淺談不銹鋼的焊接奧氏體不銹鋼的焊接

楊秀忠

摘 要：奧氏體不銹鋼是最典型的抗氧化，抗腐蝕性材料，它與其它合金鋼相比有不同的物理性能和化學性能。本文通過對奧氏體不銹鋼（1cr18Ni9Ti）的焊接性分析，總結(jié)了奧氏體不銹鋼的焊接特點及焊接時易出現(xiàn)的問題，明確了焊接時應(yīng)注意的事項。

關(guān)鍵詞：奧氏體不銹鋼;氧化性;耐蝕性; 焊接性;晶間腐蝕;鈍化

前言：不銹鋼是合金元素含量較高的合金鋼，主要合金元素有Cr、Ni、Ti、Mo。等。鉻的質(zhì)量分數(shù)大于12%時，鉻比鐵優(yōu)先與氧化合并在鋼的表面形成致密的氧化膜，可以提高鋼的抗氧化性能。從而達到鋼的抗腐蝕的效果。只在空氣中和水蒸氣中具有抗腐蝕能力的不銹鋼為普通不銹鋼;不銹鋼中加入鎳、錳等元素能抵抗某些強介質(zhì)侵蝕的鋼是耐蝕不銹鋼;不銹鋼中加入一定的硅，鋁等合金元素，能夠提高高溫下抗氧化性和高溫強度的鋼是耐熱不銹鋼。 不銹鋼按室溫金相組織分為;奧氏體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、雙相組織不銹鋼等。

1焊接性能分析

1.1焊接接頭的熱裂紋

奧氏體不銹鋼焊接時，容易形成方向性較強的柱狀晶焊縫組織，有利于有害雜質(zhì)的偏析促使形成晶間液體夾層易產(chǎn)生焊縫凝固裂紋。而奧氏體不銹鋼熱導(dǎo)率小、熱膨脹系數(shù)大，在焊接局部加熱冷卻條件下，焊接接頭在冷卻過程中形成較大的拉應(yīng)力。這種力正是產(chǎn)生焊縫凝固裂紋的必要條件。焊縫的合金較復(fù)雜，不僅S、P、Sn等之類的雜質(zhì)可以形成易熔夾層，有些合金元素由于溶解度有限，也會形成有害易熔夾層。這些易熔夾層是產(chǎn)熱裂紋的內(nèi)因。

1.2焊接接頭的晶間腐蝕

奧氏體不銹鋼在450℃～850℃溫度區(qū)之間內(nèi)停留一段時間后在晶界處會出現(xiàn)碳化鉻（Cr23C6），其中鉻主要來自晶粒表面，當鉻質(zhì)是分數(shù)小于12%時，因內(nèi)部鉻來不及補充而使晶界的晶粒表面的鉻含量下降形成貧鉻區(qū)，在強腐蝕介質(zhì)的作用下，晶界的貧鉻區(qū)受到腐蝕而形成晶間腐蝕。受到晶間腐蝕的材料表面上沒有明顯變化當受到外力作用后，會沿晶界處斷裂。這是不銹鋼最危險的一種破壞形式。

防止和減小奧氏體不銹鋼晶間腐蝕措施：首先，采用小的焊接熱輸入;q = kIU/v，減小焊縫的高溫停留時間。另一方面采取強冷措施（如銅墊板、水冷卻）;多層焊接時，要控制好層間溫度。層間溫度保持60℃以下。其次，選擇超低碳焊條，焊接過程中與腐蝕介質(zhì)接觸的工作面最后焊接。焊接金屬保證有奧氏體，鐵素體雙相組織（鐵素體占5%左右）。焊后進行固溶處理（把焊件加熱1050℃～1150℃后進行淬火）使晶界上Cr23C6融入晶粒內(nèi)部形成均勻奧氏體組織。

1.3焊接接頭應(yīng)力腐蝕

奧氏體不銹鋼由于熱導(dǎo)率差，線膨脹系數(shù)大，焊接過程中在約束焊接變形時，會產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力。拉應(yīng)力的存在是應(yīng)力腐蝕開裂不可缺少的重要條件。而焊接應(yīng)力所引起的應(yīng)力腐蝕開裂事例約占全部應(yīng)力腐蝕開裂事例的60%以上。應(yīng)力腐蝕對應(yīng)力又選擇性，通常壓應(yīng)力是不會引起腐蝕開裂。只有在拉應(yīng)力作用下才會導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕裂紋開裂。純金屬不會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，應(yīng)力腐蝕大多數(shù)發(fā)生在合金中，在晶界處的合金元素的偏析是引起晶間開裂型應(yīng)力腐蝕的重要因素之一。鉻、鎳奧氏體不銹鋼由于所處介質(zhì)不同，其應(yīng)力腐蝕開裂的形式也不同，可以呈晶間開裂形式，也可以呈穿晶開裂形式或穿晶與沿晶混合開裂形式。

1.4焊接接頭的脆化

奧氏體不銹鋼在高溫下持續(xù)加熱過程中，會形成一種Fe-Cr為主成分不定的金屬間化合物，即δ相，δ相硬脆無磁性，并且分布在晶界處，使奧氏體不銹鋼因沖擊韌度大大下降而脆化。實踐表明δ相析出溫度為650℃～850℃常用的1Cr18Ni9Ti鋼。在700℃～800℃以下，δ相析出的敏感性最大。低于δ相的析出溫度時，δ相析出速度要緩慢的多;在高于δ相析出溫度時，δ相將不在析出。在加熱過程中如有塑性變形或施加應(yīng)力，就將大大加速δ相的析出。δ相對奧氏體不銹鋼性能最明顯的影響就是促使缺口沖擊韌度急距下降，此外δ相對奧氏體不銹鋼抗高溫氧化性、蠕變強度也產(chǎn)生一定有害影響。

2奧氏體不銹鋼焊接工藝特點

由上述焊接性分析的結(jié)果?？偨Y(jié)出奧氏體不銹鋼的焊接工藝特點如下：

①奧氏體不銹鋼焊接焊接材料必須選擇正確，主要根據(jù)母材的化學成分及力學性能選擇。也就是說焊后的焊縫金屬化學成分與母材相同或相近。

②選用小的焊接熱輸入。奧氏體不銹鋼焊接過程中。為了縮短高溫停留時間采用小的焊接規(guī)范，細焊條直徑、小的焊接電流?？焖俸附佣袒〔僮?，能夠減少有益元素的燒損，不僅能夠防止晶間腐蝕，還能減小焊接變形。

③焊接操作要正確。在奧氏體不銹鋼焊接過程中，焊條不作橫向擺動，直線運條，每道焊道不易過寬，焊道寬度應(yīng)小焊條 直徑3倍。

④要快速冷卻。為了防止晶間腐蝕及焊道產(chǎn)生脆硬現(xiàn)象，奧氏體不銹鋼焊后要采取冷卻措施（如采用銅墊板、水冷卻等）。

⑤奧氏體不銹鋼焊前不需預(yù)熱，焊后不采取后熱處理。但在多層多道焊時保持層間溫度不能高于60℃.

⑥焊后熱處理。奧氏體不銹鋼焊后一般不進行熱處理，只是在有應(yīng)力腐蝕開裂傾向時，才進行消應(yīng)力退頭處理?？筛鶕?jù)要求選擇在低于450℃或高于850℃的范圍內(nèi)進行退火處理。

⑦焊后表面處理。奧氏體不銹鋼焊后進行表面處理，可以提高不銹鋼的耐腐蝕性。主要方法有表面拋光和表面鈍化處理。

3奧氏體不銹鋼（1Cr18Ni9Ti）是抗氧化耐腐蝕性較強的材料，焊縫的化學成分復(fù)雜，所以在焊接生產(chǎn)中還要注意以下事項

3.1奧氏體不銹鋼焊縫的性能對化學成分的變動有很大的敏感性，為保證焊縫成分的穩(wěn)定必須保證焊接參數(shù)的穩(wěn)定性和適當?shù)钠驴谛问健?/p>

3.2剛才表面必須避免碰撞和摩擦損傷，劃線下料時不要打樣沖眼和用劃針劃線。以免損失不銹鋼的耐腐蝕性

3.3焊縫根部接觸腐蝕介質(zhì)時，要保證背面焊縫焊透，禁止使用金屬墊板。

3.4焊接地線電纜卡頭要夾緊，防止在焊接過程中出現(xiàn)起弧或過燒現(xiàn)象，為避免焊接飛濺損傷不銹鋼表面，在坡口及兩側(cè)刷涂石灰水或者防飛濺劑。

3.5盡量用機械加工或等離子弧切割下料，避免用碳弧切割。不銹鋼焊后不能用火焰矯正變形，只能采用機械矯正，矯正過程中不能傷到不銹鋼的表面。

3.6焊接后需加熱處理時，加熱前必須把碳鋼表面油脂洗凈，以免加熱產(chǎn)生滲碳現(xiàn)象。

3結(jié)論

由于奧氏體不銹鋼的含碳量低，碳當量值為0.2～0.3%，焊接性良好。它主要用于腐蝕性很強的環(huán)境中，所以奧氏體不銹鋼的焊接不僅要保證焊縫的力學性能，更重要的是要保證焊接接頭的抗氧化腐蝕的能力。這要求焊縫金屬的化學成分與母材相同或相近。焊接操作要正確，能夠有利提高焊接接頭抗晶間腐蝕及應(yīng)力腐蝕開裂的能力。焊后要對焊縫及母材進行表面拋光或鈍化處理能夠進一步提高奧氏體不銹鋼的抗氧化耐腐蝕能力。

參考文獻：

[1]中國機械工程學會編 焊接手冊第一卷《焊接方法與設(shè)備》北京機械工業(yè)出版社2001年.

[2]中國機械工程學會編 焊接手冊第二卷《金屬材料的焊接》第二版北京機械工業(yè)出版社2001年.

[3]英若采主編《熔化焊基礎(chǔ)》機械工業(yè)出版社2000年.

[4]2000年機械工業(yè)部出版《焊接工藝學》.

[5]劉云龍主編《焊工技師手冊》機械工業(yè)出版社1998年7月.

（錦西工業(yè)學校，遼寧 葫蘆島125000）