不鏽鋼焊接問題分析及措施

奧氏體不鏽鋼在焊接特點：焊接過程中的彈、塑性應力和應變數很大，卻極少出現冷裂紋。焊接接頭不存在淬火硬化區及晶粒粗大化，故焊縫抗拉強度較高。

奧氏體不鏽鋼焊接主要問題：焊接變形較大；因其晶界特性和對某些微量雜質（S、P）敏感，易產生熱裂紋。

奧氏體不鏽鋼的5大焊接問題及處理措施

1.碳化鉻的形成，降低了焊接接頭抗晶間腐蝕能力。

晶間腐蝕:根據貧鉻理論,焊縫和熱影響區在加熱到450-850℃敏化溫度區時在晶界上析出碳化鉻,造成貧鉻的晶界,不足以抵抗腐蝕的程度。

（1）針對焊縫晶間腐蝕和目材上敏化溫度區腐蝕，可採用下列措施加以限制：

a．減少母材及焊縫的含碳量，母材中添加穩定化元素Ti、Nb等元素使之優先形成MC，以避免Cr23C6形成。

b．使焊縫形成奧氏體加少量鐵素體的雙相組織。焊縫中存在一定數量的鐵素體時，可細化晶粒，增加晶粒面積，使晶界單位面積上的碳化鉻析出量減少。鉻在鐵素體中溶解度較大，Cr23C6優先在鐵素體中形成，而不致使奧氏體晶界貧鉻；散步在奧氏體之間的鐵素體，可防止腐蝕沿晶界向內部擴散。

c．控制在敏化溫度區間的停留時間。調整焊接熱循環，儘可能縮短600～1000℃的停留時間，可選擇能量密度高的焊接方法（如等離子氬弧焊），選用較小的焊接線能量，焊縫背面通氬氣或採用銅墊增加焊接接頭的冷卻速度，減少起弧、收弧次數以避免重複加熱，多層焊時與腐蝕介質的接觸面儘可能最後施焊等。

d．焊後進行固溶處理或穩定化退火（850～900℃）保溫後空冷，以使碳化物充分析出，並使鉻加速擴散 ）。

（2）、焊接接頭的刀狀腐蝕，為此，可採取如下預防措施：

由於碳的擴散能力較強，在冷卻過程中將偏聚在晶界形成過飽和狀態，而Ti、Nb則因擴散能力低而留於晶體內。當焊接接頭在敏化溫度區間再次加熱時，過飽和碳將在晶間以Cr23C6形式析出。

a．降低含碳量。對於含有穩定化元素的不鏽鋼，含碳量不應超過0.06％。

b．採用合理的焊接工藝。選擇較小的焊接線能量，以減少過熱區在高溫停留時間，注意避免在焊接過程中產生「中溫敏化」效果。雙面焊時，與腐蝕介質接觸的焊縫應最後施焊（這是大直徑厚壁焊管內焊在外焊之後進行的原因所在），如不能實施則應調整焊接規範及焊縫形狀，盡量避免與腐蝕介質接觸的過熱區再次受到敏化加熱。

c．焊後熱處理。焊後進行固溶或穩定化處理。

2.應力腐蝕開裂

可採用下列措施防止應力腐蝕開裂的發生：

a．正確選擇材料及合理調整焊縫成分。高純鉻-鎳奧氏體不鏽鋼、高硅鉻-鎳奧氏體不鏽鋼、鐵素體-奧氏體不鏽鋼、高鉻鐵素體不鏽鋼等具有較好的抗應力腐蝕性能，焊縫金屬為奧氏體-鐵素體雙相鋼組織時抗應力腐蝕性良好。

b．消除或減小殘餘應力。進行焊後消除應力熱處理，採用拋光、噴丸和錘擊等機械方法降低表面殘餘應力。

c．合理的結構設計。以避免產生較大的應力集中。

3.焊接熱裂紋（焊縫結晶裂紋、熱影響區液化裂紋）

熱裂紋敏感性主要取決於材料的化學成分、組織與性能。Ni易與S、P等雜質形成低熔點化合物或共晶，硼、硅等的偏析，將促使產生熱裂紋。焊縫易形成方向性強的粗大柱狀晶組織，有利於有害雜質和元素的偏析。從而促使形成連續的晶間液膜，提高了熱裂紋的敏感性。若焊接不均勻加熱，則易形成較大的拉應力，促進焊接熱裂紋的產生。

防止措施：

a．嚴格控制有害雜質S、P的含量。

b．調整焊縫金屬的組織。雙相組織焊縫具有良好的抗裂性能，焊縫中的δ相可細化晶粒，消除單相奧氏體的方向性，減少有害雜質在晶界的偏析，且δ相能溶解較多的S、P，並能降低界面能，組織晶間液膜的形成。

c．調整焊縫金屬合金成分。在單相奧氏體鋼中適當增加Mn、C、N的含量，加入少量的鈰、鎬、鉭等微量元素（可細化焊縫組織、凈化晶界），可減少熱裂紋敏感性。

d．工藝措施。盡量減小熔池過熱，以防止形成粗大的柱狀晶，採用小線能量及小截面焊道。

例如25-20型奧氏體鋼易出現液化裂紋。可通過嚴格限制母材的雜質含量及晶粒度，採用高能量密度的焊接方法、小線能量和提高接頭的冷卻速度等措施。

4.焊接接頭的脆化

熱強鋼應保證焊接接頭的塑性，防止高溫脆化；低溫用鋼要求具有良好的低溫韌性，防止焊接接頭髮生低溫脆斷。

5.焊接變形較大

因導熱率低、膨脹係數大，故焊接變形較大，可採用夾具防止變形。

奧氏體不鏽鋼的焊接方法和焊接材料的選擇

奧氏體不鏽鋼可用鎢極氬弧焊（TIG）、熔化極氬弧焊（MIG）、等離子氬弧焊（PAW）及埋弧焊（SAW）等方法進行焊接。奧氏體不鏽鋼因其熔點低、導熱係數小、電阻係數大，故焊接電流較小。應採用窄焊縫、窄焊道，減少高溫停留時間，防止碳化物析出，減少焊縫收縮應力，降低熱裂紋敏感性。

焊材成分尤其是Cr、Ni合金元素要高於母材。採用含有少量（4～12％）鐵素體的焊接材料，以保證焊縫良好的抗裂（冷裂、熱裂、應力腐蝕開裂）性能。焊縫中不允許或不可能存在鐵素體相時，焊材應選用含Mo、Mn等合金元素的焊接材料。

焊材中的C、S、P、Si、Nb應儘可能低，Nb在純奧氏體焊縫中會引起凝固裂紋，但焊縫中有少量鐵素體可有效避免。焊後需進行穩定化或消除應力處理的焊接結構，通常選用含Nb的焊接材料。埋弧焊用於焊接中板，Cr、Ni的燒損可通過焊劑和焊絲中合金元素的過渡得到補充；由於熔深大，應注意防止焊縫中心區熱裂紋的產生和熱影響區耐腐蝕性的降低。應注意選擇較細的焊絲和較小的焊接線能量，焊絲需低Si、S、P。耐熱不鏽鋼焊縫中鐵素體含量應不大於5％。Cr、Ni含量大於20％的奧氏體不鏽鋼，需選用高Mn（6～8％）焊絲，焊劑選用鹼性或中性焊劑，以防止向焊縫中增Si，以提高其抗裂性能。奧氏體不鏽鋼專用焊劑增Si極少，可向焊縫過渡合金，補償合金元素的燒損，以滿足焊縫性能和化學成分的要求。