鉻鎳奧氏體不銹鋼的焊接質量問題及對策

胡秋月

（大慶技師學院，黑龍江 大慶163255）

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鉻鎳奧氏體不銹鋼的焊接質量問題及對策

胡秋月

（大慶技師學院，黑龍江 大慶163255）

摘要：在我國工業技術發展水平較高的現代化工業生產中鉻鎳奧氏體不銹鋼的應用范圍十分廣泛，可以在能源、化工、航空等領域發現這種材料的應用。雖然鉻鎳奧氏體不銹鋼優越的性能就是焊接性，但是在實際的生產制造過程中焊接時會出現一些質量缺陷，這些缺陷會影響鉻鎳奧氏體不銹鋼的應用強度，將通過對焊接質量缺陷問題進行討論，尋找適當的解決方案。

關鍵詞：鉻鎳奧氏體；不銹鋼；焊接；質量

鉻鎳奧氏體不銹鋼（后文簡稱奧氏體不銹鋼）又被稱為18-8型不銹鋼，這種稱呼主要來源于其中的鉻鎳含量分別為18%和8%.眾所周知不同的金屬元素加入到不銹鋼中能夠調節不銹鋼的物理性能，主要表現在加入了不同元素的奧氏體不銹鋼具有較強的耐腐蝕能力，相應的力學性能和加工性能都有所提高，因此根據加入的不同合金元素還可以將奧氏體不銹鋼進一步劃分為不同類型。本文針對鉻鎳奧氏體不銹鋼在焊接過程中出現的質量問題進行研究，以期探討的對策可以得到應用，并提高焊接質量。

1　現階段我國鉻鎳奧氏體不銹鋼焊接概述

鉻鎳奧氏體不銹鋼與其他低碳鋼等鋼材相比不僅具有較高的焊接性能，在抗腐蝕和力學強度以及加工性能方面都表現出卓越的成績。目前在工業生產中主要應用在化工領域的設備制造和零部件加工方面，具有較為廣泛的應用前景。但是在這種鉻鎳奧氏體不銹鋼材料進行焊接的加工時，由于焊接工藝或材料的影響都會帶來焊接后的質量問題，主要體現為出現熱裂紋、晶間或應力腐蝕開裂以及焊接部分脆化，這些質量問題都給鉻鎳奧氏體不銹鋼在工業生產中的應用帶來了阻礙。

2　鉻鎳奧氏體不銹鋼焊接時容易出現的質量問題

2.1熱裂紋的出現

在進行鉻鎳奧氏體不銹鋼焊接時熱裂紋是最容易出現的一種質量問題，這種裂紋主要形成橫向或縱向裂紋進行擴展，在某些情況下還會以火口裂紋和根部裂紋的形式出現，在多層焊接時表現為層間裂紋也屬于熱裂紋的范疇，含鎳量過高的鉻鎳奧氏體不銹鋼在焊接時容易出現這種熱裂紋。這種熱裂紋的出現可能是由于下述原因：

（1）在鉻鎳奧氏體不銹鋼生產時不同相之間的區間較大，引起結晶過程延長，而單相奧氏體結晶方向性強，那么必然會導致雜質的偏析情況發展。

（2）鉻鎳奧氏體不銹鋼的物性參數中導熱系數過小，對應的線膨脹系數過大，那么在焊接過程中，在鉻鎳奧氏體不銹鋼材料焊接界面需要承受較大的內應力。

（3）前文所述在鉻鎳奧氏體不銹鋼中經常加入不同的金屬元素，容易在其中形成低熔點共晶。

2.2晶間腐蝕的產生

這種焊接質量問題主要指鉻鎳奧氏體不銹鋼材料內部晶粒之間的腐蝕現象，這種現象一旦出現就會引起鉻鎳奧氏體不銹鋼強度失效，無法承受外界作用力，出現沿晶界斷裂的現象，是一種嚴重影響鉻鎳奧氏體不銹鋼使用的焊接質量問題。

這種晶間腐蝕最可能產生的原因是當焊接過程中，焊接溫度過高，導致整個焊縫位置及周邊區域溫度高于危險溫度，一般在450～850℃之間，鉻原子體積較大，運動速度小，小于過飽和的碳的擴散速度，那么在鉻鎳奧氏體不銹鋼的晶粒邊界就會出現鉻少碳多的情況，它們相結合形成的產物是Cr23C6，極大降低了鉻鎳奧氏體不銹鋼的耐腐蝕能力［1］。

2.3應力腐蝕開裂的產生

不同的金屬在使用過程中都需要面對應力載荷，對于使用環境比較特殊的材料還需要面對腐蝕的作用，尤其是化工生產過程中，很多化工原料都具有腐蝕性，因此對于長期應用于化工設備中的鉻鎳奧氏體不銹鋼就需要面對應力和腐蝕兩種破壞。實際上現有的不銹鋼材料都存在一定的應力腐蝕，但是實際上應力腐蝕的程度還受到腐蝕介質與材料組分的影響［2］。對于容易導致鉻鎳奧氏體不銹鋼應力腐蝕的腐蝕介質有含有氯離子的介質，以及其他的一些硫酸、硝酸、堿類等。

分析這種應力腐蝕開裂的原因應該從應力腐蝕本身入手，考慮這種焊接結構最后應用于具有一定腐蝕介質存在的環境中，受到了拉伸應力的加載，導致焊縫出現裂紋。而且這種裂紋會產生鉻鎳奧氏體不銹鋼結構的永久性失效。

2.4脆化

針對鉻鎳奧氏體不銹鋼產生的脆化是指在焊接時的高溫條件下沖擊韌度非正常下降的情況，這種質量問題在焊接時出現。

分析在鉻鎳奧氏體不銹鋼的脆化原因主要有是材料主體的晶體組織中含有較多鐵素體的相，一般會高達15%～20%以上，這樣的雙相焊縫組織在焊接的高溫加熱下，一般加熱溫度達到350℃～500℃，其塑韌性參數急劇下降，這種情況在475℃時最為明顯，因此將這個溫度定義為475℃脆化。由于鉻鎳奧氏體不銹鋼的焊接接頭部分其塑韌性是影響使用最為關鍵的因素。含有的鐵元素越多，這種脆化現象越明顯。

3　對鉻鎳奧氏體不銹鋼焊接過程中的質量問題預防措施

針對不同的焊接質量問題需要采取不同的措施才能夠達到良好的預防效果：

（1）預防熱裂紋的有效措施

可以通過以下幾種方法防止熱裂紋出現：

第一種，可以選用雙相組織焊縫來實現，在焊接工藝中選取鉻鎳奧氏體和鐵素體這兩種相組織進行焊縫的焊接，其中鐵素體部分的含量應該嚴格予以控制，不能超過3%～5%，鐵素體可以細化鉻鎳奧氏體不銹鋼的晶粒。鐵素體在焊接過程中能夠溶解更多雜質，減少了鉻鎳奧氏體不銹鋼在焊接過程中的偏析情況［3］。

第二種，通過焊接工藝的改進防止熱裂紋，在焊接的時候應該選用堿性焊條，焊條的質量應該進行嚴格把關，選用小線能量的焊條進行焊接。在焊接過程中應該選用小電流進行快速焊接，保持焊條穩定，在焊接結束時盡量將焊坑填滿，這種措施可以減小焊接應力或者焊坑斷裂［4］。

第三種，嚴格控制焊縫中的化學成分，減少低熔點共晶的情況。

（2）預防晶間腐蝕的有效措施

第一種，控制焊接時的含碳量，利用含碳量較低的焊接材料，可以選擇A002等。

第二種，在焊接材料中增加穩定劑，主要通過在鉻鎳奧氏體不銹鋼和焊接中添加一些穩定劑，能夠與鋼材中的碳元素組合形成更加穩定的化合物，防止出現鉻少碳多的情況。

第三種，采用雙向組織焊接工藝，這種方法與防熱裂紋的預防措施，防止出現金屬鉻在鉻鎳奧氏體不銹鋼中的偏析。但是對于鐵素體的含量的控制必須注意，同時防止脆化的情況。

第四種，措施是對焊縫進行快速冷卻，由于在鉻鎳奧氏體不銹鋼中不存在淬硬情況，因此可以利用這種現象對焊接的焊縫進行快速冷卻，主要選擇兩個方面冷卻，一方面是對焊縫位置放置一個銅墊板或者澆水冷卻，另一方面可以將焊接的電流調小，增加焊接速度，縮短焊弧或者多道焊縫的工藝。

第五種，是通過采取固溶或均勻化處理的方式，可以把焊縫加熱到較高溫度，一般是1 050℃～1 100℃之間，將碳化物重新溶解，再快速冷卻，這樣就能夠形成較為穩定的鉻鎳奧氏體不銹鋼晶體組織。或者通過對焊縫加熱到850℃～900℃，再通過保溫使溫度均勻，這樣就能夠推動鉻鎳奧氏體不銹鋼內的晶體中鉻晶體擴散到晶界面，就能夠從根本防止晶間腐蝕［5］。

（3）預防應力腐蝕開裂的有效措施

第一種，制定合理的工藝，防止冷操作時的變形，也應該防止出現強制組裝，避免出現各種結構傷害等，這些由于組裝而產生的痕跡會導致使用時腐蝕坑的出現。

第二種，選擇合適的焊接材料，焊縫和不同的不銹鋼材料之間有一定的匹配選擇，那么就應該針對不同鉻鎳奧氏體不銹鋼成分選擇不同的焊縫材料。避免出現焊接裂縫。

第三種，在選擇焊接工藝時進行比較，為了保證焊接過程中焊縫不會導致結構的應力點不均勻，形成一個良好的外觀和內部結構的焊縫。焊接時避免產生焊接的殘余應力。

第四種，是進行消除應力的焊接后處理工作，焊接完成后，可以進行熱處理，對于不能熱處理的部分可以對其進行錘擊或者噴丸［6］。

第五種，是在生產應用過程中控制化工原料中存在的腐蝕性組分，保護鉻鎳奧氏體不銹鋼焊縫。

（4）預防脆化的有效措施

為了能夠防止焊接脆化可以嚴格控制鐵素體的含量，對于已經產生脆化的焊縫再次進行淬火消除的處理。于此同時還應該考慮鉻鎳奧氏體不銹鋼在高溫條件下使用，在沿熔合線外晶粒位置也會容易產生脆化現象，這種現象產生可以通過在鉻鎳奧氏體不銹鋼加入鉬元素來提高材料的防脆化能力。

4　結束語

通過本文的分析可以看出，鉻鎳奧氏體不銹鋼是一種具有較高應用價值的不銹鋼材料，具有良好的機械加工性能和抗腐蝕能力，在不同行業領域都有廣泛應用，為了避免鉻鎳奧氏體不銹鋼在焊接過程中出現的質量問題影響其工程應用，針對焊接中產生的熱裂紋、晶間或應力腐蝕開裂以及焊接部分脆化的質量問題，采取適當的預防措施，避免這種焊接問題的產生，使焊接能夠獲得最佳效果。

參考文獻：

［1］賈文強.06Cr19Ni10不銹鋼的焊接性分析［J］.建筑工程技術與設計，2015，（33）：45-48.

［2］楊波，屈柯斌，賀曉江.2Cr13不銹鋼零件焊接、鍍硬鉻的工藝研究［J］.科學與技術，2014，（12）：78-81.

［3］康東青，李建立.NACE標準要求的低碳奧氏體不銹鋼上堆焊Alloy 6焊接工藝［J］.建筑工程技術與設計，2014，（29）：63-68.

［4］肖慶生.壓力管道低碳鋼與奧氏體不銹鋼焊接裂紋的產生原因及預防措施［J］.中國機械，2014，（12）：71-73.

［5］孫明楊.關于奧氏體不銹鋼的焊接工藝［J］.中國電子商情，2014，（9）：78-81.

［6］烏日娜.奧氏體不銹鋼的焊接特點及焊接工藝［J］.城市建設理論研究，2014，（16）：56-58.

Welding Quality Problems and Countermeasures of Chromium Nickel Austenitic Stainless Steel

HU Qiu-yue
（Daqing Technician College，Heilongjiang Daqing 163255，China）

Abstract：In a wide range of application scope of austenitic chromium nickel stainless steel industrial technology in China to a higher level of development of modern industrial production，can be found the application of this material in the field of energy，chemical industry，aviation and so on.Although austenitic chromium nickel stainless steel superior performance is welding，but in the actual manufacturing process in welding will appear some quality defects，these defects will influence austenitic chromium nickel stainless steel using the strength，through the welding quality defects are discussed，finding appropriate solutions.

Key words：chromium nickel austenite；stainless steel；welding；quality

中圖分類號：TG441.7

文獻標識碼：B

文章編號：1672-545X（2016）03-0109-02

收稿日期：2015-12-22

作者簡介：胡秋月（1987-），女，黑龍江大慶人，本科，助理講師，研究方向：焊接。