奧氏體不銹鋼的焊接特點(diǎn)及及焊接工藝

無(wú)錫不銹鋼板廠家無(wú)錫漢能不銹鋼2020年1月2日訊  不銹鋼是指含Cr量高于12%的鋼, Cr在鋼中的作用是能在鋼的表面形成一層堅(jiān)固致密的Cr₂O₃薄膜, 使鋼本身與大氣或腐蝕介質(zhì)隔離而免遭腐蝕。在此基礎(chǔ)上, 再加入一定數(shù)量的 Ni、Ti、Nb、W等元素, 則能形成具有特殊耐腐蝕、抗高溫氧化或具有一定高溫強(qiáng)度等性能的各類不銹鋼鋼種。不銹鋼按其顯微組織不同可分為五類：鐵素體型、馬氏體型、奧氏體型、奧氏體+鐵素體型和淀硬化型不銹鋼。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+少量鐵素體，這種少量鐵素體有助于防止熱裂紋。奧氏體不銹鋼因焊接性良好，在化工、石油容器等行業(yè)應(yīng)用較為廣泛。

奧氏體不銹鋼具有良好的可焊性，但焊接材料或焊接工藝不正確時(shí)，會(huì)出現(xiàn)以下缺陷：

1. 晶間腐蝕

( 1) 晶間腐蝕產(chǎn)生原因

晶間腐蝕發(fā)生于晶粒邊界，所以叫晶間腐蝕。它是奧氏體不銹鋼最危險(xiǎn)的一種破壞形式，它的特點(diǎn)是腐蝕沿晶界深入金屬內(nèi)部，并引起金屬機(jī)械性能和耐腐蝕性能的下降。奧氏體不銹鋼在450℃~850℃溫度區(qū)間范圍內(nèi)停留一定時(shí)間后，則在晶界處會(huì)析出Cr₂₃C₆，其中的鉻主要來(lái)自晶粒表層, 內(nèi)部的鉻如來(lái)不及補(bǔ)充，會(huì)使晶界晶粒表層的含鉻量下降而形成貧鉻區(qū)，在強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的作用下，晶界貧鉻區(qū)受到腐蝕就會(huì)形成晶間腐蝕。受到晶間腐蝕的不銹鋼在表面上沒有明顯的變化，但在受力時(shí)會(huì)沿晶界斷裂, 幾乎完全喪失強(qiáng)度。

( 2) 防止晶間腐蝕的措施

選用超低碳（C≤0.03%）、添加鈦或鈮等穩(wěn)定元素的不銹鋼焊條。

采用小規(guī)范，目的是為了減少危險(xiǎn)溫度范圍停留時(shí)間，采用小電流、快焊速、短弧焊及不作橫向擺動(dòng)。焊縫可采用強(qiáng)制冷卻（如銅墊板、水冷）方法加快焊接接頭的冷卻速度，減少熱影響區(qū)。多層焊時(shí)，應(yīng)控制層間溫度，要前一道焊縫冷卻至60℃以下時(shí)再焊。接觸介質(zhì)的那面焊縫最后焊接。焊后固溶處理。將工件加熱至1050℃~ 1150℃后淬火，使晶界上的Cr₂₃C₆溶入晶粒內(nèi)部, 形成均勻的奧氏體組織。

2. 熱裂紋

( 1) 熱裂紋產(chǎn)生原因

 液相線和固相線距離大，凝固過(guò)程溫度范圍大，使低熔點(diǎn)雜質(zhì)偏析嚴(yán)重，而且集中在晶界處。膨脹系數(shù)大，所以冷卻收縮時(shí)的應(yīng)力也大。

( 2) 控制熱裂紋產(chǎn)生的措施

 控制焊縫金屬組織，盡量使焊縫金屬呈雙相組織，鐵素體的含量控制在3%~5%以下。因?yàn)殍F素體能大量溶解有害的S、P雜質(zhì)。控制化學(xué)成分，應(yīng)減少焊縫金屬中的鎳、碳、硫、磷含量，增加鉻、鉬、硅及錳等元素，可以減少熱裂紋的產(chǎn)生。選用適當(dāng)?shù)暮笚l藥皮類型。用低氫型藥皮焊條可以使焊縫晶粒細(xì)化，減少雜質(zhì)偏析，提高抗裂性。用酸性藥皮焊條氧化性強(qiáng)，使合金元素?zé)龘p多，抗裂下降，而且晶粒粗大，使熱裂紋極易產(chǎn)生。采用適當(dāng)?shù)暮附右?guī)范和冷卻速度。采用小規(guī)范，即小電流、快焊速來(lái)減少焊接熔池過(guò)熱、快速冷卻，以減少偏析，使抗裂性提高。多層焊時(shí)，要控制層間溫度，前一焊道冷卻至60℃后再焊。

3. 應(yīng)力腐蝕開裂

( 1) 應(yīng)力腐蝕開裂產(chǎn)生原因

應(yīng)力腐蝕開裂是焊接接頭在特定腐蝕環(huán)境下，受拉伸應(yīng)力作用時(shí)所產(chǎn)生的延遲開裂現(xiàn)象。奧氏體不銹鋼焊接接頭的應(yīng)力腐蝕開裂是焊接接頭比較嚴(yán)重的失效形式，表現(xiàn)為無(wú)塑性變形的脆性破壞。

( 2) 應(yīng)力腐蝕開裂防止措施

 合理制定成形加工和組裝工藝，盡可能減小冷卻變形度，避免強(qiáng)制組裝，防止組裝過(guò)程中造成各種傷痕（各種組裝傷痕及電弧灼痕，都會(huì)成為SCC的裂源, 易造成腐蝕坑）。合理選擇焊材。焊縫與母材應(yīng)有良好的匹配，不產(chǎn)生任何不良組織，如晶粒粗化及硬脆馬氏體等。采取合適的焊接工藝。保證焊縫成形良好，不產(chǎn)生任何應(yīng)力集中或點(diǎn)蝕的缺陷，如咬邊等；采取合理的焊接順序，降低焊接殘余應(yīng)力。消除應(yīng)力處理。焊后熱處理，如焊后完全退火或退火；在難以實(shí)施熱處理時(shí)采用焊后錘擊或噴丸等。

4. 焊縫成形不良

( 1) 焊縫成形不良產(chǎn)生原因奧氏體不銹鋼焊接時(shí)，由于焊縫中合金元素含量高，熔池流動(dòng)性差，易造成焊縫表面成形不良。主要表現(xiàn)在根部焊道背面成形惡化及蓋面焊道表面粗糙。焊縫表面成形不良對(duì)焊縫性能的影響在常溫或高溫工況下表現(xiàn)不明顯，但在低溫工況下，其成形不良所造成的應(yīng)力集中，對(duì)焊縫低溫性能的影響不亞于焊縫內(nèi)部質(zhì)量的影響。

( 2) 防止措施

對(duì)于焊縫成形不良以及焊接熱影響區(qū)的晶間腐蝕問(wèn)題，可以通過(guò)焊接工藝來(lái)加以解決。采用鎢極氬弧焊打底、較小的焊接線能量，來(lái)控制熱影響區(qū)處于敏化溫度區(qū)間的范圍。

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(kù)房?jī)?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，可選用氧化鈦型藥皮焊條。因?yàn)檫@種焊條的電弧穩(wěn)定，焊縫成型美觀。

4. 對(duì)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(duì)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(dòng)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(guò)程中合金元素的燒損。

6. 在焊接過(guò)程中，必須將焊件保持較低的層間溫度，最好不超過(guò)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)。

7. 手工電弧焊時(shí)，應(yīng)在焊條說(shuō)明書規(guī)定的電流范圍內(nèi)選擇焊接電流。由于不銹鋼電阻值較大，靠近夾持端的一段焊條容易受電阻熱的作用而發(fā)紅，在焊至后半段焊條時(shí)應(yīng)加快熔化速度，使焊縫熔深減少，但熔化速度太快又會(huì)造成未熔合和熔渣等缺陷。從保證接頭的耐腐蝕性考慮，也要求選用較小的焊接電流，減少焊接熱輸入量，防止焊接熱影響區(qū)的過(guò)熱。

8. 在操作技術(shù)上應(yīng)采用窄焊道技術(shù)，焊接時(shí)盡量不擺動(dòng)焊條，在保持良好熔合的前提下，盡可能提高焊接速度。

9. 不銹鋼焊件焊后一般不作消除應(yīng)力處理。雖然在不銹鋼的焊接中也存在較高的殘余應(yīng)力，但由于接頭各區(qū)在焊后具有良好的塑性和韌性，使殘余應(yīng)力的有害影響顯著減小。更重要的是消除應(yīng)力處理的溫度范圍正好處于不銹鋼的敏化溫度區(qū)，消除應(yīng)力處理反而導(dǎo)致耐蝕性的降低。因此不銹鋼焊件的焊后熱處理的目的不應(yīng)是消除接頭的殘余應(yīng)力，而應(yīng)是提高接頭的耐蝕性。主要有固溶處理和穩(wěn)定化處理。

通過(guò)采用以上焊接工藝，可提高奧氏體不銹鋼的焊接質(zhì)量。奧氏體不銹鋼的焊接，對(duì)焊工的技能要求較高，因此焊工必須經(jīng)培訓(xùn)考核后上崗操作，方能保證焊接接頭的焊接質(zhì)量及耐蝕性。