的熱處理不是為了消除接頭的剩余電壓，而是為了使這些化合物具有良好的耐腐蝕性和穩定性。

三、結束語

通過以上工藝的應用，提高了奧氏體不銹鋼的焊接質量，提高了奧氏體不銹鋼的焊接性能，使其具備了較高的焊接性能，使其在使用前得到了嚴格的培訓和測試，保證了其抗腐蝕性能。

參考文獻

[1]夏興溪.奧氏體不銹鋼半圓管夾套焊接工藝要點探討[J].百科論壇電子雜志，2019：333.

[2]石南輝，張立志.異種奧氏體不銹鋼焊接材料選擇及工藝措施[J].焊管，2020：32-35.

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